專利名稱：：新型綠色中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能模糊控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種模糊控制裝置及控制方法，特別是一種新型綠色中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能模糊控制裝置及控制方法。技術(shù)背景能源是人類生存和社會(huì)發(fā)展必需的物質(zhì)基礎(chǔ)，進(jìn)入二十一世紀(jì)，能源緊缺已經(jīng)成為各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的世界性難題。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對(duì)空調(diào)的舒適性、室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。而目前，建筑物的能耗約占全國(guó)能耗的1/3，而在公共建筑(特別是大型商場(chǎng)、高檔旅館酒店、高檔辦公樓等)的全年能耗中，大約50%-60%消耗于空調(diào)制冷與采暖系統(tǒng)，為了更好地滿足人們對(duì)舒適度和健康的要求，近年來(lái)在空調(diào)領(lǐng)域研發(fā)出了地源、水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)以及太陽(yáng)能輔助地源熱泵系統(tǒng)。這種新型綠色空調(diào)系統(tǒng)，是既可供熱又可供冷的高效建筑節(jié)能技術(shù)，能有效節(jié)省能源、減少大氣污染及C02排放。地球表面或淺層水源的溫度一年四季基本不受外界氣候影響，相對(duì)穩(wěn)定，一般平均為162(TC，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，可作為很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源。這種空調(diào)系統(tǒng)還可以結(jié)合太陽(yáng)能進(jìn)一步提高能源利用，冬季為用戶供熱時(shí)，水源中央空調(diào)系統(tǒng)從太陽(yáng)能系統(tǒng)中提取一部分熱能負(fù)荷，根據(jù)采集的供暖水溫和太陽(yáng)能的實(shí)際水溫進(jìn)行比較，通過閥門的自動(dòng)切換，使輸入到空調(diào)主機(jī)的水源先經(jīng)過太陽(yáng)能換熱系統(tǒng)，使系統(tǒng)水溫相對(duì)提高，然后通過電能驅(qū)動(dòng)的水源中央空調(diào)主機(jī)(熱泵)送出高溫?zé)嵩?，以滿足用戶供熱需求，啟動(dòng)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，輔助供熱設(shè)施運(yùn)行，太陽(yáng)能承擔(dān)部分負(fù)荷，可節(jié)約空調(diào)主機(jī)電能能耗；春、夏、秋等非供暖季節(jié)，太陽(yáng)能系統(tǒng)可為用戶提供生活熱水或其他用熱；為用戶供冷時(shí)，水源中央空調(diào)將用戶室內(nèi)的余熱通過水源中央空調(diào)主機(jī)(制冷)轉(zhuǎn)移到地下水源中，以滿足用戶制冷需求。目前，這種新型的空調(diào)系統(tǒng)，還沒有實(shí)現(xiàn)采用模糊技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)節(jié)能控制。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種新型綠色中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能模糊控制裝置及控制方法。一種新型綠色中央空調(diào)系統(tǒng)模糊控制節(jié)能裝置，由電源單元、數(shù)據(jù)采集單元、中央控制器、數(shù)據(jù)顯示處理器、通訊模塊及上位計(jì)算機(jī)組成；數(shù)據(jù)采集單元由溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器及流量傳感器等組成，上述傳感器與將傳感器采集的010V/420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理的中央控制器電連接；中央控制器由CPU模塊或單片機(jī)及其輔助模塊組成，輔助模塊包括電源模塊、輸入模塊以及輸出模塊，輔助模塊通過連接電纜與CPU模塊或單片機(jī)連接；模糊控制軟件程序嵌入中央控制器中；數(shù)據(jù)顯示處理器由觸摸屏或嵌入式一體化工控機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、通訊接口和打印機(jī)組成，觸摸屏或嵌入式一體化工控機(jī)通過通訊接口與中央控制器相連，存儲(chǔ)設(shè)備為硬盤，打印機(jī)通過打印機(jī)電纜與觸摸屏或嵌入式一體化工控機(jī)的USB接口連接；上位計(jì)算機(jī)通過通訊模塊與實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、能耗統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)據(jù)備份的中央控制器連接。中央控制器對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過模糊控制軟件程序進(jìn)行模糊推理計(jì)算出控制最優(yōu)值，進(jìn)行輸出處理后，來(lái)控制系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備。數(shù)據(jù)顯示處理器可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作控制、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的報(bào)表及圖形顯示和存儲(chǔ)。本系統(tǒng)控制技術(shù)方案根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的具體情況，制定相應(yīng)的節(jié)能實(shí)施方案，確定系統(tǒng)模糊控制規(guī)則。根據(jù)方案及設(shè)備實(shí)際需求，將環(huán)境溫、濕度傳感器、室內(nèi)溫、濕度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器及相關(guān)設(shè)備需要檢測(cè)項(xiàng)目的傳感器分別安裝在中央空調(diào)系統(tǒng)、太陽(yáng)能系統(tǒng)等被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的工作現(xiàn)場(chǎng)；輸入模塊將采集跟蹤的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后，實(shí)時(shí)傳送給CPU模塊或單片機(jī)，中央控制器運(yùn)用模糊控制軟件進(jìn)行模糊處理，運(yùn)算出最優(yōu)的輸出控制值，進(jìn)行輸出處理后，控制系統(tǒng)運(yùn)行的相應(yīng)設(shè)備，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在節(jié)能優(yōu)化工況下；同時(shí)，數(shù)據(jù)顯示處理器可根據(jù)用戶的要求進(jìn)行操作控制，并對(duì)實(shí)時(shí)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，形成報(bào)表和圖形顯示、存儲(chǔ)記錄，根據(jù)用戶的指令可將報(bào)表送打印終端設(shè)備進(jìn)行打印；上位計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)顯示處理器可實(shí)現(xiàn)兩地控制并互為備用，上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)各部分的能耗統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期備份。新型綠色中央空調(diào)系統(tǒng)模糊控制節(jié)能裝置的節(jié)能模糊控制程序如下1)啟動(dòng)設(shè)備；2)選擇節(jié)能運(yùn)行方式；3)數(shù)據(jù)采集及輸入量確定中央控制器對(duì)器傳感器采集的系統(tǒng)供水溫度、回水溫度、系統(tǒng)流量、系統(tǒng)壓差、環(huán)境溫濕度以及太陽(yáng)能集熱器出水溫度進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的供水溫度、回水溫度、系統(tǒng)流量、系統(tǒng)壓差、環(huán)境溫度以及太陽(yáng)能集熱器出水溫度，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出偏差和偏差變化率；4)模糊化確定偏差和偏差變化率的模糊語(yǔ)言值及相應(yīng)的隸屬度函數(shù)a)模糊推理根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐的操作經(jīng)驗(yàn)及技巧、專業(yè)的節(jié)能技術(shù)知識(shí)及人的思維過程來(lái)建立模糊控制規(guī)則表，并査表求出模糊控制量；b)模糊清晰化及輸出處理將由模糊規(guī)則控制表計(jì)算出的模糊控制量清晰化為實(shí)際的控制量，并據(jù)此計(jì)算出頻率增量，最后根據(jù)最大最小推理方法得出控制輸出的最優(yōu)頻率值。本系統(tǒng)與現(xiàn)有產(chǎn)品技術(shù)相比，具有更高的可靠性、穩(wěn)定性、科學(xué)性、易操作、易維護(hù)、高節(jié)電率等特點(diǎn)。系統(tǒng)采用現(xiàn)代模糊控制技術(shù)，綜合環(huán)境、系統(tǒng)參數(shù)及設(shè)備靜、動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析處理，根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐的操作經(jīng)驗(yàn)及技巧、專業(yè)的節(jié)能技術(shù)知識(shí)以及人的思維過程來(lái)確定模糊控制規(guī)則確定最終的輸出控制決策。系統(tǒng)能實(shí)時(shí)跟蹤環(huán)境、系統(tǒng)參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行情況做出最優(yōu)控制，達(dá)到最大限度的挖掘設(shè)備節(jié)能潛力的目的，以節(jié)約能源。圖1是本發(fā)明的控制程序流程圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。其中，1、數(shù)據(jù)采集單元，2、數(shù)據(jù)顯示處理器，3、執(zhí)行器，4、中央控制器，5、上位計(jì)算機(jī)，6、電源單元。具體實(shí)施方式實(shí)施例硬件組成數(shù)據(jù)采集單元由溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器及流量傳感器等組成，溫度采集采用Ptl00，對(duì)壓力、濕度等的采集均采用支持010V/420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器。中央控制器采用OMRON的CJ1M系列可編程控制器，其中CPU單元選用CJ1M-CPU12,電源模塊選用CJ1W-PA205R，模擬量輸入、輸出模塊分別選用CJ1W-AD081-V1和CJ1W-DA08V開關(guān)量輸入、輸出分別選用CJ1W-ID231和CJ1W-0D231，各模塊之間由電纜連接。模擬量輸入模塊可直接采集010V/420MA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，模擬量輸出模塊將中央控制器的優(yōu)化輸出值轉(zhuǎn)換為010V/420MA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到執(zhí)行器啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。執(zhí)行器采用芬蘭VACON的NX系列變頻器。數(shù)據(jù)顯示處理器采用北京昆侖通態(tài)的嵌入式一體化工控機(jī)TPC105-TC33,存儲(chǔ)設(shè)備采用市售筆記本硬盤，打印機(jī)采用市售產(chǎn)品。嵌入式一體化工控機(jī)采用RS232與可編程控制器連接，并預(yù)留通訊接口。上位計(jì)算機(jī)采用研華科技的IPC610H整機(jī)，通過485總線與中央控制器連接。上述節(jié)能模糊控制裝置的控制方法如下-1)啟動(dòng)設(shè)備；2)選擇節(jié)能運(yùn)行方式；3)數(shù)據(jù)采集及輸入量確定模糊控制器對(duì)冷卻水的出水溫度T^、回水溫度T目、系統(tǒng)流量Q、系統(tǒng)壓差P和環(huán)境溫度Tf通過變送器進(jìn)行采集，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的供水溫度T出^、回水溫度T回額、系統(tǒng)流量Q⑩、系統(tǒng)壓差p額和環(huán)境溫度T環(huán)額，通過公式計(jì)算出偏差e(k)和偏差變化率Ae(k)AT出-T出額-T出AT回-"T回額—T回AT環(huán)=T環(huán)額—T環(huán)△Q:Q額-QAP-P額-Pea,"AT出+"AT回+;KAT環(huán)+6^Q+《AP("，A"&《為經(jīng)驗(yàn)值)Ae(k)=-6(k)一6(k一i);4)模糊化分別確定偏差e(k)和偏差變化率Aea)的模糊語(yǔ)言值及相應(yīng)的隸屬度函數(shù)，模糊語(yǔ)言值的個(gè)數(shù)為7，采用三角波隸屬度函數(shù)。模糊分割及相應(yīng)的模糊語(yǔ)言名稱如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>5)建立模糊控制規(guī)則庫(kù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>6)模糊清晰化及輸出處理將由模糊規(guī)則控制表計(jì)算出的模糊控制量U清晰化為實(shí)際的控制量u(k)，然后計(jì)算頻率增量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(e為經(jīng)驗(yàn)值)根據(jù)最大最小推理方法得出控制輸出頻率<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>從而進(jìn)行冷卻系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。2.應(yīng)用效果采用國(guó)標(biāo)檢測(cè)方法檢測(cè)節(jié)電率，即節(jié)能系統(tǒng)和用戶原有設(shè)備分別裝有相同廠家、相同型號(hào)的計(jì)量電度表，在環(huán)境溫度接近的情況下，工頻2天、節(jié)能2天交替運(yùn)行不低于3~4周，將電表讀數(shù)進(jìn)行比較，差值即為本次檢測(cè)節(jié)電率。同時(shí)系統(tǒng)對(duì)能效設(shè)備提供數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)功能，用戶可隨時(shí)計(jì)算年平均節(jié)電率，用戶可以對(duì)照數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)的節(jié)電率和電能表記錄的節(jié)電率進(jìn)行對(duì)照比較，以保證節(jié)電率檢測(cè)的科學(xué)性和實(shí)用性，全年后對(duì)用戶出具由雙方簽字認(rèn)可的節(jié)電效果報(bào)告。保證年平均節(jié)電率在15%35%。在某電子廠房的空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)國(guó)標(biāo)節(jié)電率檢測(cè)方法檢測(cè)達(dá)到50.97%。故采用此模糊節(jié)能控制裝置及模糊控制方法，節(jié)電效果明顯，對(duì)用戶受益較大，應(yīng)大力推廣應(yīng)用。權(quán)利要求1、一種新型綠色中央空調(diào)系統(tǒng)模糊控制節(jié)能裝置，其特征在于，由電源單元、數(shù)據(jù)采集單元、中央控制器、數(shù)據(jù)顯示處理器、通訊模塊及上位計(jì)算機(jī)組成；數(shù)據(jù)采集單元由溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器及流量傳感器等組成，上述傳感器與將傳感器采集的0～10V/4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理的中央控制器電連接；中央控制器由CPU模塊或單片機(jī)及其輔助模塊組成，輔助模塊包括電源模塊、輸入模塊以及輸出模塊，輔助模塊通過連接電纜與CPU模塊或單片機(jī)連接；模糊控制軟件程序嵌入中央控制器中；數(shù)據(jù)顯示處理器由觸摸屏或嵌入式一體化工控機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、通訊接口和打印機(jī)組成，觸摸屏或嵌入式一體化工控機(jī)通過通訊接口與中央控制器相連，存儲(chǔ)設(shè)備為硬盤，打印機(jī)通過打印機(jī)電纜與觸摸屏或嵌入式一體化工控機(jī)的USB接口連接；上位計(jì)算機(jī)通過通訊模塊與實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、能耗統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)據(jù)備份的中央控制器連接。2、一種新型綠色中央空調(diào)系統(tǒng)模糊控制節(jié)能裝置的模糊控制方法，系統(tǒng)采用現(xiàn)代模糊控制技術(shù)，根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐的操作經(jīng)驗(yàn)及技巧、專業(yè)的節(jié)能技術(shù)知識(shí)及人的思維過程來(lái)確定模糊控制規(guī)則，對(duì)采集的數(shù)據(jù)模糊化處理，然后進(jìn)行模糊推理，將推理出的模糊控制轉(zhuǎn)化成實(shí)際控制值，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)控制；其特征在于，模糊控制方法如下1)啟動(dòng)設(shè)備；2)選擇節(jié)能運(yùn)行方式；3)數(shù)據(jù)采集及輸入量確定中央控制器對(duì)器傳感器采集的系統(tǒng)供水溫度、回水溫度、系統(tǒng)流量、系統(tǒng)壓差、環(huán)境溫濕度以及太陽(yáng)能集熱器出水溫度進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的供水溫度、回水溫度、系統(tǒng)流量、系統(tǒng)壓差、環(huán)境溫度以及太陽(yáng)能集熱器出水溫度，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出偏差和偏差變化率；4)模糊化確定偏差和偏差變化率的模糊語(yǔ)言值及相應(yīng)的隸屬度函數(shù)；a)模糊推理根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐的操作經(jīng)驗(yàn)及技巧、專業(yè)的節(jié)能技術(shù)知識(shí)及人的思維過程來(lái)建立模糊控制規(guī)則表，并査表求出模糊控制量；b)模糊清晰化及輸出處理將由模糊規(guī)則控制表計(jì)算出的模糊控制量清晰化為實(shí)際的控制量，并據(jù)此計(jì)算出頻率增量，最后根據(jù)最大最小推理方法得出控制輸出的最優(yōu)頻率值。全文摘要新型綠色中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的模糊控制裝置及控制方法，控制裝置由電源單元、數(shù)據(jù)采集單元、中央控制器、數(shù)據(jù)顯示處理器、通訊模塊及上位計(jì)算機(jī)組成。采用現(xiàn)代模糊控制技術(shù)，根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐的操作經(jīng)驗(yàn)及技巧，結(jié)合專業(yè)的節(jié)能技術(shù)知識(shí)，同時(shí)加入人的思維過程來(lái)確定模糊控制規(guī)則，對(duì)采集的數(shù)據(jù)模糊化處理，然后進(jìn)行模糊推理，將推理出的模糊控制轉(zhuǎn)化成實(shí)際控制值，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。文檔編號(hào)F24F11/02GK101165422SQ20071011330公開日2008年4月23日申請(qǐng)日期2007年9月28日優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日發(fā)明者鋼李,鵬李,金雷飛申請(qǐng)人:李鋼;李鵬;金雷飛