[發明專利]變頻風機和數字風閥調節末端風量的變風量空調控制系統及實現方法

無效

• 申請號: 201010139256.2
• 申請日: 2010-04-06
• 公開（公告）號: CN101806484A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 徐鍵;張臣;劉鑫濤;徐迎輝;毛凌;韓舜
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;南京越美電氣有限公司
• 主分類號: F24F11/00
• 分類號: F24F11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于變頻風機和數字風閥調節末端風量的變風量空調控制系統，包 括主站DDC控制器、末端溫度控制器、現場總線、末端變風量箱VAV-BOX和 風閥驅動器，其特征在于：

上述主站DDC控制器由總線收發電路、5路0-10V輸出電路、4路0-10V 輸入電路、電源電路、RS485總線電路、2路開關量輸入/輸出電路和單片機最小 系統電路組成；其中總線收發電路的第一輸出端(LO)與單片機最小系統電路 第一輸入端(MI)相連，總線收發電路的第一輸入端(LI)與單片機最小系統 電路第一輸出端(MO)相連，5路0-10V輸出電路的輸入端(NI)與單片機最 小系統電路的第二輸出端(MO2)相連，4路0-10V輸入電路的輸出端(PO) 與單片機最小系統電路的第二輸入端(MI2)相連，電源電路的輸出端(QO) 與單片機最小系統電路的第三輸入端(MI3)相連，RS485總線電路的第一輸出 端(RO)與單片機最小系統電路的第四輸入端(MI4)相連，RS485總線電路的 第一輸入端(RI)與單片機最小系統電路的第四輸出端(MO4)相連，2路開關 量輸入/輸出電路的第一輸入/輸出端(SIO)與單片機最小系統電路的第五輸入/ 輸出端(MIO5)相連，2路開關量輸入/輸出電路的第二輸入/輸出端(SIO2)與 單片機最小系統電路的第六輸入/輸出端(MIO6)相連；上述總線收發電路的第 二輸入端(LI2)與第一條現場總線電纜相連，總線收發電路的第二輸出端(LO2) 與第二條現場總線電纜相連，5路0-10V輸出電路第一輸出端(NO)與空調機 組新風閥控制信號輸入端相連，5路0-10V輸出電路第二輸出端(NO2)與空調 機組表冷熱器控制信號輸入端相連，5路0-10V輸出電路第三輸出端(NO3)與 空調機組新風機頻率控制信號輸入端相連，5路0-10V輸出電路第四輸出端 (NO4)與空調機組混風閥控制信號輸入端相連，5路0-10V輸出電路第五輸出 端(NO5)與空調機組排風閥控制信號輸入端相連，4路0-10V輸入電路第一輸 入端(PI)用于與空調機組側主回風管二氧化碳濃度信號輸出端相連，4路0-10V 輸入電路第二輸入端(PI2)用于與空調機組側主回風管溫度傳感器信號輸出端 相連，4路0-10V輸入電路第三輸入端(PI3)用于與空調機組側主送風管濕度傳 感器信號輸出端相連，4路0-10V輸入電路第四輸入端(PI4)用于與空調機組 表冷熱器控制信號輸出端相連，RS485總線電路的第二輸入端(RI2)與通訊轉 接網關的輸出端相連，RS485總線電路的第二輸出端(RO2)與通訊轉接網關的 輸入端相連，2路開關量輸入/輸出電路的第三輸入/輸出端(SIO3)與空調機組 側壓差控制信號輸入/輸出端相連，2路開關量輸入/輸出電路的第四輸入/輸出端 (SIO4)與空調機組側加濕器控制信號輸入/輸出端相連；

上述末端溫度控制器由總線接收/回碼電路、觸摸屏接口電路、2路0-10V電 壓輸出電路、單片機最小系統、LCD背光板電路、蜂鳴器電路、1路0-10V電壓 輸入電路組成；其中總線接收/回碼電路的第一輸出端(AO)與單片機最小系統 電路第一輸入端(BI)相連，總線接收/回碼電路的第一輸入端(AI)與單片機 最小系統電路第一輸出端(BO)相連，蜂鳴器電路的輸入端(CI)與單片機最 小系統電路的第二輸出端(BO2)相連，LCD背光板電路輸入端(DI)與單片 機最小系統電路第三輸出端(BO3)相連，觸摸屏接口電路輸入端(EI)與單片 機最小系統電路第四輸出端(BO4)相連，2路0-10V輸出電路的輸入端(II) 與單片機最小系統電路第五輸出端(BO5)相連，1路0-10V電壓輸入電路輸 出端與單片機最小系統電路第二輸入端(BI2)相連，上述總線收發電路的第二 輸出端(AO2)與第一條現場總線電纜相連，總線收發電路的第二輸入端(AI2) 與第二條現場總線電纜相連，2路0-10V輸出電路的第一輸出端(IO)與風閥 驅動器中的電機驅動器第一輸入端(HI)相連，2路0-10V輸出電路的第二輸出 端(IO2)與末端VAV-BOX中的變頻器第一輸入端(ALI)相連，1路0-10V電 壓輸入電路輸入端(FI)與末端VAV-BOX中的變頻器第一輸出端(ALO)相連；

上述末端變風量箱VAV-BOX由變頻器、電機模塊、風機、電源模塊和帶出 風口的變風量箱體結構組成；其中變頻器第二輸出端(ALO2)與電機模塊輸入 端(ANI)相連，變頻器第二輸入端(ALI2)與電機模塊輸出端(AMO)相連， 電機模塊輸出端(ANO)與風機輸入端(AOO)相連；

上述風閥驅動器由三態電源、電機驅動器、電機模塊和風閥組成；其中電機 驅動器第二輸入端(HI2)與三態電源的輸出端(KO)相連，電機驅動器輸出端 (HO)與電機模塊的輸入端(GI)相連，電機模塊的輸出端(GO)與風閥的輸 入端(JI)相連；

2.根據權利要求1所述的基于變頻風機和數字風閥調節末端風量的變風量 空調控制系統的實現方法，其特征在于包括以下過程：

(1).變風量空調控制系統末端風量控制過程如下：

(a).開啟末端溫度控制器后，末端溫度控制器檢測空調房間或空調區域 溫度，顯示在末端溫度控制器液晶屏上，末端溫度控制器通過2路0-10v輸出電 路的第一輸出端輸出控制信號給電機驅動器的輸入端，控制風閥驅動器工作打開 數字風閥，同時通過2路0-10v輸出電路的第二輸出端輸出控制信號給變頻器的 第一輸入端啟動風機按照額定轉速運行，根據風機的額定風量，獲得此時的實際 風量，即為檢測風量，此時檢測的風量也為末端裝置的需求風量，通過現場總線 將檢測的風量送入變風量空調系統空調機組側主站DDC控制器總線收發電路第 二輸入端，采用總風量法集中處理后得到各末端裝置的需求風量，通過空調機組 側主站DDC控制器調節新風機頻率送出適當的風量；

(b).通過末端溫度控制器設定空調房間或空調區域溫度，末端溫度控制器 中溫度比較模塊對設定溫度和檢測到的室內溫度進行比較，根據設置溫度與當前 室溫的溫差及其變化趨勢，利用PID整定的溫度與風量對應關系獲得末端裝置 需要的風量，同時根據風機轉速和額定風量以及數字風閥開度，獲得此時的實際 風量，即為檢測的風量；

(c).末端溫度控制器通過現場總線將需要的風量送入變風量空調系統空調 機組側主站DDC控制器，采用總風量法集中處理后得到各末端裝置的需求風量， 變頻調節空調機組送出適當的風量；

(d).根據末端裝置需要的風量控制VAV-BOX內的風機的運轉速度，通過 電機無級平滑地調節轉速來改變室內送風口的送風量大小，從而改變一次風流 量，直到室內溫度接近設定溫度為止，隨著室內溫度接近設定溫度，變風量末端 VAV-BOX中的風機轉為低速運行，此時如需要再調節溫度，則通過調節數字風 閥的開度實現，接收末端溫度控制器的0-10v電壓控制信號打開和關閉風閥，電 壓大于2v打開風閥，在2-10v之間通過比例控制風閥打開的開度，電壓小于2v 時關閉風閥；

(e).當檢測溫度與設定溫度沒有差值時或者兩者差值在某一設定閾值之 內，則不對變風量末端裝置的風機轉速和數字風閥的開度進行調節，通過現場總 線與變風量空調系統機組側主站DDC控制器進行聯網通信，輸入輸出到末端變 風量箱VAV-BOX和風閥驅動器的電壓信號均為0-10v；

(2).變風量空調控制系統主站DDC控制器控制過程如下：

(a).主站DDC控制器接收處于同一通訊層的各個末端由現場總線送入的 需求風量信息，計算變風量空調系統所需要的總風量，由變風量空調系統需要的 總風量根據運行參數計算空調機組變頻器的工作頻率，變頻調節空調機組風機的 當前送風量與同一通訊層中各個末端所需的風量匹配；

(b).主站DDC控制器檢測空調機組主送風管送風溫度，對空調機組的冷水 閥和熱水閥進行PID控制，以保證送風溫度為設定值，一般情況下，空調機組的 送風溫度為恒定值，冷熱水閥門根據設定溫度和實際檢測溫度進行調節，使送風 溫度恒定；送風溫度控制通過在送風管路中設置送風溫度傳感器，根據送風溫度 與給定值之差，比例調節冷熱水調節閥，使送風溫度恒定；當末端達到最大或最 小設定風量時仍不能滿足室溫要求，則調節送風溫度來達到室溫控制要求；

(c).主站DDC控制器送風溫度控制控制方法分為過渡季和非過渡季兩種 不同的情況進行處理，過渡季主要指春天和秋天；對于正常送風溫度控制采用表 冷、熱器控制其打開的大小，通過0-10v比例積分控制得到所需要的溫度，送風 溫度由用戶通過參數設定，對于過渡季采用新風和回風混合的方法控制送風溫 度，過渡季和非過渡季的判斷通過檢測送風管兩端的溫度差異進行判斷。