中央空調(diào)控制系統(tǒng)原理與冷/熱量計費系統(tǒng)的設(shè)計方案

1、引言

隨著社會的進(jìn)步，人們對居住環(huán)境、生活質(zhì)量的要求也在不斷地提高。中央空調(diào)在民用住宅、商用大廈、高檔寫字樓及多功能的綜合性大樓中也被廣泛采用。而采用按冷/熱量計費的方式，無疑會為用戶提供一個公正、合理、科學(xué)的收費依據(jù)；另外還可以建立用戶的經(jīng)濟(jì)利益與使用能耗的直接聯(lián)系，從根本上增強用戶的節(jié)能意識，最大幅度地減少能源的浪費。本文就是基于這種計費方式，對分戶能量計量表的結(jié)構(gòu)、功能及管理軟件進(jìn)行設(shè)計與研究。

2、 中央空調(diào)控制系統(tǒng)原理

2.1能量計費公式

Q=∫0tQmΔhdt

Q----釋放的冷/熱量，KJ

Qm----流經(jīng)能量表的液體質(zhì)量流量，Kg/s

Δh----熱交換器中入口溫度與出口溫度對應(yīng)的液體的比焓值差，KJ/Kg

t----時間，s

2.2控制系統(tǒng)

在中央空調(diào)控制系統(tǒng)中用到兩個溫度傳感器和一個流量傳感器。將溫度傳感器分別安裝在熱交換器回路的供水管和回水管上，將流量傳感器安裝在熱交換回路的入口或出口管道上，當(dāng)流量傳感器發(fā)出流量信號時，配對溫度傳感器給出入口和出口的溫度信號，能量計量表通過自動連續(xù)采集流量和溫度信號，經(jīng)過計算顯示出載冷液體從入口至出口所釋放的能量值。

3 能量計量表組成

3.1硬件結(jié)構(gòu)

3.1.1單片機(jī)

選用89S52芯片，它是一種低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器，使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。為本系統(tǒng)提供了高靈活、超有效的解決方案。

3.1.2顯示電路

選用DM-162液晶顯示模塊，它是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，這里采用常用的2行16個字的方式編程，可循環(huán)顯示當(dāng)前時間，室內(nèi)溫度，設(shè)定溫度，消耗能量，應(yīng)繳費用，IC卡數(shù)據(jù)以及報警信息等。

3.1.3時鐘和信號采集電路

時鐘/日歷電路可計算2100年之前的秒/分/時/日/日期/星期/月/年，實時準(zhǔn)確地顯示時間，而且每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整；在掉電狀況下也能持續(xù)顯示。

信號采集電路先由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采集經(jīng)溫度傳感器和流量傳感器傳送的模擬信號，再分別轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，采樣頻率默認(rèn)為5ms,也可根據(jù)實際需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。其中溫度傳感器采用Pt100鉑電阻作為感溫元件，測量供水和回水溫度，25℃時為1.6KΩ；流量傳感器采用機(jī)械式流量計，測量回路的冷媒流量。通過信號采集電路所轉(zhuǎn)換的電平信號，可為中央空調(diào)計費提供原始依據(jù)。

3.1.4 計費電路

溫度傳感器送來的溫度信號取差放大后，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路變換成與被測溫差成比例的電脈沖頻率信號后傳送給單片機(jī)。單片機(jī)通過PID算法計算出用戶所消耗的能量，再經(jīng)過通信電路，接受上位機(jī)的查詢。

3.1.5 IC卡管理

IC卡在管理部門交費管理，它由寫卡器和讀卡器組成。寫卡器由管理部門收費寫卡，讀卡器由單片機(jī)識別，并存儲IC卡數(shù)據(jù)；單片機(jī)可自動根據(jù)所計算Q值，遞減存儲數(shù)據(jù)；當(dāng)存儲數(shù)據(jù)為0時，單片機(jī)指示電動閥自動關(guān)閉，末端空調(diào)器停止工作，并顯示報警信號。

3.1.6看門狗電路

看門狗采用MAX813芯片，它不僅具有掉電保護(hù)作用，而且可在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或程序跑飛的情況下，使控制器能夠自動恢復(fù)工作，從而得以可靠、安全地運行。

3.1.7電源電路

該系統(tǒng)中電源電路采用雙路獨立電源，分別為數(shù)、模供電。包括交流變壓器（220V/12V）、橋式整流電路、濾波電容、集成穩(wěn)壓塊組成，為系統(tǒng)提供+12V，+5V的直流電壓。

3.2軟件設(shè)計

3.2.1主程序流程圖

3.2.2主要模塊功能

⑴溫度控制：通過中央管理機(jī)設(shè)定溫度參數(shù)，并通過采集的流量和溫度傳感數(shù)據(jù)，將控制信號反饋給比例積分三通電動閥，自動調(diào)節(jié)經(jīng)過末端空調(diào)器的空調(diào)冷媒流量，從而達(dá)到自動控制室溫的目的。具體內(nèi)容包括溫度調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)輸出控制，溫度零漂調(diào)節(jié)，溫控滯帶參數(shù)設(shè)定等；調(diào)節(jié)范圍為18℃~30℃，帶PID調(diào)節(jié)，精度1℃。

⑵輸出控制：將采樣結(jié)果同溫度設(shè)定值（制冷時高于4℃，制熱時低于4℃）進(jìn)行比較并作出相應(yīng)動作，控制相應(yīng)可控硅的導(dǎo)通與關(guān)閉，從而實現(xiàn)了溫度、風(fēng)速和水閥的控制。

⑶計費功能：計費是本系統(tǒng)的主要任務(wù)。本系統(tǒng)的計費公式如下：

F=AQQ+F1

式中F--用戶應(yīng)向物業(yè)部門所交付的總費用

AQ--用冷/熱費用系數(shù)

Q --釋放的冷/熱量，KJ

F1--附加費用

根據(jù)該式可計算得用戶用冷/熱消耗量，戶機(jī)顯示出其累計值，并在上位機(jī)呼叫時將其數(shù)據(jù)報送。上位機(jī)根據(jù)物業(yè)管理部門的要求，將各用戶應(yīng)繳的費用顯示、打印制表或轉(zhuǎn)帳等。

4 中央管理機(jī)

管理機(jī)為PC機(jī)，管理軟件能對能量計量表進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，完成對房間溫度的遠(yuǎn)程集中式控制，采集并保存每天的計費數(shù)據(jù)明細(xì)，并能統(tǒng)計分析打印詳細(xì)清單和報表，完成對房間溫控器的集中式管理。

4.1 管理機(jī)

操作系統(tǒng)：Win9X/2000/XP;

編程語言及數(shù)據(jù)庫：Delphi7.0+Access;

數(shù)據(jù)庫連接：ADO;

通訊方式：PC機(jī)RS232通訊接口；

4.2 管理機(jī)向控制器發(fā)送的內(nèi)容

空調(diào)啟停命令；

溫度、風(fēng)機(jī)大小設(shè)定值；

時間設(shè)定值；

計費數(shù)據(jù)采集命令；

控制器狀態(tài)采集命令；

4.3控制器向管理機(jī)發(fā)送的內(nèi)容

控制器工作狀態(tài)（空調(diào)啟/停、風(fēng)機(jī)狀態(tài)）；

計費數(shù)據(jù)；

4.4功能描述

⑴數(shù)據(jù)采集：每日定時自動（必要時可以手動）通過串口讀取各控制器的計費數(shù)據(jù)并保存明細(xì)，對采集到的終端原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲操作；

⑵遠(yuǎn)程控制：管理機(jī)對具體地址的控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程開啟、關(guān)閉、暫?？刂疲瑴囟日{(diào)節(jié)，費率設(shè)置等；

⑶監(jiān)視及故障診斷：管理機(jī)監(jiān)視各控制器的運行狀態(tài)（溫度設(shè)定、開機(jī)時間等），分析各控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)，及時了解系統(tǒng)運行狀態(tài)和運行中的問題（如地址沖突），提示操作人員注意；

⑷用戶管理：包括操作用戶的管理和系統(tǒng)用戶的管理（查詢、開戶、銷戶等）；

⑸查詢：查詢、檢索用戶的計費清單（根據(jù)用戶名、控制器名或地址、費用等聯(lián)合查詢）；

⑹統(tǒng)計及報表：按日/周/月計費清單，按時間段（日/月/年）進(jìn)行費用統(tǒng)計報表；

⑺打?。捍蛴∮脩羧?周/月計費清單、月計費詳單、統(tǒng)計報表；

5 結(jié)語

本系統(tǒng)的創(chuàng)新點在于網(wǎng)絡(luò)的組成，是采用局域網(wǎng)通過一個通信機(jī)接入總網(wǎng)絡(luò)的形式來實現(xiàn)，可滿足實際系統(tǒng)的要求：通過RS485的網(wǎng)絡(luò)連接方式接入1600個測量點。本系統(tǒng)經(jīng)過了一系列仿真實驗，可安全，靈活，準(zhǔn)確地運行，具有一定的方便性，合理性和實用性。