新型绿色中央空调系统节能模糊控制装置及控制方法
专利汇可以提供新型绿色中央空调系统节能模糊控制装置及控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且新型绿色中央 空调 系统节能的模糊控制装置及控制方法，控制装置由电源单元、 数据采集 单元、中央 控制器 、数据显示处理器、通讯模 块 及上位计算机组成。采用现代模糊控制技术，根据长期实践的操作经验及技巧，结合专业的节能技术知识，同时加入人的思维过程来确定模糊控制规则，对采集的数据模糊化处理，然后进行模糊推理，将推理出的模糊控制转 化成 实际控制值，来实现整个中央空调系统的最优控制。，下面是新型绿色中央空调系统节能模糊控制装置及控制方法专利的具体信息内容。
1.一种新型绿色中央空调系统模糊控制节能装置，其特征在于，由电源单元、数据 采集单元、中央控制器、数据显示处理器、通讯模块及上位计算机组成；数据采集单元 由温度传感器、湿度传感器、压力传感器及流量传感器等组成，上述传感器与将传感器 采集的0～10V/4～20mA标准信号转化为数字信号进行运算处理的中央控制器电连接；中 央控制器由CPU模块或单片机及其辅助模块组成，辅助模块包括电源模块、输入模块以 及输出模块，辅助模块通过连接电缆与CPU模块或单片机连接；模糊控制软件程序嵌入 中央控制器中；数据显示处理器由触摸屏或嵌入式一体化工控机、存储设备、通讯接口 和打印机组成，触摸屏或嵌入式一体化工控机通过通讯接口与中央控制器相连，存储设 备为硬盘，打印机通过打印机电缆与触摸屏或嵌入式一体化工控机的USB接口连接；上 位计算机通过通讯模块与实现远程监控、能耗统计分析及数据备份的中央控制器连接。
2.一种新型绿色中央空调系统模糊控制节能装置的模糊控制方法，系统采用现代模 糊控制技术，根据长期实践的操作经验及技巧、专业的节能技术知识及人的思维过程来 确定模糊控制规则，对采集的数据模糊化处理，然后进行模糊推理，将推理出的模糊控 制转化成实际控制值，来实现整个中央空调系统的最优控制；其特征在于，模糊控制方 法如下：
1)启动设备；
2)选择节能运行方式；
3)数据采集及输入量确定
中央控制器对器传感器采集的系统供水温度、回水温度、系统流量、系统压差、环 境温湿度以及太阳能集热器出水温度进行A/D转换，根据预先设定的供水温度、回水温 度、系统流量、系统压差、环境温度以及太阳能集热器出水温度，运用经验公式计算出 偏差和偏差变化率；
4)模糊化
确定偏差和偏差变化率的模糊语言值及相应的隶属度函数；
a)模糊推理
根据长期实践的操作经验及技巧、专业的节能技术知识及人的思维过程来建立模糊 控制规则表，并查表求出模糊控制量；
b)模糊清晰化及输出处理
将由模糊规则控制表计算出的模糊控制量清晰化为实际的控制量，并据此计算出频 率增量，最后根据最大最小推理方法得出控制输出的最优频率值。
技术领域
本发明涉及一种模糊控制装置及控制方法，特别是一种新型绿色中央空调系统节能 模糊控制装置及控制方法。
技术背景
能源是人类生存和社会发展必需的物质基础，进入二十一世纪，能源紧缺已经成为 各国经济发展的世界性难题。随着经济的持续发展，人们生活水平的不断提高，对空调 的舒适性、室内空气品质的要求也越来越高。而目前，建筑物的能耗约占全国能耗的1 /3，而在公共建筑(特别是大型商场、高档旅馆酒店、高档办公楼等)的全年能耗中， 大约50％-60％消耗于空调制冷与采暖系统，为了更好地满足人们对舒适度和健康的要求， 近年来在空调领域研发出了地源、水源热泵空调系统以及太阳能辅助地源热泵系统。
这种新型绿色空调系统，是既可供热又可供冷的高效建筑节能技术，能有效节省能 源、减少大气污染及CO2排放。地球表面或浅层水源的温度一年四季基本不受外界气候 影响，相对稳定，一般平均为16~20℃，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低， 可作为很好的热泵热源和空调冷源。这种空调系统还可以结合太阳能进一步提高能源利 用，冬季为用户供热时，水源中央空调系统从太阳能系统中提取一部分热能负荷，根据 采集的供暖水温和太阳能的实际水温进行比较，通过阀门的自动切换，使输入到空调主 机的水源先经过太阳能换热系统，使系统水温相对提高，然后通过电能驱动的水源中央 空调主机(热泵)送出高温热源，以满足用户供热需求，启动太阳能集热系统，辅助供 热设施运行，太阳能承担部分负荷，可节约空调主机电能能耗；春、夏、秋等非供暖季 节，太阳能系统可为用户提供生活热水或其他用热；为用户供冷时，水源中央空调将用 户室内的余热通过水源中央空调主机(制冷)转移到地下水源中，以满足用户制冷需求。
目前，这种新型的空调系统，还没有实现采用模糊技术进行动态节能控制。
发明内容
一种新型绿色中央空调系统模糊控制节能装置，由电源单元、数据采集单元、中央控 制器、数据显示处理器、通讯模块及上位计算机组成；数据采集单元由温度传感器、湿 度传感器、压力传感器及流量传感器等组成，上述传感器与将传感器采集的0～10V/4～ 20mA标准信号转化为数字信号进行运算处理的中央控制器电连接；中央控制器由CPU模 块或单片机及其辅助模块组成，辅助模块包括电源模块、输入模块以及输出模块，辅助 模块通过连接电缆与CPU模块或单片机连接；模糊控制软件程序嵌入中央控制器中；数 据显示处理器由触摸屏或嵌入式一体化工控机、存储设备、通讯接口和打印机组成，触 摸屏或嵌入式一体化工控机通过通讯接口与中央控制器相连，存储设备为硬盘，打印机 通过打印机电缆与触摸屏或嵌入式一体化工控机的USB接口连接；上位计算机通过通讯 模块与实现远程监控、能耗统计分析及数据备份的中央控制器连接。
中央控制器对采集的数据进行处理，并通过模糊控制软件程序进行模糊推理计算出 控制最优值，进行输出处理后，来控制系统运行设备。
数据显示处理器可以实现现场操作控制、实时和历史数据的报表及图形显示和存储。
本系统控制技术方案：根据实际项目的具体情况，制定相应的节能实施方案，确定 系统模糊控制规则。根据方案及设备实际需求，将环境温、湿度传感器、室内温、湿度 传感器、流量传感器、压力传感器及相关设备需要检测项目的传感器分别安装在中央空 调系统、太阳能系统等被监测目标的工作现场；输入模块将采集跟踪的模拟信号转变为 数字信号后，实时传送给CPU模块或单片机，中央控制器运用模糊控制软件进行模糊处 理，运算出最优的输出控制值，进行输出处理后，控制系统运行的相应设备，使整个系 统运行在节能优化工况下；同时，数据显示处理器可根据用户的要求进行操作控制，并 对实时接收的数据进行分析处理，形成报表和图形显示、存储记录，根据用户的指令可 将报表送打印终端设备进行打印；上位计算机与数据显示处理器可实现两地控制并互为 备用，上位机可实现各部分的能耗统计分析及数据的长期备份。
新型绿色中央空调系统模糊控制节能装置的节能模糊控制程序如下：
1)启动设备；
2)选择节能运行方式；
3)数据采集及输入量确定
中央控制器对器传感器采集的系统供水温度、回水温度、系统流量、系统压 差、环境温湿度以及太阳能集热器出水温度进行A/D转换，根据预先设定的供水 温度、回水温度、系统流量、系统压差、环境温度以及太阳能集热器出水温度， 运用经验公式计算出偏差和偏差变化率；
4)模糊化
确定偏差和偏差变化率的模糊语言值及相应的隶属度函数
a)模糊推理
根据长期实践的操作经验及技巧、专业的节能技术知识及人的思维过程来建立模糊 控制规则表，并查表求出模糊控制量；
b)模糊清晰化及输出处理
将由模糊规则控制表计算出的模糊控制量清晰化为实际的控制量，并据此计算出频 率增量，最后根据最大最小推理方法得出控制输出的最优频率值。
本系统与现有产品技术相比，具有更高的可靠性、稳定性、科学性、易操作、易维 护、高节电率等特点。系统采用现代模糊控制技术，综合环境、系统参数及设备静、动 态参数进行分析处理，根据长期实践的操作经验及技巧、专业的节能技术知识以及人的 思维过程来确定模糊控制规则确定最终的输出控制决策。系统能实时跟踪环境、系统参 数及设备运行情况做出最优控制，达到最大限度的挖掘设备节能潜力的目的，以节约能 源。
附图说明
图1是本发明的控制程序流程图。
图2是本发明实施例的系统结构框图。
其中，1、数据采集单元，2、数据显示处理器，3、执行器，4、中央控制器，5、上 位计算机，6、电源单元。
具体实施方式
硬件组成
数据采集单元由温度传感器、湿度传感器、压力传感器及流量传感器等组成，温度 采集采用Pt100，对压力、湿度等的采集均采用支持0～10V/4～20mA标准信号的传感器。
中央控制器采用OMRON的CJ1M系列可编程控制器，其中CPU单元选用CJ1M-CPU12， 电源模块选用CJ1W-PA205R，模拟量输入、输出模块分别选用CJ1W-AD081-V1和 CJ1W-DA08V开关量输入、输出分别选用CJ1W-ID231和CJ1W-OD231，各模块之间 由电缆连接。模拟量输入模块可直接采集0～10V/4～20MA标准信号，模拟量输出模块将 中央控制器的优化输出值转换为0～10V/4～20MA标准信号送到执行器启动电机运行。
执行器采用芬兰VACON的NX系列变频器。
数据显示处理器采用北京昆仑通态的嵌入式一体化工控机TPC105-TC33，存储设备采 用市售笔记本硬盘，打印机采用市售产品。嵌入式一体化工控机采用RS232与可编程控 制器连接，并预留通讯接口。
上位计算机采用研华科技的IPC610H整机，通过485总线与中央控制器连接。
上述节能模糊控制装置的控制方法如下：
1)启动设备；
2)选择节能运行方式；
3)数据采集及输入量确定
模糊控制器对冷却水的出水温度T出、回水温度T回、系统流量Q、系统压差P和 环境温度T环，通过变送器进行采集，根据预先设定的供水温度T出额、回水温度T回额、 系统流量Q额、系统压差P额和环境温度T环额，通过公式计算出偏差e(k)和偏差变化率
Δe(k)
ΔT出＝T出额-T出
ΔT回＝T回额-T回
ΔT环＝T环额-T环
ΔQ＝Q额-Q
ΔP＝P额-P
e(k)＝αΔT出+βΔT回+γΔT环+θΔQ+ξΔP(α，β，γ，θ，ξ为经验值)
Δe(k)＝e(k)-e(k-1)；
4)模糊化
分别确定偏差e(k)和偏差变化率Δe(k)的模糊语言值及相应的隶属度函数，模糊语言 值的个数为7，采用三角波隶属度函数。模糊分割及相应的模糊语言名称如下表所示：
e(k) Δe(k) 语言名称 e(k)∈(-∞，e1) Δe(k)∈(-∞，Δe1) NB e(k)∈(e1，e2) Δe(k)∈(Δe1，Δe2) NM e(k)∈(e2，e3) Δe(k)∈(Δe2，Δe3) NS e(k)∈(e3，e4) Δe(k)∈(Δe3，Δe4) ZE e(k)∈(e4，e5) Δe(k)∈(Δe4，Δe5) PS e(k)∈(e5，e6) Δe(k)∈(Δe5，Δe6) PM e(k)∈(e6，+∞) Δe(k)∈(Δe6，+∞) PB
5)建立模糊控制规则库
6)模糊清晰化及输出处理
将由模糊规则控制表计算出的模糊控制量U清晰化为实际的控制量u(k)，然后计算 频率增量：
Δf(k)＝εu(k)(ε为经验值)
根据最大最小推理方法得出控制输出频率：
f(k)＝Min(Max(f(k)，f(min))，fmax)
从而进行冷却系统设备的运行控制，来实现系统节能。
2.应用效果
采用国标检测方法检测节电率，即：节能系统和用户原有设备分别装 有相同厂家、相同型号的计量电度表，在环境温度接近的情况下，工频2 天、节能2天交替运行不低于3~4周，将电表读数进行比较，差值即为本 次检测节电率。
同时系统对能效设备提供数据记录统计功能，用户可随时计算年平均 节电率，用户可以对照数据记录存储的节电率和电能表记录的节电率进行 对照比较，以保证节电率检测的科学性和实用性，全年后对用户出具由双 方签字认可的节电效果报告。保证年平均节电率在15％～35％。
在某电子厂房的空调系统的应用经国标节电率检测方法检测达到 50.97％。故采用此模糊节能控制装置及模糊控制方法，节电效果明显，对用户 受益较大，应大力推广应用。
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