專利名稱：：基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬中央空調(diào)控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國城市化進程的推進，高層建筑以及與之配套的中央空調(diào)大量涌現(xiàn)，其中中央空調(diào)能耗約占建筑總能耗的50%以上。因此，企業(yè)界和學術(shù)界對降低中央空調(diào)的能耗進行了廣泛深入的持久研究與實踐。鑒于中央空調(diào)按最高負荷的110%120%設(shè)計，而80%時間空調(diào)的實際負荷小于50%設(shè)計負荷，提出中央空調(diào)冷(熱)量按末端負荷需求的解決方案，即采用變頻器對冷凍(卻)水泵、風扇調(diào)速，低負荷狀態(tài)時相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能，這一技術(shù)已經(jīng)十分成熟，并取得一定效果。美國ASHRAEIES90節(jié)能標準明確指出"水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計成變流量系統(tǒng)"。由于空調(diào)冷凍水的出回水溫差直接反映了空調(diào)的負荷變化，因此可通過檢測冷凍水的出回水溫差來調(diào)節(jié)冷凍(卻)水流量?？紤]到中央空調(diào)具有非線性、大滯后、強耦合的時變特征，目前主流的控制策略為多模態(tài)模糊PID。代表性研究成果如下*中央空調(diào)智能群控系統(tǒng)(ZL200710026954.X)，提出利用變頻技術(shù)，把空調(diào)的富余量減少到最小?？刂浦醒肟照{(diào)末端供回水溫差及裝置(申請?zhí)?00810027472.0)，提出比較出回水溫差與設(shè)定溫差調(diào)節(jié)比例閥開度，滿足房間溫度的控制要求。中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)集中控制方法及其傳感模塊(ZL03117539.2)，中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)模糊預(yù)期控制方法及裝置(ZL200410040667.0)，提出采用模糊控制算法調(diào)節(jié)冷凍水流量。*中央空調(diào)負載溫度控制優(yōu)化系統(tǒng)、方法和采用的溫度控制(ZL200510036470.4)，提出測量人流量，使中央空調(diào)系統(tǒng)末端能及時調(diào)節(jié)出經(jīng)濟并舒適的環(huán)境狀態(tài)。上述有益的探索，指明了中央空調(diào)節(jié)能降耗的總體思路，但探索成果仍存在相當?shù)木窒蓿M一步挖掘中央空調(diào)降耗的潛能，尤其在節(jié)能降耗的前提下確保中央空調(diào)的舒適性方面仍有大量的工作，有必要在現(xiàn)有研究成果基礎(chǔ)上作進一步研究與創(chuàng)新。濕度50%條件下，中央空調(diào)舒適性指標的冬季溫度范圍為20-23.5。C，夏季溫度則為23-26t:(Ashrea)。以空調(diào)制冷模式為例，溫度設(shè)定值每提高1度，能耗可降6%-7%。廣東省政府2005年決定，省政府機關(guān)空調(diào)溫度從23tH周至26t:或26°C以上(羊城晚報2005.5.16);其它省市政府隨后作出類似的決議，目前已推廣至全國所有公共場所，統(tǒng)計資料表明政府節(jié)能減排舉措的效果顯著。但不能不提的另一方面是對舒適性的抱怨日趨增多，因為溫度設(shè)定值上調(diào)至舒適性的上限，對控制品質(zhì)的要求水漲船高，先前低溫度設(shè)定值掩蓋下的控制品質(zhì)缺陷凸現(xiàn)出來?，F(xiàn)有溫差控制方案采集蒸發(fā)器同一時刻的出水和回水側(cè)溫度，事實上冷凍水的出水溫度要經(jīng)過一個冷凍水循環(huán)后，其溫度變化才能在回水中反映出來。換言之，所測回水溫度實際上是一個循環(huán)(通常為十幾分鐘)前空調(diào)冷凍出水與空調(diào)負荷相互作用的結(jié)果，它反映的是一個冷凍水循環(huán)周期之前的工況。因此，用同一時刻監(jiān)5測的冷凍水出回水溫度求溫差，并作為控制量進行冷凍水流量的調(diào)節(jié)顯然是有問題的，因為上述出水溫度和回水溫度表征的是不同時間點的工況，兩者時間上不同步，相差一個冷凍水循環(huán)周期。冷卻水溫差的計算方法存在與冷凍水溫差類似的缺陷一冷卻水的出水溫度和回水溫度表征的是不同時間點的工況，兩者時間上不同步，相差一個冷卻水循環(huán)周期。還必須指出現(xiàn)有溫差控制方案未涉及實時室溫，實時室溫的引入有助于控制品質(zhì)的改善；監(jiān)測無人房間，消除向無人房間供冷(熱)能進一步挖掘中央空調(diào)降耗的潛能，而且預(yù)測用戶側(cè)負荷時扣除無人房間因素，亦利于預(yù)測精度的提高。國內(nèi)中央空調(diào)設(shè)計的冷凍水溫度參數(shù)一般是7°C/12°C，冷卻水則取37°C/32°C，配套的風機盤管等部件均按上述參數(shù)值設(shè)計。加大供回水溫差減少水泵能耗的同時，會導致風機盤管傳熱效率的下降。日企設(shè)計的上海浦東國際金融大廈中央空調(diào)的冷凍、冷卻水參數(shù)分別為5.6°C/15.6°C、38.9°C/30.6°C，大大高于國內(nèi)中央空調(diào)的冷凍、冷卻水溫差值，冷凍(卻)水的出回水高溫差在日企中央空調(diào)上取得不俗的成績。國產(chǎn)風機盤管無論是材料還是制造工藝與發(fā)達國家仍有相當差距，立足現(xiàn)有國產(chǎn)風機盤管等部件，尋找增大冷凍水的出回水溫差又不影響風機盤管傳熱效率是挖掘中央空調(diào)降耗的另一途徑。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)。PC機分別與ZigBee無線傳感網(wǎng)、可編程邏輯控制器、空調(diào)主機相連，房間位于ZigBee無線傳感網(wǎng)內(nèi)，可編程邏輯控制器分別與第一變頻器、第二變頻器、第三變頻器、蒸發(fā)傳感器、冷凝傳感器相連，第一變頻器與冷凍水泵相連，冷凍水泵依次與風機盤管、新風機組、蒸發(fā)器相連，蒸發(fā)器分別與蒸發(fā)傳感器、冷凍水泵相連，風機盤管和新風機組位于房間部分，第二變頻器依次與冷卻水泵、冷卻塔相連，第三變頻器依次與冷卻塔風扇、冷卻塔相連，冷卻塔與冷凝器相連，冷凝器分別與冷凝傳感器、冷卻水泵相連；蒸發(fā)傳感器包括蒸發(fā)器兩側(cè)安裝的溫度傳感器和蒸發(fā)器出水端安裝的流量和壓力傳感器，冷凝傳感器包括冷凝器兩側(cè)安裝的溫度傳感器和冷凝器出水端安裝的流量和壓力傳感器，房間內(nèi)分布溫度傳感器、菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器，蒸發(fā)傳感器和冷凝傳感器直接發(fā)送信息至可編程邏輯控制器，房間內(nèi)的溫度傳感器、菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器通過ZigBee無線傳感網(wǎng)發(fā)送信息至PC機。所述的風機盤管和新風機組位于房間部分，風機盤管與新風機組串聯(lián)配置，實現(xiàn)冷量或熱量的梯級利用，即冷凍水經(jīng)風機盤管熱交換后再進入新風機組，替代傳統(tǒng)的并聯(lián)體系結(jié)構(gòu)，減少泵流量和管路冷量損失。所述的ZigBee無線傳感網(wǎng)由主控模塊、菲涅爾透鏡信號調(diào)理電路、室溫溫度傳感器模塊、ZigBee-EIB轉(zhuǎn)換模塊、串口模塊、電源模塊、晶振模塊、射頻電路模塊、天線組成，主控模塊CC2430集成芯片分別與菲涅爾透鏡信號調(diào)理電路、室溫溫度傳感器模塊、ZigBee-EIB轉(zhuǎn)換模塊、串口模塊、電源模塊、晶振模塊、射頻電路模塊相連，射頻電路模塊與天線相連；房間內(nèi)的溫度傳感器采集空調(diào)典型區(qū)域的實時室溫，結(jié)合菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器檢測無人房間，空調(diào)實時負荷通過無線傳感網(wǎng)輸入PC機，PC機通過可編程邏輯控制器改變變頻器頻率，進行冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速的控制；蒸發(fā)器、冷凝器兩側(cè)安裝的溫度傳感器采集蒸發(fā)器和冷凝器兩側(cè)的溫度，蒸發(fā)器、冷凝器的出水端安裝的流量和壓力傳感器采集冷凍水泵和冷卻水泵的流量、壓力，蒸發(fā)器和冷凝器的溫度、流量、壓力通過可編程邏輯控制器輸入PC機，通過可編程邏輯控制器改變變頻器頻率，進行冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速的控制?；跓o線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制方法是采用時間同步的方法處理冷凍水或冷卻水的出回水溫度，以時間同步的出回水溫差作為控制量，采用模糊反饋控制調(diào)節(jié)水泵和冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速，按末端負荷需求提供相應(yīng)的冷量或熱量；基于無線傳感網(wǎng)采集空調(diào)區(qū)域的實時室溫，結(jié)合菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器檢測無人房間，即依據(jù)空調(diào)的實時負荷和負荷變化值，實施冷凍水泵、冷卻水泵、風扇轉(zhuǎn)速的前饋控制。所述的采用時間同步的方法處理冷凍水或冷卻水的出回水溫度為冷凍水循環(huán)周期s(以采樣周期為計時單位)■~>min式中，V為冷凍水的管道容量；qi為第i次采樣時刻的冷凍水浐At為采樣周期。冷卻水循環(huán)周期s(以采樣周期為計時單位)式中，V為冷卻水的管道容量；Qi為第i次采樣時刻的冷卻水流量；At為采樣周期。第k次采樣時刻冷凍水的時間同步出回水溫差A(yù)Tk為/=式中，k為第k次采樣時刻；s為冷凍水的循環(huán)周期(以采樣周期為計時單位)；T。(k—s)為第k次采樣時刻一個冷凍水循環(huán)周期之前的出水溫度；TI(k)為第k次采樣時刻的冷凍水回水溫度。第k次采樣時刻冷卻水的時間同步出回水溫差A(yù)h為式中，k為第k次采樣時刻；s為冷卻水的循環(huán)周期(以采樣周期為計時單位)；T。(k-s)為第k次采樣時刻一個冷卻水循環(huán)周期之前的出水溫度；tI(k)為第k次采樣時刻的冷卻水回水溫度。以時間同步的出回水溫差作為控制量，采用模糊反饋控制調(diào)節(jié)水泵和冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速，按末端負荷需求提供相應(yīng)的冷量或熱量。所述的基于無線傳感網(wǎng)采集空調(diào)區(qū)域的實時室溫，結(jié)合菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器檢測無人房間，即根據(jù)空調(diào)的實時負荷和負荷變化值，實施水泵及冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速的7前饋控制為前饋控制的控制量^為^=/.[".AV+(1-式中，f為頻率溫差比例系數(shù)，室溫偏離設(shè)定值的面積加權(quán)量和加權(quán)變化量的變頻器頻率Hz變化比例系數(shù)；a為權(quán)系數(shù)，O<a<1;Af,為第k次采樣時刻室溫偏離設(shè)定值的面積加權(quán)量；Ah—A^-,為第k次采樣時刻室溫偏離設(shè)定值的面積加權(quán)變化量。~?！栋?\A_式中，&為第k次采樣時刻房間i的室溫；T26為中央空調(diào)的房間設(shè)定室溫，暫定26°C;Si為房間i的面積;n為檢測實時室溫的房間數(shù)；j為無人房間的序號。反饋控制與前饋控制疊加作用于水泵及冷卻塔風扇的變頻器，調(diào)節(jié)水泵及冷卻塔風扇的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明與
背景技術(shù)：
相比，具有的有益效果是出回水溫度的時間同步處理能獲取中央空調(diào)的真實工況，依據(jù)時間同步的出回水溫差模糊反饋控制調(diào)節(jié)變頻器頻率一水泵和風扇轉(zhuǎn)速，可有效提升控制品質(zhì)和舒適性。無線傳感網(wǎng)結(jié)合菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器檢測無人房間，獲取空調(diào)的實時負荷，根據(jù)空調(diào)的實時負荷和負荷變化值進行水泵及冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速的前饋控制，使中央空調(diào)的舒適性和能耗指標得到進一步提升。風機盤管與新風機組串聯(lián)配置，在維持風機盤管傳熱效率的基礎(chǔ)上，通過冷量梯級利用來減少冷凍水流量和冷凍配管的冷量損失。圖1是基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)原理圖；圖2是傳統(tǒng)風機盤管與新風機組并聯(lián)配置的冷凍水框圖；圖3是風機盤管與新風機組串聯(lián)配置的冷凍水框圖；圖4是菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器電路框圖；圖5是室溫無線傳感網(wǎng)框圖；圖6是冷凍水系統(tǒng)的控制框圖；圖7是冷卻水系統(tǒng)的控制框圖；圖8是冷凍、冷卻出回水溫差時間同步處理流程圖。具體實施例方式如圖1所示，無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)中的PC機分別與ZigBee無線傳感網(wǎng)、可編程邏輯控制器、空調(diào)主機相連，房間位于ZigBee無線傳感網(wǎng)內(nèi)，可編程邏輯控制器分別與第一變頻器、第二變頻器、第三變頻器、蒸發(fā)傳感器、冷凝傳感器相連，第一變頻器與冷凍水泵相連，冷凍水泵依次與風機盤管、新風機組、蒸發(fā)器相連，蒸發(fā)器分別與蒸發(fā)傳感器、冷凍水泵相連，風機盤管和新風機組位于房間部分，第二變頻器依次與冷卻水泵、冷卻塔相連，第三變頻器依次與冷卻塔風扇、冷卻塔相連，冷卻塔與冷凝器相連，冷凝器分別與冷凝傳感器、冷卻水泵相連；蒸發(fā)傳感器包括蒸發(fā)器兩側(cè)安裝的溫度傳感器和蒸發(fā)器出水端安裝的流量和壓力傳感器，冷凝傳感器包括冷凝器兩側(cè)安裝的溫度傳感器和冷凝器出水端安裝的流量和壓力傳感器，房間內(nèi)分布溫度傳感器、菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器，蒸發(fā)傳感器和冷凝傳感器直接發(fā)送信息至可編程邏輯控制器，房間內(nèi)的溫度傳感器、菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器通過ZigBee無線傳感網(wǎng)發(fā)送信息至PC機?？删幊踢壿嬁刂破鱌LC選用Siemens公司的產(chǎn)品S7-200:數(shù)字擴展模塊EM22324VDC，16輸入/16輸出;變頻器選用Siemens公司MicroMaster430系列的風機/水泵專用變頻器。如圖2所示，傳統(tǒng)中央空調(diào)水系統(tǒng)從冷凍機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管(稱"出水")，在各房間內(nèi)進行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降，然后流回冷凍機組(稱"回水")，如此不斷循環(huán)。在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中，冷卻水吸收冷凍機組釋放的熱量，水溫升高，冷卻泵將升溫的冷卻水(稱"出水")壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降溫的冷卻水送回到冷凍機組(稱"回水")，如此不斷循環(huán)。冷凍水進入并聯(lián)配置的新風機組和風機盤管進行熱交換，升溫后的冷凍回水返回蒸發(fā)器冷卻；受國產(chǎn)風機盤管工藝條件的局限，冷凍水的出回水溫差額定值為5t:，增大溫差則會導致風機盤管傳熱效率的下降。如圖3所示，所述的風機盤管和新風機組位于房間部分，風機盤管與新風機組串聯(lián)配置，實現(xiàn)冷量或熱量的梯級利用，即冷凍水經(jīng)風機盤管熱交換后再進入新風機組，替代傳統(tǒng)的并聯(lián)體系結(jié)構(gòu)，減少泵流量和管路冷量損失。從蒸發(fā)器流出的冷凍出水由冷凍泵加壓送入各房間的風機盤管進行熱交換，冷凍水溫度從7t:升至12°C;12t:的冷凍水再流經(jīng)新風機組與室外新鮮空氣熱交換升溫至15t:，從而實現(xiàn)冷量的梯級利用。冷凍水換熱公式為Q=qcAT式中，Q為冷凍水的換熱量；C為冷凍水的比熱容；AT為冷凍水的出回水溫差。顯然，增大AT值，可相應(yīng)減少流量而達到相同的冷凍水換熱量。流量下降有效減少了冷凍泵的功耗，同時冷凍水配網(wǎng)的冷量損失亦有一定程度的下降。如圖4、5所示，所述的ZigBee無線傳感網(wǎng)由主控模塊、菲涅爾透鏡信號調(diào)理電路、室溫溫度傳感器模塊、ZigBee-EIB轉(zhuǎn)換模塊、串口模塊、電源模塊、晶振模塊、射頻電路模塊、天線組成，主控模塊CC2430集成芯片分別與菲涅爾透鏡信號調(diào)理電路、室溫溫度傳感器模塊、ZigBee-EIB轉(zhuǎn)換模塊、串口模塊、電源模塊、晶振模塊、射頻電路模塊相連，射頻電路模塊與天線相連；房間內(nèi)的溫度傳感器采集空調(diào)典型區(qū)域的實時室溫，結(jié)合菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器檢測無人房間，空調(diào)實時負荷通過無線傳感網(wǎng)輸入PC機，PC機通過可9編程邏輯控制器改變變頻器頻率，進行冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速的控制；蒸發(fā)器、冷凝器兩側(cè)安裝的溫度傳感器采集蒸發(fā)器和冷凝器兩側(cè)的溫度，蒸發(fā)器、冷凝器的出水端安裝的流量和壓力傳感器采集冷凍水泵和冷卻水泵的流量、壓力，蒸發(fā)器和冷凝器的溫度、流量、壓力通過可編程邏輯控制器輸入PC機，通過可編程邏輯控制器改變變頻器頻率，進行冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速的控制。菲涅爾透鏡將人體輻射的紅外線聚集到熱釋電紅外傳感器上，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷翰⒂尚盘栒{(diào)理電路處理，處理后的信號由ZigBee無線發(fā)送模塊發(fā)送，檢測無人房間。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器、路由、終端三類節(jié)點組成；一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)只有一個協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器負責整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建以及與上位機的通信；路由負責喚醒終端、對終端上傳的數(shù)據(jù)進行融合并通過EIB總線與上位機通信；終端分布在各房間，采集房間的溫度并發(fā)送給路由。當樓宇安裝有EIB總線時，路由經(jīng)EIB-ZigBee轉(zhuǎn)換模塊通過EIB總線將數(shù)據(jù)傳輸至上位機；當樓宇中未安裝EIB總線時，則通過各個路由之間的跳躍接力將信息傳輸至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過串口傳輸至上位機。ZigBee網(wǎng)絡(luò)工作流程如下協(xié)調(diào)器上電后進入工作狀態(tài)，允許路由和終端加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)。位于房間門口的路由通過菲涅爾透鏡檢測房間是否有人若有人，菲涅爾透鏡通過信號調(diào)理電路產(chǎn)生一個高電平，路由向終端發(fā)送溫度采集命令，接收到喚醒信息后，終端通過溫度傳感器采集房間的溫度，定時上傳至路由，路由通過數(shù)據(jù)融合算法計算出房間的當前溫度，再通過EIB總線或協(xié)調(diào)器和串口上傳至上位機；若無人，則菲涅爾透鏡通過信號調(diào)理電路產(chǎn)生一個低電平，路由不向終端發(fā)出任何指令；房間內(nèi)最后一人離開時，菲涅爾透鏡通過信號調(diào)理電路之后產(chǎn)生一個從高電平到低電平的電平跳變，如果十分鐘后房間仍無人進入，路由向終端發(fā)出停止采集的命令，終端重新進入休眠狀態(tài)狀態(tài)。如圖6、7、8所示，基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制方法是采用時間同步的方法處理冷凍水或冷卻水的出回水溫度，以時間同步的出回水溫差作為控制量，采用模糊反饋控制調(diào)節(jié)水泵和冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速，按末端負荷需求提供相應(yīng)的冷量或熱量；基于無線傳感網(wǎng)采集空調(diào)區(qū)域的實時室溫，結(jié)合菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器檢測無人房間，即依據(jù)空調(diào)的實時負荷和負荷變化值，實施冷凍水泵、冷卻水泵、風扇轉(zhuǎn)速的前饋控制。冷凍(卻)水出水的溫度要經(jīng)過一個循環(huán)后，其溫度變化才能在回水中反映出來，鑒于冷凍(卻)水系統(tǒng)固有的滯后特性，實時估算冷凍(卻)水系統(tǒng)的滯后時間，對出回水溫度進行時間同步處理。所述的采用時間同步的方法處理冷凍水或冷卻水的出回水溫度為冷凍水循環(huán)周期s(以采樣周期為計時單位)式中，V為冷凍水的管道容量；Qi為第i次采樣時刻的冷凍水流量；At為采樣周期。冷卻水循環(huán)周期s(以采樣周期為計時單位)10式中，V為冷卻水的管道容量；qi為第i次采樣時刻的冷卻水流量；At為采樣周期。第k次采樣時刻冷凍水的時間同步出回水溫差A(yù)Tk為A7;"r,)+7^)式中，k為第k次采樣時刻；S為冷凍水的循環(huán)周期(以采樣周期為計時單位)；T。(k—s)為第k次采樣時刻一個冷凍水循環(huán)周期之前的出水溫度；TI(k)為第k次采樣時刻的冷凍水回水溫度。第k次采樣時刻冷卻水的時間同步出回水溫差A(yù)tk為蘭(*)式中，k為第k次采樣時刻；S為冷卻水的循環(huán)周期(以采樣周期為計時單位)；t。(k—s)為第k次采樣時刻一個冷卻水循環(huán)周期之前的出水溫度；tI(k)為第k次采樣時刻的冷卻水回水溫度。冷凍(卻)出回水溫差時間同步處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表1所示。冷凍(卻)出回水時間同步溫差表征的是第(k-s)次采樣時刻出水(水溫T。(k—s))與負荷相互作用后的結(jié)果——第k次采樣時刻回水(水溫TI(k))。TI(k)滯后T。(k—s)—個冷凍(卻)水循環(huán)周期(s個采樣周期)，T。(k—s)與TI(k)表征的是同一時間點的工況。表1冷凍(卻)出回水溫差時間同步處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>TI(k)為第k次采樣時刻的冷凍(卻)水回水溫度(如圖中灰色部分)。以時間同步的出回水溫差作為控制量，采用模糊反饋控制調(diào)節(jié)水泵和冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速，按末端負荷需求提供相應(yīng)的冷量或熱量。所述的基于無線傳感網(wǎng)采集空調(diào)區(qū)域的實時室溫，結(jié)合菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器檢測無人房間，即根據(jù)空調(diào)的實時負荷和負荷變化值，實施水泵及冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速的前饋控制為前饋控制的控制量^為^=/[".An+(1—A")]式中，f為頻率溫差比例系數(shù)，室溫偏離設(shè)定值的面積加權(quán)量和加權(quán)變化量的變頻器頻率Hz變化比例系數(shù)；a為權(quán)系數(shù)，O<a<1;A^為第k次采樣時刻室溫偏離設(shè)定值的面積加權(quán)量；-AF"為第k次采樣時刻室溫偏離設(shè)定值的面積加權(quán)變化量。。S△f^^l-IS,=1'力式中，&為第k次采樣時刻房間i的室溫；T2e為中央空調(diào)的房間設(shè)定室溫，暫定26t:;Si為房間i的面積;n為檢測實時室溫的房間數(shù)；j為無人房間的序號。反饋控制與前饋控制疊加作用于水泵及冷卻塔風扇的變頻器，調(diào)節(jié)水泵及冷卻塔風扇的轉(zhuǎn)速。冷凍溫差調(diào)節(jié)器采用二輸入單輸出模糊反饋控制，第k次采樣時刻的輸入量為時間同步的冷凍出回水溫差與冷凍出回水設(shè)定溫差的偏離值ek，以及偏離值ek的變化值dek:ek=ATk_AT0dek=ek-ek—!式中，ATk為第k次采樣時刻冷凍水的時間同步出回水溫差，參見圖6說明；AT。為冷凍出回水設(shè)定溫差，在此設(shè)定為8°C。中央空調(diào)具有非線性、大滯后、強耦合的時變特征，模糊控制已經(jīng)在中央空調(diào)控制系統(tǒng)中取得了良好的應(yīng)用，本發(fā)明溫度調(diào)節(jié)器明采用模糊反饋控制調(diào)節(jié)水泵和風扇變頻器頻率，調(diào)整水流量，實現(xiàn)最大限度的節(jié)能；為保證水流量不低于最小流量，設(shè)定冷凍水泵工作頻率下限為25Hz，采樣周期設(shè)定為4s。輸入量ek模糊化處理如下表。表2輸入量ek模糊化處理<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>由于采樣周期為4s，溫度為大滯后變量，兩次采樣間變化不會很明顯，因此對輸入量cbk只進行正負區(qū)分。模糊規(guī)則表如下表所示，表中uk對應(yīng)的PB表示變頻器頻率增加1Hz，PS表示變頻器頻率增加0.5Hz，*表示變頻器頻率不變，NS表示變頻器頻率減少0.5Hz，NB表示變頻器頻率減少lHz。表3溫差模糊規(guī)則表<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>冷凍溫差調(diào)節(jié)器采用模糊控制獲得冷凍水流量調(diào)節(jié)量uk，uk與前饋控制量;相疊加，作用于冷凍水泵變頻器，調(diào)節(jié)冷凍水泵工作頻率，控制冷凍水泵水流量。冷卻水系統(tǒng)冷凝器兩端的溫度TI(k)、T。(k)反饋至溫度調(diào)節(jié)器，計算出冷卻出回水的時間同步溫差A(yù)Tk;根據(jù)冷卻出回水設(shè)定溫差A(yù)T。、冷卻出回水的時間同步溫差A(yù)tk，冷卻水溫差調(diào)節(jié)器采用模糊反饋控制冷卻水流量的調(diào)節(jié)量，冷卻水反饋控制的流量調(diào)節(jié)量與前饋控制的流量調(diào)節(jié)量疊加作用于冷卻水泵變頻器，調(diào)節(jié)冷卻水泵工作頻率，控制冷卻水泵水流量。冷卻塔風扇的轉(zhuǎn)速上升，冷卻水系統(tǒng)流量q上升。冷卻溫差調(diào)節(jié)器采用二輸入單輸出模糊反饋控制，第k次采樣時刻的輸入量為時間同步的冷卻出回水溫差與冷卻出回水設(shè)定溫差的偏離值ek，以及偏離值ek的變化值dek:ek=ATk-At0dek=ek_ek—!式中，A^為第k次采樣時刻冷卻水的時間同步出回水溫差，參見圖6說明；At。為冷卻出回水設(shè)定溫差，在此設(shè)定為7°C。冷卻溫度調(diào)節(jié)器明采用模糊反饋控制調(diào)節(jié)水泵，調(diào)整水流量，實現(xiàn)最大限度的節(jié)能；為保證水流量不低于最小流量，設(shè)定冷卻水泵工作頻率下限為25Hz，采樣周期設(shè)定為4s。輸入量ek模糊化處理如下表。表4輸入量ek模糊化處理13<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>由于采樣周期為4s，溫度為大滯后變量，兩次采樣間變化不會很明顯，因此對輸入量cbk只進行正負區(qū)分。模糊規(guī)則表如下表所示，表中uk對應(yīng)的PB表示變頻器頻率增加1Hz，PS表示變頻器頻率增加0.5Hz，*表示變頻器頻率不變，NS表示變頻器頻率減少0.5Hz，NB表示變頻器頻率減少lHz。表5溫差模糊規(guī)則表NBNSZEPSPB負PBPBPS*NS零PBPSNSNB正PS*NSNSNB冷卻溫差調(diào)節(jié)器采用模糊控制獲得冷卻水流量調(diào)節(jié)量uk，uk與前饋控制量^(同冷凍水前饋控制量)相疊加，作用于冷卻水泵，調(diào)節(jié)冷卻水泵，控制冷卻水泵水流量。同時冷卻溫差調(diào)節(jié)器的輸出量也作用于冷卻塔風扇變頻器，調(diào)節(jié)冷卻塔風扇工作頻率，控制冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速。1權(quán)利要求一種基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于PC機分別與ZigBee無線傳感網(wǎng)、可編程邏輯控制器、空調(diào)主機相連，房間位于ZigBee無線傳感網(wǎng)內(nèi)，可編程邏輯控制器分別與第一變頻器、第二變頻器、第三變頻器、蒸發(fā)傳感器、冷凝傳感器相連，第一變頻器與冷凍水泵相連，冷凍水泵依次與風機盤管、新風機組、蒸發(fā)器相連，蒸發(fā)器分別與蒸發(fā)傳感器、冷凍水泵相連，風機盤管和新風機組位于房間部分，第二變頻器依次與冷卻水泵、冷卻塔相連，第三變頻器依次與冷卻塔風扇、冷卻塔相連，冷卻塔與冷凝器相連，冷凝器分別與冷凝傳感器、冷卻水泵相連；蒸發(fā)傳感器包括蒸發(fā)器兩側(cè)安裝的溫度傳感器和蒸發(fā)器出水端安裝的流量和壓力傳感器，冷凝傳感器包括冷凝器兩側(cè)安裝的溫度傳感器和冷凝器出水端安裝的流量和壓力傳感器，房間內(nèi)分布溫度傳感器、菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器，蒸發(fā)傳感器和冷凝傳感器直接發(fā)送信息至可編程邏輯控制器，房間內(nèi)的溫度傳感器、菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器通過ZigBee無線傳感網(wǎng)發(fā)送信息至PC機。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的風機盤管和新風機組位于房間部分，風機盤管與新風機組串聯(lián)配置，實現(xiàn)冷量或熱量的梯級利用，即冷凍水經(jīng)風機盤管熱交換后再進入新風機組，替代傳統(tǒng)的并聯(lián)體系結(jié)構(gòu)，減少泵流量和管路冷量損失。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的ZigBee無線傳感網(wǎng)由主控模塊、菲涅爾透鏡信號調(diào)理電路、室溫溫度傳感器模塊、ZigBee-EIB轉(zhuǎn)換模塊、串口模塊、電源模塊、晶振模塊、射頻電路模塊、天線組成，主控模塊CC2430集成芯片分別與菲涅爾透鏡信號調(diào)理電路、室溫溫度傳感器模塊、ZigBee-EIB轉(zhuǎn)換模塊、串口模塊、電源模塊、晶振模塊、射頻電路模塊相連，射頻電路模塊與天線相連；房間內(nèi)的溫度傳感器采集空調(diào)典型區(qū)域的實時室溫，結(jié)合菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器檢測無人房間，空調(diào)實時負荷通過無線傳感網(wǎng)輸入PC機，PC機通過可編程邏輯控制器改變變頻器頻率，進行冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速的控制；蒸發(fā)器、冷凝器兩側(cè)安裝的溫度傳感器采集蒸發(fā)器和冷凝器兩側(cè)的溫度，蒸發(fā)器、冷凝器的出水端安裝的流量和壓力傳感器采集冷凍水泵和冷卻水泵的流量、壓力，蒸發(fā)器和冷凝器的溫度、流量、壓力通過可編程邏輯控制器輸入PC機，通過可編程邏輯控制器改變變頻器頻率，進行冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速的控制。4.一種使用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制方法，其特征在于采用時間同步的方法處理冷凍水或冷卻水的出回水溫度，以時間同步的出回水溫差作為控制量，采用模糊反饋控制調(diào)節(jié)水泵和冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速，按末端負荷需求提供相應(yīng)的冷量或熱量；基于無線傳感網(wǎng)采集空調(diào)區(qū)域的實時室溫，結(jié)合菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器檢測無人房間，即依據(jù)空調(diào)的實時負荷和負荷變化值，實施冷凍水泵、冷卻水泵、風扇轉(zhuǎn)速的前饋控制。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制方法，其特征在于所述的采用時間同步的方法處理冷凍水或冷卻水的出回水溫度為冷凍水循環(huán)周期s(以采樣周期為計時單位)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中，V為冷凍水的管道容Qi為第i次采樣時刻的冷凍水流量；At為采樣周期。冷卻水循環(huán)周期s(以采樣周期為計時單位)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中，V為冷卻水的管道容量；Qi為第i次采樣時刻的冷卻水流量；At為采樣周期。第k次采樣時刻冷凍水的時間同步出回水溫差A(yù)Tk為式中，k為第k次采樣時刻；s為冷凍水的循環(huán)周期(以采樣周期為計時單位)；T。(k—s)為第k次采樣時刻一個冷凍水循環(huán)周期之前的出水溫度；TI(k)為第k次采樣時刻的冷凍水回水溫度。第k次采樣時刻冷卻水的時間同步出回水溫差A(yù)h為式中，k為第k次采樣時刻；s為冷卻水的循環(huán)周期(以采樣周期為計時單位)；t。(k-s)為第k次采樣時刻一個冷卻水循環(huán)周期之前的出水溫度；tI(k)為第k次采樣時刻的冷卻水回水溫度。以時間同步的出回水溫差作為控制量，采用模糊反饋控制調(diào)節(jié)水泵和冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速，按末端負荷需求提供相應(yīng)的冷量或熱量。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制方法，其特征在于所述的基于無線傳感網(wǎng)采集空調(diào)區(qū)域的實時室溫，結(jié)合菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器檢測無人房間，即根據(jù)空調(diào)的實時負荷和負荷變化值，實施水泵及冷卻塔風扇轉(zhuǎn)速的前饋控制為前饋控制的控制量^為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中，f為頻率溫差比例系數(shù)，室溫偏離設(shè)定值的面積加權(quán)量和加權(quán)變化量的變頻器頻率HZ變化比例系數(shù)；a為權(quán)系數(shù)，O<a<1;A^為第k次采樣時刻室溫偏離設(shè)定值的面積加權(quán)量；-"為第k次采樣時刻室溫偏離設(shè)定值的面積加權(quán)變化量。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中，1為第k次采樣時刻房間i的室溫；T26為中央空調(diào)的房間設(shè)定室溫，暫定26°C:Si為房間i的面積；n為檢測實時室溫的房間數(shù)；j為無人房間的序號。反饋控制與前饋控制疊加作用于水泵及冷卻塔風扇的變頻器，調(diào)節(jié)水泵及冷卻塔風扇的轉(zhuǎn)速。全文摘要本發(fā)明公開一種基于無線傳感網(wǎng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)由冷凍水控制子系統(tǒng)、冷卻水控制子系統(tǒng)、基于無線傳感網(wǎng)的總控系統(tǒng)組成。鑒于冷凍(卻)水系統(tǒng)固有的滯后特性，對出回水溫度進行時間同步處理，采用模糊反饋控制調(diào)節(jié)水泵、風扇轉(zhuǎn)速，改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)和舒適性；基于無線傳感網(wǎng)采集空調(diào)區(qū)域的實時室溫，結(jié)合菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器檢測無人房間，即依據(jù)空調(diào)的實時負荷和負荷變化值，實施冷凍(卻)水泵、風扇轉(zhuǎn)速的前饋控制，使中央空調(diào)的舒適性和能耗指標得到進一步的提升；立足國產(chǎn)風機盤管的額定溫差參數(shù)，提出風機盤管與新風機組串聯(lián)的體系結(jié)構(gòu)，依據(jù)冷量梯級利用的原理實現(xiàn)節(jié)能。文檔編號F24F11/00GK101737899SQ20091015546公開日2010年6月16日申請日期2009年12月14日優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日發(fā)明者吳明光,周平,徐曉忻,楊丕楠,王慧芬申請人:浙江大學