中央空调控制系统原理与冷/热量计费系统的设计方案

1、引言

随着社会的进步，人们对居住环境、生活质量的要求也在不断地提高。中央空调在民用住宅、商用大厦、写字楼及多功能的综合性大楼中也被广泛采用。而采用按冷/热量计费的方式，无疑会为用户提供一个公正、合理、科学的收费依据；另外还可以建立用户的经济利益与使用能耗的直接联系，从根本上增强用户的节能意识，幅度地减少能源的浪费。本文就是基于这种计费方式，对分户能量计量表的结构、功能及管理软件进行设计与研究。

2、 中央空调控制系统原理

2.1能量计费公式

Q=∫0tQmΔhdt

Q----释放的冷/热量，KJ

Qm----流经能量表的液体质量流量，Kg/s

Δh----热交换器中入口温度与出口温度对应的液体的比焓值差，KJ/Kg

t----时间，s

2.2控制系统

在中央空调控制系统中用到两个温度传感器和一个流量传感器。将温度传感器分别安装在热交换器回路的供水管和回水管上，将流量传感器安装在热交换回路的入口或出口管道上，当流量传感器发出流量信号时，配对温度传感器给出入口和出口的温度信号，能量计量表通过自动连续采集流量和温度信号，经过计算显示出载冷液体从入口至出口所释放的能量值。

3 能量计量表组成

3.1硬件结构

3.1.1单片机

选用89S52芯片，它是一种低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器，使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。为本系统提供了高灵活、超有效的解决方案。

3.1.2显示电路

选用DM-162液晶显示模块，它是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，这里采用常用的2行16个字的方式编程，可循环显示当前时间，室内温度，设定温度，消耗能量，应缴费用，IC卡数据以及报警信息等。

3.1.3时钟和信号采集电路

时钟/日历电路可计算2100年之前的秒/分/时/日/日期/星期/月/年，实时准确地显示时间，而且每月的天数和闰年的天数可自动调整；在掉电状况下也能持续显示。

信号采集电路先由模/数转换器采集经温度传感器和流量传感器传送的模拟信号，再分别转换为相应的数字信号，采样频率默认为5ms,也可根据实际需要进行参数设定。其中温度传感器采用Pt100铂电阻作为感温元件，测量供水和回水温度，25℃时为1.6KΩ；流量传感器采用机械式流量计，测量回路的冷媒流量。通过信号采集电路所转换的电平信号，可为中央空调计费提供原始依据。

3.1.4 计费电路

温度传感器送来的温度信号取差放大后，经模/数转换电路变换成与被测温差成比例的电脉冲频率信号后传送给单片机。单片机通过PID算法计算出用户所消耗的能量，再经过通信电路，接受上位机的查询。

3.1.5 IC卡管理

IC卡在管理部门交费管理，它由写卡器和读卡器组成。写卡器由管理部门收费写卡，读卡器由单片机识别，并存储IC卡数据；单片机可自动根据所计算Q值，递减存储数据；当存储数据为0时，单片机指示电动阀自动关闭，末端空调器停止工作，并显示报警信号。

3.1.6看门狗电路

看门狗采用MAX813芯片，它不仅具有掉电保护作用，而且可在系统出现故障或程序跑飞的情况下，使控制器能够自动恢复工作，从而得以可靠、安全地运行。

3.1.7电源电路

该系统中电源电路采用双路独立电源，分别为数、模供电。包括交流变压器（220V/12V）、桥式整流电路、滤波电容、集成稳压块组成，为系统提供+12V，+5V的直流电压。

3.2软件设计

3.2.1主程序流程图

3.2.2主要模块功能

⑴温度控制：通过中央管理机设定温度参数，并通过采集的流量和温度传感数据，将控制信号反馈给比例积分三通电动阀，自动调节经过末端空调器的空调冷媒流量，从而达到自动控制室温的目的。具体内容包括温度调节，风机输出控制，温度零漂调节，温控滞带参数设定等；调节范围为18℃~30℃，带PID调节，1℃。

⑵输出控制：将采样结果同温度设定值（制冷时高于4℃，制热时低于4℃）进行比较并作出相应动作，控制相应可控硅的导通与关闭，从而实现了温度、风速和水阀的控制。

⑶计费功能：计费是本系统的主要任务。本系统的计费公式如下：

F=AQQ+F1

式中F--用户应向物业部门所交付的总费用

AQ--用冷/热费用系数

Q --释放的冷/热量，KJ

F1--附加费用

根据该式可计算得用户用冷/热消耗量，户机显示出其累计值，并在上位机呼叫时将其数据报送。上位机根据物业管理部门的要求，将各用户应缴的费用显示、打印制表或转帐等。

4 中央管理机

管理机为PC机，管理软件能对能量计量表进行远程监控，完成对房间温度的远程集中式控制，采集并保存每天的计费数据明细，并能统计分析打印详细清单和报表，完成对房间温控器的集中式管理。

4.1 管理机

操作系统：Win9X/2000/XP;

编程语言及数据库：Delphi7.0+Access;

数据库连接：ADO;

通讯方式：PC机RS232通讯接口；

4.2 管理机向控制器发送的内容

空调启停命令；

温度、风机大小设定值；

时间设定值；

计费数据采集命令；

控制器状态采集命令；

4.3控制器向管理机发送的内容

控制器工作状态（空调启/停、风机状态）；

计费数据；

4.4功能描述

⑴数据采集：每日定时自动（必要时可以手动）通过串口读取各控制器的计费数据并保存明细，对采集到的终端原始数据进行存储操作；

⑵远程控制：管理机对具体地址的控制器进行远程开启、关闭、暂停控制，温度调节，费率设置等；

⑶监视及故障诊断：管理机监视各控制器的运行状态（温度设定、开机时间等），分析各控制器发送的数据，及时了解系统运行状态和运行中的问题（如地址冲突），提示操作人员注意；

⑷用户管理：包括操作用户的管理和系统用户的管理（查询、开户、销户等）；

⑸查询：查询、检索用户的计费清单（根据用户名、控制器名或地址、费用等联合查询）；

⑹统计及报表：按日/周/月计费清单，按时间段（日/月/年）进行费用统计报表；

⑺打印：打印用户日/周/月计费清单、月计费详单、统计报表；

5 结语

本系统的创新点在于网络的组成，是采用局域网通过一个通信机接入总网络的形式来实现，可满足实际系统的要求：通过RS485的网络连接方式接入1600个测量点。本系统经过了一系列仿真实验，可安全，灵活，准确地运行，具有一定的方便性，合理性和实用性。