中央空调系统及其控制系统和控制方法与流程

本发明涉及空气调节技术领域，具体涉及一种中央空调系统及其控制系统和控制方法。

背景技术：

中央空调系统的冷站为公共建筑提供空调冷冻水，并且一般由冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔、阀门以及自动控制系统等组成。中央空调系统的冷站自动控制系统可以实现自动管理和控制，大幅提高冷站自动化水平，降低管理人力物力投入，并且提升中央空调系统的能效水平。

根据相关技术的中央空调系统的冷站自动控制系统由单独的群控厂商提供。具体地，在实际工程中，冷站设备(比如冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔和阀门等系统设备)由设备供应商提供，而自动控制系统由群控厂商提供。由于根据相关技术的中央空调系统的冷站自动控制系统是一种集中式的独立于现场设备的控制系统，因此主要存在以下问题。

由于中央空调系统中水系统形式多样，因此自动控制系统的二次开发工作量大。对于根据相关技术的中央空调系统的冷站自动控制系统而言，DDC(直接数字控制)控制器收集传感器的测量值和执行机构的状态反馈信息并且将其输送至上位机，上位机基于给定的算法分析处理信息，将控制指令通过DDC控制器输出下发给各执行机构。在开发过程中，由于每个项目的设备数量规格、水系统形式各不相同，需要对每个项目的控制程序进行订单式开发。这种开发方式周期长，投入人力多，不适应大规模开发的需求。

中央空调系统中的系统设备的详细设备模型、性能参数掌握在设备厂商手中，而且通常是其核心参数而无法共享。如此，由于无法获知详细的设备性能参数，因而自控厂商的各类优化控制算法难以获得良好的节能效果。

现场安装调试工作量大。DDC控制器需要通过大量IO接口(AI、AO、DI和DO)与现场设备(比如冷机、水泵、冷却塔风机等系统设备)连接。由于根据相关技术的自动控制系统与系统设备完全独立，为了将自动控制系统的连接拓扑与实际中央空调系统的物理连接拓扑匹配，需要在现场对控制系统进行组网配置工作并进行调试。组网配置是指将传感器、执行器等实际设备的物理信息点反映到控制系统中，与控制系统中的变量相对应，这包括信息点的物理连接和软件设定。由此，带来的问题例如为：冷站设备控制信息点数量繁多，导致人工组网配置工作量巨大，并且需要由专业的工程师在现场完成配置，人工成本高，时间周期长；如果现场设备与原定计划不同，则容易导致自动控制系统无法与现场设备匹配。

难以适应中央空调系统运行中设备状态发生变化。例如，在中央空调系统实际运行的过程中，如果改变了中央空调系统中的某些系统设备，更换了其它型号的系统设备、增加或减少系统设备的台数等等，则需要对自动控制系统的硬件接口、系统配置、控制算法等进行相应修改，这往往需要由专业的工程师在现场进行繁琐的操作。

总之，由于根据相关技术的中央空调系统的冷站自动控制系统是集中式且独立于现场设备，需要非常专业的人员进行订单式开发，并在现场进行安装调试，大大限制了中央空调系统的冷站自动控制系统的大规模开发和推广应用。

这里，应当指出的是，本部分中所提供的技术内容旨在有助于本领域技术人员对本发明的理解，而不一定构成现有技术。

技术实现要素：

为了解决或部分地解决相关技术中所存在的上述问题中的至少一个问题，本发明提供一种中央空调系统及其控制系统和控制方法，以将中央空调系统的控制系统的订单式开发方式改进为标准化、通用化的开发方式。

根据本发明的一个方面，提供一种中央空调系统。所述中央空调系统包括多个系统设备以及适于控制所述中央空调系统的运行的控制系统。所述多个系统设备中的至少一个系统设备集成有设备控制器从而构成为智能系统设备，并且所述设备控制器构成所述控制系统的至少一部分。

优选地，所述多个系统设备中的每个系统设备均集成有各自的设备控制器。

优选地，所述各自的设备控制器经由外部通讯线串联地连接以允许所述各自的设备控制器之间的通讯和协商。

优选地，所述多个系统设备中的每个系统设备均包括单个设备，或者，所述多个系统设备中的至少一个系统设备实施为包括有多个相同类型设备的系统设备组。

优选地，在所述多个系统设备中的至少一个系统设备实施为包括有多个相同类型设备的系统设备组的情况下，所述系统设备组中的多个相同类型设备中的每个相同类型设备均集成有各自的设备控制器。

优选地，在同一个系统设备组中，所述各自的设备控制器并联地布置，并且所述各自的设备控制器各自经由相应的外部通讯线与相邻的系统设备的设备控制器连接以实现相互的通讯和协商。

优选地，在同一个系统设备组中，所述各自的设备控制器经由内部通讯线相互连接以实现相互的通讯和协商。

优选地，在同一个系统设备组中，所述各自的设备控制器具有相同的控制程序以实现控制程序的标准化，并且/或者，所述各自的设备控制器具有相同的标准信息集。

优选地，所述设备控制器具有与相应系统设备关联的标准化的标准信息集。

优选地，所述标准信息集包括设备类型、设备编号、设备性能参数、设备模型、设备运行状态、设备设定值和/或设备报警信息。

优选地，所述设备控制器与相应系统设备的组网配置在相应系统设备的生产工厂内完成。

优选地，所述组网配置包括所述设备控制器与相应系统设备的传感器和/或执行器的IO接线。

优选地，所述中央空调系统包括冷站，并且所述控制系统适于控制所述冷站的运行。

优选地，所述冷站包括冷机、冷冻泵、冷却泵和/或冷却塔。

根据本发明的另一方面，提供一种如上所述的用于中央空调系统的控制系统。

根据本发明的另一方面，提供一种控制如上所述的中央空调系统的控制方法。所述控制方法包括以下步骤：在所述多个系统设备中的每个系统设备均集成有各自的设备控制器的情况下，使相互连接的所述设备控制器进行通讯和协商，以基于所述设备控制器的各个标准信息集来确定所述系统设备的优化运行参数。

优选地，所述控制方法还包括以下步骤：在所述多个系统设备中的至少一个系统设备实施为包括有多个相同类型设备的系统设备组并且所述多个相同类型设备中的每个相同类型设备均集成有各自的设备控制器的情况下，在同一个系统设备组中，使相互连接的所述设备控制器进行通讯和协商，以确定所述多个相同类型设备的优化开启台数。

优选地，确定所述多个相同类型设备的优化开启台数包括：将与所述系统设备组关联的工作负荷总量传输至所述系统设备组的多个设备控制器中的任一个设备控制器，该设备控制器通过该设备控制器所存储的台数优化控制程序且基于该设备控制器的标准信息集来确定相应系统设备是否开启，并且当确定该相应系统设备需要开启且仍未满足所述工作负荷总量时该设备控制器将剩余工作负荷量向所述系统设备组的多个设备控制器中的另一设备控制器传递。

根据本发明，将集中式、独立于系统设备的控制系统升级改进为控制系统与系统设备高度集成的智能系统设备，从而将中央空调系统的控制系统的订单式开发方式改进为标准化、通用化的开发方式。在此基础上，可以实现以下有益技术效果。

可以适应中央空调系统的例如水系统中的各不相同的设备数量规格、水系统形式，实现控制程序开发工作的极大简化。例如，可以使控制系统开发的人工成本降低50％以上，开发周期降低50％以上。

设备厂商可以将设备性能参数写入设备控制器中，从而在对其它参与者进行保密的情况下，能够使优化控制算法获得良好的节能效果。例如，可以实现中央空调系统的冷站运行节能20％～50％。

设备控制器与系统设备之间的IO接线以及相关的配置工作可以在设备工厂内完成，这实现与系统设备的高度集成，而不需在现场接线等。例如，在现场只需要将智能系统设备之间的通讯线进行连接即可运行，现场安装调试周期缩短50％以上。

在运行过程当中，当设备数量、性能参数等发生改变时，只需要对通讯线进行相应调整，而不需要对软硬件配置进行修改，并且不影响中央空调系统的总体运行。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施方式的详细描述，本发明的上述以及其它的目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为示出根据本发明示例性实施方式的中央空调系统的框图；以及

图2为示出根据本发明示例性实施方式的中央空调系统的控制系统的框图。

附图标记说明：

10－控制系统；12－设备控制器；12A－设备控制器；12B－设备控制器；12C－设备控制器；12C1－设备控制器；12C2－设备控制器；12C3－设备控制器；12C4－设备控制器；12D－设备控制器；14－外部通讯线；14.1－外部通讯线；14.2－外部通讯线；14.3－外部通讯线；14.4－外部通讯线；16－内部通讯线；20－系统设备；20A－冷机；20B－冷冻泵；20C－冷却泵；20D－冷却塔；CA－中央空调系统；CS－冷站。

具体实施方式

下面参照附图、借助示例性实施方式对本发明进行详细描述。对本发明的以下详细描述仅仅是出于说明目的，而绝不是对本发明及其应用或用途的限制。

参照图1(图1为示出根据本发明示例性实施方式的中央空调系统的框图)，根据本发明示例性实施方式的中央空调系统CA可以包括多个系统设备20以及适于控制中央空调系统CA的运行的控制系统10。

在一些示例中，中央空调系统CA可以包括例如用于为公共建筑提供空调冷冻水的冷站CS，并且控制系统10可以适于控制冷站CS的运行。在这种情况下，如图1所示，冷站CS可以包括冷机20A、冷冻泵20B、冷却泵20C、冷却塔20D以及阀门(未示出)等。

如图1所示，多个系统设备20(比如，冷机20A、冷冻泵20B、冷却泵20C和冷却塔20D)中的每个系统设备均集成有各自的设备控制器12A-12D(总称为设备控制器12)，从而构成为所谓的控制系统与设备高度集成的智能系统设备。设备控制器12构成控制系统10的至少一部分。

换言之，每个系统设备内置相应的设备控制器，从而使得每个系统设备升级为智能系统设备，由此可以方便地对每个系统设备及其附属的传感器、执行器进行控制。

设备控制器12可以具有与相应系统设备20关联的标准化的标准信息集。标准信息集可以包括：设备类型、设备编号、设备性能参数、设备模型、设备运行状态、设备设定值和/或设备报警信息。

在这方面，可以针对不同系统设备制定标准信息集，这套数据库最大化地包含系统设备的各类信息，从而不需要对每个信息点进行全局设定，实现了组网配置工作的极大简化。

例如，冷机的标准信息集可以包括：设备类型、设备编号、性能参数(比如：额定制冷量、额定功率、冷冻水额定流量、冷却水额定流量等)、设备模型(即冷机在不同冷冻水出口温度、冷却水进口温度、负荷率、冷冻水流量、冷却水流量等参数下的COP曲线)、运行状态(比如：手自动状态、启停状态、累计运行时间、启动次数、冷机COP、冷机功率、蒸发温度、冷凝温度、蒸发器水侧阀门状态、冷凝器水侧阀门状态等)、设定值(比如：手自动状态设定、启停状态设定、冷冻水出口温度设定等)、报警信息(比如：冷机报警、通讯状态等)。

例如，水泵(包括冷冻泵和冷却泵)的标准信息集可以包括：设备类型、设备编号、性能参数(比如：额定流量、额定功率、额定扬程、额定效率等)、设备模型(即水泵在不同频率、流量等参数下的扬程、效率曲线)、运行状态(比如：手自动状态、启停状态、累计运行时间、启动次数、水泵效率、水泵功率、水泵流量、水泵频率、水泵扬程等)、设定值(比如：手自动状态设定、启停状态设定、频率设定值等)、报警信息(比如：水泵报警、通讯状态等)。

在优选的示例中，智能系统设备自身的所有信息/变量不重复且不遗漏地、基于一定顺序格式地纳入标准信息集中。由此，在相互连接时，只需要设置设备类型、设备编号等即可，而可以避免在不同项目时对各个设备信息点进行全局定义和配置工作。另外，如下文将做进一步描述，基于标准信息集，各个智能系统设备之间还可以实现信息的检索调用。

在优选的示例中，设备控制器12与相应系统设备20的组网配置在相应系统设备20的生产工厂内完成(在系统设备出厂前完成)。组网配置可以包括设备控制器12与相应系统设备20的传感器和/或执行器的IO接线等等。换言之，设备控制器20与相应系统设备20之间的IO接线以及相关的配置工作可以在工厂内完成，这实现了设备控制器与相应系统设备的高度集成，而不需在现场进行组网配置及调试。因此，在现场时只需要将智能系统设备(具体为智能系统设备的内置设备控制器)之间的通讯线进行连接即可使中央空调系统CA运行，从而可以极大降低现场配置调试工作量。

在一些示例中，每个设备控制器可以仅仅对与该设备控制器对应的系统设备以及该系统设备的附属传感器和执行机构进行控制。例如，当系统设备为冷机时，设备控制器可以控制与之连接的单个冷机以及附属的冷冻进出水温度传感器、冷冻侧电动阀门、冷却侧电动阀门等。又例如，当系统设备为水泵时，设备控制器可以控制与之连接的单个水泵及其附属的压力传感器、温度传感器等。又例如，当系统设备为冷却塔时，设备控制器可以控制与之连接的单个冷却塔风机及其附属的冷却塔进出水电动阀门、冷却塔进出水温度传感器、室外温湿度传感器等。

如图1所示，各自的设备控制器12A-12D可以经由外部通讯线14串联地连接以允许各自的设备控制器12A-12D之间的通讯和协商(允许进行信息交互及计算)。

一方面，不同类型的系统设备的设备控制器12A-12D通过通讯线连接，使得例如冷冻泵、冷却泵、冷却塔等系统设备能够与冷机进行联动控制。例如，对于联动控制，当冷机开启时，要求对应的冷冻泵、冷却泵、冷却塔等基于一定的时间延时依次启动，而当冷机关闭时，则要求对应的冷冻泵、冷却泵、冷却塔等基于一定的时间延时依次关闭。

另一方面，不同类型的系统设备的设备控制器12A-12D通过通讯线连接，使得某一设备控制器可以基于自身的性能曲线(构成标准信息集的一部分)与其它不同类型的系统设备的设备控制器进行通讯和协商，以便确定优化运行参数，从而实现不同类型的系统设备进而整个中央空调系统的节能优化控制。例如，冷机和冷冻水泵的设备控制器可以基于各自的性能曲线，通过相互协商而确定优化冷冻水流量，而冷机和冷却泵的设备控制器可以基于各自的性能曲线，通过相互协商而确定冷却水流量。

在一些示例中，多个系统设备20中的每个系统设备20可以仅仅包括单个设备。

在其它示例中，多个系统设备20中的至少一个系统设备20C(比如，全部系统设备)可以实施为包括有多个相同类型设备的系统设备组。在这种情况下，每个系统设备组中的多个相同类型设备中的每个相同类型设备均可以集成有各自的设备控制器12C1-12C4。参照图2(图2为示出根据本发明示例性实施方式的中央空调系统的控制系统的框图)，图中示例性地示出系统设备中的冷却泵20C实施为包括有四个相同类型设备(冷却泵)的系统设备组，并且这四个冷却泵中的每个冷却泵均可以集成有各自的设备控制器12C1-12C4。

在多个系统设备20中的至少一个系统设备20C(比如，全部系统设备)实施为包括有多个相同类型设备的系统设备组的情况下，多个相同类型设备中可以只需要选择一台或多台设备而非全部设备，所选的设备与其它系统设备组中的设备进行连接即可。通过这种方式，借助连接方式的变化而可以衍生出多种水系统形式，以满足对不同水系统形式的要求。

如图2所示，各自的设备控制器12C1-12C4可以并联地布置，并且各自的设备控制器12C1-12C4可以各自经由相应的外部通讯线14.1-14.4与相邻的系统设备(冷机20A和冷却塔20D)的设备控制器12A、12D连接以实现相互的通讯和协商。

如图2所示，各自的设备控制器12C1-12C4可以经由内部通讯线16相互连接以实现相互的通讯和协商。

由此，在同一个系统设备组中，由于多个相同类型设备及其相应的设备控制器并联地布置并且相应的设备控制器通过内部通讯线连接，因此，每个设备控制器可以基于自身的性能曲线而与相邻的设备控制器进行相互通讯和协商，以便确定相同类型设备的优化开启台数，从而实现该系统设备组中的一组相同类型设备的优化节能控制。

例如，冷机台数优化控制程序可以安装(存储)于多个并联的冷机设备控制器中，用于将制冷量需求在多个冷机中进行优化分配，确定节能优化后的冷机台数。当任何一个冷机设备控制器接收到例如总管控制器发送的总制冷量需求时，该冷机设备控制器上运行的台数优化控制程序按照该冷机设备控制器自身的性能曲线以及一定的节能优化算法来确定相应冷机是否开启，并且当该相应冷机开启之后仍未满足总制冷量需求时该冷机设备控制器可以向相邻的冷机设备控制器传递剩余制冷量需求。接收到制冷量需求的每个冷机设备控制器均按照相同的优化控制算法来确定相应冷机是否开启，并向相邻的冷机设备控制器传递剩余制冷量需求，直至剩余制冷量需求达到收敛条件为止，此时冷机开启台数即为节能优化后的结果。

水泵台数优化控制和冷却塔台数优化控制的优化分配传递过程与冷机台数优化控制的优化分配传递过程在工作原理上类似。

在一些示例中，各自的设备控制器12C1-12C4可以具有相同的控制程序，这有助于实现控制程序的标准化。附加地或替代性地，各自的设备控制器12C1-12C4可以具有相同的标准信息集。

在这方面，即使使用不同品牌、规格的相同类型设备，每个相同类型设备的设备控制器的标准信息集和控制程序也可以完全相同。以此方式，在运行过程当中，当并联地布置且相互连接的相同类型设备的数量、性能参数等发生改变时，只需要对内部通讯线16进行相应调整，而不需要对软硬件配置进行修改，并且不影响中央空调系统的总体运行。例如，如图2所示，当与设备控制器12C3关联的智能冷却泵发生故障时，只需要将该故障的智能冷却泵两端的通讯线断开，并将与设备控制器12C2关联的智能冷却泵和与设备控制器12C4关联的智能冷却泵之间的通讯线连接即可，而不影响该系统设备组中的其它智能冷却泵的正常运行。在故障的智能冷却泵维修完毕之后，再将该智能冷却泵两端的通讯线恢复连接，使得该智能冷却泵能够重新加入自动控制的运行中。

另外，如图1所示，如果智能冷却泵12C包括并联的一组智能冷却泵1#～n#并且智能冷机连接1#智能冷却泵，则当1#智能冷却泵发生故障时，智能冷机可以连接智能冷却泵2#～n#中的任意一台，从而也不影响中央空调系统的正常运行。

总之，根据本发明示例性实施方式的中央空调系统，将集中式、独立于系统设备的控制系统升级改进为控制系统与系统设备高度集成的智能系统设备，从而将中央空调系统的控制系统的订单式开发方式改进为标准化、通用化的开发方式。在此基础上，可以实现以下有益技术效果。

可以适应中央空调系统的例如水系统中的各不相同的设备数量规格、水系统形式，实现控制程序开发工作的极大简化。例如，可以使控制系统开发的人工成本降低50％以上，开发周期降低50％以上。

设备厂商可以将设备性能参数写入设备控制器中，从而在对其它参与者进行保密的情况下，能够使优化控制算法获得良好的节能效果。例如，可以实现中央空调系统的冷站运行节能20％～50％。

设备控制器与系统设备之间的IO接线以及相关的配置工作可以在设备工厂内完成，这实现与系统设备的高度集成，而不需在现场接线等。例如，在现场只需要将智能系统设备之间的通讯线进行连接即可运行，现场安装调试周期缩短50％以上。

在运行过程当中，当设备数量、性能参数等发生改变时，只需要对通讯线进行相应调整，而不需要对软硬件配置进行修改，并且不影响中央空调系统的总体运行。

根据本发明，还提供一种如上所述的用于中央空调系统CA的控制系统10。

根据本发明，还提供一种控制如上所述的中央空调系统CA的控制方法。该控制方法可以包括：在多个系统设备20中的每个系统设备均集成有各自的设备控制器12A-12D的情况下，使相互连接的设备控制器12进行通讯和协商，以基于设备控制器12的各个标准信息集来确定系统设备的优化运行参数。

该控制方法还可以包括：在多个系统设备20中的至少一个系统设备20C实施为包括有多个相同类型设备的系统设备组并且多个相同类型设备中的每个相同类型设备均集成有各自的设备控制器12C1-12C4的情况下，在同一个系统设备组中，使相互连接的设备控制器进行通讯和协商，以确定多个相同类型设备的优化开启台数。

确定多个相同类型设备的优化开启台数可以包括：将与系统设备组关联的工作负荷总量传输至系统设备组的多个设备控制器12C1-12C4中的任一个设备控制器，该设备控制器通过该设备控制器所存储的台数优化控制程序并且基于该设备控制器的标准信息集来确定相应系统设备是否开启，并且当确定该相应系统设备需要开启且仍未满足工作负荷总量时该设备控制器将剩余工作负荷量向系统设备组的多个设备控制器中的另一设备控制器传递。

根据本发明的空调中央系统及其控制系统和控制方法容许多种不同变型。

例如，在上述示例性实施方式中，多个系统设备20中的每个系统设备均集成有各自的设备控制器12A-12D，然而可以构想，多个系统设备20中的仅一个或多个系统设备而非全部系统设备集成有设备控制器12。该变型与根据相关技术的中央空调系统相比在简化控制程序的开发方面仍具有优势。

又例如，尽管上文针对冷站CS对中央空调系统CA及其控制系统进行描述，然而应当理解，本发明也可以应用于除具有冷站CS的中央空调系统以外的其它中央空调系统(例如，用于为公共建筑提供空调热水的中央空调系统)。

又例如，尽管上文描述的是每个系统设备集成有一个设备控制器，然而可以构想，也可以实施为：一个设备控制器与多个系统设备(尤其是多个相同类型设备)相对应。

应当说明的是，在本申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：显然，上述实施方式/示例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式/示例的限制。对于本领域技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式/示例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。