自适应阀控制系统的制作方法

本申请要求于2017年7月21日提交的美国专利申请号15/656,021的权益和优先权，所述美国专利申请的全部披露通过引用并入本文。

背景技术：

本披露总体上涉及用于暖通空调(hvac)系统的控制系统。更具体地，本披露涉及用于设置控制hvac系统内的阀的电机的驱动电流的控制系统。

在hvac系统中，阀控制进入直接膨胀蒸发器的制冷剂的流量。在一个示例中，控制器控制阀的打开(或关闭)量。根据阀的打开量，制冷剂的流量可以改变。

在一些hvac系统中，可以实施不同类型的阀(例如，基于模型或制造商而确定的)。例如，某个阀可以适用于处理制冷剂的特定范围的流速或压力，而另一阀可以适用于处理制冷剂的不同范围的流速或压力。再例如，动态阀可以在不同操作模式下动态地操作，而静态阀在预定的操作模式下操作。

阀的这种多样性增加了hvac系统的实施成本和运行成本。具体地，一些阀可以使用某些控制器来操作，但可能不能使用其他控制器操作。因此，实施hvac系统涉及针对不同阀来识别兼容的控制器。在控制器发生故障的情况下，从大量(例如，成百上千)的控制器中找到替代物可能是麻烦且耗时的。此外，可在包括第一操作模式和第二操作模式的不同操作模式下操作的阀可以被强制在所述第一操作模式下操作，其中，功耗比在第二操作模式下操作的阀的功耗更高，以便适应能够在第一操作模式而不能在第二操作模式下驱动阀的控制器。因此，常规hvac系统可能遭受低效的电力使用。

技术实现要素：

本披露的各实施例涉及一种用于对包括直流(dc)步进电机的阀进行操作的系统。所述系统包括阀检测器，所述阀检测器用于识别所述阀并且判定所述阀是否可在多种操作模式下操作。所述系统还包括电耦合至所述阀检测器的模式选择器。所述模式选择器从所述多种操作模式中选择操作模式。此外，所述系统包括电耦合至所述模式选择器的电流选择器。所述电流选择器基于所选操作模式来选择目标电流水平。此外，所述系统包括电耦合在所述电流选择器与所述dc步进电机之间的电机控制器。所述电机控制器使用处于所选目标电流水平的驱动电流来驱动所述dc步进电机。

本披露的各实施例涉及一种用于对包括电机的阀进行操作的系统。所述系统包括用于基于所述阀的特性来从多种操作模式中选择操作模式的模式选择器。此外，所述系统包括电耦合至所述模式选择器的电流选择器。所述电流选择器基于所选操作模式来选择目标电流水平。此外，所述系统包括电耦合在所述电流选择器与所述电机之间的电机控制器。所述电机控制器使用处于所选目标电流水平处的驱动电流来驱动所述电机。

本披露的各实施例还涉及一种用于对包括直流(dc)步进电机的阀进行操作的方法。所述方法包括识别所述阀并且判定所述阀是否可在多种操作模式下操作。所述方法进一步包括从所述多种操作模式中选择操作模式。所述方法进一步包括至少部分地基于所选操作模式来选择目标电流水平。所述方法进一步包括以所选目标电流水平来驱动所述dc步进电机，由此使得所述dc步进电机在所述所选操作模式下操作。

附图说明

图1是根据一些实施例的配备有hvac系统的建筑物的图示。

图2是根据一些实施例的可以用作图1的hvac系统的一部分的水侧系统的示意图。

图3是根据一些实施例展示了可以用作图1的hvac系统的一部分的空气侧系统的框图。

图4是根据一些实施例的阀控制系统的框图。

图5是根据一些实施例的动态地控制阀的阀控制器的框图。

图6是根据一些实施例展示了用于动态地控制阀的过程的流程图。

图7示出了根据一些实施例的图4的处理电路的示例示意图。

图8示出了根据一些实施例的图4的电机控制器的示例示意图。

图9示出了根据一些实施例的用于向图7的处理电路以及图8的电机控制器供应电力的电源的示例示意图。

图10示出了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的存储部件的示例示意图。

图11示出了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的外围部件的示例示意图。

图12展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的usb接口的示例示意图。

图13展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的通信接口的示例示意图。

图14展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的另一个通信接口的示例示意图。

图15展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的输入/输出设置接口的示例示意图。

图16展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的用户接口的示例示意图。

图17展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的模拟输入接口的示例示意图。

图18展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的附加模拟输入接口的示例示意图。

图19展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的二进制输入接口的示例示意图。

图20展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的二进制输出接口的示例示意图。

图21展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的模拟输出接口的示例示意图。

图22展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的各种连接接口的示例示意图。

具体实施方式

概述

总体上参照附图，描述了用于动态地控制hvac系统中的阀的系统和方法。更具体地，本文中的系统和方法包括用于根据阀的不同操作模式来动态地控制阀的控制器。

在一些实施例中，阀包括流体(例如，气体、液体或两者)可以流过的阀端口以及用于控制所述阀端口的配置的电机。阀端口可以由电机机械地关闭或打开。具体地，电机根据提供给所述电机的驱动电流来控制阀端口的打开或关闭量。

在一些实施例中，控制器根据阀的特性或阀的操作模式来动态地控制提供给电机的驱动电流。例如，控制器确定阀的一种或多种可用操作模式，并且在所述可用操作模式之中选择操作模式。可以在考虑到电源、或阀在操作中的任何特性(例如，功耗、流速、压力、响应时间等)来选择操作模式。此外，控制器确定与所选操作模式相对应的驱动电流的目标电流水平，并且将电机配置成以所选目标电流操作。

有益地，所披露的控制器提供了若干优点。一方面，控制器可以自适应地操作，由此允许容易地与不同阀或其他部件集成。例如，在控制器、阀或两者都发生故障的情况下，都可以容易地更换这些部件中的任意部件。另一方面，控制器可以通过在适用时在具有较低功耗的操作模式下驱动电机来实现功率优化。例如，取决于阀的响应时间和功耗，阀可以在慢速驱动模式、保持驱动模式和快速驱动模式之一下操作。当阀处于保持时，控制器可以将阀配置成在保持驱动模式下操作以节省功率。

建筑物和hvac系统

现在参照图1至图3，根据示例性实施例，示出了可以在其中实施本披露的系统和方法的示例性hvac系统。更具体地，本文所描述的系统和方法可以适用于如图1至图3中所描述的hvac系统的阀。虽然在建筑物hvac系统的情境中主要描述了本披露的系统和方法，但是应当理解的是，本文所描述的控制策略通常可适用于向电机提供电流驱动的任何类型的控制系统。

具体参照图1，示出了建筑物10的透视图。建筑物10由建筑物管理系统(bms)服务。bms通常是被配置用于对建筑物或建筑物区域中或周围的设备进行控制、监测和管理的装置的系统。例如，bms可以包括hvac系统、安全系统、照明系统、火情报警系统、能够管理建筑物功能或装置的任何其他系统或其任何组合。

服务于建筑物10的bms包括hvac系统100。hvac系统100可以包括被配置用于为建筑物10提供加热、冷却、通风或其他服务的多个hvac装置(例如，加热器、冷却器、空气处理单元、泵、风扇、热能存储装置等)。例如，hvac系统100被示出为包括水侧系统120和空气侧系统130。水侧系统120可以向空气侧系统130的空气处理单元提供加热的或冷却的流体。空气侧系统130可以使用加热的或冷却的流体来加热或冷却提供给建筑物10的气流。参照图2至图3更加详细地描述了可以在hvac系统100中使用的示例性水侧系统和空气侧系统。

hvac系统100被示出为包括冷却器102、锅炉104和屋顶空气处理单元(ahu)106。水侧系统120可以使用锅炉104和冷却器102来加热或冷却工作流体(例如，水、乙二醇等)并且可以使所述工作流体循环至ahu106。在各实施例中，水侧系统120的hvac装置可以位于建筑物10内或周围(如图1中所示出的)或位于非现场位置(诸如中央设施(例如，冷却器设施、蒸汽设施、热力设施等)。可以在锅炉104中加热或在冷却器102中冷却工作流体，这取决于建筑物10中是需要加热还是冷却。锅炉104可以例如通过燃烧易燃材料(例如，天然气)或使用电加热元件来向循环的流体添加热量。冷却器102可以使循环的流体与热交换器(例如，蒸发器)中的另一种流体(例如，制冷剂)成热交换关系以从循环的流体中吸收热量。可以经由管路108将来自冷却器102和/或锅炉104的工作流体输送到ahu106。

ahu106可以使工作流体与穿过ahu106的气流成热交换关系(例如，经由一级或多级冷却盘管和/或加热盘管)。气流可以是例如室外空气、来自建筑物10内的回流空气或两者的组合。ahu106可以在气流与工作流体之间传递热量，从而为气流提供加热或冷却。例如，ahu106可以包括被配置用于使气流通过或穿过包含工作流体的热交换器的一个或多个风扇或鼓风机。工作流体可以然后经由管路110返回至冷却器102或锅炉104。

空气侧系统130可以经由空气提供管道112将由ahu106供应的气流(即，供应气流)递送至建筑物10并且可以经由空气回流管道114向ahu106提供来自建筑物10的回流空气。在一些实施例中，空气侧系统130包括多个变风量(vav)单元116。例如，空气侧系统130被示出为包括建筑物10的每一个楼层或区域上的独立vav单元116。vav单元116可以包括气闸或可以被操作用于控制提供给建筑物10的单独区域的供应气流的量的其他流量控制元件。在其他实施例中，空气侧系统130将供应气流递送至建筑物10的一个或多个区域中(例如，经由供应管道112)，而不使用中间vav单元116或其他流量控制元件。ahu106可以包括被配置用于测量供应气流的属性的各种传感器(例如，温度传感器、压力传感器等)。ahu106可以从位于ahu106内和/或建筑物区域内的传感器接收输入并且可以调节穿过ahu106的供应气流的流速、温度或其他属性以实现建筑物区域的设定值条件。

现在参照图2，根据示例性实施例，示出了水侧系统200的框图。在各实施例中，水侧系统200可以补充或替代hvac系统100中的水侧系统120或者可以与hvac系统100分开来实施。当在hvac系统100中实施时，水侧系统200可以包括hvac系统100中的hvac装置的子集(例如，锅炉104、冷却器102、泵、阀等)并且可以操作用于向ahu106提供加热的或冷却的流体。水侧系统200的hvac装置可以位于建筑物10内(例如，作为水侧系统120的部件)或位于非现场位置(如中央设施)。

在图2中，水侧系统200被示出为具有多个子设施202至212的中央设施。子设施202至212被示出为包括：加热器子设施202、热回收冷却器子设施204、冷却器子设施206、冷却塔子设施208、热热能存储(tes)子设施210和冷热能存储(tes)子设施212。子设施202至212消耗来自公共设施的资源(例如，水、天然气、电等)来服务于建筑物或校园的热能负载(例如，热水、冷水、加热、冷却等)。例如，加热器子设施202可以被配置用于在热水回路214中加热水，所述热水回路使热水在加热器子设施202与建筑物10之间循环。冷却器子设施206可以被配置用于在冷水回路216中冷却水，所述冷水回路使冷水在冷却器子设施206与建筑物10之间循环。热回收冷却器子设施204可以被配置用于将热量从冷水回路216传递到热水回路214以便提供对热水的附加加热和对冷水的附加冷却。冷凝水回路218可以从冷却器子设施206中的冷水中吸收热量并且在冷却塔子设施208中放出所述吸收的热量或将吸收到的热量传递至热水回路214。热tes子设施210和冷tes子设施212可以分别存储热和冷热能以供后续使用。

热水回路214和冷水回路216可以将加热的和/或冷却的水递送至位于建筑物10的屋顶上的空气处理器(例如，ahu106)或建筑物10的单独层或区域(例如，vav单元116)。空气处理器推送空气经过热交换器(例如，加热盘管或冷却盘管)，水流过所述热交换器以提供对空气的加热或冷却。可以将加热或冷却的空气递送至建筑物10的单独区域以服务于建筑物10的热能负载。水然后返回到子设施202至212以接收进一步加热或冷却。

尽管子设施202至212被示出或被描述为加热或冷却水以便循环至建筑物，但是应当理解的是，替代或除了水之外可以使用任何其他类型的工作流体(例如，乙二醇、co2等)来服务热能负载。在其他实施例中，子设施202至212可以直接向建筑物或校园提供加热和/或冷却，而不需要中间热传递流体。对水侧系统200的这些和其他变体在本发明的教导内。

子设施202至212中的每个子设施可以包括被配置用于促进子设施的功能的各种设备。例如，加热器子设施202被示出为包括被配置用于为热水回路214中的热水添加热量的多个加热元件220(例如，锅炉、电加热器等)。加热器子设施202还被示出为包括若干泵222和224，所述泵被配置用于使热水回路214中的热水循环并控制通过单独加热元件220的热水的流速。冷却器子设施206被示出为包括被配置用于除去来自冷水回路216中的冷水的热量的多个冷却器232。冷却器子设施206还被示出为包括若干泵234和236，所述泵被配置用于使冷水回路216中的冷水循环并控制通过单独冷却器232的冷水的流速。

热回收冷却器子设施204被示出为包括被配置用于将热量从冷水回路216传递至热水回路214的多个热回收热交换器226(例如，制冷电路)。热回收冷却器子设施204还被示出为包括若干泵228和230，所述泵被配置用于使通过热回收热交换器226的热水和/或冷水循环并控制通过单独热回收热交换器226的水的流速。冷却塔子设施208被示出为包括被配置用于除去来自冷凝水回路218中的冷凝水的热量的多个冷却塔238。冷却塔子设施208还被示出为包括若干泵240，所述泵被配置用于使冷凝水回路218中的冷凝水循环并控制通过单独冷却塔238的冷凝水的流速。

热tes子设施210被示出为包括被配置用于存储热水以供稍后使用的热tes罐242。热tes子设施210还可以包括被配置用于控制流入或流出热tes罐242的热水的流速的一个或多个泵或阀。冷tes子设施212被示出为包括被配置用于存储冷水以供稍后使用的冷tes罐244。冷tes子设施212还可以包括被配置用于控制流入或流出冷tes罐244的冷水的流速的一个或多个泵或阀。

在一些实施例中，水侧系统200中的一个或多个泵(例如，泵222、224、228、230、234、236和/或240)或水侧系统200中的管道包括与其相关联的隔离阀。隔离阀可以与泵集成或定位在泵的上游或下游以控制水侧系统200中的流体流动。在各实施例中，水侧系统200可以基于水侧系统200的特定配置以及水侧系统200所服务的负载的类型而包括更多、更少或不同类型的装置和/或子设施。

现在参照图3，根据示例性实施例，示出了空气侧系统300的框图。在各实施例中，空气侧系统300可以补充或替代hvac系统100中的空气侧系统130或者可以与hvac系统100分开来实施。当在hvac系统100中实施时，空气侧系统300可以包括hvac系统100中的hvac装置的子集(例如，ahu106、vav单元116、管道112至114、风扇、气闸等)并且可以位于建筑物10中或周围。空气侧系统300可以操作用于使用由水侧系统200提供的加热的或冷却的流体来加热或冷却提供给建筑物10的气流。

在图3中，空气侧系统300被示出为包括节能装置类型的空气处理单元(ahu)302。节能装置类型的ahu改变由空气处理单元用于加热或冷却的外部空气和回流空气的量。例如，ahu302可以经由回流空气管道308从建筑物区域306接收回流空气304并且可以经由供应空气管道312将供应空气310递送至建筑物区域306。在一些实施例中，ahu302是位于建筑物10的屋顶上(例如，图1中所示出的ahu106)或者以其他方式被定位用于接收回流空气304和外部空气314的屋顶单元。ahu302可以被配置用于操作排气闸316、混合气闸318和外部空气闸320以便控制组合形成供应空气310的外部空气314和回流空气304的量。未通过混合气闸318的任何回流空气304可以通过排气闸316从ahu302排出为废气322。

气闸316至320中的每一个可以由致动器操作。例如，排气闸316可以由致动器324操作，混合气闸318可以由致动器326操作，并且外部空气闸320可以由致动器328操作。致动器324至328可以经由通信链路332与ahu控制器330通信。致动器324至328可以从ahu控制器330接收控制信号并且可以向ahu控制器330提供反馈信号。反馈信号可以包括例如对当前致动器或气闸位置的指示、由致动器施加的转矩或力的量、诊断信息(例如，由致动器324至328执行的诊断测试的结果)、状态信息、调试信息、配置设置、校准数据和/或可以由致动器324至328采集、存储或使用的其他类型的信息或数据。ahu控制器330可以是被配置用于使用一个或多个控制算法(例如，基于状态的算法、极值搜索控制(esc)算法、比例积分(pi)控制算法、比例-积分-微分(pid)控制算法、模型预测控制(mpc)算法、反馈控制算法等)来控制致动器324至328的节能装置控制器。

仍然参照图3，ahu302被示出为包括冷却盘管334、加热盘管336和位于供应空气管道312内的风扇338。风扇338可以被配置用于推动供应空气310通过冷却盘管334和/或加热盘管336并且向建筑物区域306提供供应空气310。ahu控制器330可以经由通信链路340与风扇338通信以便控制供应空气310的流速。在一些实施例中，ahu控制器330通过调节风扇338的速度来控制施加到供应空气310的加热量或冷却量。

冷却盘管334可以经由管路342从水侧系统200(例如，从冷水回路216)接收冷却的流体并且可以经由管路344将冷却的流体返回至水侧系统200。可以沿着管路342或管路344定位阀346以便控制通过冷却盘管334的冷却流体的流速。在一些实施例中，冷却盘管334包括可以被独立地激活和去激活(例如，由ahu控制器330、由bms控制器366等)以调节施加到供应空气310的冷却量的多级冷却盘管。

加热盘管336可以经由管路348从水侧系统200(例如，从热水回路214)接收加热的流体并且可以经由管路350将加热的流体返回至水侧系统200。可以沿着管路348或管路350定位阀352以便控制通过加热盘管336的加热流体的流速。在一些实施例中，加热盘管336包括可以被独立地激活和去激活(例如，由ahu控制器330、由bms控制器366等)以调节施加到供应空气310的加热量的多级加热盘管。

阀346和352中的每一个可以由致动器控制。例如，阀346可以由致动器354控制，并且阀352可以由致动器356控制。致动器354至356可以经由通信链路358至360与ahu控制器330通信。致动器354至356可以从ahu控制器330接收控制信号并且可以向ahu控制器330提供反馈信号。在一些实施例中，ahu控制器330从定位在供应空气管道312(例如，冷却盘管334和/或加热盘管336的下游)中的温度传感器362接收供应空气温度的测量结果。ahu控制器330还可以从位于建筑物区域306中的温度传感器364接收建筑物区域306的温度测量结果。

在一些实施例中，ahu控制器330经由致动器354至356操作阀346和352以调节提供给供应空气310的加热量或冷却量(例如，从而达到供应空气310的设定值温度或者将供应空气310的温度维持在设定值温度范围内)。阀346和352的位置影响由加热盘管336或冷却盘管334提供给供应空气310的加热量或冷却量并且可以与消耗以达到期望的供应空气温度的能源量相关。ahu控制器330可以通过对盘管334至336进行激活或去激活、调整风扇338的速度或其组合来控制供应空气310和/或建筑物区域306的温度。

仍然参照图3，空气侧系统300被示出为包括bms控制器366和客户端装置368。bms控制器366可以包括一个或多个计算机系统(例如，服务器、监督控制器、子系统控制器等)，所述计算机系统充当空气侧系统300、水侧系统200、hvac系统100和/或服务于建筑物10的其他可控系统的系统级控制器、应用或数据服务器、头结点或主控制器。bms控制器366可以根据相似或不同协议(例如，lon、bacnet等)经由通信链路370与多个下游建筑物系统或子系统(例如，hvac系统100、安全系统、照明系统、水侧系统200等)通信。在各实施例中，ahu控制器330和bms控制器366可以是分开的(如图3中所示出的)或集成的。ahu控制器330可以是硬件模块、被配置用于由bms控制器366的处理器执行的软件模块、或两者。

在一些实施例中，ahu控制器330从bms控制器366接收信息(例如，命令、设定值、操作边界等)并且向bms控制器366提供信息(例如，温度测量结果、阀或致动器位置、操作状态、诊断等)。例如，ahu控制器330可以向bms控制器366提供来自温度传感器362至364的温度测量结果、设备开/关状态、设备操作能力和/或可以由bms控制器366用来监测和控制建筑物区域306内的可变状态或情况的任何其他信息。

客户端装置368可以包括用于对hvac系统100、其子系统和/或装置进行控制、查看或以其他方式交互的一个或多个人机接口或客户端接口(例如，图形用户界面、报告接口、基于文本的计算机接口、面向客户端的web服务、向web客户端提供页面的web服务器等)。客户端装置368可以是计算机工作站、客户终端、远程或本地接口或任何其他类型的用户界面装置。客户端装置368可以是固定终端或移动装置。例如，客户端装置368可以是台式计算机、具有用户接口的计算机服务器、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、pda或任何其他类型的移动或非移动装置。客户端装置368可以经由通信链路372与bms控制器366和/或ahu控制器330进行通信。

阀控制系统

图4是根据一个或多个实施例的阀控制系统400的框图。在一个实施例中，阀控制系统400包括功率检测器405、客户端装置410、阀控制器420、和阀460。阀控制器420通过网络415通信地耦合至功率检测器405和客户端装置410。另外，阀控制器420电耦合至阀460，并且动态地控制阀460的操作。这些部件一起操作以自适应地确定阀460的操作模式并且根据所确定的操作模式来控制穿过阀460的流体量。

客户端装置410是向阀控制器420提供装置特性信息的计算机器。客户端装置410可以是图3的存储有指示hvac系统100中的各部件的特性或属性的装置特性信息的客户端装置368。例如，阀的装置特性信息指示装置标识、类型、型号、制造商、流体的可允许流速、压力和温度的范围、操作模式、用于在相应操作模式下驱动阀的电流水平等。客户端装置410将装置特性信息存储在客户端装置410的存储部件处或外部数据库处。客户端装置410可以自动地抓取信息并且基于装置标识号生成装置特性信息。可替代地，用户可以通过用户接口输入装置特性信息。客户端装置410可以接收对与装置标识相关联的特定部件(例如，阀)的装置特性信息的请求，检索装置特性信息，并且通过网络415例如以查找表的格式向阀控制器420提供所检索的装置特性信息。

功率检测器405是检测hvac系统100或hvac系统100的任何部件的功率状态并且生成指示所检测的状态的功率状态信息的部件。功率检测器405可以被实施为硬件、软件、固件、或其组合。功率检测器405可以是由图3的ahu控制器330执行的软件模块。一方面，功率检测器405检测hvac系统100或hvac系统100的部件(例如，阀460)是否使用备用电源操作，并且生成指示所检测的状态的功率状态信息。功率检测器405通过网络415向阀控制器420提供功率状态信息。

阀460是从阀控制器420接收驱动电流455并且根据驱动电流455控制穿过的流体的流速的硬件部件。阀460可以是图3的阀346、352中的任何一个。在一些实施例中，阀460可根据驱动电流455在不同的操作模式下操作。操作模式的示例包括慢速驱动模式、保持驱动模式和快速驱动模式。在快速驱动模式下，阀460比在保持驱动模式和慢速驱动模式下操作的阀460响应更快。然而，阀460在快速驱动模式下比在保持驱动模式和慢速驱动模式下操作的阀460消耗更高的功率。在慢速驱动模式下，阀460在慢速驱动操作模式下比在快速驱动模式下操作的阀460响应更慢，但是比在快速驱动模式下操作的阀460消耗更少的功率。在保持驱动模式下，阀460处于保持，并且比在慢速驱动模式和快速驱动模式下操作的阀460消耗更少的功率。

在一种配置中，阀460包括电机462和阀端口464。电机462接收驱动电流455并且根据驱动电流455控制阀端口464的打开(或关闭)量。根据阀端口464的打开或关闭，可以控制通过阀460的流体的流速。另外，电机462生成指示与由电机462消耗的电流量相对应的感测电流水平的感测电流，并且将感测电流458提供给阀控制器420。在一种实施方式中，阀460为电子膨胀阀(eev)，并且电机462为直流(dc)步进电机。dc步进电机不连续旋转，而是针对从阀控制器420传输的每一个信号来旋转一小圈，由此允许对阀端口464的打开(或关闭)进行精确控制。在其他实施方式中，可以采用其他类型的阀。

阀控制器420是向阀460提供驱动电流455的硬件部件。阀控制器420可以是图3的ahu控制器330、或者是图3的bms控制器366与ahu控制器330的组合。在一种配置中，阀控制器420包括通信接口425、处理电路428、和电机控制器450。这些部件一起操作以例如基于装置特性信息和功率状态信息来确定操作模式，并且将与所述操作模式相对应的驱动电流供应至阀460。在一些实施例中，阀控制器420包括比图4中所示的附加的、更少的、或者不同的部件。

通信接口425促进阀控制器420、功率检测器405和客户端装置410之间的通信。通信接口425可以是或包括用于与阀控制器420、功率检测器405、和客户端装置410、或其他外部装置进行数据通信的有线或无线通信接口(例如，插座、天线、发射器、接收器、收发器、电线端子等)。在各实施例中，经由通信接口425进行的通信可以是直接的(例如，本地有线或无线通信)或经由通信网络(例如，wan、互联网、蜂窝网络等)而进行的。例如，通信接口425可以包括用于通过网络415发送和接收数据的以太网/usb/rs232/rs485卡和端口。在另一个示例中，通信接口425可以包括用于经由无线通信网络进行通信的wi-fi收发器。在另一个示例中，通信接口425可以包括蜂窝或移动电话通信收发器。

处理电路428是确定阀460的操作模式并且根据所确定的操作模式来选择用于生成参考信号448的驱动电流455的目标电流水平的硬件电路。参考信号448是指示驱动电流455的目标电流水平的电信号(例如，电压或电流)。在一个实施例中，处理电路428包括处理器430、以及存储有可由处理器430执行的指令(或程序代码)的存储器440。在一个实施例中，由处理器430执行的指令形成了包括阀检测器442、模式选择器444和电流选择器446的软件模块。在其他实施例中，处理器430和存储器440可以被省略，并且阀检测器442、模式选择器444、和电流选择器446可以通过可重新配置电路(例如，现场可编程门阵列(fpga))、专用集成电路(asic)、或用于执行模块的功能的任何电路系统而被实施为硬件模块。在一些实施例中，阀检测器442、模式选择器444和电流选择器446可以被实施为软件模块和硬件模块的组合。

阀检测器442识别阀460并且获得阀460的特性。阀460的示例特性包括由阀460支持的操作模式、流体的流速、温度、压力等。阀检测器442可以从客户端装置410接收多个部件的装置特性信息，并且以查找表的格式存储装置特性信息。阀检测器442可以从阀460自动获得阀460的标识或通过用户输入获得所述阀的标识。此外，阀检测器442例如基于阀460的标识通过查找表来识别由阀460支持的可用操作模式。

模式选择器444从由阀460支持的多种操作模式中选择操作模式。在一种方法中，模式选择器444基于装置特性信息来选择操作模式。具体地，模式选择器444可以基于穿过阀460的流体的流速、压力、温度等以及与操作模式相关联的功耗来确定操作模式。例如，模式选择器444从包括慢速驱动模式、保持驱动模式、快速驱动模式的操作模式中将保持驱动模式确定为操作模式，因为阀的配置可以是固定的并且保持驱动模式消耗最少的功率。模式选择器444可以进一步基于功率状态信息来确定操作模式。例如，模式选择器444将慢速驱动模式确定为操作模式，因为功率状态信息指示hvac系统100或阀460由备用电源供电。以下关于图6描述了确定操作模式的详细过程。

根据所选操作模式，电流选择器446选择有待供应至电机462的驱动电流的目标电流水平。在一个示例中，根据包括指示由阀460支持的多种操作模式以及相应电流水平的查找表的装置特性信息，电流选择器446选择与由模式选择器444选择的操作模式相对应的目标电流水平。基于目标电流水平，参考信号448可以被生成并且被提供给电机控制器450，以用于生成处于目标电流水平的驱动电流455并且以所选操作模式来操作阀460。

电机控制器450是接收指示驱动电流的目标电流水平的参考信号448并且将驱动电流455相应地供应至电机462的硬件部件。电机控制器450还从阀460接收感测电流458作为反馈，并且根据感测电流458来生成驱动电流455以改善对阀460的控制。在一方面，电机控制器450将由参考信号指示的目标电流水平与由感测电流458指示的感测电流水平相比较，并且根据所述比较调整驱动电流。例如，如果所消耗的电流量比目标电流水平大，则电机控制器450减小供应至电机462的驱动电流455的电流水平。相反，如果所消耗的电流量比目标电流水平小，则电机控制器450增大供应至电机462的驱动电流455的电流水平。基于感测电流458生成驱动电流455提高了对电机462的控制精度。

尽管图4的阀控制器420包括通信接口425、处理器电路428和电机控制器450，但是在其他实施例中，阀控制器420可以包括比图4中所示的不同的、更少的、或附加的部件。例如，电机控制器450可以与处理电路428集成为单个部件，或者可以与阀控制器420在物理上分开。

图5是根据一些实施例的动态地控制阀的阀控制器420的框图。在图5中所示的实施例中，阀控制器420包括控制信号发生器500、ac/dc转换器520和电机控制器550。这些部件一起操作以将驱动电流455供应至电机(例如，图4的电机462)，以用于操作阀(例如，图4的阀460)。

控制信号发生器500是确定驱动电流455的目标电流水平并且根据所确定的电流水平生成脉宽调制(pwm)信号518的硬件部件。在一个实施例中，控制信号发生器500包括阀检测器510、模式选择器512、电流选择器514和pwm控制器516。阀检测器510、模式选择器512和电流选择器514可以分别被实施为图4的阀检测器442、模式选择器444和电流选择器446。因此，为了简洁起见，本文省略对这些部件的详细描述。

pwm控制器516是基于由电流选择器514选择的目标电流水平来生成的pwm信号518的硬件部件。pwm控制器516可以被实施为图4的处理电路428的一部分或来自处理电路428的单独部件。在一方面，pwm控制器516获得由电流选择器514选择的目标电流水平，并且根据所确定的脉冲宽度来确定pwm信号518的脉冲宽度。此外，pwm控制器516根据所确定的脉冲宽度生成pwm信号518，并且将pwm信号518提供给ac/dc转换器520。

ac/dc转换器520是接收pwm信号518并且根据pwm信号518生成dc参考525的电路部件。在一个实施例中，ac/dc转换器520包括输入端和输出端，例如通过导电线或迹线，所述输入端电耦合至pwm控制器516的输出端以接收pwm信号518，并且所述输出端电耦合至电机控制器550的输入端以输出dc参考525。ac/dc转换器520可以被实施为根据pwm信号518的脉冲宽度将pwm信号518的ac分量转换成dc电压的滤波器(例如，低通滤波器)。因此，dc参考525的dc电压指示由电流选择器514选择的目标电流水平。

电机控制器550是接收指示目标电流水平的dc参考525和感测电流458的所感测电流水平并且生成用于驱动电机的驱动电流455的硬件部件。在一个实施例中，电机控制器550包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端电耦合至ac/dc转换器520的输出端以接收dc参考525；所述第二输入端电耦合至电机(例如，电机462)以接收感测电流458；并且所述输出端电耦合至电机。在一种配置中，电机控制器550包括比较器530、电机驱动器560、和电机电流传感器570。这些部件一起操作以基于dc参考525和感测电流458来生成驱动电流455。在其他实施例中，电机控制器550包括比图5中所示的附加的、更少的、或者不同的部件。

电机电流传感器570是从电机接收感测电流458并且根据感测电流458生成感测信号575的硬件部件。在一个实施例中，电机电流传感器570包括输入端和输出端，例如通过导电线或迹线，所述输入端电耦合至(阀460的)电机462，并且所述输出端电耦合至比较器530的输入端。电机电流传感器570可以将指示所感测电流水平的感测电流458转换成相应的电压以生成感测信号575。因此，感测信号575指示与由电机462消耗的电流水平相对应的所感测电流水平。电机电流传感器570将感测信号575提供给比较器530。

比较器530是接收dc参考525和感测信号575并且根据dc参考525和感测信号575生成电机控制信号535的硬件部件。在一个实施例中，比较器530包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端电耦合至ac/dc转换器520的输出端，所述第二输入端电耦合至电机电流传感器570的输出端，并且所述输出端电耦合至电机驱动器560的输入端。在这种配置中，比较器530将指示目标电流水平的dc参考525与指示所感测电流水平的感测信号575相比较，并且根据所述比较生成电机控制信号535。一方面，电机控制信号535表示感测信号575与dc参考525的误差或差量。比较器530将电机控制信号535提供给电机驱动器560。

电机驱动器560是接收电机控制信号535并且根据电机控制信号535生成驱动电流455的硬件部件。在一个实施例中，电机驱动器560包括输入端和输出端，例如通过导电线或迹线，所述输入端电耦合至比较器530，并且所述输出端电耦合至电机462。基于电机控制信号535，电机驱动器560生成驱动电流455，并且将驱动电流(例如，dc电流)供应至电机462。例如，如果dc参考525的电压水平比感测信号575的电压水平大，则从比较器530输出的电机控制信号535使电机驱动器560增大驱动电流455的电流水平。相反，如果dc参考525的电压水平比感测信号575的电压水平小，则从比较器530输出的电机控制信号535使电机驱动器560减小驱动电流455的电流水平。采用如图5中示出的负反馈允许精确控制到电机的驱动电流455。

图6是根据一些实施例的展示了用于动态地控制阀460的过程600的流程图。过程600可以由图4的阀控制器420执行。在一些实施例中，过程600可以由其他实体执行。在一些实施例中，过程600可以包括比图6中所示的附加的、更少的、或不同的步骤。

阀控制器420开始对耦合至阀控制器420的阀(步骤610)进行控制的过程600，并且获得阀460的特性(步骤620)。步骤620可以包括识别阀(例如，通过型号、通过阀类型、通过制造商等)以及访问数据库或其他数据源以获得所识别的阀的特性。阀460的特性的示例包括由阀460支持的可用操作模式、功耗等。阀控制器420可以从客户端装置410或其他计算装置(例如，外部计算装置、内部数据库、远程服务器、bms控制器、阀460本身等)获得阀460的特性。

阀控制器420判定阀460是否支持动态控制机制(步骤630)。在一种方法中，阀控制器420判定阀460是否可使用不同操作模式(例如，慢速驱动模式、保持驱动模式和快速驱动模式)来操作。响应于确定阀460不支持动态控制机制(即，不可使用不同的操作模式操作)，阀控制器420选择快速驱动模式，并且选择与快速驱动模式相对应的目标电流水平。此外，阀控制器420通过将处于目标电流水平的驱动电流供应至阀460的电机来在快速驱动模式下操作阀460(步骤680)。

响应于确定阀460支持动态控制机制(即，可使用不同的操作模式操作)，阀控制器420判定hvac系统100或阀460是否基于备用电源操作(步骤640)。响应于确定hvac系统100或阀460基于备用电源操作，阀控制器420选择慢速驱动模式，并且选择与慢速驱动模式相对应的目标电流水平。此外，阀控制器420通过将处于目标电流水平的驱动电流供应至阀460的电机来在慢速驱动模式下操作阀460(步骤660)。在慢速驱动模式下操作同时从备用电源接收电力可以帮助减小阀控制器420和阀460的功耗。

响应于确定阀460通过主电源而不是备用电源来操作，阀控制器420从多种操作模式中选择操作模式(步骤650)。阀控制器420可以考虑到流速、响应时间、功耗等来选择操作模式。例如，阀控制器420选择慢速驱动模式652作为操作模式，因为阀的响应时间可以比在快速驱动模式下操作的阀的响应时间慢。再例如，阀控制器420选择保持驱动模式654作为操作模式，因为阀460处于保持状态。再例如，阀控制器420选择全驱动模式656作为操作模式，因为需要阀460的快速响应时间。阀控制器420通过根据所选操作模式选择目标电流水平并且将处于目标电流水平的驱动电流应用至阀460的电机来在所选操作模式下操作阀460。

图7至图22展示了根据一些实施例的图4的阀控制器420的各部件的示例示意图。具体地，图7示出了根据一些实施例的图4的处理电路428的示例示意图。图8示出了根据一些实施例的图4的电机控制器450的示例示意图。图9示出了根据一些实施例的用于向图7的处理电路以及图8的电机控制器供应电力的电源的示例示意图。图10示出了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的存储部件的示例示意图。图11示出了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的外围部件的示例示意图。图12展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的usb接口的示例示意图。图13展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的通信接口的示例示意图。图14展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的另一个通信接口的示例示意图。图15展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的输入/输出设置接口的示例示意图。图16展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的用户接口的示例示意图。图17展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的模拟输入接口的示例示意图。图18展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的附加模拟输入接口的示例示意图。图19展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的二进制输入接口的示例示意图。图20展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的二进制输出接口的示例示意图。图21展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的模拟输出接口的示例示意图。图22展示了根据一些实施例的耦合至图7的处理电路的各种连接接口的示例示意图。

如在图7中所示出的，处理电路可以被实施为微处理器。微处理器输出指示与阀的所选操作模式相对应的目标电流水平的pwm信号。在一个示例中，微处理器根据目标电流水平通过pwm_8端口输出pwm信号。参照图8，所展示的是作为ac/dc转换器520操作的r-c滤波器(810和820)以及作为图5的电机控制器550操作的步进电机控制器830。包括电阻器810和电容器820的r-c滤波器通过pwm_8端口接收pwm信号，并且根据pwm信号的脉冲宽度将pwm信号转换成dc参考。步进电机控制器830从r-c滤波器接收dc参考，并且通过step0_1a(步进0_1a端口)、step0_1b(步进0_1b端口)、step0_1c(步进0_1c端口)、step0_2a(步进0_2a端口)、step0_2b(步进0_2b端口)将处于目标电流水平的驱动电流供应至电机。另外，步进电机控制器830通过感测1端口、感测2端口来接收感测电流以用于进行反馈控制。

示例性实施例的配置

如各示例性实施例中所示出的系统和方法的构造和安排仅是说明性的。尽管本披露中仅详细描述了几个实施例，但是许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、维度、结构、形状和比例、参数的值、安装安排、材料的使用、颜色、取向等的变化)。例如，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且离散元件的性质或数量或位置可以更改或变化。因此，所有这类修改旨在被包括在本披露的范围之内。可以根据替代实施例对任何过程或方法步骤的顺序或序列进行改变或重新排序。在不脱离本披露范围的情况下，可以在示例性实施例的设计、操作条件和安排方面作出其他替代、修改、改变、和省略。

本披露假设了用于完成各操作的方法、系统和任何机器可读介质上的程序产品。可以使用现有计算机处理器或由结合用于此目的或另一目的的适当系统的专用计算机处理器或由硬接线系统来实施本披露的实施例。本披露范围内的实施例包括程序产品，所述程序产品包括用于携带或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。举例来讲，这类机器可读介质可以包括ram、rom、eprom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置等，或者可以用来以机器可执行指令或数据结构的形式承载或存储所期望的程序代码并且可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。上述内容的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使得通用计算机、专用计算机或专用处理机执行特定功能或功能组的指令和数据。

尽管附图示出了指定顺序的方法步骤，但是步骤的顺序可以不同于所描绘的。还可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。这种变型将取决于所选软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这种变型都在本披露的范围内。同样地，可以用具有基于规则的逻辑和用以实现各连接步骤、处理步骤、比较步骤和判定步骤的其他逻辑的标准编程技术来实现软件实施方式。