暖通空调系统及其控制器的制作方法

本实用新型涉及暖通空调领域，尤其涉及一种用于暖通空调系统中的控制器及暖通空调系统。

背景技术：

暖通空调系统是控制建筑物温度、湿度环境、室内空气品质及系统本身产生的噪音的系统。在各类建筑物中，大量采用先进设备和相应配套设备而成的暖通空调系统已成为现代化建筑技术的重要标志之一，是现代建筑创造舒适高效的工作和生活环境所不可缺少的重要基础设施。

为了控制建筑物内的温度、湿度或空气质量等，典型的暖通空调系统一般包括：大量传感器，其用来感测室内的温度、湿度、CO2浓度等；大量受控设备，例如用来驱动风机盘管、风阀、水阀、卷帘等的执行设备；若干控制器，其根据传感器感测到的参数来控制那些受控设备，以实现建筑物内环境的健康与舒适。在某些场景下，控制器和执行设备也可以集成在一处。

控制器一般具有多个输入端和多个输出端。输入端例如可以连接到传感器，以获取探测数据，也可以连接到受控设备的输出，以获取反馈数据。以传感器为例，一种传感器的输出为模拟的电压信号，例如电压范围在0-10V。针对这种电压输入，控制器的输入端一般配置有连接到直流电压源的上拉偏置电路。如此，传感器的零电压输入在输入端表现为地电平，而若连接传感器的线路出现短路接地故障，该输入端也会得到一个地电平。这样，控制器就不无法区分其输入端是接收了零电压输入，还是连接到该输入的线路出现了短路接地故障。

为此，需要为暖通空调系统提供一种新型的控制器，其能够识别出连接到其输入端的接地故障。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于暖通空调系统中的控制器，其能够识别出连接到其输入端的接地故障，其中该输入端能够配置成接收包含零伏的电压输入。

本实用新型提供一种暖通空调系统中的控制器，该控制器包括：至少一个输入端，其能够接收直流电压输入；一个运算放大器，其正向输入端连接到所述输入端，其负向输入端连接到地电位；一个信号发生电路，其耦合到所述运算放大器的正向输入端，以在所述正向输入端处施加周期性变化信号；一个处理电路，其连接到所述运算放大器的输出端，在所述输出端的电压为地电平时，所述处理电路输出一个接地故障指示。

在本实用新型提出的暖通空调控制器中，为了区分零电压输入和接地短路故障，采用周期性变化信号来替代直流电压Vcc作为偏置电压施加到控制器的电压输入端。因而，当运算放大器的输出为一个稳定直流电平时，则表明出现了接地短路故障。

优选地，所述信号发生器为方波发生电路，以产生方波信号。更为优选地，所述控制器还包括：一个串联电路，其连接在所述方波发生电路和所述运算放大器的正向输入端之间，所述串联电路包括串联连接的开关元件和电阻，其中，所述开关元件由处理电路控制。

在本实用新型的上述优选实施例中，采用方波信号来替代直流电压Vcc作为偏置电压施加到控制器的电压输入端。较之其他周期性信号，方波信号对直流输入信号的畸变影响小，易于提取出原始直流输入。而且，使用方波信号，整体电路更加简单、易于实现。

尤为优选地，所述处理电路在所述运算放大器的输出端为零电压时，控制所述开关元件导通。采用这种电路结构可以仅在处理电路接收到零电压输入时才在运算放大器的输入端加载扰动信号，从而能够以最简化的电路结构区分零电压输入与接地短路故障。

在本实用新型的一种示意性实施方式中，所述方波发生电路包括：一个迟滞比较器，其输出电压经反馈电阻反馈到其负向输入端，且该负向输入端和地电位之间连接有一个电容器；反向串联连接的两个稳压管，其连接在所述迟滞比较器的输出端，以形成双向限幅器。基于迟滞比较器实现的方波发生电路结构简单、可靠性高。

在本实用新型的另一种示意性实施方式中，所述处理电路还包括：一个分离电路，其包括串联连接的一个第一电容器和一个减法器，所述第一电容器连接到所述运算放大器的输出端，以得到滤波后的扰动信号，所述减法器从所述运算放大器的输出中减去所述第一电容器的输出，以得到直流信号；一个CPU，其接收所述分离电路的扰动信号和所述直流信号，且在所述扰动信号小于一个预定阈值时输出接地故障。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型还提供一种暖通空调系统，其包括：至少一个如上所述的控制器；至少一个现场设备，其电压输出能够连接到所述控制器的所述输入端。优选地，该暖通空调系统还包括：至少一个受控设备，其连接到所述控制器的输出端，用于响应于所述控制器的指令而动作。更为优选地，所述现场设备为传感器，或者控制器为集成到执行设备上的控制器。

由此，本实用新型提出的控制器及具有该控制器的暖通空调系统可以及时分辨出连接到控制器的电压输入端的线路是否出现了接地短路故障，从而得以及时修复故障。而且，本实用新型提出的控制器结构简单、成本低、易于实现。该控制器可以在几乎不增加过多额外成本的情况下，解决接地短路故障的漏报问题。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对阀组件及控制阀的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1示出根据本实用新型一个实施例的控制器的结构框图。

图2示出根据本实用新型另一个实施例的控制器的结构框图。

图3示出根据本实用新型另一个实施例的控制器中方波发生电路的一个电路原理图。

标号说明：

10 现场设备(传感器) 20 控制器 22 运算放大器

24 串联电路 25 信号发生电路(方波发生电路)

28 处理电路 282 减法器 284 分离电路

286 CPU 252 迟滞比较器 256 两个稳压二极管

K1 开关元件 C1、C2、C3 电容 Amp 运算放大器

R1、R2、R3、R4、Rf 电阻

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

图1示例性地示出了根据本实用新型一个实施例的暖通空调系统示意图。如图1所示，暖通空调系统1包括至少一个传感器10、一个控制器20和至少一个例如执行器的受控设备30。控制器20具有至少一个输入端Vin和至少一个输出端Vout。简便起见，图1中仅示例性地示出了“一个”部件。输入端Vin可以连接到传感器10的输出，以接收传感器 10感测到的数据，例如温度或湿度值等。输出端Vout可以连接到受控设备30，该受控设备30可以响应于控制器的指令而执行相应动作。

在图1所示的例子中，传感器10的输出例如为直流电压(例如0-10V)。控制器20 的输入端Vin配置成能够接收例如0-10V的直流电压输入。控制器20还包括运算放大器 22和处理电路28。运算放大器22的正向输入端(同相端)“+”连接到输入端Vin，其负向输入端(反相端)“-”则连接到地电位(GND)。运算放大器22的正向输入端+处还耦合有一个信号发生电路25。信号发生电路为一个方波发生电路，其将电压方波叠加在输入端Vin的电压输入上，以下称方波发生电路25。优选地，方波发生电路25和输入端Vin 之间还设置有开关元件K1和与之串联的限流电阻R1。开关元件K1连接到处理电路28，且由处理电路28控制。电阻R1为限流电阻。运算放大器22的输出端Vo则连接到处理电路28。运算放大器22将叠加有方波信号的电压输入Vin放大，并输出给处理电路28。处理电路28可根据该运算放大器22的输出来确定相应的感测数据，并判断是否出现故障。

在一个实施例中，开关元件K1在输入端Vin配置成需要接收电压输入时导通。正常运行时，运算放大器22的输出Vo为叠加有方波的电压输入Vin。如果传感器和控制器之间的线路发生接地短路故障，则运算放大器22的输出Vo为一个稳定的直流电平，即无波动信号。如此，如果处理电路28判断出Vo为一个稳定的直流电平，则可发出一个接地故障指示，否则提取出Vin进行后续处理。在另一种实施例中，更为优选地，开关元件K1仅在处理电路28接收零输入电压时导通。这时，开关元件K1导通后，如果处理电路28判断出Vo依然为一个稳定的直流电平，则可发出一个接地故障指示。

图2示例性地示出了根据本实用新型另一个实施例的电路原理图。简便起见，在图2 中省去了传感器10和受控设备30。在图2的例子中，处理电路28具体包括一个分离电路 284和一个CPU 286。运算放大器22的输出Vo送入分离电路284。分离电路284对带有方波的信号Vo进行扰动信号分离，从而输出一个扰动信号Va和一个直流信号Vd。CPU 286 在确定扰动信号Va的幅值大约为零值时，发出接地故障指示，否则根据直流信号Vd确定 Vin的输入大小。

在图2的例子中，分离电路284包括一个与运算放大器22的输出Vo串联的电容器C2，以及一个减法器282。电容器C2能够起到隔离直流、通交流的作用。经过电容器C2的信号则为输出Vo上的扰动信号Va(例如方波)。该扰动信号的幅值如果为大约零值，则表明出现了接地故障。减法器282将扰动信号Va从输出Vo中减除，从而得到去掉扰动的直流信号Vd。CPU 286可以根据该直流信号Vd提取Vin的大小。图2仅示例性地示出了判断接地短路故障的电路结构。根据实际需要，本领域技术人员还可以据此得到其他多种类型的判断电路。

优选地，方波发生电路25的频率选择大于传感器10的响应频率。换言之，方波发生电路25的频率可选则为大于市售常用传感器的响应频率。这样，传感器10没有能力吸收方波变化。更为优选地，在运算放大器的输出端Vo连接一个接地的电容器C1，以便减小输出的波动，进而增加处理电路识别的可靠性。

在图2的例子中，更为优选地，CPU 286能够控制开关元件K1和方波发生器28。例如，CPU 286可以仅在需要读取输入Vin时导通K1。再例如，CPU 286可以根据需要调整方波发生电路25的方波频率，例如指定四个档位频率中的任一之一。更为优选地，CPU 286可以在确认正常工作状态时根据接收到的Va的变化来确定方波频率的高低。例如，如果在方波频率为低档位(20kHz)时，Va幅值并不明显，则可调高方波频率至更高档位(例如40k Hz)。如此可以实现方波频率的闭环控制。

图3示例性地示出了方波发生电路的一个实例。如图3所示，方波发生电路25包括一个迟滞比较器252，其输出电压Vc经反馈电阻Rf反馈到其负向输入端-，且该负向输入端和地电位之间连接有一个电容器C3。迟滞比较器252的输出端Vc还连接到反向串联连接的两个稳压管256，以形成双向限幅器。迟滞比较器252由运算放大器Amp连接而成。运算放大器Amp的正向输入端和输出端之间连接有反馈电阻R3。运算放大器Amp的正向输入端经电阻R4连接到地电位。电阻R2为输出端的限流电阻。方便发生器300可以输出以地电位为直流电压的方波信号。采用图3所示的方波发生电路可以得到期望的方波信号。

在图1的例子中，方波发生电路替代了直流电压Vcc，施加到输入端Vin。在这种情况下，如果运算放大器22的输出Vo为一个稳定直流电平时，则表明出现了接地短路故障，否则表示工作正常。由此，处理电路28可以根据输出Vo的大小来区分电压输入(尤其是零电压输入)和短路故障。

图1以方波发生电路为例来说明本实用新型。可选地，方波发生电路也可以替换为用于产生其他周期性变化信号(扰动信号)的信号发生电路。其他周期性变化信号例如为正弦波或三角波等。若采用上述非方波信号，同样可以采用如图2所示的分离电路或其他本领域常用的信号提起电路来从运算放大器输出Vo中提取出输入Vin。此外，可选地，图1 中的传感器也可以是其他能够连接到控制器的现场设备，其输出模拟的直流电压值给控制器的输入端。图1中的控制器还可以是集成有控制器的执行设备。

由此，采用本实用新型提出的控制器可以及时分辨出连接到其电压输入端的线路是否出现了接地短路故障，从而得以及时修复故障。而且，本实用新型提出的控制器结构简单、成本低、易于实现。可以在几乎不增加过多额外成本的情况下，解决接地短路故障的漏报问题。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本实用新型的保护范围之内。