专利名称：燃气热泵冷热水机组系统控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种燃气热泵冷热水机组系统控制装置，特别是一种采用模糊单片机对燃气热泵冷热水机组系统中的燃气发动机，水泵，风机，电子膨胀阀进行控制，使其运行的智能化装置。属于空调与自动控制技术领域。
现有的PID控制技术由于其简单和易于实现在控制领域广泛的应用，但是PID参数的选择及调整不便仍是普遍存在的问题。对于响应慢，死区大的系统来讲，这种控制技术已不适用。模糊控制是近十年来发展最快的一项控制技术，已成功的应用于各种各样的控制系统中，特别是适用于没有精确模型的实际系统。
在已有技术中，文献“制冷空调系统的模糊控制实现”(电子技术应用，2000年第11期)中，采用了模糊控制，控制对象为电子膨胀阀，硬件采用工控机加多功能采集卡实现。控制效果明显，过程超调量小，系统响应快，过渡时间短。可是仍有些不足之处控制对象单一，没有对压缩机和其他附件进行模糊控制，浪费了一部分能量，采用工控机加多功能采集卡增加了成本不利于在小型设备中的应用，如果采用数字单片机，以软件实现模糊控制，其运算速度又受到限制，较难满足实时控制的要求。燃气热泵冷热水机组中燃气发动机的转速可以无级调节，可以实现压缩机的变频要求，但是发动机的控制比一般电力变频空调中电机的控制复杂，发动机速度波动较大且动力模型难以取得，不像电机采用变频器即可实现变频。
本发明主要包括模糊控制单片机，燃气发动机节气门控制电机，循环水水泵的变频器，电子膨胀阀，风机变频控制器，以及冷却水进出水温度传感器，压缩机出口压力传感器，翅片管换热器出口温度传感器，室内温度传感器，可变电阻式温度设定器，电子膨胀阀进出口温度传感器等。各个传感器与可变电阻式温度设定器的输出经过多路信号变送器后转换为数字量，这些数字量输入到模糊单片机的数据输入端，模糊单片机的输出端经过数D/A转换器和信号放大器后分别接燃气发动机节气门控制电机的控制器输入端，循环水泵变频器输入端，风机变频器输入端和电子膨胀阀控制器的输入端。分别由节气门控制电机，电子膨胀阀控制器，风机变频器，水泵变频器来控制燃气发动机，电子膨胀阀，风机，水泵，使整个系统在能源转化利用率高，噪声低，排放低的状态下运行。
本发明所采用的模糊单片机是一种集模糊化、推理和反模糊化于一体，用硬件实现模糊计算的微处理芯片。目前国内外都有各种模糊芯片生产，例如中科院研制的F100，美国Neuralogix公司生产的NLX230，日本研制的FC110等。用硬件实现的模糊推理速度很高，NLX230的模糊推理速度每秒达三千万条规则，可以用在响应速度极高的场合。本燃气热泵冷热水机组系统控制装置中模糊单片机采用Neuralogix公司生产的NLX230，温度传感器采用薄膜工业铂电阻Pt100，这种铂电阻具有体积小、精度高、响应速度快的特点，非常适用于高精度温度测量的场合。压力传感器采用开利压力传感器，D/A转换器采用DAC0832芯片，电子膨胀阀控制器、风机变频器、水泵变频器是与电子膨胀阀、风机、水泵配套选用的。
本发明通过使燃气发动机、电子膨胀阀、风机、水泵协调工作，整个系统的能量转化利用率提高，降低了能源消耗量，同时噪声低，排放低，有益于环境保护。
图2是模糊单片机模糊控制程序流程图。
图中1是冷却水进口温度传感器；2是冷却水出口温度传感器；3是压缩机出口压力传感器；4是翅片管换热器出口温度传感器；5是室内温度传感器；6是可变电阻式温度设定器；7是电子膨胀阀进口温度传感器；8是电子膨胀阀出口温度传感器；9是多路信号变送器；10是模糊单片机；11是D/A转换器；12是信号放大器；13是电机控制器；14是发动机节气门控制电机；15是燃气发动机；16是电子膨胀阀控制器；17是电子膨胀阀；18是水泵变频器；19是水泵；20是风机变频器；21是风机。
冷却水进、出口的温度传感器1、2，压缩机出口压力传感器3，翅片管换热器出口温度传感器4，室内温度传感器5，可变电阻式温度设定器6，电子膨胀阀进出口温度传感器7，8的输出端连到多路信号变送器9的输入端，多路信号变送器9的输出端接到模糊单片机10的输入端。模糊单片机10的输出端连接到D/A转换器11的输入端，D/A转换器11的输出端接到信号放大器12的输入端，信号放大器12的输出端分别接到电机控制器13、电子膨胀阀控制器16、水泵变频器18、风机变频器20的输入端。电机控制器13的输出端接到发动机节气门控制电机14的输入端。发动机节气门控制电机14的输出端接燃气发动机15的节气门。电子膨胀阀控制器16的输出端接电子膨胀阀17，水泵变频器18的输出端接水泵19，风机变频器20的输出端接风机21。
本燃气热泵冷热水机组系统控制装置通过各传感器将各种环境参数以及系统工作参数等输入到模糊单片机10，模糊单片机10依据存储于其中的模糊规则库，由硬件进行输入模糊化，模糊推理，反模糊化，输出相应的数字量，再经过D/A转换器11转化处理为模拟量，再经信号放大器12进行信号放大后分别输送到电机控制器13，电子膨胀阀控制器16，水泵变频器18，风机变频器20。经过电机控制器13的处理后的控制信号，通过调节发动机节气门控制电机14的转角，来调节燃气发动机15的转速；经电子膨胀阀控制器处理后的控制信号调节电子膨胀阀17开度；经过水泵变频器16处理后的控制信号调节水泵19转速；经过风机变频器处理后的控制信号调节风机21的转速。本控制装置通过对燃气发动机15，电子膨胀阀17，水泵19，风机21的调节，无级调节燃气热泵冷热水机组系统中压缩机输入能量，冷媒的产生和输出量，冷却水量，达到系统运行的实时平衡状态，适应不同环境状态下的负荷量，实现整个系统的智能化控制。
本控制装置的模糊单片机10附带的EEPROM中存放有模糊控制规则，其程序流程图如图2所示，程序流程是一个对环境参数和系统状态以及设定状态进行分析、判断、处理，并进一步确定燃气发动机15，电子膨胀阀17，水泵19，风机21运行状态的过程。对于此过程具体描述如下装置启动后整个系统进行初始化及自检，然后开始实时收集各个传感器检测出的模拟量，并转换为数字量，用存于模糊单片机的模糊规则库对所获得数字量数据进行模糊推理计算，判断并计算出当前系统的负荷量，制冷模式中，当回水温度大于系统期望值时，说明空调热负荷在增加，需要增加发动机转速，即电机转角增加，并增加水泵和风机变频器的工作频率，增加水泵和风机的转速，反之，则降低发动机转速，降低水泵和风机变频器的工作频率。电子膨胀阀开度依据电子膨胀阀进出口温度和系统过热度期望值(设定)来决定开度。
权利要求
1.一种燃气热泵冷热水机组系统控制装置，主要包括冷却水进出口温度传感器(1)、(2)，压缩机出口压力传感器(3)，翅片管换热器出口温度传感器(4)，室内温度传感器(5)，可变电阻式温度设定器(6)，电子膨胀阀进出口温度传感器(7)、(8)，D/A转换器(11)，信号放大器(12)，电子膨胀阀控制器(16)，水泵变频器(18)，风机变频器(20)，其特征在于还包括多路信号变送器(9)，模糊单片机(10)，电机控制器(13)，发动机节气门控制电机(14)，冷却水进、出口的温度传感器1、2，压缩机出口压力传感器3，翅片管换热器出口温度传感器4，室内温度传感器5，可变电阻式温度设定器6，电子膨胀阀进出口温度传感器7，8的输出端连到多路信号变送器9的输入端，多路信号变送器9的输出端接到模糊单片机10的输入端，模糊单片机10的输出端连接到D/A转换器11的输入端，D/A转换器11的输出端接到信号放大器12的输入端，信号放大器12的输出端分别接到电机控制器13、电子膨胀阀控制器16、水泵变频器18、风机变频器20的输入端，电机控制器13的输出端接到发动机节气门控制电机14的输入端，发动机节气门控制电机14的输出端接燃气发动机15的节气门，电子膨胀阀控制器16的输出端接电子膨胀阀17，水泵变频器18的输出端接水泵19，风机变频器20的输出端接风机21。
全文摘要
燃气热泵冷热水机组系统控制装置主要包括冷却水进出口温度传感器、压缩机出口压力传感器、翅片管换热器出口温度传感器、室内温度传感器、可变电阻式温度设定器、电子膨胀阀进出口温度传感器、多路信号变送器、模糊单片机、D/A转换器、信号放大器、电机控制器、发动机节气门控制电机、电子膨胀阀控制器、水泵变频器、风机变频器等。根据上述有关传感器信号，通过模糊单片机按照EEPROM中存放的的模糊控制规则进行计算推理，然后输出控制信号给电子膨胀阀控制器、水泵变频器、风机变频器、电机控制器，经过进一步处理后控制电子膨胀阀、水泵、风机、燃气发动机的工作状态，保证整个系统在能源转化利用率高，噪声低，排放低的状态下运行。
文档编号F25B49/00GK1456854SQ03129050
公开日2003年11月19日 申请日期2003年6月5日 优先权日2003年6月5日
发明者张武高, 李书泽, 黄震 申请人:上海交通大学