专利名称：使用空气和流体输入的空调控制算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度控制系统领域，更具体地涉及一种控制算法，该控制算法用于通过检测多种工况和致动该空调系统的机械部件进行响应的空调系统自动控制。
背景技术：
许多空调区域控制系统包括单个传感器，该单个传感器监测环境空气温度或从温度正受控制的区域返回的空气的温度。该传感器向空调系统控制器提供反馈，以便控制器调节各种空调部件，如供应空气风扇、盘管冷却剂流体比例阀(制冷或制热模式)和电加热器(如果有的话)，以试图保持区域内的设定温度。
使用仅参考区域的环境空气温度或返回空气温度与用户输入的设定温度进行比较的控制算法的控制器，可能导致在该区域内产生大的温度波动，例如因为当供应空气的温度比该区域的温度低得多。当该供应空气被传递至该区域，其导致设定值之下的大的温降，控制器必须立即在相反方向上进行调节，对该区域提供较热的气体。
这种循环是不希望的，因为其导致控制器频繁地调整系统部件以努力在该区域内达到设定值。结果，其只是增加了设备磨损和导致该区域内高于或低于设定值的周期性温度波动。
存在某些算法，只使用区域内的环境温度或返回空气传感器而没有附加传感器，来最小化上述循环，这些算法不能最优化冷却剂流体中的温度波动，不能检测空调系统机械部件故障，不能向系统用户或建筑管理系统提供供应末端设备装置过热警告，或不能为空气受调节区域提供灵活的温度控制。
发明内容
提供一种在区域空调控制器中执行的控制算法。在该控制算法中，连接至该控制器的多个传感器提供代表信号，该控制器通过该控制算法选择性使用这些代表信号，以基于多个用户可编程参数的输入向该系统的机械部件的致动装置提供指令信号。
在一个实施例中，该控制算法可以使用供应冷却剂流体和返回冷却剂流体的温度信号来控制系统中的致动器，以当系统运行时，在保持期望区域温度的同时，最优化温度调节盘管中冷却剂流体入口和出口之间的变量温度。
在另一个实施例中，该控制算法可以使用供应空气温度信号，以有选择地提供系统中的系统部件有故障的信息。
在另一个实施例中，该控制算法可以使用供应空气温度信号，以有选择地对危险设备故障提供安全警告。
在又一个实施例中，该控制算法可以使用供应空气温度输入和返回空气温度输入，以实现灵活的温度控制系统，以在由控制器控制的区域内产生理想的效果。
为了更进一步地了解本发明的这些及其他目的，可以参考本发明的下列详细描述，该详细描述结合了附图，其中
附图1概略描述了一种区域空调系统和它的构成部件；
附图2示出了新算法所使用的连通空调系统区域控制器的多个输入和输出；
附图3示意性地示出了现有技术中的仅使用返回空气传感器和区域设定值的空调系统的比例冷却剂流体流量阀的控制；
附图4示意性地示出了该新控制算法的冷却剂流体变量温度控制实施例；
附图5以曲线的形式示出了设定值和控制器中使用和没有使用该新算法时的冷却剂流体的温度变量。
附图6示意描述了该新控制算法的供应侧设备过热和警报系统的实施例。
具体实施例
首先参考图1，其示出了对一种区域空调系统的描述，总地标记为10，其图示了从空气受调节区域14进入系统的空气流方向12，和受调节空气退出系统13的方向。来自区域14的空气流的进入经过返回空气温度传感器16，然后通过供应侧过滤器18，然后通过至少一个供应侧空气风扇20和供应侧空气温度调节盘管32，最后通过供应空气温度传感器24。该受调节空气然后被供应给该区域14。供应侧比例冷却剂流体流量阀34，设置在管路中，该管路提供供应冷却剂流体35给供应侧的空气温度调节盘管32。供应冷却剂流体35的温度，由供应冷却剂流体温度传感器36(如果存在的话)检测，或者由建筑监测系统传送。来自空气温度调节盘管32的返回冷却剂流体38的温度，由返回冷却剂流体温度传感器37监测。
现在转到附图2，其显示了多个空调系统控制器51的输入和输出，这些输入和输出由在控制器51中运行的控制算法50使用。控制器51，包含具有至少16MHz时钟速度的微处理器、至少3.84K字节的内部RAM存储器、至少128K字节的内部闪存存储器、至少1K字节的内部E2存储器、具有1LSB误差的至少10位的植入式A/D转换器、和位于该芯片硬件上的监视器。
在一个实施例中，该控制算法50，主要是控制区域14的温度，其次是最优化该空调系统10的该冷却剂流体35，38的变量温度达到大约5-6华氏度。变量温度定义为供应冷却剂流体35和返回冷却剂流体38之间的温度差，供应冷却剂流体35的温度由供应冷却剂流体温度传感器35检测(如果存在的话)，或者作为数值通过建筑管理系统54传送至控制器51，返回冷却剂流体38的温度由返回冷却剂流体温度传感器37检测。
现在参考附图3，其显示了关于比例冷却剂流体流量阀34的现有技术，在这里，比例位置参考134完全由区域14的环境空气温度或返回空气温度传感器16确定。如上所提及的，该系统具有许多涉及区域温度波动和设备磨损的不良效果。应该注意的是，这现有技术作为本发明的比例冷却剂流体流量阀34，控制算法50的一部分。
现在参考附图4，其示出了该比例冷却剂流体流量阀34、系统控制算法50的一个实施例。该示意图的上半部分描述一种标准控制回路，在该标准控制回路中，通过恒温装置或系统用户编程程序输入的使用者输入区域设定值9的输入值和返回空气温度传感器16的输入值在符号西格马块102中叠加，以提供区域设定值的误差点信号104，该误差点信号通过可调节风扇增益块106和可调节风扇PI块108调节，以获得风扇速度参考信号19，用于至少一个可变速风扇20。符号西格马块被定义为，进入其中的数值的数学求和的图形描述，求和产生的结果值从其中输出。区域设定值的误差点信号104，也通过可调比例冷却剂流体流量阀增益块110和可调节比例冷却剂流体流量阀PI块112调节，以获得比例冷却剂流体流量阀定位参考信号111，该参考信号111被输入至符号西格马块114，该西格马块114的输出是给比例冷却剂流体流量阀34的位置参考信号134。应该注意的是，附图4描述该冷却剂流体为水，但是，本领域技术人员明的也可以使用现有技术中公知的其它制冷剂。
如果没有该新算法，该示意图的底部部分，零值将输入符号西格马块114，产生现有技术的计算，用于定位比例冷却剂流体流量阀34，该流量阀的位置和用于供应空气温度调节盘管32的供应冷却剂流体35的温度将遭受频繁调整。正如之前指出的，这种类型的控制方案仅使用区域气温设定值9和返回空气温度传感器16，输入是不希望的，因为它只会导致在使用者输入区域空气温度设定值9上下的温度波动，并且增加供应侧设备磨损。
为将这些波动最小化，该新算法(附图4中的示意图的底部部分)提供阻尼(瞬变响应最小化)比例反馈回路，该比例反馈回路使用供应冷却剂流体35的温度和返回冷却剂流体38的温度之间的实际差异进行实施，该实际差异最优大约为5-6华氏度，这些温度与使用者可选择的冷却剂流体变量温度设定值参数120进行比较。该新比例回路经由供应冷却剂流体温度传感器36或建筑管理系统的数值传送向该控制算法50提供供应冷却剂流体35的温度，以及经由返回冷却剂流体温度传感器37向该控制算法50提供返回冷却剂液体38的温度。当系统10运行时，供应冷却剂35的温度与返回冷却剂温度37在符号西格马块116中叠加，产生了冷却剂流体变量温度信号118。
该比例冷却剂反馈变量温度信号118，与使用者输入的冷却剂流体变量温度设定值120在符号西格马块122中叠加，其产生冷却剂流体变量温度误差124。单位延迟块单元126和可调增量块128调整冷却剂流体变量温度误差124，该变量温度误差与变量冷却剂温度控制器输出130，在乘法块132中叠加，产生冷却剂比例控制回路输出信号100。这冷却剂比例控制回路输出信号100，被求反，然后与返回空气控制比例阀位置参考111在符号西格马块114中叠加，以产生给该比例冷却剂流体流量阀34的比例位置参考134。
当使用冷却剂流体35，38时，使用此控制算法50的效果是，，温度反馈将冷却剂流体35，38的温度波动的振幅抑制到一个点，在该点上温度波动不会受到返回至该空调系统10的空气12的变化的很大影响，温度波动可以力求实现大约5-6华氏度的最佳温度。
现在参考附图5，上面提到的冷却剂流体温度的抑制响应读自返回空气传感器16的波动，使用新控制算法50的效果，从来自运行准确相似模拟的系统的反应曲线得到证明。一个模拟具有该控制算法50，另一个则没有。
当该新控制算法没有激活以及该冷却剂温度仅通过返回空气传感元件16输入与使用者输入区域设定值9的比较进行控制，更加活跃的温度信号追踪描述冷却剂变量温度信号118的不规律性。
在操作中，当使用返回空气温度传感器16的输入、供应空气温度传感器24的输入、冷却剂流体供应传感器36的输入、该冷却剂流体返回传感器37的输入和比例冷却剂流体流量阀34位置参考输出信号111，激活该新控制算法50时，更稳定的温度信号追踪描述更可控的变量温度信号118。可以看到，在这种情况下，与使用者输入冷却剂流体变量温度设定值120相关的冷却剂流体35，38的变量温度响应，比较接近6华氏度，由于给比例冷却剂流体流量阀34的位置参考信号134的受抑响应。
现在转向附图6，在另一个实施例中，该空调系统控制器51，可以选择性地提供该系统中的系统部件具有故障的信息。使用供应空气温度传感器24和返回空气温度转感器16的输入，以及通过符号西格马块200对这些值叠加，产生空气变量温度信号202值，该值与用户编程系统部件故障参数19叠加，以产生系统部件状态信号208，控制算法50可以使用该系统部件状态信号208确定该系统功能异常以及已有部件故障或部件功能的显著降低。基于上述检测，该控制算法50，可以发送部件故障信号40，以通过可视装置或建筑管理系统54警告系统用户52，以将可能的故障通知到适当的人。
在另一个实施例中，该控制算法50，选择性提供危险设备故障的安全警告。例如如果供应空气温度传感器24，检测到温度输入超出了可编程的高供应空气温度极限参数301，该控制算法50可通过可视的装置或建筑管理系统54发送危险情况信号302，以警告系统用户52，以将该可能的故障通知适当的人，并且自动关闭该空调系统10。
在另一个实施例中，控制算法50，能够选择性地实现该空气受调节区域14的灵敏温度控制。例如，使用供应空气温度传感器24的输入和控制算法50，制热模式中的“冷浴效应”就可以避免，只要通过系统用户52编程使“制热模式下无冷空气涌入”参数500这样做。当多个供应风扇20中的至少一个开到高速，推动已被冷却的空气17时，通过将该空气保持在空气受调节区域14和供应设备之间的管网21中，该″冷浴″就可实现。当此受冷却空气17，在与任何受调节空气与之混合之前以高速被吹入区域14时，其结果为空气传输先是冷却，然后在管道系统被强制输送冷却空气17之后升温。
该控制算法50，适于降低供应风扇20中的至少一个的可变速风扇参考信号19，适于通过使用供应侧空气温度调节盘管32提高供应空气流的温度，以将已存在于管道系统21中的较冷空气与退出系统13的较热空气流缓慢混合，然后输送空气至区域14，即在开始就更接近于使用者输入的空气温度设定值9。
使用供应空气温度传感器24输入和控制算法50的另一灵敏温度控制的实例，避免在冷却模式下供应侧部件的潜在冷凝风险。如果“在冷却模式下优化供应侧温度”7的参数被使用者编程以这样做，该控制算法50则将使用检测到的供应空气温度传感器24的输入，并提高供应侧冷却剂流体35的温度，以加热供应侧设备，在不影响该系统10的总空气调节目的下，尽可能地避免冷凝风险。
虽然已通过参照相应的附图的最优实施例具体描述和说明本发明，但是可以理解的是，本领域技术人员在不背离本发明下述权利要求的精神和范围内，可以实现不同细节的各种变化。
权利要求
1.一种控制空调系统的方法，该类型的空调系统具有系统操作者、建筑管理系统、热交换器盘管，冷却剂流体从该热交换器盘管中流过，以及空气流循环通过该热交换器盘管，该方法包括以下步骤
取得进入所述盘管的供应冷却剂流体的冷却剂流体供应温度；
取得退出所述盘管的返回冷却剂流体的冷却剂流体返回温度；
比较所述冷却剂流体供应温度与所述冷却剂流体返回温度，以得到冷却剂流体变量温度；
设立冷却剂流体变量温度设定值；
比较所述冷却剂流体变量温度与所述冷却剂流体变量温度设定值，以得到冷却剂流体变量温度误差；
提供至少一个阀，用于控制流过所述盘管的冷却剂流体的流量；和
响应所述冷却剂流体变量温度误差而致动所述阀。
2.如权利要求1所述的控制空调系统的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤
取得空气受调节区域的空气温度；
取得空气受调节区域的温度设定值；
比较所述区域空气温度与所述区域温度设定值，以得到区域设定值的误差值；
响应所述区域设定值的误差值而致动所述阀。
3.如权利要求1所述的控制空调系统的方法，其特征在于，还包括以下步骤
确定该系统是否处于制冷模式中；
确定供应空气温度；
设立供应侧部件的低温极限；
比较所述供应空气温度与所述供应侧部件的低温极限；和
响应性地提高供应侧冷却剂流体温度。
4.如权利要求1所述的控制空调系统的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤
确定该系统是否处于制热模式中；
确定所述供应空气温度；
确定返回空气温度；
比较所述供应空气温度与所述返回空气温度，以得到空气温度误差值；
设立冷浴的上限值；
比较所述空气温度误差值与所述冷浴上限值；
响应性地提高所述供应侧冷却剂流体温度的命令；以及
响应性地降低至少一个供应空气风扇的转速。
5.如权利要求1所述的控制空调系统的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤
取得所述空气温度误差值；
设立部件故障设定值；
比较所述空气温度误差值与所述部件故障设定值；以及
响应性地警告至少一个系统用户和建筑管理系统有部件故障。
6.如权利要求1所述的控制空调系统的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤
取得所述空气温度误差值；
设立供应部件过热设定值；
比较所述空气温度误差值与所述部件过热设定值；以及
响应性地关闭所述空调系统。
7.一种空调系统的控制系统装置，该类型的空调系统具有区域控制器、热交换器盘管，冷却剂流体在冷却剂流体控制阀的控制下从该热交换器盘管中流过，以及空气流循环通过该热交换器盘管，该控制系统装置包括
冷却剂流体供应温度传感器，用于向区域控制器发送代表信号；
冷却剂流体返回温度传感器，用于向区域控制器发送代表信号；
其中，区域控制器能够响应所述冷却剂流体供应温度代表信号和冷却剂流体返回温度代表信号而产生冷却剂流体变量温度，以及该区域控制器能够比较所述冷却剂流体变量温度与变量温度设定值，以产生冷却剂流体变量温度误差信号；以及
阀致动器，其操作响应所述冷却剂流体变量温度误差信号以致动所述冷却剂流体流量控制阀。
8.如权利要求7所述的控制系统装置，其特征在于，进一步包括
区域空气温度传感器，用于向区域控制器发送代表信号；和
区域温度设定值的用户界面设定装置，其能将区域温度设定值传输给所述空气受调节区域控制器；
其中，该区域控制器能够响应所述区域空气温度信号和所述区域温度设定值，产生区域设定值的误差值信号；和
所述阀致动器操作进一步响应所述设定值的误差值信号，以致动所述流体流量控制阀。
9.如权利要求8所述的控制系统装置，其特征在于
所述区域空气温度传感器是位于该区域内的恒温装置，该恒温装置能够向所述空气受调节区域控制器发送代表信号。
10.如权利要求8所述的控制系统装置，其特征在于
所述区域空气温度传感器是返回空气传感器，该返回空气传感器能够向所述空气受调节区域控制器发送代表信号。
11.如权利要求8所述的控制系统装置，其特征在于
所述区域用户界面是由系统用户手动操作的恒温装置，该恒温装置能够向所述区域控制器发送代表信号。
12.如权利要求8所述的控制系统装置，其特征在于
所述区域用户界面是建筑管理系统，该建筑管理系统能够向所述空气受调节区域控制器发送代表信号。
13.如权利要求7所述的控制系统装置，其特征在于，进一步包括
供应空气温度传感器，用于向区域控制器发送代表信号；
所述空气受调节区域控制器能够响应所述区域空气代表信号和所述返回空气温度代表信号，以产生空气变量温度信号，并且能够比较所述空气变量温度信号与系统部件故障参数，以产生系统部件状态信号；以及
响应性地将所述系统部件故障传输至系统操作员。
18.如权利要求7所述的控制系统装置，其特征在于
所述供应空气温度代表信号与危险的设备故障信号比较，以产生危险的设备情况状态信号；和
响应性地将所述危险状态传输至该系统操作员。
19.如权利要求7所述的控制系统装置，其特征在于
所述空气受调节区域控制器是基于微处理器的装置，该装置能够从所述传感器接收所述代表信号，并且能够向所述阀致动器、所述冷却风扇、所述部件故障装置和所述危险设备状态报警装置提供操作信号。
全文摘要
在通过检测空调系统多种工况并通过致动空调系统的机械部件进行响应的自动控制空调系统中，所使用的检测、装置的致动和控制算法优化了冷却剂流体的温度，改进了区域温度控制，提供了系统部件的状态，如果供应侧系统机械部件过热，则发出警报。
文档编号F25B1/00GK101600916SQ200680056835
公开日2009年12月9日 申请日期2006年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者O·若瑟兰, E·鲁瓦耶, P·雷诺, R·科尔克 申请人:开利公司