专利名称：节能型建筑物能效跟踪控制管理装置及其节能控制方法
技术领域：
本发明涉及一种能效跟踪控制管理装置及节能控制方法，特别是一种节能型建筑物能效跟踪控制管理系统及其节能控制方法。
背景技术：
目前，我国建筑物能耗占到总能耗的27.45％，但现有的建筑物95％达不到节能标准，现有的建筑物节能技术大多采用变频技术或单片机控制，不能根据实际负载需求而自动调节，能源得不到有效利用而白白让费；现有的能源管理技术大多数是通过普通仪表采集数据，再由管理人员手动抄表汇总统一管理；有极少部分采用计算机自动抄表技术，但技术单一，只能实现能耗数据统计，不能实时分析能耗、不能监控设备运行、不能显示故障报警类别、不能实现系统设备故障的自诊断与故障分析。
建筑物能耗系统主要包括中央空调控制系统、锅炉系统、照明系统、电梯系统、配电系统及供水系统，其中建筑能源可分电、水、油、天然气，煤等，现有一些产品都是单一的对某个子系统或某单项能耗进行统计及监控，不能对整个建筑物能耗进行全面了解，不能实现能耗集中监督、管理、控制、能效分析、故障预警与设备集中管理。
发明内容针对现有技术的不足，本发明提供一种设计合理、稳定可靠、节能效果好、管理方便，诊断、分析准确，维修方便的节能型建筑物能效跟踪控制管理装置。
一种节能型建筑物能效跟踪控制管理装置，由系统数据采集装置、传感器、中央控制器、电能质量变送器，数据显示处理器、模糊控制器、电缆、中央控制站及远程控制站组成；系统数据采集装置通过屏蔽电缆与传感器连接，系统数据采集装置通过欧姆龙系统总线和中央控制器连接，电能质量变送器和电流互感器及A相、B相、C相电压线连接，电能质量变送器通过RS485总线和中央控制器连接，中央控制器通过RS232C通讯电缆和数据显示处理器连接，中央控制器通过CJ1W-SCU41模块的RS485口和中央控制站连接，中央控制站通过因特网和远程控制站连接，模糊控制器也通过欧姆龙系统总线和中央控制器相连接。
所述的系统数据采集装置是一个包括温度采集、湿度采集、压力采集、流量采集、自然光亮度采集和电能及电能质量采集装置的综合数据采集模块，综合数据采集模块与中央控制器连接；综合数据采集模块使用欧姆龙生产CJ1W-AD081-V1及CJ1W-AD041。
所述的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、自然光亮度传感器、流量传感器和电流互感器，温度传感器用欧姆龙生产的E52-P6D型Pt100热电阻，湿度传感器用BTHS-3型支持0-10V/4-20MA标准信号输出的传感器，压力传感器使用昆仑海岸的JYB-K系列，自然光亮度传感器用KMC公司的PSR-1型感光器，流量传感器使用昆仑海岸的LUGB系列，电流互感器是德力西的LMK系列。
所述的中央控制器由电源模块、可编程控制器、数字量模块、模拟量模块及通讯模块组成，可编程控制器和电源模块、数字量模块及模拟量模块直接相连，通讯模块与可编程控制器通过欧姆龙系统总线连接，同时与数据显示处理器通过串行通讯电缆连接，可编程控制器用欧姆龙生产的CJ1系列。
所述的数据显示处理器由高性能嵌入式一体化工控机、笔记本硬盘组成，笔记本硬盘通过PCMCIA接口与嵌入式一体化工控机连接，高性能嵌入式一体化工控机用昆仑通态公司生产的TPC105-TC33，笔记本硬盘和打印机采用市售产品。
所述的电能质量变送器是金洲科瑞的利马先锋-III/DM-200，通过RS485总线和中央控制器连接。
所述的模糊控制器由模糊控制模块及变频器组成，模糊控制模块通过欧姆龙系统总线与中央控制器连接，同时通过屏蔽通讯电缆和变频器连接，变频器采用西门子MicroMaster 440系列或ABB ACS800系列或芬兰瓦肯的NX系列或三垦P系列。
所述的中央控制站是由工控机、打印机组成，工控机是研华科技的IPC610H整机，打印机是HP 1010，打印机通过电缆和工控机连接，中央控制站工控机通过485总线与中央控制器连接，中央控制站与远程控制站通过因特网连接。
所述远程控制站是由远程控制器和服务器组成，远程控制器是利马先锋-III/YC-500系列，服务器是选用DELL服务器。
节能型建筑物能效跟踪控制管理装置的节能控制方法如下系统利用能效分析控制软件，由系统数据采集装置采集室外温、湿度、自然照度、暖通系统流量、压力、供电电压，电流、电能质量、空调主机信号、锅炉主机信号及电梯信号通过中央控制器和能效分析控制软件综合分析运算得出得到最优值，经模糊控制器输出给耗能设备，对系统能效进行实时跟踪自我调节，使系统一直处于最佳状况、能源利用率达到最高；在能效分析控制软件分析处理数据的同时，能效分析控制软件把建筑能源进行分类统计管理，以曲线及报表的形式记录能源消耗情况，具有历史时报表、日报表、月报表及年报表功能，还具有记录故障并报警、自诊断的功能，实现建筑综合能源集中管理及建筑能源消耗的整体节能，提高建筑整体管理水平及能源利用效率；具体节能控制程序为
(1)设备启动，确定节能控制或工频控制；(2)节能控制时，系统数据采集装置采集环境参数，对温、湿度、自然照度、暖通系统流量、压力、供电电压，电流、电能质量等环境参数进行分析，同时进行能效分析；(3)对步骤(2)的分析结果综合计算偏差；(4)根据步骤(3)得出的偏差，确定模糊控制方式偏差不为0时，选择智能模糊控制方式1，偏差为0时，选择手动模糊控制方式2；(5)由步骤(4)做出智能模糊控制方式1，系统根据环境参数、系统参数及由步骤(6)发送的运行偏差，分析处理得出结果，决定控制方式，并给出两种不同控制决策设备节能运行模式或设备普通运行模式；(6)由步骤(5)决定设备节能运行模式，自动采集设备运行参数；(7)由步骤(6)或(8)采集的设备运行参数，综合环境及系统参数进行相应处理，得出运行偏差并将运行偏差发送给步骤(5)；(8)由步骤(5)决定备普通运行模式，自动采集设备参数；(9)由步骤(4)选择手动模糊控制方式2，系统由工作人员操作方式运行；(10)设备输出最优值；(11)停止信号，控制过程结束；不停止信号返回步骤(3)。
本发明具有现场操作站、中央控制站及远程控制站，工作人员可以非常方便管理整个建筑物能耗及设备运行，工作人员可以在现场、办公室及外地通过触摸屏和能效分析控制软件监测和控制设备运行及建筑能效。该发明具有设计合理、稳定可靠、节能效果好、管理方便，诊断、分析准确，维修方便的特点。
图1是本发明的结构方框图。
图2是本发明的控制程序流程图。
图3是本发明的电原理图。
图4是本发明中系统中央控制器电原理图。
图5是本发明中系统数据采集装置的电原理图。
图6是本发明中模糊控制器的电原理图。
其中，1、远程控制站 2、中央控制站 3、打印机 4、数据显示处理器 5、通讯接口 6、电源模块 7、中央控制器 8、模糊控制器 9、系统数据采集装置10、传感器 11、电源质量变送器 12、滤波器 13、电抗器 14、变频器 15、模糊控制模块；POWER SUPPLY电源，PT&DATA CENTER嵌入式一体化工控机，A/D模数转换模块；D/A数模转换模块；SCU41通讯模块；M电机；N、U、V、W三相四线电源；R、S、T、变频器三相电源进线端子；USB通行串行总线；Rs232串行总线；CIF12RS232C转换适配器；QF断路器；具体实施方式
实施例1本发明如图1-图6所示，由系统数据采集装置9、传感器10、中央控制器7、电能质量变送器11，数据显示处理器4、模糊控制器8、电缆、中央控制站2及远程控制站1组成；系统数据采集装置9通过屏蔽电缆8与传感器10连接，系统数据采集装置9通过欧姆龙系统总线和中央控制器7连接，电能质量变送器11和电流互感器及A相、B相、C相电压线连接，电能质量变送器11通过RS485总线和中央控制器7连接，中央控制器7通过RS232C通讯电缆和数据显示处理器4连接，中央控制器7通过CJ1W-SCU41模块的RS485口和中央控制站2连接，中央控制站2通过因特网和远程控制站1连接，模糊控制器8也通过欧姆龙系统总线和中央控制器7相连接。
所述的系统数据采集装置9是一个包括温度采集、湿度采集、压力采集、流量采集、自然光亮度采集和电能及电能质量采集装置的综合数据采集模块，综合数据采集模块与中央控制器7连接；综合数据采集模块使用欧姆龙生产CJ1W-AD081-V1及CJ1W-AD041。
所述的传感器10包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、自然光亮度传感器、流量传感器和电流互感器，温度传感器用欧姆龙生产的E52-P6D型Pt100热电阻，湿度传感器用BTHS-3型支持0-10V/4-20MA标准信号输出的传感器，压力传感器使用昆仑海岸的JYB-K系列，自然光亮度传感器用KMC公司的PSR-1型感光器，流量传感器使用昆仑海岸的LUGB系列，电流互感器是德力西的LMK系列。
所述的中央控制器7由电源模块、可编程控制器、数字量模块、模拟量模块及通讯模块组成，可编程控制器和电源模块、数字量模块及模拟量模块直接相连，通讯模块与可编程控制器通过欧姆龙系统总线连接，同时与数据显示处理器4通过串行通讯电缆连接，可编程控制器用欧姆龙生产的CJ1系列，电源模块选用CJ1WPA205R。
所述的数据显示处理器4由高性能嵌入式一体化工控机、笔记本硬盘组成，笔记本硬盘通过PCMCIA接口与嵌入式一体化工控机连接，高性能嵌入式一体化工控机用昆仑通态公司生产的TPC105-TC33，笔记本硬盘和打印机采用市售产品。
所述的电能质量变送器11是金洲科瑞的利马先锋-III/DM-200，通过RS485总线和中央控制器连接。
所述的模糊控制器8由模糊控制模块15及变频器14组成，模糊控制模块通过欧姆龙系统总线与中央控制器7连接，同时通过屏蔽通讯电缆和变频器连接，变频器采用西门子MicroMaster 440系列。
所述中央控制站2是由工控机、打印机组成，工控机是研华科技的IPC610H整机，打印机是HP 1010，打印机通过电缆和工控机连接，中央控制站工控机通过485总线与中央控制器7连接，中央控制站2与远程控制站1通过因特网连接。
所述远程控制站1是由远程控制器和服务器组成，远程控制器是利马先锋-III/YC-500系列，服务器是选用DELL服务器。
节能型建筑物能效跟踪控制管理装置的节能控制方法如下系统利用能效分析控制软件，由系统数据采集装置采集室外温、湿度、自然照度、暖通系统流量、压力、供电电压，电流、电能质量、空调主机信号、锅炉主机信号及电梯信号通过中央控制器和能效分析控制软件综合分析运算得到最优值，经模糊控制器输出给耗能设备，对系统能效进行实时跟踪自我调节，使系统一直处于最佳状况、能源利用率达到最高；在能效分析控制软件分析处理数据的同时，能效分析控制软件把建筑能源进行分类统计管理，以曲线及报表的形式记录能源消耗情况，具有历史时报表、日报表、月报表及年报表功能，还具有记录故障并报警、自诊断的功能，实现建筑综合能源集中管理及建筑能源消耗的整体节能，提高建筑整体管理水平及能源利用效率；能控制程序为(1)设备启动，确定节能控制或工频控制；(2)节能控制时，系统数据采集装置采集环境参数，对温、湿度、自然照度、暖通系统流量、压力、供电电压，电流、电能质量等环境参数进行分析，同时进行能效分析；(3)对步骤(2)的分析结果综合计算偏差；(4)根据步骤(3)得出的偏差，确定模糊控制方式偏差不为0时，选择智能模糊控制方式1，偏差为0时，选择手动模糊控制方式2；(5)由步骤(4)做出智能模糊控制方式1，系统根据环境参数、系统参数及由步骤(6)发送的运行偏差，分析处理得出结果，决定控制方式，并给出两种不同控制决策设备节能运行模式或设备普通运行模式；(6)由步骤(5)决定设备节能运行模式，自动采集设备运行参数；(7)由步骤(6)或(8)采集的设备运行参数，综合环境及系统参数进行相应处理，得出运行偏差并将运行偏差发送给步骤(5)；(8)由步骤(5)决定备普通运行模式，自动采集设备参数；(9)由步骤(4)选择手动模糊控制方式2，系统由工作人员操作方式运行；(10)设备输出最优值；(11)停止信号，控制过程结束；不停止信号返回步骤(3)。
本发明具有现场操作站、中央控制站及远程控制站，工作人员可以非常方便管理整个建筑物能耗及设备运行，工作人员可以在现场、办公室及外地通过触摸屏和能效分析控制软件监测和控制设备运行及建筑能效。该发明具有设计合理、稳定可靠、节能效果好、管理方便，诊断、分析准确，维修方便的特点。
整个系统采用闭环PID及模糊控制方式，综合环境、系统参数及设备静、动态参数进行分析处理，最终做出控制决策。系统能实时跟踪环境、系统参数及设备运行情况做出最优控制，达到最大限度的挖掘设备节能潜力的目的，以节约能源。
实施例2本发明如图1-图6所示，结构和节能控制方法与实施例1相同，区别在于，模糊控制器中的变频器采用ABB ACS800系列。
实施例3本发明如图1-图6所示，结构和节能控制方法与实施例1相同，区别在于，模糊控制器中的变频器采用芬兰瓦肯的NX系列。
实施例4本发明如图1-图6所示，结构和节能控制方法与实施例1相同，区别在于，模糊控制器中的变频器采用三垦P系列。
权利要求
1.一种节能型建筑物能效跟踪控制管理装置，由系统数据采集装置、传感器、中央控制器、电能质量变送器，数据显示处理器、模糊控制器、电缆、中央控制站及远程控制站组成；其特征在于，系统数据采集装置通过屏蔽电缆与传感器连接，系统数据采集装置通过欧姆龙系统总线和中央控制器连接，电能质量变送器和电流互感器及A相、B相、C相电压线连接，电能质量变送器通过RS485总线和中央控制器连接，中央控制器通过RS232C通讯电缆和数据显示处理器连接，中央控制器通过CJ1W-SCU41模块的RS485口和中央控制站连接，中央控制站通过因特网和远程控制站连接，模糊控制器也通过欧姆龙系统总线和中央控制器相连接。
2.如权利要求1所述的节能型建筑物能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述的系统数据采集装置是一个包括温度采集、湿度采集、压力采集、流量采集、自然光亮度采集和电能及电能质量采集装置的综合数据采集模块，综合数据采集模块与中央控制器连接；综合数据采集模块使用欧姆龙生产CJ1W-AD081-V1及CJ 1W-AD041。
3.如权利要求1所述的节能型建筑物能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、自然光亮度传感器、流量传感器和电流互感器，温度传感器用欧姆龙生产的E52-P6D型Pt100热电阻，湿度传感器用BTHS-3型支持0-10V/4-20MA标准信号输出的传感器，压力传感器使用昆仑海岸的JYB-K系列，自然光亮度传感器用KMC公司的PSR-1型感光器，流量传感器使用昆仑海岸的LUGB系列，电流互感器是德力西的LMK系列。
4.如权利要求1所述的节能型建筑物能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述的中央控制器由电源模块、可编程控制器、数字量模块、模拟量模块及通讯模块组成，可编程控制器和电源模块、数字量模块及模拟量模块直接相连，通讯模块与可编程控制器通过欧姆龙系统总线连接，同时与数据显示处理器通过串行通讯电缆连接，可编程控制器用欧姆龙生产的CJ1系列。
5.如权利要求1所述的节能型建筑物能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述的数据显示处理器由高性能嵌入式一体化工控机、笔记本硬盘组成，笔记本硬盘通过PCMCIA接口与嵌入式一体化工控机连接，高性能嵌入式一体化工控机用昆仑通态公司生产的TPC105-TC33，笔记本硬盘和打印机采用市售产品。
6.如权利要求1所述的节能型建筑物能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述的电能质量变送器是金洲科瑞的利马先锋-III/DM-200，通过RS485总线和中央控制器连接。
7.如权利要求1所述的节能型建筑物能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述的模糊控制器由模糊控制模块及变频器组成，模糊控制模块通过欧姆龙系统总线与中央控制器连接，同时通过屏蔽通讯电缆和变频器连接，变频器采用西门子MicroMaster440系列或ABB ACS800系列或芬兰瓦肯的NX系列或三垦P系列。
8.如权利要求1所述的节能型建筑物能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述中央控制站是由工控机、打印机组成，工控机是研华科技的IPC610H整机，打印机是HP 1010，打印机通过电缆和工控机连接，中央控制站工控机通过485总线与中央控制器连接，中央控制站与远程控制站通过因特网连接。
9.如权利要求1所述的节能型建筑物能效跟踪控制管理装置，其特征在于，所述远程控制站是由远程控制器和服务器组成，远程控制器是利马先锋-III/YC-500系列，服务器是选用DELL服务器。
10.如权利要求1所述的节能型建筑物能效跟踪控制管理装置，其特征在于，该装置的节能控制方法如下系统利用能效分析控制软件，由系统数据采集装置采集室外温、湿度、自然照度、暖通系统流量、压力、供电电压，电流、电能质量、空调主机信号、锅炉主机信号及电梯信号通过中央控制器和能效分析控制软件综合分析运算得到最优值，经模糊控制器输出给耗能设备，对系统能效进行实时跟踪自我调节，使系统一直处于最佳状况、能源利用率达到最高；在能效分析控制软件分析处理数据的同时，能效分析控制软件把建筑能源进行分类统计管理，以曲线及报表的形式记录能源消耗情况，具有历史时报表、日报表、月报表及年报表功能，还具有记录故障并报警、自诊断的功能，实现建筑综合能源集中管理及建筑能源消耗的整体节能，提高建筑整体管理水平及能源利用效率；具体节能控制程序为(1)设备启动，确定节能控制或工频控制；(2)节能控制时，系统数据采集装置采集环境参数，对温、湿度、自然照度、暖通系统流量、压力、供电电压，电流、电能质量等环境参数进行分析，同时进行能效分析；(3)对步骤(2)的分析结果综合计算偏差；(4)根据步骤(3)得出的偏差，确定模糊控制方式偏差不为0时，选择智能模糊控制方式1，偏差为0时，选择手动模糊控制方式2；(5)由步骤(4)做出智能模糊控制方式1，系统根据环境参数、系统参数及由步骤(6)发送的运行偏差，分析处理得出结果，决定控制方式，并给出两种不同控制决策设备节能运行模式或设备普通运行模式；(6)由步骤(5)决定设备节能运行模式，自动采集设备运行参数；(7)由步骤(6)或(8)采集的设备运行参数，综合环境及系统参数进行相应处理，得出运行偏差并将运行偏差发送给步骤(5)；(8)由步骤(5)决定备普通运行模式，自动采集设备参数；(9)由步骤(4)选择手动模糊控制方式2，系统由工作人员操作方式运行；(10)设备输出最优值；(11)停止信号，控制过程结束；不停止信号返回步骤(3)。
全文摘要
节能型建筑物能效跟踪控制管理装置及其节能控制方法，装置由系统数据采集装置、传感器、中央控制器、电能质量变送器，数据显示处理器、模糊控制器、电缆、中央控制站及远程控制站组成。整个系统采用闭环PID及模糊控制方式，综合环境、系统参数及设备静、动态参数进行分析处理，最终做出控制决策。系统能实时跟踪环境、系统参数及设备运行情况做出最优控制，达到最大限度的挖掘设备节能潜力的目的，以节约能源。本发明具有现场操作站、中央控制站及远程控制站，工作人员可以在现场、办公室及外地通过触摸屏和控制软件监测和控制设备运行及节能状况，具有设计合理、稳定可靠、节能效果好、管理方便，诊断、分析准确，维修方便的特点。
文档编号G08C19/00GK1804920SQ200610042210
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月23日 优先权日2006年1月23日
发明者李钢, 熊桂明, 李鹏, 刘强, 丁欣, 金雷飞 申请人:李钢