CN1070280C - 一种空调系统用微电脑控制装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于空调系统的微电脑可变风量控制装置，它以一处理单元不断地将感温元件所检测到的环境温度变化同来自功能设定单元的设定温度作比较，依据该比较结果产生相应信号，并将其送至输出控制单元，一电压调整装置即依此信号，调整风扇马达的电源电压的大小，使其运转于某一转速下，从而使得电压调整装置随环境温度的变化而不断地调整风扇马达的转速，并配合空调系统的热源设备的供热(或制冷)能力的控制，而使环境温度自动地维持在所设定的理想温度范围内。

Description

一种空调系统用微电脑控制装置

本发明涉及一种适用于空调系统的微电脑控制装置，尤指一种可变风量的控制装置。

一般而言，制冷空调系统的微电脑控制装置的设置，主要在于借该类微电脑控制装置随时检测并获取空调空间、热源设备、热交换设备(含加热盘管、冷却盘管、送风机、管路及冷却水塔…等等)及外界环境等等各种实测温度，并将这些实测温度值不断地输入CPU内，使CPU能依据这些值而与预先被设定的各种温度设定值不断地作比较分析，同时将比较分析的结果转换成各种控制信号，以不断地控制前述设备或装置的运作，以使空调空间内的温度能在任何时间下均会自动地趋于所设定的理想温度；而前述空调空间内的温度之所以会自动调整，实际上是因为热交换设备的送风量与热源设备的制冷或加热能力受到了控制，以图1所示的空调系统而言，其送风量方面的控制，通常是在其室内送风机组15上使用一个可以作三种速度变化的三速马达151(见图2)来作风量的输出调整，而在热源制冷(或加热)能力方面的控制，以图2所示的微电脑控制装置而言，仅是利用其一组控制接点221来控制热源设备的冷冻机11或锅炉12(见图1)的开停，以及利用另一组控制接点222来控制切换阀14的启闭，而达其制冷(或热)能力的控制目的，但此种微电脑控制装置，因仅能借其控制接点223～225而控制三速马达151作三种转速变化，这使得整个空调系统的送风量，无法随着空调空间10的温度变化而作线性化的调整，这也就是说，由于三速马达只能作三级变速，其所达到的温控效果也仅是一种分级式温度调整，参阅图3，在每一种温度变化区间(如a-b、b-c、c-d)，三速马达转速Fs始终分别保持在某一转速之下，因此，在同一温度变化区间内的温度无论如何变化，该三速马达均将以相同之转速(送风量)运转着，因此，其送风量控制实际上无法精确地随空调空间10内的热负荷变化而变，而将令人有怨热怨冷之感，再者，若温度因环境变化而下降得很低时，(例如在夜晚时，气温通常会逐渐降低)，三速马达仍然会以低段转速运转而不会停止，这将使室内的人们犹如寒冬吹风，而易着凉、感冒，不但易使人感到不适、甚至可能有碍人体健康，而且也相当浪费能源，因为在温度很低时，送风机是无需运转的。

综上所述，如图2所示的传统式微电脑控制装置对整个系统而言，因其在可变风量方面的控制仅能配合三速马达来进行，而使空调空间内的温度无法随时自动地调整到使人舒适的程度，不但将常使人有怨热怨冷之感，且有浪费电源的缺点，因此，有加以改进的必要。

本发明便以克服上述先有技术缺点为目的而研制的空调系统用改进型微电脑控制装置。

本发明控制装置主要由一个温度检测单元、一个处理单元、一个功能设定单元、一个输出控制单元与一电源供应单元所组成，在系统启动后，处理单元即随时接收温度检测单元上的各感温元件所检测到的实际温度，据而与来自功能设定单元所提供的各种温度设定值作分析比较，然后依据其分析比较的结果而产生相应的控制信号送至输出控制单元，使该单元的电压调整装置依该信号大小来调整电源对风扇马达所供应的电压的大小，继而控制风扇马达的转速，使其随环境温度的变化而由零(或所设定之最低转速)至全速之间作无级变速运转，并可配合系统的热源设备之制热或制冷能力，而使环境温度自动地维持在所设定的理想温度范围内，从而使空调空间内的人或物，处于最适宜的状态下。

上述本申请装置能在空调空间内的温度一偏离理想温度时，立即由其处理单元输出一个相应控制信号送至其输出控制单元，使该单元的电压调整装置能依此控制信号而适当地控制供应至风扇马达的交流电源电压大小，而由于在不同的温度下，处理单元会输出不同的控制信号，使电压调整装置可依据这些控制信号而以电压可变方式来调整风扇马达转速的高低使整个空调系统能以适当的送风量变化而随时调整空调空间的温度－这种线性化的关系，将使其自动地趋于所设定的理想温度，从而使人们可处于最舒适的空调环境中，这便是本申请装置的主要优点。本发明装置的另一优点是：在空调空间内的温度一低于或高于某一预设温度时，处理单元立即会输出另一个控制信号，而使输出控制单元的控制接点动作，以结束热源设借的加热或制冷运作，而进行纯送风的空调，这除了可避免空调空间发生过热或过冷的现象外，还可提高电源的使用效率从而避免了不必要的电源耗费，另在系统于制冷运转方式时，空调空间因外界温度的骤变而使其温度下降至足以妨碍人体健康时，处理单元除如前述般地结束热源设备的制冷运作外，同时还使电源调整装置完全关断，以令风扇马达停止运转，而在加热运转方式时，空调空间因外界温度的骤变，而使其温度上升至足以令人感觉不舒服时，处理单元除如前述那样结束热源设备的加热运作外，同时使电压调整装置输出一令风扇马达于一低速运转的电压值，以维持空调空间的空气流动；这样，不但可保护人体的健康，还可节省不少电能。

现配合附图，详细说明本发明装置的结构与实施例：

图1为一种简单的空调系统结构配置图。

图2为传统式微电脑控制装置的实例。

图3为传统式微电脑控制装置所控制下的三速马达转速变化Fs与空调空间温度变化ΔT的关系曲线图。

图4为本发明装置的结构配置图。

图4a为图4装置的外形结构图。

图5为本发明装置的简单实施情况。

图6为本发明装置的电压调整装置341的配置图。

图7为本发明装置在系统于制冷运转方式下的操作流程图。

图8为本发明装置在系统制冷运转方式下时、其风扇马达转速F5及冷冻机开关情况(继电器开关)，与空调空间内温度TA之间的关系曲线图。

图9为本发明装置在系统处于加热运转方式下的操作流程图。

图10为本发明装置在系统处于加热运行方式下时、其风扇马达转速Fs及锅炉开关情况(继电器开关)，与空调空间内温度T之间的关系曲线图。

图11为本发明装置作为中央监控系统时的配置图。

               以上诸图中标号的含义如下：

10：空调空间          11：冷冻机或冰水机

12：锅炉或热泵装置    13：冷却水塔

14：切换阀            15：室内送风机组

151：三速马达         20：感温器

21：A/D转换器         22：控制电路

221-226：控制接点     23：传输电路

24：直流电源          25：操作面板(含微电脑)

26：电动三通水阀或电动二通水阀  Fs：马达转速

TA：空调空间温度      TS：设定温度

30：控制本体

31：温度检测单元        311：感温元件

32：功能设定单元        321：显示器

33：处理单元

34：输出控制单元        341：电压调整装置

342：控制接点           343：双向闸流管

344：波形自动整形器     35：风扇马达

36：电源供应单元        37：热源设备

38：信号传输线

请参阅图4、5为本发明装置的结构配置实施例示意图，本装置主要包括一个功能设定单元32，及一个由温度检测单元31、处理单元33、输出控制单元34、电源供应单元36所组成的控制本体30，现将前述各单元分述如下：

温度检测单元31至少具有一个以上的感温元件，而分别接至系统各处，如感温元件311接至空调空间10的回风处，其旨在检测空调空间(或目标物)的温度，及检测热源设备37各元件的温度、或外界环境的温度，并将测得结果供给处理单元33；

功能设定单元32，可供选择制冷或加热运行方式，供以处理单元33选择处理程序，并可输入各感温元件所欲控制的理想值，以作为处理单元33的运算参数，另设有一个显示器321，用以接收来自处理单元33的信号，并据此信号显示出当前空调空间或系统其它装置(如热源设备37所属各装置或冷却水塔13…等等)的温度变化情形；

处理单元33，主要接收由功能设定单元32所输入的运行方式及所欲控制的目标温度值、或其它功能的相应信号，同时并不断地获取由温度检测单元31所传来的各种实测温度值，并在分析比较后，立即在所选定的运行方式下，依预设的程序产生相应控制信号送至输出控制单元34，与此同时，处理单元33传送另一组信号至功能设定单元32的显示器321，使该显示器321得以据此信号而显示出系统各部的实时温度状况；

输出控制单元34，主要具有一个以上的电压调整装置341及至少一个以上的控制接点342，该类控制接点342为开一关式两位置控制开关，用以控制冷冻机或锅炉的开停、电动水阀的启闭……而该电压调整装置341则由双向闸流管343与一波形自动整形器344所组成，该电压调整装置341还附设有过载保护装置。现请参阅图6，由于双向闸流管343的输出电压波形是立即经波形自动整形器344而自动整形的，从而使得交流电源对风扇马达35所供应的电压波形得以对称。这样，不但可改善风扇马达由谐波所引起的问题，而且可借由双向闸流管343的设置而控制交流电源供应到风扇马达35或其它装置上的有效电压，风扇马达35而言，这种变电压式的调整，将使得风扇马达35的转速可以在零(或所设定的最低转速)至全速运转之间作无级转速变化：

电源供应单元36，提供上述单元所需的直流电源与电压调整装置341所需的交流电源；

请参阅图5，该图为本发明装置构成的一个简单实施例，其中，输出控制单元34的一组电压调整装置341接至风扇马达35，而其它电压调整装置则可接至热源设备37，另两组控制接点342分别用以遥控热源设备37的冷、热水切换及冷冻机或锅炉的开停，至于温度检测单元31的各感温元件311，除其一个感温元件接至空调空间的回风处外，其它感温元件可接至热源设备37的冷冻机、锅炉、冰水泵热水泵……等装置上，用以检测这些装置的温度变化；为便于说明起见，兹就图5实线部分所绘的系统，分别说明其于冷却运行方式及加热运行方式下的，风扇马达转速Fs、空调空间温度TA以及热源设备37之间的关系：

一、就冷却运行方式而言，请参阅图7，其中；

T：空调空间的实测温度

T：空调空间的设定温度

X：处理单元的程序预置温度值1,X≥0

X：处理单元的程序预置温度值2,X1≥0

Y：处理单元的程序预置温度值3,Y≥0

Y：处理单元的程序预置温度值4,Y1≥0

继电器开：冷冻机进行冷却运作(或电动水阀进行打开动作)

继电器关：表示冷冻机停止冷却运作(或电动水阀进行关闭动作)

风扇最大：表示风扇马达全速运转；

风扇关：表示风扇马达停止运转；

风扇aT：表示风扇马达转速随空调空间温度成正比例变化；

在此方式下，可以一冷冻机充当热源设备，当功能设定单元完成必要的设定工作后，即送入起动信号，处理单元即开始不断获取温度检测单元所测得的温度值，并将其与设定值作比较分析运算，而任何运算结果均会使处理单元输出一个控制信号至输出控制单元，而使该单元的电压调整装置以变电压方式来调整风扇马达的转速，从而达到其风量方面的输出控制要求；而在此方式下，风扇马达转速与空调空间温度的关系如图8所示的曲线A，其中，若TA＜TSA-X时，冷冻机是不会有任何制冷运作的，而只有风扇马达以低速动转送风作为通风、过滤之用，此时若空调空间温度继续下降(如夜晚外界温度降低时)，则最后在TA≤TSA-Y1时，风扇马达停止运转；而当TA≥TSA+X时，冷冻机就开始进行制冷运作(或电动水阀开启)，同时配合风扇马达之转速变化来调低环境温度，而若空调空间温度持续上升至TA≥TSA+Y时，这表示该空调空间已酷热难当，此时，风扇马达便会全速运转以送出最大量的冷气而迅速带走空调空间的热量，从而调低空调空间内的温度，直至空调空间温度发生下降趋势时，才会依环境温度的变化而逐步调整其转速；当然，由于感温元件随时都在提供处理单元空调空间温度的变化值，而处理单元也会随时将其比较分析结果信号送至控制输出单元，这使得空调空间温度的变化无论有多么频繁，整个系统都会随时作出适当响应，即以无级变速送风手段，配合冷冻机制冷运作的进行与否(或电动水阀的打开与否)，而对空调空间作线性化的温度调整。

二、就加热方式而言，请参阅图9，其中诸字母代号含义如下：

   TA：空调空间的实测温度

   TSA：空调空间的设定温度

   X：处理单元的程序预置温度值1,X≥0

   X1：处理单元的程序预置温度值2,X1≥0

   Y：处理单元的程序预置温度值3,Y≥0

   Y1：处理单元的程序预置温度值4,Y1≥0

   继电器开：热泵装置或锅炉进行加热运作

   继电器关：热泵装置或锅炉停止加热运作

   风扇最大：风扇马达全速运转；

   风扇最小：风扇马达作低速运转

   风扇α:1/TA：风扇马运转速随空调空间温度成反比例变化；

在此工作方式下，可以一锅炉或热泵装置充当热源设备，当功能设定单元完成必要的设定工作后，即送入起动信号，处理单元即开始不断获取温度检则单元所检测的温度值，与设定值作比较分析运算，而任何的运算结果均会使处理单元输出一个控制信号给输出控制单元，而使该单元的电压调整装置以变电压方式来调整风扇马达的转速，以达其风量的输出控制；而在此工作方式下，风扇马达转速与空调空间温度的关系如图10所示的曲线A，其中，若TA＞T SA+X1时，锅炉是不会有任何加热运作的，而只有风扇马达以低速运转送风作为通风、过滤之用，此时空调空间温度若因外界环境温度的增高而继续上升，最后达TA≥TSA+Y1时，则风扇马达将保持在一低速状态下运转，以免空调空间过于闷热；而当TA≤TSA-X时，锅炉就开始进行加热运作(或电动水阀打开)，同时配合风扇马达的转速变化来调升环境温度，而若空调空间温度持续下降至TA≤TSA-Y时，这表示该空调空间显得寒冷，此时，风扇马达会全速运转以送出最大量的暖气，来调升空调空间内之温度，直至空调空间温度发生上升趋势时，才会依环境温度的变化而逐步调整其转速；当然，由于感温元件随时都在提供处理单元空调空间的温度变化情形，而处理单元也随时将其比较分析结果信号送至控制输出单元，这使得空调空间温度的变化无论有多么频繁，整个系统也随时都会作出适当的响应，即以反比于空调空间温度之无级变速送风形式，配合锅炉加热运作的进行与否(或电动水阀打开与否)，而对空调空间作线性化的温度调整。

据上所述显见，对配置有本发明装置的空调系统而言，无论是在加热或制冷方式中，风扇马达转速与空调空间温度乃维持在一个相当线性的范围内，这使得整个系统在温度调整上将具有温度自动补偿的作用，致使空调空间内的温度能在最短的时间内，自动趋于理想设定值，其温控效果极佳；再者，在空调空间处于舒适状态时，本发明装置仅会令风扇马达以低速运转，作为流通空气之用，此时，热源设备是不会也不需运作的，此即本发明装置的节能效果；又，当本发明装置处在加热运转方式下，若空调空间温度因外界环境温度的提升而提升至令人感到闷热时，则本装置除了会发出信号以使系统的热源设备停止加热外，并使风扇马达被电压调整装置控制在一低速状态下运转，而当本申请装置在制冷运转方式下时，若空调空间温度因外界环境温度的降低而降低至令人感到寒冷时，则除了会发出信号以使系统的冷冻机停止制冷外，还使风扇马达能在电压调整装置控制下停止运转，这样，不但可避免空调空间内的人们可能引起的健康受损威胁，而且还可避免不必要的电源耗费。

另如图11所示，本发明装置尚可仅以一个功能设定单元32，配合信号传输线38而同时监控在不同空调空间内的控制本体30及室内送风机组15，以形成一种中央监控形式的空调系统，而极适用于诸如旅馆或饭店之类的场所。

综合上述，显知，本实用新型所提供温度调整效果确实比传统型微电脑控制装置更为优良而进步，且又能节省相当能源。

Claims (2)

1、一种空调系统用微电脑控制装置，它包括一个功能设定单元，以及由温度检测单元、处理单元、输出控制单元、电源供应单元所组成的控制本体，其中：所述温度检测单元，至少具有一个以上可分别接至系统各处的感温元件，旨在检测空调空间，及热源设备各元件、装置的温度，或外界环境温度，并将测得结果提供给处理单元；

所述功能设定单元，可供选择制冷或加热运转方式以供处理单元选择处理程序，并可输入各感温元件所欲控制的理想值，以作为处理单元的运算参数，另设有一个显示器，用以接收处理单元的信号并据而显示出所述系统各部分的当时温度；

处理单元，主要接收由功能设定单元所输入的运转方式及所欲控制的目标温度值、或其它功能的相应信号，同时并不断地获取由温度检测单元所传来的各种实测温度值，并在分析比较后，立即在所选定的运转方式下，依预设的程序而产生相应控制信号并将其送至输出控制单元，与此同时，处理单元传送另一组信号至功能设定单元的显示器上，使该显示器据此一信号而显示出所述系统各部分的当时温度状况；

输出控制单元，主要具有一个以上的电压调整装置及至少一个以上的控制接点，该类控制接点为通一断式两位置控制开关，而该电压调整装置为一由双向闸流管与一波形自动整形器所组成，其上还附设有过载保护装置，控制供应到风扇马达或其它装置上的交流电源的有效电压，而使得风扇马达的转速可在零至全速范围内作无谐波干扰、变电压式的无级变速调整；

电源供应单元，提供上述单元所需的直流电源与电压调整装置所需的交流电源。

2、如权利要求1所述的空调系统用微电脑控制装置，其特征在于可仅以一个所述功能设定单元配合信号传输线，而同时监控在不同空调空间内控制本体与室内送风机组，以形成一种中央监控式的空调系统。

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