中央空调控制系统原理与冷/热量计费系统的设计方案

1、引言

随着社会的进步，人们对居住环境、生活质量的要求也在不断地提高。中央空调在民用住宅、商用大厦、高档写字楼及多功能的综合性大楼中也被广泛采用。而采用按冷/热量计费的方式，无疑会为用户提供一个公正、合理、科学的收费依据；另外还可以建立用户的经济利益与使用能耗的直接联系，从根本上增强用户的节能意识，最大幅度地减少能源的浪费。本文就是基于这种计费方式，对分户能量计量表的结构、功能及管理软件进行设计与研究。

2、 中央空调控制系统原理

2.1能量计费公式

Q=∫0tQmΔhdt

Q----释放的冷/热量，KJ

Qm----流经能量表的液体质量流量，Kg/s

Δh----热交换器中入口温度与出口温度对应的液体的比焓值差，KJ/Kg

t----时间，s

2.2控制系统

在中央空调控制系统中用到两个温度传感器和一个流量传感器。将温度传感器分别安装在热交换器回路的供水管和回水管上，将流量传感器安装在热交换回路的入口或出口管道上，当流量传感器发出流量信号时，配对温度传感器给出入口和出口的温度信号，能量计量表通过自动连续采集流量和温度信号，经过计算显示出载冷液体从入口至出口所释放的能量值。

3 能量计量表组成

3.1硬件结构

3.1.1单片机

选用89S52芯片，它是一种低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器，使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。为本系统提供了高灵活、超有效的解决方案。

3.1.2显示威廉希尔官方网站

选用DM-162液晶显示模块，它是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，这里采用常用的2行16个字的方式编程，可循环显示当前时间，室内温度，设定温度，消耗能量，应缴费用，IC卡数据以及报警信息等。

3.1.3时钟和信号采集威廉希尔官方网站

时钟/日历威廉希尔官方网站 可计算2100年之前的秒/分/时/日/日期/星期/月/年，实时准确地显示时间，而且每月的天数和闰年的天数可自动调整；在掉电状况下也能持续显示。

信号采集威廉希尔官方网站 先由模/数转换器采集经温度传感器和流量传感器传送的模拟信号，再分别转换为相应的数字信号，采样频率默认为5ms,也可根据实际需要进行参数设定。其中温度传感器采用Pt100铂电阻作为感温元件，测量供水和回水温度，25℃时为1.6KΩ；流量传感器采用机械式流量计，测量回路的冷媒流量。通过信号采集威廉希尔官方网站 所转换的电平信号，可为中央空调计费提供原始依据。

3.1.4 计费威廉希尔官方网站

温度传感器送来的温度信号取差放大后，经模/数转换威廉希尔官方网站 变换成与被测温差成比例的电脉冲频率信号后传送给单片机。单片机通过PID算法计算出用户所消耗的能量，再经过通信威廉希尔官方网站 ，接受上位机的查询。

3.1.5 IC卡管理

IC卡在管理部门交费管理，它由写卡器和读卡器组成。写卡器由管理部门收费写卡，读卡器由单片机识别，并存储IC卡数据；单片机可自动根据所计算Q值，递减存储数据；当存储数据为0时，单片机指示电动阀自动关闭，末端空调器停止工作，并显示报警信号。

3.1.6看门狗威廉希尔官方网站

看门狗采用MAX813芯片，它不仅具有掉电保护作用，而且可在系统出现故障或程序跑飞的情况下，使控制器能够自动恢复工作，从而得以可靠、安全地运行。

3.1.7电源威廉希尔官方网站

该系统中电源威廉希尔官方网站 采用双路独立电源，分别为数、模供电。包括交流变压器（220V/12V）、桥式整流威廉希尔官方网站 、滤波电容、集成稳压块组成，为系统提供+12V，+5V的直流电压。

3.2软件设计

3.2.1主程序流程图

3.2.2主要模块功能

⑴温度控制：通过中央管理机设定温度参数，并通过采集的流量和温度传感数据，将控制信号反馈给比例积分三通电动阀，自动调节经过末端空调器的空调冷媒流量，从而达到自动控制室温的目的。具体内容包括温度调节，风机输出控制，温度零漂调节，温控滞带参数设定等；调节范围为18℃~30℃，带PID调节，精度1℃。

⑵输出控制：将采样结果同温度设定值（制冷时高于4℃，制热时低于4℃）进行比较并作出相应动作，控制相应可控硅的导通与关闭，从而实现了温度、风速和水阀的控制。

⑶计费功能：计费是本系统的主要任务。本系统的计费公式如下：

F=AQQ+F1

式中F--用户应向物业部门所交付的总费用

AQ--用冷/热费用系数

Q --释放的冷/热量，KJ

F1--附加费用

根据该式可计算得用户用冷/热消耗量，户机显示出其累计值，并在上位机呼叫时将其数据报送。上位机根据物业管理部门的要求，将各用户应缴的费用显示、打印制表或转帐等。

4 中央管理机

管理机为PC机，管理软件能对能量计量表进行远程监控，完成对房间温度的远程集中式控制，采集并保存每天的计费数据明细，并能统计分析打印详细清单和报表，完成对房间温控器的集中式管理。

4.1 管理机

操作系统：Win9X/2000/XP;

编程语言及数据库：Delphi7.0+Access;

数据库连接：ADO;

通讯方式：PC机RS232通讯接口；

4.2 管理机向控制器发送的内容

空调启停命令；

温度、风机大小设定值；

时间设定值；

计费数据采集命令；

控制器状态采集命令；

4.3控制器向管理机发送的内容

控制器工作状态（空调启/停、风机状态）；

计费数据；

4.4功能描述

⑴数据采集：每日定时自动（必要时可以手动）通过串口读取各控制器的计费数据并保存明细，对采集到的终端原始数据进行存储操作；

⑵远程控制：管理机对具体地址的控制器进行远程开启、关闭、暂停控制，温度调节，费率设置等；

⑶监视及故障诊断：管理机监视各控制器的运行状态（温度设定、开机时间等），分析各控制器发送的数据，及时了解系统运行状态和运行中的问题（如地址冲突），提示操作人员注意；

⑷用户管理：包括操作用户的管理和系统用户的管理（查询、开户、销户等）；

⑸查询：查询、检索用户的计费清单（根据用户名、控制器名或地址、费用等联合查询）；

⑹统计及报表：按日/周/月计费清单，按时间段（日/月/年）进行费用统计报表；

⑺打印：打印用户日/周/月计费清单、月计费详单、统计报表；

5 结语

本系统的创新点在于网络的组成，是采用局域网通过一个通信机接入总网络的形式来实现，可满足实际系统的要求：通过RS485的网络连接方式接入1600个测量点。本系统经过了一系列仿真实验，可安全，灵活，准确地运行，具有一定的方便性，合理性和实用性。