一种中央空调智能节能管理控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及建筑节能监测技术领域，尤其是涉及一种中央空调智能节能管理控制系统及其控制方法。

背景技术：

随着全球气候的持续变暖，世界范围的能源需求在呈现必然的增长趋势，尤其能源的需求增长趋势发展中国家的更是强劲，建筑能耗是人类总能耗的重要部分，也是污染的重要来源，所谓建筑能耗，我国目前建筑物消耗能中，室内空调系统能耗占的比例约为50％，照明所占比例约为30％，可见空调系统能耗非常大；随着空调迅速普及以及用电负荷逐年猛增，空调能耗已占全国耗电量的18％左右，由于空调用电时间集中，加重了高峰用电负荷，加剧了能源危机；要实现可持续发展，降低建筑能耗，控制建筑空调节能迫在眉睫。

由于大量的中央空调已比较普遍地应用于商场、学校、企事业单位以及公共建筑，所以分体空调的综合节能，更显得的尤为重要。目前，各种公共建筑中使用的分体空调都是分散独立控制，受人为因素的影响比较大，统一控制和配置管理比较粗放，从而导致其耗能无法实现精确管理和控制，消耗了大量电能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种中央空调智能节能管理控制系统及其控制方法，根据本发明够实时检测中央空调的运行环境、电能消耗、负荷、电能质量等数据，对空调进行远程设定或自行进行自动设定，从而完成对中央空调进行统一管理和配置控制，且运行安全可靠，检测的数据传输的速率高，本发明采用以下技术效果：

根据本发发明的一个方面，提供了一种中央空调智能节能管理控制系统，包括路由器、中心服务器、远程控制中心、并行连接电力线上的若干智能控制插座从而形成若干个控制点组以及分别插接在智能控制插座上且与对应中央空调连接的空调控制器，该空调控制器置于中央空调内，用于检测中央空调的工作状态和环境信息并将检测的信息发送至智能控制插座，每个智能控制插座所形成的每个控制点组通过电力线与所述路由器连接，该路由器通过以太网分别与所述中心服务器和远程控制中心连接，所述路由器用于将智能控制插座接收的检测信息并通过路由器上传至中心服务器、远程控制中心进行存储和远程控制。

优选的，所述智能控制插座包括电源变换模块、插座控制单元、电力耦合单元、电力收发单元、节电补偿单元和插座通信模块，所述电力耦合单元、节电补偿单元的输入端分别与电力线连接，电力耦合单元的收发端与所述电力收发单元收发端连接，所述电力收发单元的输入/输出端、节电补偿单元的控制端分别与所述插座控制单元连接，所述插座控制单元的通讯端通过插座通信模块与所述中央空调内设置的空调控制器的通讯端进行通信连接，所述节电补偿单元的电源输出端分别与所述中央空调的空调各组件的电源端连接，所述电源变换模块的电源输出端分别与所述插座控制单元、电力收发单元、节电补偿单元和插座通信模块的电源输入端连接。

优选的，所述节电补偿单元包括节电补偿电路和电能计量电路，所述电能计量电路用于检测中央空调的电能，所述插座控制单元与所述电能计量电路连接，用于将中央空调的电能转换为适于所述插座控制单元发送的电能数据，所述节电补偿电路用于检测中央空调的电能变化状况并进行电能补偿，所述节电补偿电路的输入端与电力线连接，所述节电补偿电路的补偿输出端与所中央空调中的述中的空调各组件的电源端；所述空调控制器包括继电器控制单元、空调处理模块、空调通信模块、传感器检测单元和红外线通信单元，所述空调处理模块分别与所述继电器控制单元、空调通信模块、传感器检测单元和红外线通信单元连接，所述插座通信模块与所述空调通信模块通信连接，所述继电器控制单元通过所述中央空调中的空调各组件的电源端与所述节电补偿单元电气连接。

优选的，所述节电补偿电路所包括电阻r0、电阻r1、电阻r2、电容c1、电容c2、耦合电感l0、电感l2、限压二极管d1、发光二极管d2、三极管q1和继电器j1，所述电阻r0的一端与所述插座控制单元401的控制端连接，该电阻r0的另一端与三极管q1的基极连接，所述三极管q1的集电极分别与限压二极管d1的阳极、继电器k1线圈的一端和耦合电感l0的一端连接，所述限压二极管d1的阴极和继电器j1线圈的另一端分别与电源变换模块400的电源输出端连接，该继电器j1的触点开关k的两端串联在电力线的n极上，所述电阻r2的一端与继电器j1的触点开关k的一端连接，该电阻r2的一端与所述发光二极管d2阴极连接，所述耦合电感l0的另一端分别与电感l1的一端和电容c1的一端连接，所述电感l1的另一端和电容c1的一端分别与所述电阻r1的一端连接，该电阻r1的另一端与所述电容c2的一端连接，该电容c2的另一端和发光二极管d2阳极分别与电力线的l极连接。

优选的，所述传感器检测单元包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、红外线传感器、风速传感器中的一种或多种。

优选的，所述插座通信模块与所述空调通信模块进行无线通信连接，所述插座通信模块和所述空调通信模块采用wifi无线通信模块，或采用zigbee无线通信模块。

优选的，所述电力耦合单元包括电容c40、电容c41、电容c42、电阻r40、电阻r41、电阻r42、限幅二极管d40、限幅二极管d41和耦合变压器t1，所述耦合变压器t1初级的一端与电力线的n极连接，所述电容c40的一端和电阻r40的一端与电力线的l极连接，所述电阻r40的另一端与电阻r41的一端连接，所述电容c40的另一端和电阻r41的另一端分别与耦合变压器t1初级的另一端连接，该耦合变压器t1次级的一端分别与所述电阻r42的一端、电容c41的一端和电力收发单元的接收端连接，所述电容c41的另一端分别与所述限幅二极管d40的阳极、限幅二极管d41的阴极和电力收发单元的发送端连接，限幅二极管d40的阴极和电容c42的正极分别与所述电源变换模块的电源输出端连接，所述电容c42的负极、电阻r42的另一端、限幅二极管d41的阳极和耦合变压器t1次级的另一端与地连接。

根据本发明的另一个方面，提供了一种中央空调智能节能管理控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：初始化中央空调控制系统，对并行连接在电力线上的若干智能控制插座形成的若干个控制点组按顺序进行地址编码，远程控制中心通过电力线读取每个控制点组分别对应连接的中央空调的地址编码；

步骤二：读取中央空调控制系统的数据，每个智能控制插座实时检测中央空调的运行状态，并将所检测的数据发送到中心服务器进行存储，远程监控中心从中心服务器读取检测数据并显示出来；

步骤三：监测人员根据显示信息判断是否需要调控，如果需要调控则在远程监控中心输入调控指令并将此调控指令发送送到中心服务器，中心服务器再将调控指令通过电力载波发送给智能控制插座形成的控制点组对应的地址编码，该智能控制插座据调控指令和对应的地址编码值对其连接的空调控制器，并读取对应的空调控制器的地址标识和空调的身份标识，从而触发所述空调控制器对中央空调按照所述调控信息调控。

综上所述，由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明的控制系统能够实时检测中央空调的运行环境、电能消耗、负荷、电能质量等数据，对空调进行远程设定或自行进行自动设定，解决了中央空调运行效率不高，能耗消耗不合理的问题，其远程控制安全可靠，检测的数据传输的速率高，解决了对中央空调进行统一管理和配置控制问题，从而为各种中央空调使用场合提供了一套高效、低廉、可靠的节能方案，做到真正的节能减耗的效果，从根本上促进用电资源节约和合理利用。

(2)本发明的智能控制插座不仅起到了控制中央空调运行的作用，也可以作为普通插座使用，增加了无线通信和电力载波通信接口进行数据发送和接收，具有通信速率高、通信性能好、电路结构简单、实施成本低的优点，也降低了空调的安装难道和施工成本，同时实现了立体式空调系统的自动控制和智能管理。

(3)本发明的控制方法能使空调定时自动开关机和及时进行功率补偿；从而减少能源浪费，使分体空调的使用更加人性化、科学化和合理化。

附图说明

图1是本发明的一种中央空调智能节能管理控制系统的原理图；

图2是本发明的智能控制插座的控制原理图；

图3是本发明的空调控制器的控制原理图；

图4是本发明的电补偿电路的工作原理图；

图5是本发明的电力耦合单元的工作原理图；

1-路由器，2-中心服务器，3-远程监控中心，4-智能控制插座，5-空调控制器，400-电源变换模块，401-插座控制单元，402-电力耦合单元，403-电力收发单元，404-节电补偿单元，405-插座通信模块，500-继电器控制单元，501-空调处理模块，502-空调通信模块，503-传感器检测单元，504-红外线通信单元，505-空调各组件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1所示，根据本发发明的一个方面，提供了一种中央空调智能节能管理控制系统，包括路由器1、中心服务器2、远程控制中心3、并行连接电力线上的若干智能控制插座4从而形成若干个控制点组以及分别插接在智能控制插座4上且与对应中央空调连接的空调控制器5，该空调控制器5置于中央空调内，用于检测中央空调的工作状态和环境信息并将检测的信息发送至智能控制插座4，每个智能控制插座所形成的每个控制点组通过电力线与所述路由器连接，该路由器通1过以太网分别与所述中心服务器2和远程控制中心3连接，所述路由器1用于将智能控制插座4接收的检测信息并通过路由器1上传至中心服务器2和远程控制中心3进行存储和远程控制，中心服务器2实时接收从远路由器上传的采集数据并将数据存储到，远程控制中心3实时从中心服务器2中读取采集数据并显示出来。监测人员根据显示信息判断是否需要调控，如果需要调控则在远程控制中心3上输入调控指令，并将此调控指令传送到中心服务器2，中心服务器2接着经路由器1、电力线传输给智能控制插座4，智能控制插座4根据调控指令对其连接的分体空调进行启停、设定温度、风速和其他参数控制。

在本发明中，如图2所示，所述智能控制插座4包括电源变换模块400、插座控制单元401、电力耦合单元402、电力收发单元403、节电补偿单元404和插座通信模块405，所述电力耦合单元402、节电补偿单元404的输入端分别与电力线连接，电力耦合单元402的收发端与所述电力收发单元403收发端连接，所述电力收发单元403的输入/输出端、节电补偿单元404的控制端分别与所述插座控制单元401连接，所述插座控制单元401的通讯端通过插座通信模块405与所述中央空调内设置的空调控制器4的通讯端进行通信连接，所述节电补偿单元404的电源输出端分别与所述中央空调的空调各组件的电源端连接，所述电源变换模块400的电源输出端vcc分别与所述插座控制单元401、电力收发单元403、节电补偿单元404和插座通信模块405的电源输入端连接，所述电源变换模块400将外接220vac电源转换成+12v、5v、3.3v等不同的电源电压。

在本发明中，结合图2和图3，所述智能控制插座4内至少还包括一个二线插孔和一个三线插孔，如图3所示，所述空调控制器包括继电器控制单元500、空调处理模块501、空调通信模块502、传感器检测单元503和红外线通信单元504，所述空调处理模块501分别与所述继电器控制单元500、空调通信模块502、传感器检测单元503和红外线通信单元504连接；所述节能控制单元4采集立体式空调在工作情况下的电能数据，所述节能控制单元4分别通过继电器控制单元500分别与所述立体式空调的各空调组件505连接，其中，空调各组件505包括但不限于风机、空气处理系统、制冷系统、压缩系统和散热系统等，从而实现对空调各组件505的工作状态以及能耗检测并对立体式空调进行电能补偿，插座控制单元401对电能数据进行分析和补偿处理后并通过电力线将数据传至动路由器1，再由路由器1分别将电能数和空调的运行数据上传至中心服务器和远程监控中心3，以方便对插接在各个智能控制插座4上的立体式空调进行调节和控制，从而实现对立体式空调进行远程控制，以起到更好的节能控制效果。所述红外线通信单元504为红外线接收器，通过红外线接收器对立体式空调进行手动参数调节和设置，所述插座通信模块405与所述空调通信模块502通信连接，所述插座通信模块405和所述空调通信模块502采用wifi无线通信模块，或采用zigbee无线通信模块进行无线通信连接，所述继电器控制单元500通过所述中央空调中的空调各组件的电源端与所述节电补偿单元404电气连接，所述传感器检测单元503温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、红外线传感器、风速传感器中的一种或多种，温度传感器，温度传感器用于检测中央空调周围的温湿度度信息，红外线传感器用于检测立体式空调的工作范围内是否有人的存在，所述烟雾传感器采用pm2.5烟雾传感器，烟雾传感器用于检测中央空调周边的烟雾浓度，风速传感器用于检测中央空调的风机的风速，传感器检测单元503将检测的到的信息通过无线通信模块上传至插座控制单元401，插座控制单元401接收到传感器单元503检测的信息通过电力线上传至路由器1，从而完成对立体式空调的室内温度、室内温度测量并显示、人体红外感应探测上报、制冷/制热/通风模式选择、手动或自动转换风机速度等功能进行远程设定或自行进行自动设定。

在本发明中，所述节电补偿单元404包括节电补偿电路和电能计量电路，所述电能计量电路用于检测中央空调的电能，所述插座控制单元401与所述电能计量电路连接，用于将中央空调的电能转换为适于所述插座控制单元401发送的电能数据，所述电能计量电路采用cse7759电能计量芯片对能耗设备的电压、电流、功率、电量等用电参数进行计量，所述节电补偿电路用于检测中央空调的电能变化状况并进行电能补偿，所述节电补偿电路的输入端与电力线连接，所述节电补偿电路的补偿输出端与所中央空调中的述中的空调各组件的电源端；在本发明中，如图4所示，所述节电补偿电路所包括电阻r0、电阻r1、电阻r2、电容c1、电容c2、耦合电感l0、电感l2、限压二极管d1、发光二极管d2、三极管q1和继电器j1，所述电阻r0的一端与所述插座控制单元401的控制端连接，该电阻r0的另一端与三极管q1的基极连接，所述三极管q1的集电极分别与限压二极管d1的阳极、继电器k1线圈的一端和耦合电感l0的一端连接，所述限压二极管d1的阴极和继电器j1线圈的另一端分别与电源变换模块400的电源输出端vcc连接，该继电器j1的触点开关k的两端串联在电力线的n极上，所述电阻r2的一端与继电器j1的触点开关k的一端连接，该电阻r2的一端与所述发光二极管d2阴极连接，所述耦合电感l0的另一端分别与电感l1的一端和电容c1的一端连接，所述电感l1的另一端和电容c1的一端分别与所述电阻r1的一端连接，该电阻r1的另一端与所述电容c2的一端连接，该电容c2的另一端和发光二极管d2阳极分别与电力线的l极连接。

在本发明中，如图5所示，所述电力耦合单元402包括电容c40、电容c41、电容c42、电阻r40、电阻r41、电阻r42、限幅二极管d40、限幅二极管d41和耦合变压器t1，所述耦合变压器t1初级的一端与电力线的n极(火线n)连接，所述电容c40的一端和电阻r40的一端与电力线的l极(零线n)连接，所述电阻r40的另一端与电阻r41的一端连接，所述电容c40的另一端和电阻r41的另一端分别与耦合变压器t1初级的另一端连接，耦合变压器t1次级的一端分别与所述电阻r42的一端、电容c41的一端和电力收发单元403的接收端连接，所述电容c41的另一端分别与所述限幅二极管d40的阳极、限幅二极管d41的阴极和电力收发单元403的发送端连接，限幅二极管d40的阴极和电容c42的正极分别与所述电源变换模块400的电源输出端vcc连接，限幅二极管d40的阳极接入的电源电压为+3.3v，所述电容c42的负极、电阻r42的另一端、限幅二极管d41的阳极和耦合变压器t1次级的另一端与地连接，本发明中，结合图2和图5所示，电力耦合单元402采集电力线上的电能数据或检测数据发送至电力收发单元404进行放大输出至插座控制单元401进行解调，然后将解调的数据通过插座通信模块405发送至空调控制器4对中央空调进行控制，与此同时，插座控制单元401接收空调处理模块501的检测数据或插座补偿单元的检测数据，经过调制后输出至电力收发单元403进行放大，然后通过电力耦合单元402的接收端发送至电力线上进行上传至路由器1，从而完成了通过电力线对中央节能空调的检测数据进行分时接收和发送。

根据本发明的提供的一种中央空调智能节能管理控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：初始化中央空调控制系统，对并行连接在电力线上的若干智能控制插座4形成的若干个控制点组按顺序进行地址编码，远程控制中心通过电力线读取每个控制点组分别对应连接的中央空调的地址编码；

步骤二：读取中央空调控制系统的数据，每个智能控制插座4实时检测中央空调的运行状态数据，所述运行状态包括分体空调进行启停、故障状况、环境温度、环境烟雾、风速、电能质量、电力负荷、运行时间等其他参数控制，并将所检测的数据发送到中心服务器2进行存储，远程监控中心3从中心服务器2读取检测数据并显示出来；从而及时了解中央空调运行状态、故障状况、能耗状况和运行环境，根据运行状况进行远程调节分体空调风速、设置温度阀值、运行时间阀值以及能耗阀值，从而使空调定时自动开关机和及时进行功率补偿；从而减少能源浪费，使分体空调的使用更加人性化、科学化和合理化；

步骤三：监测人员根据显示信息判断是否需要调控，如果需要调控则在远程监控中心3输入调控指令并将此调控指令发送送到中心服务器，中心服务器再将调控指令通过电力载波发送给智能控制插座4形成的控制点组对应的地址编码，该智能控制插座4据调控指令和对应的地址编码值对其连接的空调控制器5，并读取对应的空调控制器5的地址标识和空调的身份标识，从而触发所述空调控制器5对中央空调按照所述调控信息调控，。

在本发明中，所述插座控制单元401采用pl3150微处理器(cpu)对电力载波进行处理，空调处理模块501采用stm32f103系列的增强型arm微控制器，所述电力收发单元403采用ths6012芯片进行电力载波信号进行收发放大。结合图2至图4，在电能计量电路中将电流互感器或电流传感器，采集电力线(火线n或零线l)电流的变化情况，当立体式空调通过智能智能控制插座4接入220vac电网中时，电流传感器检测外接电力线(火线n或零线l)上的负载为关闭、待机或工作状态时的电流变化情况，并将电流变化情况发送给插座控制单元401进行分析处理；当负载通插座接入220vac电网中时，对电感l0充电以及电流通过电感l1向电容c2充电，使容性负载和感性负载不断地进行能量交换，当线路中的用电质量较低时，插座控制单元401输出高电平使三极管q1导通，使继电器j1的线圈通电后，继电器j1的触点k闭合，此时由耦合电感l0、电容c1、电容c2、电阻r1和电感l1组成的rlc滤波补偿电路向线路中进行充放电从而达到功率补偿的作用，与此同时，电阻r2和发光二极管d2指示线路中节电补偿的工作状态或负载工作是否正常，使补偿时的阻抗相互匹配，谐振电容c2为可调电容从而提高线路中的功因数，减少线路中干扰，达到较好的补偿效果，与此同时，红外线通信单元504采用红外线传感器检测室内没室内无人的情况，负载处于待机状态时，插座控制单元401的控制端(例如单片机的p1.0端口)输出低电平使三极管q1的基极为低电平，使继电器j1的触点开关k断开从而使中央空调，从而达到自动断电和节电补偿的作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。