邓胡滨   谢昕  涂春萍
（华东交通大学信息工程学院   江西  南昌  330013）

【摘要】本系统是利用单片机采集中央空调的前端数据，计算机经过分析，判断冰蓄冷中央空调系统制冷主机与蓄冷量是否达到最佳匹配，进而智能调配冰蓄冷中央空调系统工况。

【关键词】数据采集；MCS-51单片机；智能分析；控制；

Microcontroller Unit applications on the Controlling of the Ice storage centralized air-conditioner System

Deng  Hu-bin   Xie  Xin    Tu  Chun-ping 
   
( College of information Engineering East China JIAOTONG University  JAINGXI  NANCHANG  330013 )

【Abstract】This System is to use Microcontroller Unit to acquire the air-conditioner’s data and then adjust and deal out the air-conditioner system’s work intelligently after the computer estimates if the air-conditioner’s mainframe matches the ice storage best.

【Keywords】Data Acquisition；MCS-51 Microcontroller Unit；Intelligent Analysis；Controlling；
1、前言

    冰蓄冷中央空调是将电网夜间谷荷电力制冰的形式储存起来，在白天用电高峰时将冰融化释放冷量，用以部分或全部满足供冷需求。我国峰谷电价政策（峰高价、谷低价），将给使用冰蓄冷中央空调用户带来实惠，而受益最大的是国家电力能源部门。

2、系统结构和功能

2.1 系统结构

    本系统主要有2个部分，上位机和下位机，它们之间采用EIA-RS232或EIA-RS485串口通信。上位机就是一个PC机，下位机是由单片机构成的数据采集和驱动系统。

2.2系统功能

    可以根据采集的现场数据，进行数据分析处理，进而智能控制空调的运转。

可以将采集到的空调运行现场数据以文件形式或数据库形式保存，供日后参考和分析使用。

采用全中文操作界面，人机对话友好。

2.3 下位机部分

2.3.1 下位机功能

    在一套完整的JXL-15F组合式机电一体化蓄冷中央空调机组中，控制系统下位机功能要求主要包括以下六个方面：

能够接收16路的0-5V或4-20mA标准模拟信号输入

能够接收16路的数字信号的输入

模拟量输出为4-20MA，数据量输出驱动≥10A/380V AC
 
    能将接收到的数据经过串行口发送至上位机
 
    能够接收从上位机串行口发来的控制命令
 
    能够根据收到的控制命令控制对应的电气设备（空调主机、水泵、蓄冰罐和阀门等）启动或停止

3 冰蓄冷中央空调系统主机与蓄冷量匹配最优智能算法软件

    该智能算法软件是控制系统关键技术，它能在满足用户全日冷负荷的基础上，使冰蓄冷系统最大限度地发挥作用，尽可能地减少电负荷高峰期的用电，使运行费用最少。

    冰蓄冷中央空调系统的硬件设备主要有基载主机、双工况主机、蓄冰罐、板式换热器、电动阀、冷却塔、冷却水泵等。冰蓄冷中央空调系统的工况有5种模式：①蓄冷工况，此时负荷供冷由基载主机提供，双工况主机工作在出口温度为-60C，由他提供冷量给蓄冰罐进行制冰蓄冷；②双工况主机边蓄冷边供冷，双工况主机工作在出口温度为-60C，此时供冷效率较低，仅为65%，一般建议不使用此工况；③双工况直供，此时负荷供冷首先由基载主机提供，不够时由双工况主机提供，而这是双工况主机工作在出口温度为50C；④联合供冷，负荷所需冷量首先由基载主机提供，不够由蓄冰罐融冰释冷和双工况主机供冷，此时双工况主机工作在出口温度为50C，⑤蓄冰罐融冰释冷工况，此时双工况主机不工作，而基载主机工作与否视情况而定。

    注意：由于基载主机出口温度为70C，供冷效率为100%，双工况主机即空调工况（出口温度5℃）和蓄冰工况（出口温度-6℃），供冷效率为95%，而蓄冷效率为65%，所以供冷一般首选基载主机，然后是双工况主机，而蓄冰罐融冰释冷根据需要安排在特定时间进行。

    3.1智能算法软件功能描述

    冰蓄冷中央空调系统中运行策略是按冷量平衡原则(也就是夜间的有效蓄冷量加上空调使用期内制冷机所提供的冷量之和等于空调的总负荷.)。冰蓄冷中央空调系统控制策略有：制冷机优先控制、释冷优先控制和优化控制策略。本系统使用是优化控制策略，即满足末端负荷，每天使用完储存的冷量约束条件下，使新型冰蓄冷中央空调系统主机与蓄冷量匹配最优，从而使运行费用最少。

    该智能算法软件实现三个功能:输入检测功能，智能配冷功能和绘图控制功能。

1、输入检测功能：输入最低温度、最高温度，输入高价电时段、低价电时段、平价电时段的开始时间并检测这些数据是否合法。

2、智能配冷功能：根据输入温度，计算调整后的日负荷曲线。并根据输入的高价电时段,低价电时段,平价电时段的开始时间，进行智能配冷，得到智能匹配后的日负荷曲线和各主机的工作状态。

3、绘图控制功能：描绘调整后日负荷曲线和智能匹配后的日负荷曲线并输出各主机的工作状态。

3.2 智能配冷模块

    智能配冷模块分为日负荷曲线调整 、各种工况的充释冷冷量分析、联合供冷分析、高价电和低价电时段的分析和中心调配等五个子模块。

    为了保证调配的精确度，我们把负荷定义为每十分钟提取一次，即：每个小时定义六个等时间间隔的负荷值，一天总共定义144个。而当前冰蓄冷空调系统都是每一个小时定义一次，这样我们在配冷的精确度上比当前冰蓄冷空调系统有了很大的提高。冷量的具体分配方法是一个具有约束条件的分段函数，符号定义如下：

QLH-N：联合供冷时需要融冰的总冷量；       

QL_S：低价电时能够存储的总冷量

Q_S_U：上坡边充冷边释冷所能提供的总冷量  

Q_S_D：下坡边充冷边释冷所能提供的总冷量

Q-Oi-S：Oi时刻所能提供的总冷量（i=1，2，3，4）    

Q_N_H：高价电时需要提供的总冷量  
         
Q-Oi-N：Oi时刻所能融冰的总冷量（i=1，2，3，4） 

Qdu：多余的冷量

冷量调配智能算法：定义为分段函数，分段见日负荷曲线图图3。

oa 段： Qdu=QL-S - QLH-N   约束条件：QL-S>QLH-N

ab 段： 分配失败，需增大功率 约束条件：QL-S+ Q_S_U < QLH-N

               Qdu= QL-S+ Q_S_U - QLH-N  约束条件：QL-S+ Q_S_U > QLH-N

cd 段：  Qdu+ Q-O1-S= Q-O1-N+ QLH-N  约束条件：Qdu + Q_S_D > Q-N-H

               Qdu+ Q_S_D+ Q-O2-S= Q-O2-N  约束条件：Qdu + Q_S_D < Q-N-H

               Qdu+ Q-O3-S= Q-O3-N+ Q-N-H  约束条件：Qdu + Q_S_U + Q_S_D > Q-N-H

de 段： Qdu++ Q_S_U + Q_S_D+ Q-O4-S= Q-O4-N约束条件：Qdu + Q_S_U + Q_S_D < Q-N-H

根据冷量调配方案，获得一天时间表自动进行制冰和控制系统运行工况转换，从而控制空调外设。

4、结束语

    本系统设计和开发已经结束，通过企业验收，现正在某企业试运行。在此我要感谢钟茂生老师帮助收集资料，感谢王志鹏、曾繁淼、程杰等同学参与软件编程。

【参考文献】

[1]孔令志  基于MCU PIC16F877数据采集系统（终端部分）   太原理工大学学报，2003（2）

[2]李夏莉  冰蓄冷空调制冷系统效益分析  制冷空调电力机械   2003，（2）

[3]张晓龙  基于MCU PIC16F877数据采集系统（通信及上位机控制程序设计） 太原理工大学学报，2003（3）

[4] 倪雪梅. 冰蓄冷节能控制方案优化  西南交通大学硕士学位论文， 2004年2月

作者简介：邓胡滨，1961、9生，女， 籍贯：江西瑞昌， 汉族， 职称 副教授，学位学士，专业计算机应用，现从事工作计算机教学与研究

Deng Hu-bin， Birthday：1961、9， female， Native place：jiangxi ruichang ，The  Han nationality， The title of a technical post：associate professor， Degree：bachelor，Specialty：computer applications， Now undertake work：computer teaching and researching