0 引言
建筑節(jié)能是目前國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)相進(jìn)入研究并大量投入的一個(gè)新興領(lǐng)域,，中央空調(diào)是現(xiàn)代化建 筑不可缺少的重要設(shè)備之一，中央空調(diào)在向人們提供舒適環(huán)境的同時(shí),，也帶來(lái)了巨大的能源 消耗,。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料介紹在大、中型酒店和賓館,，中央空調(diào)消耗的能量占建筑物耗能的60%以 上,，因此，中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用又是建筑物節(jié)能的重要領(lǐng)域,，積極地開(kāi)發(fā)與合理 地利用節(jié)能控制技術(shù),，是降低空調(diào)能耗的根本途徑。在中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)中,是通過(guò)安裝在 出水管與回水管上的傳感器來(lái)檢測(cè)溫度,把實(shí)際溫度送到自動(dòng)控制裝置中與設(shè)定溫度做比較 并進(jìn)行操作控制的,。本文主要介紹傳感器自動(dòng)識(shí)別裝置在中央空調(diào)節(jié)能控制中的應(yīng)用.
1 中央空調(diào)變流量節(jié)能原理
變流量是指流體（氣體或液體）在特定管道或風(fēng)道流通時(shí),，其流量是按照某種特定的規(guī) 律變化的。采用變流量輸送流體的目的是在滿足終端負(fù)荷需要的前提下,，實(shí)現(xiàn)輸送系統(tǒng)的節(jié) 能,。 中央空調(diào)系統(tǒng)主要由空調(diào)主機(jī)、冷溫水控制設(shè)備,、冷卻水控制設(shè)備和冷卻塔風(fēng)機(jī)控制設(shè) 備組成，在中央空調(diào)系統(tǒng)中,，冷溫水泵,、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的容量是按照建筑物最大設(shè) 計(jì)熱負(fù)荷選定的，且留有10%—15%的余量,在一年四季中,，系統(tǒng)長(zhǎng)期在固定的最大水流量下 運(yùn)行,。
由于季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的變化,，空調(diào)實(shí)際的熱負(fù)荷在絕大部分時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù) 載低,。一年中負(fù)載率在50%以下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)約占全部運(yùn)行時(shí)間的50%以上。當(dāng)空調(diào)冷負(fù)荷發(fā)生變化時(shí),，所需空調(diào)循環(huán)水量也應(yīng)隨負(fù)荷相應(yīng)變化,。所以，采用變流量控制技術(shù),，可以實(shí) 現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能,，包括中央空調(diào)一次泵系統(tǒng)對(duì)冷溫水泵,、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的變 流量控制；中央空調(diào)系統(tǒng)中新風(fēng)系統(tǒng),、變風(fēng)量系統(tǒng),、一次回風(fēng)系統(tǒng)和二次回風(fēng)系統(tǒng)等變流量 控制。這些變流量控制系統(tǒng)普遍采用自動(dòng)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù),，通過(guò)控制流量達(dá)到節(jié)能 的目的,。
系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，由現(xiàn)場(chǎng)安裝的溫度傳感器和變送器,，流量傳感器和變送器,、壓差傳感 器和變送器、智能電表等將檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳送給智能I/O 模塊,，通過(guò)實(shí)測(cè)值與設(shè)定值相比較,， 計(jì)算出該量值的偏差和偏差變化率，通過(guò)模糊控制運(yùn)算,，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)變頻器的運(yùn)算頻率,，滿足 系統(tǒng)負(fù)荷的需要。其中,，檢測(cè)的冷溫水回水溫度,，用于控制冷溫水泵轉(zhuǎn)速；檢測(cè)的冷卻水出 水溫度,，用于控制冷卻水泵轉(zhuǎn)速,；檢測(cè)的冷卻水進(jìn)水溫度，用于控制冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,。水泵 和風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)消耗功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,，控制轉(zhuǎn)速就能實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能。壓差傳感器檢 測(cè)的供回水總管的壓差,，主要用于保護(hù)功能,，當(dāng)壓差超過(guò)一定量值時(shí)，控制旁通閥的開(kāi)度,， 保障系統(tǒng)安全運(yùn)行,；智能電表檢測(cè)的量值用于系統(tǒng)管理，計(jì)算出系統(tǒng)消耗的電能,，繪制節(jié)能 曲線和節(jié)能的歷史記錄,。
2 傳感器自動(dòng)識(shí)別裝置的組成
空調(diào)主機(jī)通常安裝在地下層或?qū)ｉT的房間里，工作環(huán)境惡劣,，離需要供熱（或制冷）的 房間較遠(yuǎn),，在空調(diào)運(yùn)行過(guò)程中，我們需要對(duì)冷凍水供回水溫度和冷卻水進(jìn)出水溫度進(jìn)行采集,， 傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)中,，傳感器與控制計(jì)算機(jī)之間是通過(guò)電纜接線的方式來(lái)連接的,，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn) 行調(diào)試、監(jiān)測(cè),、檢修時(shí),，經(jīng)常需要斷開(kāi)傳感器輸出端的連接線纜作一些測(cè)試操作，操作完畢 恢復(fù)連接時(shí)容易發(fā)生連接錯(cuò)誤的情況,。而在工程現(xiàn)場(chǎng),，傳感器編號(hào)標(biāo)識(shí)模糊不清甚至標(biāo)識(shí)消 失的情況時(shí)有發(fā)生，工程技術(shù)文件又一時(shí)難以獲得甚至遺失,。這樣,，必須花費(fèi)相當(dāng)?shù)娜肆Α?物力和時(shí)間來(lái)辨識(shí)和確認(rèn)各傳感器和各輸入端的連接關(guān)系，一旦傳感器與輸入端口的連接出 錯(cuò),，將會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)行故障,。針對(duì)這種情況，我們研究一種傳感器自動(dòng)識(shí)別裝置,，將傳感器 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)用于在線自動(dòng)識(shí)別各個(gè)傳感器的類別和用途,，無(wú)需人工編號(hào)標(biāo)識(shí)、對(duì)號(hào)連接,， 可保證系統(tǒng)自動(dòng)地按照設(shè)計(jì)約定的輸入—輸出關(guān)系運(yùn)行,，可以降低系統(tǒng)施工、調(diào)試,、檢修成 本,，避免因連接錯(cuò)誤造成的意外故障。這是一種無(wú)需利用接口的編號(hào)標(biāo)識(shí),，能自動(dòng)地識(shí)別各 傳感器的類型和用途,，保證自動(dòng)控制裝置始終按約定的輸入-輸出關(guān)系運(yùn)行的一種裝置。
傳感器自動(dòng)識(shí)別裝置由傳感器,、模擬量輸入單元,、運(yùn)算單元、傳感器自動(dòng)識(shí)別規(guī)則庫(kù),、 傳感器失效判斷規(guī)則庫(kù)、傳感器識(shí)別單元和傳感器信息顯示單元組成,。其原理框圖如下：
?。?）傳感器個(gè)數(shù)為1～10 個(gè)，各傳感器輸出的模擬量電平相同,，各傳感器采集的物理量的實(shí)際有效取值范圍相對(duì)全量程范圍而言較小或各傳感器采集的物理量的特征量如時(shí)域,、頻域或相關(guān)性特征量有比較明顯的差別。多數(shù)常用的自動(dòng)裝置中的傳感器組都能滿足要求,。
?。?）運(yùn)算單元對(duì)各傳感器輸出信號(hào)作特征量提取運(yùn)算,，提取的特征量可以有算術(shù)平均 值、方差,、極差,、差分值、波動(dòng)周期等,。運(yùn)算采樣數(shù)可取 10～20,。運(yùn)行時(shí)需要運(yùn)算提取的 特征量和采樣數(shù)由自動(dòng)識(shí)別規(guī)則庫(kù)確定。
?。?）自動(dòng)識(shí)別規(guī)則庫(kù)和失效判斷規(guī)則庫(kù)是根據(jù)系統(tǒng)所采用傳感器的類別和特點(diǎn)離線預(yù) 設(shè)的,，兩個(gè)規(guī)則庫(kù)內(nèi)建的規(guī)則來(lái)自專業(yè)知識(shí)、常識(shí)性知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等,。
?。?）識(shí)別單元依據(jù)自動(dòng)識(shí)別規(guī)則庫(kù)和失效判定規(guī)則庫(kù)的規(guī)則，對(duì)運(yùn)算單元輸出的各傳 感器特征量作自動(dòng)識(shí)別,，識(shí)別單元輸出的是各傳感器的類型,、用途、用于系統(tǒng)的檢測(cè)點(diǎn)位置 和是否絕對(duì)失效,。識(shí)別單元的輸出以數(shù)字信號(hào)形式送入計(jì)算機(jī)控制器,，控制器確認(rèn)各傳感器 均正常后進(jìn)入控制運(yùn)算程序，并保證控制運(yùn)算按設(shè)計(jì)約定的輸入—輸出關(guān)系進(jìn)行,，并在顯示 器上作相應(yīng)的顯示,。
（5）自動(dòng)識(shí)別和失敗判定程序在中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行15 min 后執(zhí)行,。
3 傳感器自動(dòng)識(shí)別裝置工作原理
?。?）收集各傳感器的采樣值，采樣數(shù)為10～20 次,，采樣周期為0.5～5S,。
（2）對(duì)傳感器的采樣值經(jīng)運(yùn)算單元分別作特征量提取運(yùn)算,，提取的特征量有算術(shù)平均值,， 方差，變化范圍,，數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間的1,、2、3,、4 階導(dǎo)數(shù),，數(shù)據(jù)的波動(dòng)周期，頻域特性，相關(guān)性,。 需要提取的特征量的數(shù)量和種類因自動(dòng)控制裝置的不同而不同,，由內(nèi)建的自動(dòng)識(shí)別規(guī)則庫(kù)來(lái) 確定。
?。?）對(duì)各傳感器的特征量經(jīng)傳感器識(shí)別單元分別作比對(duì)判斷運(yùn)算,。比對(duì)判斷運(yùn)算的輸入 信息是各傳感器的特征量、類型和用途,；比對(duì)判斷運(yùn)算的依據(jù)是傳感器自動(dòng)識(shí)別規(guī)則庫(kù),；比 對(duì)判斷運(yùn)算的決策是各傳感器的類型、用途和用于自動(dòng)控制裝置的輸入端口,。
?。?）自動(dòng)控制裝置正常運(yùn)行后，對(duì)各傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期在線監(jiān)視,。傳感器采集 的數(shù)據(jù)偏離量程范圍時(shí),，判斷為絕對(duì)失效，在傳感器信息顯示單元提供報(bào)警信號(hào),；傳感器采 集的數(shù)據(jù)雖然在量程范圍內(nèi)但偏離正常范圍時(shí),，判斷為相對(duì)失效（相對(duì)失效發(fā)生在系統(tǒng)啟動(dòng) 后尚未進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行的初期），提供保持運(yùn)行信號(hào)（保持時(shí)間T 可設(shè)置）,，保持時(shí)間T 后,，傳 感器采集的數(shù)據(jù)雖然在量程范圍內(nèi)但仍然偏離正常范圍，判定為連接關(guān)系錯(cuò)誤,，同時(shí)傳感器 信息顯示單元提供連接錯(cuò)誤告警信號(hào),。長(zhǎng)期監(jiān)視的判定依據(jù)是失效識(shí)別規(guī)則庫(kù)。
實(shí)現(xiàn)本自動(dòng)識(shí)別方法的硬件和軟件,，主要涉及CPU 單元,、存儲(chǔ)器、操作界面,。硬件和軟件的配置可以在自動(dòng)控制裝置的硬件,、軟件配置時(shí)一并考慮，不必單設(shè),。
4 結(jié)論
傳感器自動(dòng)識(shí)別裝置的關(guān)鍵在于正確建立傳感器自動(dòng)識(shí)別規(guī)則庫(kù)和傳感器失效判定規(guī) 則庫(kù),。另外，傳感器運(yùn)算單元也要建立各種運(yùn)算規(guī)則,，我們可以選取不同運(yùn)算模型的運(yùn)算結(jié) 果獲得對(duì)被控系統(tǒng)的優(yōu)化控制,。本裝置不同于另外增加有線或無(wú)線通道、對(duì)傳感器作編碼識(shí) 別的方法,，而是利用傳感器自身傳輸信號(hào)的特征量進(jìn)行識(shí)別，即用軟件技術(shù)替代硬件配置的 方法。使用該裝置能避免傳感器與控制裝置之間的接口連接關(guān)系錯(cuò)誤,，保證自動(dòng)控制裝置始 終按照約定的輸入—輸出關(guān)系運(yùn)行,，以降低施工、調(diào)試成本,，提高工作效率,。傳感器自動(dòng)識(shí) 別裝置用于中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)是一個(gè)應(yīng)用案例，該技術(shù)也可以用在其他電機(jī)拖動(dòng)自動(dòng)控制系 統(tǒng)中,。