《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于ARM7 SoC芯片的空調(diào)節(jié)能多工況分區(qū)及專家控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
高 巖
北京理工大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院自動控制系,北京100081
摘要: 簡述集中式空調(diào)機組節(jié)能多工況分區(qū)控制及其基于uClinux嵌入式專家控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。
Abstract:
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摘   要: 簡述集中式空調(diào)機組節(jié)能多工況分區(qū)控制及其基于uClinux嵌入式專家控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞: 專家控制系統(tǒng)  分區(qū)控制  節(jié)能  ARM7  JEDIview

  空調(diào)技術(shù)對空氣的處理過程具有很強的季節(jié)性,一年中至少可分為冬季、過渡季和夏季三個季節(jié)。由于季節(jié)不同,工況不同,空調(diào)過程也不同。本文介紹了以ARM7 SoC為核心構(gòu)成多功能現(xiàn)場控制器,運行uClinux嵌入式操作系統(tǒng),實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度。其目的是為了使空調(diào)系統(tǒng)的運行與調(diào)節(jié)在保證滿足功能指標(如舒適度)的情況下,盡量節(jié)約能源和安全運行??照{(diào)微機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1  系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
  系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中,微控制器采用AT91M55800A系列的ARM7 SoC芯片;I/O接口用來連接各種外部報警信號、限位開關(guān)和風機開關(guān)命令等;A/D接口用來連接溫、濕度傳感器的測量信號;D/A接口用來連接風閥開度信號等;顯示器及鍵盤是人機接口界面。

2  多工況分區(qū)的實現(xiàn)
2.1 多工況分區(qū)的劃分
  多工況分區(qū)是空調(diào)節(jié)能優(yōu)化控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。在滿足使用要求的前提下,使空調(diào)系統(tǒng)運行在最佳節(jié)能工況是工況分區(qū)的目的。怎樣使工況合理分區(qū)并使系統(tǒng)自動運行在最佳工況,則是基于單片機的空調(diào)控制器實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化的主要任務(wù)。
  節(jié)能分區(qū)由6個主體工況和2個附加工況(1個算法工況、1個啟停工況)組成。6個主體工況對應(yīng)節(jié)能多工況分區(qū)的6大分區(qū);當某個主體工況需要算法調(diào)節(jié)時,調(diào)用算法工況;當需要啟動機組或停止運行時,則調(diào)用啟停工況。
2.2 主體工況
  主體6個工況是節(jié)能多工況簡化分區(qū)的主要工況。全年連續(xù)運行的舒適性空調(diào)大部分時間都運行在此工況。所以對其劃分的正確與否,不僅關(guān)系到系統(tǒng)能否正確調(diào)節(jié),而且關(guān)系到系統(tǒng)能否可靠運行。主體工程全年劃分為6大區(qū):1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)、4區(qū)、5區(qū)、6區(qū),分別對應(yīng)冬季、冬春、過渡季1、過渡季2、夏秋、夏季,如表1所示。

  各大工況區(qū)的設(shè)計原則是:(1)盡量節(jié)能。(2)便于控制。集中式空調(diào)需要調(diào)節(jié)的主要參數(shù)為溫度和濕度。所消耗的能源主要來自二方面:一是用來調(diào)節(jié)溫濕度的冷源和熱源(如熱水、冷水和熱蒸汽等);二是用來輸送空氣的傳輸設(shè)備(如風機)的能源。因此各大工況所設(shè)計的節(jié)能措施也主要是從這二方面來考慮。首先根據(jù)工況需要選擇最佳的調(diào)節(jié)手段(本文選擇智能控制算法)從而使空氣調(diào)節(jié)過程達到最佳。
2.3 算法工況
  算法工況是一個附加工況,是在每一主體工況內(nèi)需要算法調(diào)節(jié)時的附加工況,以進一步節(jié)能。其處理過程:當調(diào)節(jié)誤差ek滿足|ek|>m時,風機高速運行,以使冷熱交換充分,加快溫濕度參數(shù)的調(diào)節(jié)過程,其調(diào)節(jié)量由算法控制;當|ek|≤m時,風機低速運行(風機低速運行可以節(jié)省傳輸系統(tǒng)的能量),算法停止調(diào)節(jié),系統(tǒng)處于保持狀態(tài),使系統(tǒng)穩(wěn)定在舒適度要求的范圍內(nèi)。
3  系統(tǒng)的實現(xiàn)
  由簡化的節(jié)能多工況分區(qū)構(gòu)成的專家系統(tǒng)也是簡化的基本系統(tǒng),它包含4項基本內(nèi)容:知識庫、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則集和推理機構(gòu)。在基于單片機的智能控制器中設(shè)有數(shù)據(jù)庫空間,它存儲根據(jù)室外氣象條件及專家經(jīng)驗預(yù)先給定的數(shù)據(jù)以及運行過程中實時獲得的數(shù)據(jù)。知識庫的建立采用產(chǎn)生式規(guī)則,即:IF CONDITION THEN OPERATION的規(guī)則來建立所需的分區(qū)規(guī)則、經(jīng)驗知識以及運行過程中要求特殊處理的規(guī)則。下面僅就主體工況對控制器中的推理機構(gòu)和節(jié)能多工況簡化分區(qū)規(guī)則集加以說明。推理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

3.1 推理機構(gòu)
      根據(jù)我國各地全年室外氣象條件的變化規(guī)律以及空調(diào)專家的經(jīng)驗,確定以下推理條件(邊界條件):

  控制器記憶及判斷這些狀態(tài),并根據(jù)這些狀態(tài)和其邏輯組合,從知識庫中提取不同的分區(qū)規(guī)則進行多工況節(jié)能簡化分區(qū)并確定系統(tǒng)當前應(yīng)處的工況。
3.2 分區(qū)規(guī)則集
  根據(jù)前述節(jié)能多工況分區(qū)的思想及上述說明,可以總結(jié)出下述6條分區(qū)規(guī)則:
 

   由于本簡化分區(qū)規(guī)則比較少,搜索空間較小,具體軟件實現(xiàn)時可以采用前向推理的方法,即從前向后逐條進行搜索。用單片計算機實現(xiàn),非常方便可靠。
  本文研制的空調(diào)控制器與某空調(diào)器廠ZK型系列空調(diào)機組配套,并裝配節(jié)能多工況分區(qū)專家系統(tǒng)軟件,構(gòu)成了節(jié)能型全自動空調(diào)微機控制系統(tǒng)。實際運行表明:該系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)節(jié)能30%,并可做到無人管理和全年全自動運行,能保證處于最佳節(jié)能狀態(tài)。整個系統(tǒng)的調(diào)試在JEDIview開發(fā)平臺下完成,特別是軟件效能分析儀為解決程序代碼瓶頸提供了很好的工具。
參考文獻
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