一種機房空調控制器的製作方法

2023-09-20 01:13:20

專利名稱：一種機房空調控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及機房空調控制器，尤其是涉及對溫度和溼度要求較高的機 房空調控制器。
背景技術：
目前普遍採用的機房空調控制器，它們具有控制功能簡單、不易聯網、 擴展性不高及信息集成度不高，界面簡單，價格比較貴、無法改進控制工 藝、抗幹擾能力差等缺點。有的控制器只是單純的硬體控制，只能夠控制 空調，沒有多空調方案，接線複雜，參數調整不方便，不能根據用戶的需 求定製。另外有些控制器啟動空調和關閉空調的方式是通過供電和斷電來 進行，大大縮短空調的壽命。同時控制器的擴展性對於有大量模擬量信號 (溫度、溼度、壓差、風量、流量、風機轉速、閥門開度等)需要進行採 集及監控的機房空調極其重要，除自身帶有各種外設接口 (開關量輸入、 開關量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出、電源、通信埠等)夕卜，還需擴 展各種類型的擴展模塊，進行靈活的配置，便於日後的系統擴展與升級。另外， 一個系統在設計或調試完成後，並不能保證此系統就是完整無 缺的，在日後的維護保養中，在很多情況下，隨著生產規模的擴大或生產 工藝的改變要對原有控制系統進行升級或擴展，此時對於用戶來說只有兩 種選擇 一種為重新購置控制系統，另一種為在原有系統基礎上進行升級 或擴展。重新購置控制系統的成本太高且耗力耗時，為不得不作出的情況; 而在原有系統基礎上進行升級或擴展的方法，可充分利用原有資源，即節 省成本，又可省去大量的因施工和調試帶來的不便與時間。發明內容本發明的目的在於提供一種機房空調控制器，該機房空調控制器可以 克服上述現有技術中的各種不足，實現在系統供電情況下接入或撤除，可
以方便地對某一節點電路進行故障診斷與跟蹤，這樣在日常的維護中，只 要對需進行處理或修改的模塊進行相應的升級與修改，減小了因誤操作或 修改不當造成的風險，增強了整個系統的可維護性。本發明的機房空調控制器，包括CPU、存儲器、顯示器、1/0接口、A/D轉換器、D/A轉換器，其特徵在於，所述CPU和所述擴展I/0接口之 間採用兩線制的I2C串行總線控制。本發明的機房空調控制器的特徵還在於，還包括，fC驅動模塊，該模 塊用於驅動擴展的I2C電路；具有I2C接口的A/D轉換器、D/A轉換器模塊 電路；以及具有fC接口的I/0擴展模塊電路。本發明的機房空調控制器的特徵還在於，還包括主板及顯示板的CAN 總線控制器，該控制器用於實現所述CPU控制模塊和顯示器控制模塊之間 的通信控制。本發明的機房空調控制器的特徵還在於，還包括Flash存儲器，該存 儲器用於更新的控制和顯示程序。本發明的機房空調控制器的特徵還在於，在所述輸入埠設有光電耦合器。本發明的機房空調控制器的特徵還在於，在所述主板控制器設有I2C 接口的E2PROM用於存放系統的設定參數。本發明機房空調控制器以其運行可靠、使用與維護均很方便，適合抗 幹擾能力強，擴展性高等優點。並且通過編程可以實現複雜的邏輯控制， 可以在很大程度上簡化硬體接線，提高控制系統可靠性，用戶操作界面友 好，信息集程度高，便於實現智能控制。另外，本發明的機房空調控制器還有以下特性1、經濟性本控制器使用的是兩線制的I2C串行總線的單片機控制系統，這種控制 器的優點是這種串行總線使得各電路單元之間只需最簡單的連接，而且總 線接口都已集成在器件中，如在控制器中使用具有I2C總線接口的 CPU,A/D,D/A， I/O， E2PROM擴展晶片等不需另加總線接口電路，可最大 限度簡化結構，從而提高了電路的可靠性，降低了系統成本。
2、 擴展性一個系統在設計或調試完成後，並不能保證此系統就是完整無缺的， 在日後的維護保養中，在很多情況下，隨著生產規模的擴大或生產工藝的改變要對原有控制系統進行升級或擴展，此時對於用戶來說只有兩種選擇: 一種為重新購置控制系統，另一種為在原有系統基礎上進行升級或擴展。 重新購置控制系統的成本太高且耗力耗時，為不得不作出的情況；而在原 有系統基礎上進行升級或擴展的方法，可充分利用原有資源，即節省成本， 又可省去大量的因施工和調試帶來的不便與時間；所以，本控制器中採用 這種總線方式的控制器各單元電路除了個別中斷引線外，相互之間沒有其 它連線，用戶常用的單元電路基本上與系統電路無關，除自身帶有各種外 設接口 (開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出、電源、通 信埠等)夕卜，還可擴展各種類型的擴展模塊，進行靈活的配置，便於日 後的系統擴展與升級；易形成自己的標準化、模塊化設計。可更加靈活地 擴展系統功能，縮短新品的開發周期。3、 可維護性這種控制器上各節點具有獨立的電氣特性，各節點單元電路能在相互 不受影響的情況下，甚至在系統供電情況下，接入或撤除，可以方便地對 某一節點電路進行故障診斷與跟蹤，這樣在日常的維護中，只要對需進行 處理或修改的模塊進行相應的升級與修改，減小了因誤操作或修改不當造 成的風險，增強了整個系統的可維護性；4、 抗幹擾能力強該控制器採用的具有fC總線的IC，它們都具有抗高噪聲幹擾，並且 它們的電壓調整範圍也比較寬。與總線相連的串連電阻保護I2C總線器件的I/O級，防止總線上的高電 壓的毛刺影響I/O級並將振蕩和幹擾減到最小。內部採用有看門狗定時器的單片機，既可以利用軟體看門狗也可以使 用硬體看門狗提高系統的抗幹擾能力。系統採用市電交流220V (50Hz)到控制板上的交流24V (50Hz)以及 控制板交流24V到交流27V/18V/8V的電壓變換，採用在變壓器的繞組間加屏蔽層的電源隔離變壓器。這樣可以有效的抑制噪聲，消除幹擾。在直流電源端並聯電容進行濾波。來抑制電源的高頻和低頻幹擾。在開關量輸出的繼電器接點兩端並接火花抑制電路(一般是RC串聯電 路)，以減小電火花影響。電路隔離的主要目的是通過隔離元器件把噪聲幹擾的路徑切斷，從而 達到抑制噪聲幹擾的效果。為防1/0 口的串擾，對於數字量輸入主要採用光 電耦合器隔離，而數字量輸出主要採用繼電器隔離同時在PCB板的布局上也增加了抗幹擾設計。
5、 採用CAN總線控制的顯示控制部分，具有數據傳輸速度快，數據 傳輸可靠性高的優點，並以計算機三維圖的形式展示機組結構、機組運行 數據、運行狀況。完善的數據趨勢圖顯示，包括室內溫度，室內溼度，壓 縮機高低壓、供電電壓電流等。
6、 顯示模塊提供有龐大的數據存儲空間，可以存儲的機組運行數據如 溫度、溼度、高低油壓等的時間取決於採樣間隔。並且可以上傳給監控計 算機做為數據分析用。
7、 機組發生報警時在計算機顯示屏出現紅色ALARM顯示，同時通過 GSM模塊自動向維修人員發送包含報警內容的手機短消息。遠程遙控機組 開機、停機(有權限限制)。
8、 方便的程序更新，主板和顯示控制部分都裝備有Flash存儲器，可 現場通過板載RS232 口直接下載更新的控制和顯示程序，然後再通過個人 計算機下載到控制器上，保證用戶所使用的程序最新。
9、 一塊主板可同時拖帶4塊擴展板，每塊擴展板都有開關量輸入口， 開關量輸出口，模擬量輸入口，模擬量輸出口，擴展板可距主板200米。
10、 可以實現多機相互通訊，協調在多機組場地內的機組工作，包括 根據水溫自動決定機組運行數量，根據各機組運行時間，均衡機組工作時 間，當有機組出現故障時自動啟動備份機組等。


圖1是本發明的機房空調控制器的結構框圖。
圖2是本發明的機房空調控制器的程序框圖。
具體實施方式
以下參照附圖對本發明的機房空調控制器進行詳細說明。圖1是本發明的機房空調控制器的結構框圖。其中，l為主控制器，2為數據存儲器， 3為顯示器，4為D/A轉換器，5為Flash程序存儲器，6為I2C驅動模塊， 7為數模轉換/模數轉換器模塊，8為I/0擴展模塊，9為用於隔離開關量輸 入的光電耦合器，11為主板Can總線控制器，12為fC接口的E、ROM。 以下對圖1中出現的概念或器件進行詳細說明。開關量輸入在這裡開關量主要是指壓縮機，風機，電加熱等的保護 開關的輸入值，當溫度或壓力超過保護範圍時，開關動作，輸入"0"或"1" 的開關量值，同時控制器顯示報警信息。在主板，開關量的輸入通過光耦 進行電隔離，選通輸入6路開關量到具有標準的I2C總線接口的單片微處 理器CPU。經過擴展的I2C驅動電路在擴展板的4路開關量經光耦後，輸入到具有 I2C總線接口的I/O擴展晶片。CPU是通過I2C總線對該I/O擴展晶片的開 關量輸入進行"讀"控制。模擬量輸入模擬信號主要是壓縮機的壓力傳感器採集的電流信號和 溫度傳感器採集的電阻信號。在主板信號經轉換放大電路後由單片機埠 輸入到CPU由內置的8路逐次比較型A/D轉換器進行A/D轉換。經過擴展的I2C驅動電路在擴展板傳感器採集的電流信號經轉換放大 電路後輸入到有I2C總線接口的ADC/DAC的模擬輸入端，CPU通過I2C總 線對有I2C總線接口的ADC/DAC的模擬量輸入進行"讀"控制。開關量輸出開關量的輸出控制著壓縮機，電加熱，風機及機組的運 行啟停及壓縮機能量級轉換電磁閥的動作，在主板開關量由CPU輸出，經 驅動和電平轉換電路後接至繼電器的線圈控制端。經過擴展的I2C驅動電路在擴展板開關量由具有I2C總線接口的I/O擴 展晶片輸出，經反向驅動電路和電平轉換電路後接至繼電器的線圈控制端。 在這裡CPU是通過I2C總線對具有I2C總線接口的I/O擴展晶片的開關量 輸出進行"寫"控制。模擬量輸出根據主板輸出的不同模擬電壓值，來控制不同的風機運 行速度，這些模擬量是由CPU輸出，經4路模擬量輸出的D/A數模轉換芯 片，再放大電壓值以控制不同數量的風機運行。FLASH參數讀取主板上通過fC總線接有一個FLASH晶片，用來 存放系統的設定參數，在系統掉電時這些參數保持不變。開機時將這些參 數讀出符給系統參數變量，使系統能夠正常穩定運行。顯示控制採用CAN總線控制的顯示控制部分，包括主板部分的CAN 總線控制器及液晶顯示器部分的單片微處理器，CAN總線控制器，顯示控 制器等。存取控制64KB程序存儲器地址空間，64KB數據存儲器。 系統擴展根據系統的標配(如壓縮機數量)的增加相應地增加了控 制參數，可以通過框圖1所示的I2C總線來擴展系統，通過擴展模板上的 三連撥碼開關設定^C器件的引腳地址A2A1A0 ，若開關撥到接地端，則 為0，若開關撥到電源端，則為l。這樣根據增加的控制參數通過I力總線 系統最多可以擴展八個擴展模板。同時在每一塊擴展板上還增加了總線的 驅動部分以驅動下一級擴展模板。總線驅動器可將驅動能力擴展10倍，這樣可釆用低成本的普通電纜 線或雙絞線來擴展總線距離。其內部有兩個完全相同的緩衝器電路，它允 許雙線的總線實現遠距離的擴展，不會降低系統性能。系統中的節點在該系統中每連接的一個fc接口為一節點，節點的數量受兩個因素制約， 一是總線電容不大於400PF， 二是節點地址容量。總線電容過大會造成 信號傳送失真，最終導致數據傳輸失敗。總線上的節點主要有四類，即主 器件節點，外圍器件節點和遠程節點。主器件節點為具有fC總線接口的單片機，能對總線實現主動控制。 外圍器件節點這些節點都必須帶有^C總線接口，如具有I力總線接口的I/0擴展晶片，有fC總線接口的ADC/DAC等，這些節點無法對總線 實現主動控制，只能作為被控制器。
遠程節點主器件節點，外圍器件節點都為本機節點，如果在總線中 通過總線驅動器可以將總線的距離進行擴展。把原來的總線電容擴大10倍， 即從400PF擴展到4000PF。軟體結構軟體設計從功能上可以分為系統功能和空調控制算法兩部 分。在這裡主要說明的是與總線控制有關的系統功能部分。圖2是軟體的主流程框圖。其中，在步驟10，最小系統初始化主要是硬體系統的初始化，它包括I力中斷初始化、無中斷優先級設置，fC控制器的初始化，AD控制器的初始化等。在步驟20，系統軟體初始化主要是系統參數的初始化，它包括對系統的全局變量進行初始化工作，並對各緩衝區進行了初始化。在步驟30， FLASH參數讀取主板上通過fC總線接有一個FLASH 晶片，用來存放系統的設定參數，在系統掉電時這些參數保持不變。開機 時將這些參數讀出符給系統參數變量，使系統能夠正常穩定運行。在步驟 50，應用軟體初始化根據空調的控制對象和控制規律編寫的應用軟體部 分的初始化程序。埠輸入、輸出(步驟60、 80):包括主板開關量和模擬 量的輸入、輸出，及擴展板的開關量和模擬量的輸入、輸出。在定義好I/0 引腳後從摸擬/數字輸入緩衝區當中取出所需的數據進行控制算法的運算將 得到的控制輸出量存放在相應輸出緩衝區或系統變量當中，當系統調用輸 出模塊時將那些存放在輸出緩衝區的控制值從定義的引腳輸出，從而達到 控制的目的。主板與擴展板之間通過I2C總線連接，擴展板的輸入輸出通 過I力總線中斷方式進行，在輸入輸出之前，設置好總線的工作模式，傳輸 數據的長度，傳輸數據緩衝區的首地址，和擴展板上輸入輸出口的地址， 然後啟動^C總線，等待數據傳輸結束。如果在指定的時間內沒有結束數據 傳輸，則進行傳輸數據出錯處理。空調控制邏輯程序(步驟70):在這部分程序中通過對系統狀態和控制 運算的結果來控制系統進入希望的工作模式。
權利要求
1、一種機房空調控制器，包括CPU、存儲器、顯示器、I/O接口、A/D轉換器、D/A轉換器，其特徵在於，所述CPU和所述擴展I/O接口之間採用兩線制的I2C串行總線控制。
2、 如權利要求1所述的機房空調控制器，其特徵在於，還包括，I2C 驅動模塊，該模塊用於驅動擴展的fC電路；具有^C接口的A/D轉換器、 D/A轉換器模塊電路，以及具有I2C接口的I/O擴展模塊電路。
3、 如權利要求1所述的機房空調控制器，其特徵在於，還包括主 板及顯示板的CAN總線控制器，該控制器用於實現所述CPU控制模塊和顯 示器控制模塊之間的通信控制。
4、 如權利要求1 權利要求3的任意一項所述的機房空調控制器，其特 徵在於，還包括Flash存儲器，該存儲器用於更新的控制和顯示程序。
5、 如權利要求1 權利要求3的任意一項所述的機房空調控制器，其特 徵在於，在所述輸入埠設有光電耦合器。
6、 如權利要求1 權利要求3的任意一項所述的機房空調控制器，其特 徵在於，在所述主板控制器設有I2C接口的E2PROM用於存放系統的設定 參數。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種機房空調控制器，該機房空調控制器，包括CPU、存儲器、顯示器、I/O接口、A/D轉換器、D/A轉換器，其特徵在於，所述CPU和所述I/O接口之間採用兩線制的I2C串行總線控制。該機房空調控制器可以克服上述現有技術中的各種不足，實現在系統供電情況下接入或撤除，可以方便地對某一節點電路進行故障診斷與跟蹤，這樣在日常的維護中，只要對需進行處理或修改的模塊進行相應的升級與修改，減小了因誤操作或修改不當造成的風險，增強了整個系統的可維護性。
文檔編號G05B19/04GK101158854SQ20071017696
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月7日 優先權日2007年11月7日
發明者趙紅傑 申請人:阿爾西製冷工程技術(北京)有限公司