[科普中国]-自动节能控制

简介

当今世界，针对当前的资源短缺、能源浪费的情况，节能环保的必要性越来越彰显。自动节能控制是利用传感器原理检测各设备（主要是用电设备）的使用情况，通过单片机等智能控制系统内各设备的运行，通过改变各设备在工作的用电强度、工作强度，来避免不必要的能量损耗。同时，还可通过检测个用电设备的工作状态，在发生突发情况时，报警系统工作，并将信息由单片机控制GSM模块及时发送给管理人员，具有感应灵敏，准确率高，性能稳定等优点。

控制系统组成主控部分主控模块的核心有工控单片机担当，单片机本身有相当的存储空间和对外交互的接开口，在整个工作过程中单片机有两个工作模式：本地操作模式和远程操作模式。当处于远程模式时，单片机接收无线通信（GSM/GPRS/CDMA）模块送出的指令信息并进行分析，然后输出相应信息指挥执行部件（电动开关、磁饱和继电器、声光报警装置等）做出相应动作，同时又将各种受控部件的状态信息接受下来发送给无线通信模块，使其以短信或拨号的形式发送出去。当处于本地模式时，单片机接受本设备面板操作按钮给出的控制命令并作出相应的分析处理和之行动作，然后将相应信息发送到设备面板的LCD 显示屏进行显示。

无线通信部分无线通信模块利用公众化并以成熟的移动通信网络，以短信或拨号方式接收操作人员和管理人员发出的命令然后通过接口发送给控制模块，同时还能通过接口接受由控制模块发出的设备信息和控制命令，并以短信或拨号的方式发送给操作和管理人员。这里的管理和操作人员发送和接收信息可以通过手机、电话或联网的专用计算机。

控制系统硬件电路感应模块感应模块根据要感应和控制的参数决定，如非接触环境的温度测量可以用热电堆红外测温传感器。它直接感应热辐射，不需要机械地接触被测物体而快速测得温度读数，为非接触温度测量提供较好的解决方案，能可靠地测量热的、危险的或难以接触的物体，而不会污染或损坏被测物体。它一般由硅基微机械技术保证了它的极好的长期稳定性，非常低的温度灵敏系数,极好的光电特性，价格也不太高，它不需要冷却，但在整个温度测量范围内能达到±1℃的精度。

如要感应和控制的参数是较大电流的变化，则可以用闭环霍尔电流传感器测量，利用霍尔器件为核心敏感元件隔离检测电流磁场的大小与流过导线的电流大小成正比，由于磁场的变化与霍尔器件的输出电压信号有良好的线形关系，因此可利用霍尔器件测得的输出信号直接反应出导线中的电流大小，可检测出带点导体是否工作正常。

处理和控制模块处理和控制模块一般由调理模块和嵌入式模块构成。

调理模块往往包含信号放大电路、比较器和延时触发电路等，嵌入式模块可以采用单片机、DSP,ARM等。

当感应器检测到信号超过标准时，相应的口会对电平进行判断（本过程也可以通过硬件实现，用模拟开关选择），如：判断I/O口是否为高电平，将P1口的值0X01相与，再置位相应的数组位。这样将相应的数组通过组合并在程序里判断一下组合值就可以知道哪几路应该执行报警动作。这里的后续驱动电路是数码管显示和语音提示，对于不同路的情况，程序将在对应数组位上赋以对应的值，即选择不同的数据地址，从而使不同的后续电路动作。

驱动后续报警电路后续报警电路可以接于继电器后，后续报警电路根据功率的不同接于继电器或模拟开关之后，此处的电路重点要考虑阻抗匹配、延时和后续电路的功率。

检测外围模块检测器能对供电线路进行故障预警和及时报警的设备，设备将被测点的情况，以短信形式通知到监控中心计算机和管理者手机，使管理者响应突发事件的方式由被动变为主动人，赢取更多挽回损失的宝贵时间。

控制系统功能采用了现场总线技术，可根据用户要求灵活配置受控对象，受控对象的数目无限制。系统具有手动和自动控制方式，在手动方式下，管理者可以指定任意受控对象进行操作；在自动方式下，系统能根据管理者制定的时间表进行自动控制，从而减轻管理者日常维护的劳动强度。系统具有自动巡检功能，如发现异常，不仅可以准确定位，还能通过多种方式（如：电话、短信等）通知管理者。管理者也可以通过电话或手机短信进行远程遥控控制。

具体控制对象：房间（如：教室、办公室、实验室等）或用电设备（如：照明、空调、电热水器、多媒体设备、电视等、用水设备（如：卫生间水箱、洗手池等）；其它设备（如:电铃、广播、巡更、报警等）。

具体控制内容：能实现电和水的控制和管理，使节水、节电等与能源管理系统融为一体如定时开关灯，由感应数据确认后续设备动作，系统故障时各受控对象能自动恢复到正常供电，保证教学和科研工作的正常进行。系统具有防过载和漏电的功能，确保人生和设备安全。

典型应用总应用领域配电柜：路灯照明配电柜，实现远程控制、远程数据采集；景观灯配电柜，实现远程控制、远程数据采集；灯箱广告配电，实现远程控制、定时开关灯；大型办公大楼、商业大楼、学校等的智能化配电管理。

水利：泵站：动力电缆的防盗报警，缺相检测及保护；

防汛：区域闸阀门的远程调度，水位数据的动态采集；

环保：环保设备运行状态、排水口水质参数动态采集，实现远程监控；

气象：野外气象观察点的数据自动传输、故障报警；

地震：野外地震观察探头的数据采集、传输、报警1

自动扶梯节能运行控制自动扶梯是带有循环运行梯路、用于向上或向下倾斜连续运载乘客的固定电力驱动设备,其广泛应用于车站、码头、超市、商务楼、机场和地下铁道等场所。在实际使用中,人流量较少时自动扶梯常常出现空载运行的现象,而传统的扶梯载客和空载都采用同一速度(额定速度)运行,没有根据是否载客自动调节运行速度的快慢,这样就造成了电能浪费和机械磨损。

大多数自动扶梯驱动系统的核心是一个交流(AC)感应电机.尽管交流感应电机是可靠的动力源,许多"终端用户"却不知交流电机在载荷较轻时,其效率很低.。由于大多数交流电机固有的设计,交流电机20%～40%做的是无用功,这部分能量常常以热量的形式白白被浪费掉。

而电动机在正常运行状态下的功率损耗主要有3个部分:即定子铜耗、定子铁耗和转子铜耗.。由于转子中的电流频率很低,因此转子的铁耗较小,可以忽略不计,另外,机械损耗和附加损耗也是较小的可将其忽略.。而定子铜耗和转子铜耗分别与定子和转子中的电流的平方成正比,因此,减小电流将显著降低这两种损耗.至于定子中的铁耗,包括磁滞损耗和涡流损耗,两者都近似地与电源频率成正比,与铁芯中的磁感应强度的平方成正比。由此可见,减小频率和降低铁芯磁通密度将会显著降低定子铁耗。

自动扶梯节能运行原理图如图所示。从图可以看出,在没有乘客时,PLC与变频器控制扶梯处于低速运行状态;当有乘客进入扶梯时,安装在扶梯入口的光电感应开关便感知动作,发出信号控制扶梯由变频调速至额定速度后,切除变频器输出,使扶梯直接进入额定速度运行状态。当全部乘客离开扶梯一段时间后,变频器又接入,控制扶梯进入低速运行状态。这样扶梯根据是否载客自动调节运行速度的快慢,从而节省电能、减小机械磨损、提高可靠性和稳定性。2

空调自动节能控制为解决机房备用空调能耗问题，2007年南京电信曾创新开发“通信机房备用空调温控节能器”对部分端局和模块局机房的备用空调进行温控节能改造，主要控制方式是采用通过温度检测仪表测量机房温度并通过电路控制空调输入电源的通断，实现备用空调断电节能。此方式因考虑控制空调输入电源的安装便利，往往将控制箱安装在空调旁电缆下线的墙上，对端局和模块局备用空调起到温控作用，但对重点机楼数据机房等大型高能耗机房存在测温点偏离、不能准确反映相应冷通道实际温度的问题，因此未能在大型机房推广应用。3

智能优化控制逻辑原理如图所示。

以备用空调（一）的控制为例，有温感区域1和温感区域2与其对应；温感区域1及温感区域2设置的工作范围假定为上限27°和下限是25°，正常主用空调制冷量控制机房温度在26°以下。当外在环境（负载、气温）发生变化或主用空调发生故障时，将影响机房温度上升，控制主机就会干预空调的开启和关闭。区域1和区域2探测任意一个温度超27°时，开启备用空调，备用空调的开启必然给机房带来冷量，使机房温度下降，下降到区域1温度探头和区域2温度探头同时达到下限25T，关闭备用空调（即故障空调修复运行或环境温度下降）。同样，控制主机可对备用空调（二）的区域3和区域4对应的两个温度探头进行控制， 运转方式同备用空调（一），且互不干扰。

这样设置可以较全面地测试机房的温度， 根据温度区域的情况自动调节被控制空调的运转， 排除区域不同或其中一个温度探头失效造成的误控制等问题。区域探测比较灵活， 数量可以适当增加， 控制点可以根据机房高温灵活安装、调整， 根据每个机房的不同施工要求， 采用个性化、灵活的安装及调试方法， 满足不同节能控制需求。3