自動節能控制

自動節能控制是利用感測器原理檢測各設備（主要是用電設備）的使用情況，依據節能節電的環保理念，通過改變各設備的工作情況來避免不必要的能量損耗。

基本介紹

• 中文名：自動節能控制
• 外文名：Automatic energy-saving control 
• 簡介：通過改變設備的狀態避免能量損耗
• 典型實例：自動扶梯、空調節能控制等
• 套用領域：配電櫃 、水利、防汛、氣象等
• 套用學科：冶金科學、建築學、控制科學

簡介

當今世界，針對當前的資源短缺、能源浪費的情況，節能環保的必要性越來越彰顯。自動節能控制是利用感測器原理檢測各設備（主要是用電設備）的使用情況，通過單片機等智慧型控制系統內各設備的運行，通過改變各設備在工作的用電強度、工作強度，來避免不必要的能量損耗。同時，還可通過檢測個用電設備的工作狀態，在發生突發情況時，報警系統工作，並將信息由單片機控制GSM模組及時傳送給管理人員，具有感應靈敏，準確率高，性能穩定等優點。

控制系統組成

主控部分

主控模組的核心有工控單片機擔當，單片機本身有相當的存儲空間和對外互動的接開口，在整個工作過程中單片機有兩個工作模式：本地操作模式和遠程操作模式。當處於遠程模式時，單片機接收無線通信（GSM/GPRS/CDMA）模組送出的指令信息並進行分析，然後輸出相應信息指揮執行部件（電動開關、磁飽和繼電器、聲光報警裝置等）做出相應動作，同時又將各種受控部件的狀態信息接受下來傳送給無線通信模組，使其以簡訊或撥號的形式傳送出去。當處於本地模式時，單片機接受本設備面板操作按鈕給出的控制命令並作出相應的分析處理和之行動作，然後將相應信息傳送到設備面板的LCD 顯示屏進行顯示。

無線通信部分

無線通信模組利用公眾化並以成熟的移動通信網路，以簡訊或撥號方式接收操作人員和管理人員發出的命令然後通過接口傳送給控制模組，同時還能通過接口接受由控制模組發出的設備信息和控制命令，並以簡訊或撥號的方式傳送給操作和管理人員。這裡的管理和操作人員傳送和接收信息可以通過手機、電話或聯網的專用計算機。

控制系統硬體電路

感應模組

感應模組根據要感應和控制的參數決定，如非接觸環境的溫度測量可以用熱電堆紅外測溫感測器。它直接感應熱輻射，不需要機械地接觸被測物體而快速測得溫度讀數，為非接觸溫度測量提供較好的解決方案，能可靠地測量熱的、危險的或難以接觸的物體，而不會污染或損壞被測物體。它一般由矽基微機械技術保證了它的極好的長期穩定性，非常低的溫度靈敏係數,極好的光電特性，價格也不太高，它不需要冷卻，但在整個溫度測量範圍內能達到±1℃的精度。

如要感應和控制的參數是較大電流的變化，則可以用閉環霍爾電流感測器測量，利用霍爾器件為核心敏感元件隔離檢測電流磁場的大小與流過導線的電流大小成正比，由於磁場的變化與霍爾器件的輸出電壓信號有良好的線形關係，因此可利用霍爾器件測得的輸出信號直接反應出導線中的電流大小，可檢測出帶點導體是否工作正常。

處理和控制模組

處理和控制模組一般由調理模組和嵌入式模組構成。

調理模組往往包含信號放大電路、比較器和延時觸發電路等，嵌入式模組可以採用單片機、DSP,ARM等。

當感應器檢測到信號超過標準時，相應的口會對電平進行判斷（本過程也可以通過硬體實現，用模擬開關選擇），如：判斷I/O口是否為高電平，將P1口的值0X01相與，再置位相應的數組位。這樣將相應的數組通過組合併在程式里判斷一下組合值就可以知道哪幾路應該執行報警動作。這裡的後續驅動電路是數碼管顯示和語音提示，對於不同路的情況，程式將在對應數組位上賦以對應的值，即選擇不同的數據地址，從而使不同的後續電路動作。

驅動後續報警電路

後續報警電路可以接於繼電器後，後續報警電路根據功率的不同接於繼電器或模擬開關之後，此處的電路重點要考慮阻抗匹配、延時和後續電路的功率。

驅動後續報警電路

檢測外圍模組

檢測器能對供電線路進行故障預警和及時報警的設備，設備將被測點的情況，以簡訊形式通知到監控中心計算機和管理者手機，使管理者回響突發事件的方式由被動變為主動人，贏取更多挽回損失的寶貴時間。

控制系統功能

採用了現場匯流排技術，可根據用戶要求靈活配置受控對象，受控對象的數目無限制。系統具有手動和自動控制方式，在手動方式下，管理者可以指定任意受控對象進行操作；在自動方式下，系統能根據管理者制定的時間表進行自動控制，從而減輕管理者日常維護的勞動強度。系統具有自動巡檢功能，如發現異常，不僅可以準確定位，還能通過多種方式（如：電話、簡訊等）通知管理者。管理者也可以通過電話或手機簡訊進行遠程遙控控制。

具體控制對象：房間（如：教室、辦公室、實驗室等）或用電設備（如：照明、空調、電熱水器、多媒體設備、電視等、用水設備（如：衛生間水箱、洗手池等）；其它設備（如:電鈴、廣播、巡更、報警等）。

具體控制內容：能實現電和水的控制和管理，使節水、節電等與能源管理系統融為一體如定時開關燈，由感應數據確認後續設備動作，系統故障時各受控對象能自動恢復到正常供電，保證教學和科研工作的正常進行。系統具有防過載和漏電的功能，確保人生和設備安全。

典型套用

總套用領域

1. 配電櫃：路燈照明配電櫃，實現遠程控制、遠程數據採集；景觀燈配電櫃，實現遠程控制、遠程數據採集；燈箱廣告配電，實現遠程控制、定時開關燈；大型辦公大樓、商業大樓、學校等的智慧型化配電管理。
   
2. 水利：泵站：動力電纜的防盜報警，缺相檢測及保護；
   
3. 防汛：區域閘閥門的遠程調度，水位數據的動態採集；
   
4. 環保：環保設備運行狀態、排水口水質參數動態採集，實現遠程監控；
   
5. 氣象：野外氣象觀察點的數據自動傳輸、故障報警；
   
6. 地震：野外地震觀察探頭的數據採集、傳輸、報警
   

自動扶梯節能運行控制

自動扶梯是帶有循環運行梯路、用於向上或向下傾斜連續運載乘客的固定電力驅動設備,其廣泛套用於車站、碼頭、超市、商務樓、機場和地下鐵道等場所。在實際使用中,人流量較少時自動扶梯常常出現空載運行的現象,而傳統的扶梯載客和空載都採用同一速度(額定速度)運行,沒有根據是否載客自動調節運行速度的快慢,這樣就造成了電能浪費和機械磨損。

大多數自動扶梯驅動系統的核心是一個交流(AC)感應電機.儘管交流感應電機是可靠的動力源,許多"終端用戶"卻不知交流電機在載荷較輕時,其效率很低.。由於大多數交流電機固有的設計,交流電機20%～40%做的是無用功,這部分能量常常以熱量的形式白白被浪費掉。

而電動機在正常運行狀態下的功率損耗主要有3個部分:即定子銅耗、定子鐵耗和轉子銅耗.。由於轉子中的電流頻率很低,因此轉子的鐵耗較小,可以忽略不計,另外,機械損耗和附加損耗也是較小的可將其忽略.。而定子銅耗和轉子銅耗分別與定子和轉子中的電流的平方成正比,因此,減小電流將顯著降低這兩種損耗.至於定子中的鐵耗,包括磁滯損耗和渦流損耗,兩者都近似地與電源頻率成正比,與鐵芯中的磁感應強度的平方成正比。由此可見,減小頻率和降低鐵芯磁通密度將會顯著降低定子鐵耗。

自動扶梯節能運行原理圖如圖所示。從圖可以看出,在沒有乘客時,PLC與變頻器控制扶梯處於低速運行狀態;當有乘客進入扶梯時,安裝在扶梯入口的光電感應開關便感知動作,發出信號控制扶梯由變頻調速至額定速度後,切除變頻器輸出,使扶梯直接進入額定速度運行狀態。當全部乘客離開扶梯一段時間後,變頻器又接入,控制扶梯進入低速運行狀態。這樣扶梯根據是否載客自動調節運行速度的快慢,從而節省電能、減小機械磨損、提高可靠性和穩定性。

節能方式框圖

空調自動節能控制

為解決機房備用空調能耗問題，2007年南京電信曾創新開發“通信機房備用空調溫控節能器”對部分端局和模組局機房的備用空調進行溫控節能改造，主要控制方式是採用通過溫度檢測儀表測量機房溫度並通過電路控制空調輸入電源的通斷，實現備用空調斷電節能。此方式因考慮控制空調輸入電源的安裝便利，往往將控制箱安裝在空調旁電纜下線的牆上，對端局和模組局備用空調起到溫控作用，但對重點機樓數據機房等大型高能耗機房存在測溫點偏離、不能準確反映相應冷通道實際溫度的問題，因此未能在大型機房推廣套用。

智慧型最佳化控制邏輯原理如圖所示。

控制原理

以備用空調（一）的控制為例，有溫感區域1和溫感區域2與其對應；溫感區域1及溫感區域2設定的工作範圍假定為上限27°和下限是25°，正常主用空調製冷量控制機房溫度在26°以下。當外在環境（負載、氣溫）發生變化或主用空調發生故障時，將影響機房溫度上升，控制主機就會幹預空調的開啟和關閉。區域1和區域2探測任意一個溫度超27°時，開啟備用空調，備用空調的開啟必然給機房帶來冷量，使機房溫度下降，下降到區域1溫度探頭和區域2溫度探頭同時達到下限25T，關閉備用空調（即故障空調修復運行或環境溫度下降）。同樣，控制主機可對備用空調（二）的區域3和區域4對應的兩個溫度探頭進行控制， 運轉方式同備用空調（一），且互不干擾。

這樣設定可以較全面地測試機房的溫度， 根據溫度區域的情況自動調節被控制空調的運轉， 排除區域不同或其中一個溫度探頭失效造成的誤控制等問題。區域探測比較靈活， 數量可以適當增加， 控制點可以根據機房高溫靈活安裝、調整， 根據每個機房的不同施工要求， 採用個性化、靈活的安裝及調試方法， 滿足不同節能控制需求。