專利名稱:基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng)及方法
技術領域:
本發(fā)明涉及能源管理控制技術領域,尤其涉及一種基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
背景技術:
隨著全世界范圍內能源越來越緊缺,能夠實現(xiàn)節(jié)能的能源管理控制系統(tǒng)也就越來
越重要?,F(xiàn)有技術中的能源管理控制系統(tǒng)通常采用傳統(tǒng)的電氣自動化技術,對單個對象 (如商場、商店、酒店、辦公樓工業(yè)廠房)的各個耗能設備進行能耗管理控制,屬于現(xiàn)場級的控制。廠家不同其使用的管理節(jié)能平臺也不同,通常無法不兼容,相互之間也缺乏通信, 從而無法形成一個統(tǒng)一的平臺集中進行統(tǒng)一的能耗管理控制,以最大程度地實現(xiàn)節(jié)能的目的。美國TRIDIUM公司首次開發(fā)了統(tǒng)一平臺系統(tǒng)進行能源管理,其可以兼容其它能源管理平臺,為用戶提供能耗參考數(shù)據(jù)。但本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)其仍然存在以下問題1、系統(tǒng)在處理大量歷史數(shù)據(jù)時遇到處理速度不迅速、數(shù)據(jù)保護無法實現(xiàn)的問題;2、系統(tǒng)沒有從能源因素、能源方針、能源指標、管理體系、能耗基準標桿、能源績效、能源統(tǒng)計、能源優(yōu)化等方面進行綜合的能源統(tǒng)計、分析和管理控制,僅僅是將能耗統(tǒng)計結果提供給用戶,讓用戶自己根據(jù)統(tǒng)計結果去修正現(xiàn)場控制模式,從而無法實現(xiàn)能源的最優(yōu)化配置。云計算是近幾年發(fā)展起來的網(wǎng)絡技術,它是將計算任務分布在大量計算機構成的資源池上,使得各種應用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務。各大IT 公司紛紛推出自己的基于云計算的云計算的平臺服務,如谷歌(GOOGLE)、微軟、雅虎、亞馬遜(Amazon)等等,總結起來云計算具有以下特點(1)超大規(guī)模?!霸啤本哂邢喈?shù)囊?guī)模,Google云計算已經(jīng)擁有100多萬臺服務器, Amazon, IBM、微軟、Yahoo等的“云”均擁有幾十萬臺服務器。企業(yè)私有云一般擁有數(shù)百上千臺服務器,“云”能賦予用戶前所未有的計算能力。(2)虛擬化。云計算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應用服務。所請求的資源來自“云”,而不是固定的有形的實體。應用在“云”中某處運行,但實際上用戶無需了解、也不用擔心應用運行的具體位置。只需要一臺筆記本或者一個手機,就可以通過網(wǎng)絡服務來實現(xiàn)我們需要的一切,甚至包括超級計算這樣的任務。(3)高可靠性?!霸啤笔褂昧藬?shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性,使用云計算比使用本地計算機可靠。(4)通用性。云計算不針對特定的應用,在“云”的支撐下可以構造出千變萬化的應用,同一個“云”可以同時支撐不同的應用運行。(5)高可擴展性?!霸啤钡囊?guī)模可以動態(tài)伸縮,滿足應用和用戶規(guī)模增長的需要。(6)按需服務?!霸啤笔且粋€龐大的資源池,你按需購買;云可以象自來水,電,煤氣那樣計費。(7)極其廉價。由于“云”的特殊容錯措施可以采用極其廉價的節(jié)點來構成云,“云” 的自動化集中式管理使大量企業(yè)無需負擔日益高昂的數(shù)據(jù)中心管理成本,“云”的通用性使資源的利用率較之傳統(tǒng)系統(tǒng)大幅提升,因此用戶可以充分享受“云”的低成本優(yōu)勢,經(jīng)常只要花費幾百美元、幾天時間就能完成以前需要數(shù)萬美元、數(shù)月時間才能完成的任務。
發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有技術的上述問題,本發(fā)明的目的是提供一種基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng)及方法,能夠兼容所有不同廠家的節(jié)能平臺,在一個統(tǒng)一的平臺下對很多個耗能設備集中進行監(jiān)控,實現(xiàn)最大限度的節(jié)能降耗管理和網(wǎng)絡化自動控制,從而實現(xiàn)能源的最優(yōu)化配置,達到更好的節(jié)能效果。為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了一種基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng),包括現(xiàn)場控制器,用于根據(jù)用戶設定參數(shù)對各個能耗設備進行現(xiàn)場控制并將所述用戶設定參數(shù)傳送給云計算管理控制平臺;能耗參數(shù)采集器,用于采集與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)并傳送給云計算管理控制平臺;云計算管理控制平臺,用于根據(jù)所述采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)調整所述現(xiàn)場控制器對所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式;所述現(xiàn)場控制器與所述云計算管理控制平臺之間、所述能耗參數(shù)采器與所述云計算管理控制平臺之間均通過通訊網(wǎng)絡相互通信。作為優(yōu)選,所述云計算管理控制平臺具體包括接收單元,用于接收所述能耗參數(shù)采集器采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù);第一判斷單元,用于判斷所述采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)是否匹配并生產(chǎn)判斷結果;能耗模型生成單元,用于當所述第一判斷單元的判斷結果為匹配時根據(jù)所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)生成相應的能耗模型;歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫,用于存儲各種歷史能耗模型;第二判斷單元,用于判斷所述生成的能耗模型與歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中對應的歷史能耗模型是否匹配并生成判斷結果;控制模式調整單元,用于當所述第一判斷單元或所述第二判斷單元的判斷結果為不匹配時調整所述現(xiàn)場控制器對所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式。作為優(yōu)選,所述的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)包括實時能耗參數(shù)、運行參數(shù)和安全參數(shù)。其中,實時能耗參數(shù)通常指電計量設備直接采集的各個能耗設備的電量參數(shù),運行參數(shù)包括溫度、濕度、風量、運行時間、頻率等等各個能耗設備運行時相關的參數(shù),安全參數(shù)包括運行狀態(tài)、故障、報警等情況下各個能耗設備相關的參數(shù)。作為優(yōu)選,所述歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中對應的歷史能耗模型是指能耗約束參數(shù)與所述生成的能耗模型匹配的歷史能耗模型,所述能耗約束參數(shù)包括所述各個能耗設備的應用環(huán)境參數(shù)、設計參數(shù)、應用場所類型參數(shù)和能源供應類型參數(shù)中的一種或者其組合。歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中存有各種符合行業(yè)標準(設計標準)的歷史能耗模型,這些歷史能耗模型考慮了能耗標桿、效率標桿、績效標桿等評價標準的,能耗相對來講是最合理的。歷史能耗模型的建立通常受到能耗約束參數(shù)的制約,能耗約束參數(shù)不同,對應的歷史能耗模型就不同。各個能耗設備的應用環(huán)境參數(shù)包括地理位置、氣象參數(shù)等等,設計參數(shù)包括設計功率、測量范圍而、設計能耗參數(shù)、設計能效等等,應用場所類型參數(shù)包括商場、超市、酒店、辦公樓、展覽館、機房、工業(yè)廠房、住宅、國家電網(wǎng)等等,能源供應類型參數(shù)包括煤炭、電力、天然氣、石油、生物質能、熱能、再生能源等等。當然,還有其他能耗約束參數(shù),比如控制模式等寸。作為優(yōu)選,所述能耗參數(shù)采器和所述現(xiàn)場控制器均對應基于IPV4協(xié)議的網(wǎng)絡地址或基于IPV6協(xié)議的網(wǎng)絡地址。作為優(yōu)選,所述用戶設定參數(shù)和采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)均通過通訊網(wǎng)絡傳送給云計算管理控制平臺,所述通訊網(wǎng)絡為無線INTERNET網(wǎng)、有線 INTERNET網(wǎng)、GPRS和3G網(wǎng)中的任一種。作為優(yōu)選,所述現(xiàn)場控制器包括網(wǎng)絡溫濕度控制器;所述能耗參數(shù)采集器包括網(wǎng)絡溫濕度傳感器;所述控制模式調整單元用于將所述網(wǎng)絡溫濕度控制器的控制模式調整為根據(jù)熱負荷補償曲線動態(tài)設置設定溫濕度值。作為優(yōu)選,所述現(xiàn)場控制器包括網(wǎng)絡風量控制器;所述能耗參數(shù)采集器包括二氧化碳濃度傳感器;所述控制模式調整單元用于將所述網(wǎng)絡風量控制器的控制模式調整為根據(jù)所述二氧化碳濃度傳感器采集的二氧化碳濃度調節(jié)風量風速。為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明還提供了一種基于云計算的設備監(jiān)控方法,包括Sll 根據(jù)用戶設定參數(shù)對各個能耗設備進行現(xiàn)場控制并將所述用戶設定參數(shù)傳送給云計算管理控制平臺;S12:采集與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)并傳送給云計算管理控制平臺;S13:在云計算管理控制平臺下根據(jù)所述采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)調整對所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式。作為優(yōu)選,所述S13步驟具體包括S131 判斷所述采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)是否匹配;如果不匹配,執(zhí)行S135步驟,如果匹配,執(zhí)行S132步驟;S132 根據(jù)所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)生成相應的能耗模型;S133:判斷所述生成的能耗模型與歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中對應的歷史能耗模型是否匹配;如果不匹配,執(zhí)行S135步驟,如果匹配,執(zhí)行S134步驟,保持所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式;S135 調整對所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式。作為優(yōu)選,執(zhí)行所述S134步驟后,還包括S136步驟,將所述生成的能耗模型加入到所述歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中。本發(fā)明的有益效果在于,能夠兼容所有不同廠家的節(jié)能平臺,在一個統(tǒng)一的平臺下對很多個能耗設備進行集中進行監(jiān)控,實現(xiàn)最大限度的節(jié)能降耗管理和網(wǎng)絡化自動控制,從而實現(xiàn)能源的最優(yōu)化配置,達到更好的節(jié)能效果。
圖1是本發(fā)明實施例的基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng)的結構示意圖;圖2是本發(fā)明一個實施例的基于云計算的設備監(jiān)控方法的流程圖;圖3是本發(fā)明另一個實施例的基于云計算的設備監(jiān)控方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。如圖1所示的本發(fā)明實施例的基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng)的結構示意圖,基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng)包括現(xiàn)場控制器11,用于根據(jù)用戶設定參數(shù)對各個能耗設備10進行現(xiàn)場控制并將所述用戶設定參數(shù)傳送給云計算管理控制平臺13 ;現(xiàn)場控制器11包括用戶參數(shù)設定單元 111,其用于用戶設定參數(shù)。比如能耗設備是空調,則用戶根據(jù)需要設定空調的溫度、風量等參數(shù),并將設定的參數(shù)傳送給云計算管理控制平臺13。通常用于建筑物的現(xiàn)場控制器11包括網(wǎng)絡水閥、風閥控制器,網(wǎng)絡電機控制器,網(wǎng)絡加濕控制器,網(wǎng)絡空調控制器,網(wǎng)絡機電設備控制器,網(wǎng)絡安全保護控制器,網(wǎng)絡安防、門禁、報警控制器等等。能耗參數(shù)采集器12,用于采集與所述各個能耗設備10的能耗有關的參數(shù)并傳送給云計算管理控制平臺13 ;與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)包括實時能耗參數(shù)、運行參數(shù)和安全參數(shù)。其中,實時能耗參數(shù)通常指電計量設備直接采集的各個能耗設備的電量參數(shù),運行參數(shù)包括溫度、濕度、風量、運行時間、頻率等等各個能耗設備運行時相關的參數(shù),安全參數(shù)包括運行狀態(tài)、故障、報警等情況下各個能耗設備相關的參數(shù)。能耗參數(shù)采集器12 —般由各類帶網(wǎng)絡傳輸功能的傳感器、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和匯總單元、數(shù)據(jù)分析和上傳單元等組成,完成數(shù)據(jù)的采集和初步統(tǒng)計分析功能,其實際數(shù)量是根據(jù)需要而設定的,可能有很多個能耗參數(shù)采集器。傳感器可以是各種網(wǎng)絡溫度傳感器,網(wǎng)絡濕度傳感器,網(wǎng)絡風量傳感器,網(wǎng)絡電度計量傳感器,網(wǎng)絡風速傳感器,網(wǎng)絡空氣品質傳感器,機電設備運行參數(shù)網(wǎng)絡采集器,網(wǎng)絡門禁、安防、報警信號采集器,特殊信號網(wǎng)絡采集器(如C0、C02、甲醛、水流等) 等等。將采集到的能耗參數(shù)通過通訊網(wǎng)絡20傳輸?shù)皆朴嬎愎芾砜刂破脚_13,通訊網(wǎng)絡20 可以是無線INTERNET網(wǎng)、有線INTERNET網(wǎng)、GPRS和3G網(wǎng)或者更先進的下一代傳輸網(wǎng)絡等寸。目前的互聯(lián)網(wǎng)是基于IPV4協(xié)議的,IPV4協(xié)議采用32位地址長度,有限的地址空間即將耗盡。因此在大規(guī)模數(shù)量的設備監(jiān)控系統(tǒng)中,現(xiàn)場控制器11和能耗參數(shù)采集器12可以采用基于IPV6協(xié)議的網(wǎng)絡地址,IPV6協(xié)議采用1 位地址長度,對于整個地球來說,其地址資源可以認為是無限的(每平方米能分配1000多個網(wǎng)絡地址),能夠適應即使是全球范圍里的設備監(jiān)控系統(tǒng)。云計算管理控制平臺13,用于根據(jù)所述采集到的與所述各個能耗設備10的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)調整所述現(xiàn)場控制器11對所述各個能耗設備10的現(xiàn)場控制模式。調整的目的是實現(xiàn)能源的最優(yōu)化配置,降低能耗。本實施例的云計算管理控制平臺13具體包括接收單元131,用于接收所述能耗參數(shù)采集器12采集到的與所述各個能耗設備10的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù);第一判斷單元132,用于判斷所述采集到的與所述各個能耗設備10的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)是否匹配并生產(chǎn)判斷結果;能耗模型生成單元133,用于當所述第一判斷單元的判斷結果為匹配時根據(jù)所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)生成相應的能耗模型;能耗模型包括整體耗能和運行耗能等等指標。歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫130,用于存儲各種歷史能耗模型;歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中存有各種符合行業(yè)標準(設計標準)的歷史能耗模型以及被相關規(guī)范、標準等文件約定或承認的最優(yōu)能耗模型,這些歷史能耗模型是考慮了能耗標桿、效率標桿、績效標桿等評價標準的,能耗相對來講是最合理的。第二判斷單元134,用于判斷所述生成的能耗模型與歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中對應的歷史能耗模型是否匹配并生成判斷結果;歷史能耗模型的建立通常受到能耗約束參數(shù)的制約,能耗約束參數(shù)不同,對應的歷史能耗模型就不同。所述能耗約束參數(shù)包括所述各個能耗設備的應用環(huán)境參數(shù)、設計參數(shù)、應用場所類型參數(shù)和能源供應類型參數(shù)中的一種或者其組合以及與其他約束參數(shù)(如控制模式)的組合。各個能耗設備的應用環(huán)境參數(shù)包括地理位置、氣象參數(shù)等等,設計參數(shù)包括設計功率、測量范圍而、設計能耗參數(shù)、設計能效等等,應用場所類型參數(shù)包括商場、超市、酒店、辦公樓、展覽館、機房、工業(yè)廠房、住宅、國家電網(wǎng)等等,能源供應類型參數(shù)包括煤炭、電力、天然氣、石油、生物質能、熱能、再生能源等等。 用戶通過能耗約束參數(shù)設定單元14輸入當前生成的能耗模型的能耗約束參數(shù),然后根據(jù)這些能耗約束參數(shù)在歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫130中找到對應的歷史能耗模型(即能耗約束參數(shù)與所述生成的能耗模型匹配的歷史能耗模型),再判斷生成的能耗模型與對應的歷史能耗模型是否匹配,如果不匹配說明能耗不合理,需要調整。例如生成的能耗模型單位面積年耗能200 300kWh,而具有相同能耗約束參數(shù)的歷史能耗模型單位面積年耗能IOOkWh左右,則說明能耗不合理,需要進行調整??刂颇J秸{整單元135,用于當所述第一判斷單元132或所述第二判斷單元134的判斷結果為不匹配時調整所述現(xiàn)場控制器11對所述各個能耗設備10的現(xiàn)場控制模式。不匹配說明能耗不符合要求,需要對現(xiàn)場控制模式進行調整以降低能耗,直到能耗匹配為止, 從而實現(xiàn)能耗的最優(yōu)化配置。當所述第一判斷單元132的判斷結果為不匹配時,說明能耗無法達到用戶設定的要求,需要直接進行調整;當所述第二判斷單元134的判斷結果為不匹配時,說明能耗雖然能夠達到用戶設定要求,但還不是最優(yōu)的,沒有考慮能耗標桿、效率標桿、績效標桿等評價標準,有必要進行調整從而進一步降低能耗。如果所述第二判斷單元 134的判斷結果為匹配時,說明生產(chǎn)的能耗模型是合理的符合要求的,則將所述生成的能耗模型加入到所述歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中,豐富歷史數(shù)據(jù),為后續(xù)能耗管理控制提供參考。當然,云計算管理控制平臺13對現(xiàn)場控制器11的控制模式有很多種,上述實施例僅僅給出了其中的一種。為了用戶使用方便,本實施例的基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng)可以做成直觀的顯示界面,用戶只需要通過顯示界面進行管理控制即可。使用云計算管理控制平臺13進行能源管理控制的優(yōu)勢十分明顯,云計算的規(guī)模性和可擴展性的特點使得超大規(guī)模能耗集中控制可以實現(xiàn),理論上講可以實現(xiàn)全球范圍內的任何種類的能源管理控制,包括建筑物能耗管理控制、電力運輸能耗管理控制等等,應用范圍更廣;云計算的虛擬化的特點使得各個用戶進行能耗管理控制時無需單獨配置獨立的能源管理控制平臺,而是在“云”中按需獲得,大大降低了成本;云計算的資源共享的特點使得整個控制平臺內歷史數(shù)據(jù)十分豐富,可以匹配最佳歷史數(shù)據(jù)作為參考,從而實現(xiàn)能源的最優(yōu)化配置。下面以某建筑的能耗管理控制為例,說明本實施例的基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng)的應用過程。該建筑屬于商務建筑,總建筑面積約38,000平方米,位于某地,結構設計為鋼筋混凝土框架-核心筒結構、無柱結構,能耗設備主要分為冷熱源系統(tǒng)、空調通風系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明插座系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、大型動力設備系統(tǒng)等。部分設計參考標準如下1、空調冷源為電制冷系統(tǒng),供水溫度7°C,回水溫度為12°C??照{熱源為市政高溫熱水,市政水供水溫度110°c,回水溫度70°C??照{熱水經(jīng)換熱后供出,空調水供水溫度 60°C,回水溫度50°C。2、冷凍水及冷卻水系統(tǒng)工作壓力均為1. 5Mpa,實驗壓力為工作壓力加0. 5Mpa。熱水系統(tǒng)工作壓力為1. 5Mpa,實驗壓力為工作壓力加0. 5Mpa。3、在室外設空氣焓值感應器,當室外溫度達到適宜焓值時,開啟全新風系統(tǒng),停止冷熱水供應?;蛟陟手档陀谝欢ㄖ禃r,開啟免費制冷系統(tǒng),停開空調主機。4、室內設計溫度夏季25°C,相對濕度55%,冬季20°C,相對濕度30%;新風量50 立方米/人/小時;5、室外參數(shù)參考值夏季空調室外計算干球溫度33. 2V夏季空調室外計算濕球溫度沈.4°C夏季通風室外計算溫度30°C夏季室外平均風速1. 9m/s冬季空調室外計算干球溫度_12°C冬季空調室外計算相對濕度45%冬季采暖室外計算干球溫度-9 °C冬季通風室外計算溫度_5°C冬季室外平均風速2. 8m/s不同類型建筑的行業(yè)單位建筑面積能耗參考標準如下1、辦公樓類建筑一般能耗較低,單位面積年電耗IOOkWh左右;2、賓館酒店類建筑耗電量稍高,單位面積年電耗100 200kWh左右3、商場類建筑耗電設備較多,其照明燈具數(shù)量大,空調系統(tǒng)設備容量大且運行時間長,和其他類型建筑相比,商場類建筑年單位面積耗電量較大,基本為200 300kWh ;4、綜合性商業(yè)建筑由于包含多種類型建筑的建筑群,而各種類型建筑的面積比例不同,其能耗的變化也不同,綜合性商業(yè)建筑其單位面積年耗電量為100 300kWh?;谠朴嬎愕脑O備監(jiān)控系統(tǒng)對其進行能源管理控制過程如下一、通過現(xiàn)場設備層完成檢測傳感器和數(shù)據(jù)信息登錄工作現(xiàn)場設備層包括能耗參數(shù)采集器12 ( 一般是各類傳感器)和現(xiàn)場控制器11,能耗參數(shù)采集器12主要完成各類信號采集,現(xiàn)場控制器11主要對相應的能耗設備進行現(xiàn)場控制。所有信號通過交換機直接接入IP網(wǎng)絡,通過internet (無線或者有線方式皆可) 上傳至基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng)的信號的采集、存儲、統(tǒng)計和分析數(shù)據(jù)庫。能耗設備以及建筑的相關設計參數(shù)通過云計算平臺登錄,信息進入云計算能源管理和控制系統(tǒng)的設備信號采集、存儲、統(tǒng)計、分析和模型數(shù)據(jù)庫。整個系統(tǒng)架構基于以太網(wǎng)(Lan/Wan),采用TCP/IP協(xié)議,云計算管理控制平臺可通過OBIX,SNMP, XML等協(xié)議與現(xiàn)場系統(tǒng)(現(xiàn)場控制器和能耗參數(shù)采集器)通訊并獲得數(shù)據(jù)。主要獲取以下數(shù)據(jù) 控制點的各種詳細狀態(tài)、故障、運行等等數(shù)據(jù), 報警總表 通過電計量傳感器或者通過計算記錄各個設備能源消耗數(shù)據(jù) 所有能耗設備以及建筑的相關設計參數(shù)二、通過控制和分析層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析以及相關的控制現(xiàn)場級別的控制器在現(xiàn)場根據(jù)檢測信號以及用戶的目標設定參數(shù)對相應的設備實現(xiàn)現(xiàn)場級別的控制,并將各類信號上傳至云計算能源管理和控制系統(tǒng)的設備信號采集、 存儲、統(tǒng)計和分析數(shù)據(jù)庫。以空調機組的溫度控制為例,現(xiàn)場控制器可以對空調機組實現(xiàn)控制的內容包括A、啟??刂瓢凑諉⑼C钚盘柾瓿蓡⑼?刂?;B、溫度、濕度的調節(jié)控制冬季,當室內或送風溫度高于設定值(T = 200C ),通過 PID控制關小水閥,當室內或送風溫度低于設定值時開大水閥。夏季,當室內或送風溫度高于設定值(τ = ^rc ),通過PiD控制開大水閥開度,當室內或送風溫度低于設定值時關小水閥;濕度同樣進行;C、新風量的控制通過風閥的比例調節(jié)實現(xiàn)風量控制,保持風量50立方米/人/ 小時;;D、對機組運行時間的累計計量、啟動次數(shù)、運行時間、電機的電計量等信號進行記錄和上傳;主要信號如下 送回風機運行狀態(tài)、風機氣流狀態(tài)、手自動狀態(tài)監(jiān)測、啟??刂疲?送回風機變頻器反饋、變頻器監(jiān)測、變頻器調節(jié)控制; 回風溫/濕度測量、回風C02濃度測量; 送風溫/濕度測量; 冷、熱水盤管水閥調節(jié)控制; 新、回風閥調節(jié)控制; 加濕閥調節(jié)控制。E、電機的節(jié)能控制通過控制器對變頻器的調節(jié)實現(xiàn),當室內需要的送風量發(fā)生變化的情況下,在保證新風量的基礎上盡可能降低電機轉速從而實現(xiàn)節(jié)能控制。三、基于云計算的設備監(jiān)控首先在云計算控制分析平臺判斷采集到的參數(shù)和用戶設定的參數(shù)比較是否匹配, 如果匹配則保持現(xiàn)有的控制模式,計算疊加整個建筑總能耗及各個參數(shù)指標的能耗,生成能耗模型;如果不匹配則需要及時調整控制模式。主要考慮的參數(shù)指標有■建筑能耗總量指標;■常規(guī)能耗總量指標;■特殊區(qū)域能耗總量指標;■暖通空調系統(tǒng)能耗指標1)空調通風系統(tǒng)能耗指標;2)供暖系統(tǒng)能耗指標;■照明系統(tǒng)能耗指標1)普通照明;2)應急照明;3)景觀照明;■室內設備能耗指標;■綜合服務系統(tǒng)能耗指標;■建筑水耗總量指標;等等。然后在云計算運行數(shù)據(jù)模型平臺判斷生成的能耗模型是否符合行業(yè)標準,如果不符合,還需要調整控制模式,以進一步降低能耗。在云計算運行數(shù)據(jù)模型平臺中存有各種符合行業(yè)標準(設計標準)的歷史能耗模型,將生成的能耗模型和對應的歷史能耗模型進行對比,如果耗能高于歷史能耗模型,則需要調整控制模式,如果低于歷史能耗模型,則保持現(xiàn)有控制模式不變,并把生成的能耗模型加入為歷史能耗模型。以下給出幾種常見的控制模型作為參考A、室內溫濕度控制模型根據(jù)不同的建筑類型,分別構建控制細節(jié)不同的溫濕度控制模型,提高控制精度。主要依據(jù)為熱負荷補償曲線來設置浮動的設定點(不再是單一的定點),即更加有效的自動調整室內溫度設定值,使其在大廈負荷允許的范圍內盡可能的節(jié)省能量。這種情況下現(xiàn)場控制器包括網(wǎng)絡溫濕度控制器;所述能耗參數(shù)采集器包括網(wǎng)絡溫濕度傳感器;所述控制模式調整單元將所述網(wǎng)絡溫濕度控制器的控制模式調整為根據(jù)熱負荷補償曲線動態(tài)設置設定溫濕度值。室內溫濕度的變化與建筑節(jié)能有著緊密的相關性。據(jù)美國國家標準局統(tǒng)計資料表明,如果在夏季將設定值溫度下調1V,將增加9 %的能耗,如果在冬季將設定值溫度上調 1°C,將增加12 %的能耗。因此將室內溫濕度控制在設定值精度范圍內是空調節(jié)能的有效措施。在可能的情況下對室內溫濕度控制精度可以實現(xiàn)要求為溫度為士 1.5°C,濕度為士5%的變化范圍。這樣盡可能避免出現(xiàn)夏季室溫過冷(低于標準設定值)或冬季室溫過熱(高于標準設定值)現(xiàn)象,從而實現(xiàn)節(jié)能降耗。B、室外氣候補償調節(jié)模型云計算能源管理和控制平臺根據(jù)室外溫濕度的和季節(jié)變化情況,改變室內溫度的設定,使其更加滿足人們的需要,充分發(fā)揮空調設備的功能。當室外溫度達到適宜焓值時,開啟全新風系統(tǒng),停止冷熱水供應?;蛟陟手档陀谝欢ㄖ禃r,開啟免費制冷系統(tǒng),停開空調主機。C、新風量的控制模型根據(jù)衛(wèi)生要求,建筑內每人都必須保證有一定的新風量。但新風量取得過多,將增加新風耗能量。在設計工況(夏季室外溫^°C,相對溫度60%,冬季室溫22°C,相對濕度 55%)下,處理一公斤(千克)室外新風量需冷量6. 5kWh,熱量12. 7kWh,故在滿足室內衛(wèi)生要求的前提下,減少新風量,有顯著的節(jié)能效果。實施新風量控制模型主要幾種控制要素
1)根據(jù)室內允許二氧化碳(⑶幻濃度來確定新風量,C02允許濃度值一般取0. 1% (IOOOppm)。根據(jù)室內或回風中的C02濃度,自動調節(jié)新風量,以保證室內空氣的新鮮度,控制功能較完善的建筑設備自動化系統(tǒng)可以滿足這些控制要求。根據(jù)二氧化碳濃度調節(jié)風量風速,反映了室內的實際情況,能最大限度地節(jié)能。2)根據(jù)大廈內人員的變動規(guī)律,采用統(tǒng)計學的方法,建立新風風閥控制模型,以相應的時間而確定運行程序進行過程控制新風風閥,以達到對新風風量的控制。3)使用新風和回風比來調整、影響被控溫度并不是調節(jié)新風閥的主要依據(jù),調節(jié)溫度主要由表冷閥完成,如果風閥的調節(jié)也基于溫度,那么在控制上,兩個設備同時受一個參數(shù)的影響并且都同時努力使參數(shù)趨于穩(wěn)定,結果就是系統(tǒng)產(chǎn)生自激,不會或很難達到穩(wěn)定,所以可以放大新風調節(jié)溫度的死區(qū)值,使風閥為粗調,水閥為精調??照{系統(tǒng)中的新風占送風量的百分比不應低于10%。不論每人占房間體積多少,新風量按大于等于30m3/ h.人采用。D、對機電設備最佳啟停的控制模型云計算管理控制平臺通過對空調設備的最佳啟停時間的計算和自適應控制,可以在保證環(huán)境舒適的前提下,縮短不必要的空調啟停寬容時間,達到節(jié)能的目的;同時在預冷或預熱時,關閉新風風閥,不僅可以減少設備容量,而且可以減少獲取新風而帶來冷卻或加熱的能量消耗。對于小功率的風機或者帶軟啟動的風機可以考慮風機間歇式的控制方法, 如果使用得當,一般每一個小時風機只運行40 50分鐘,節(jié)能效果比較明顯??照{設備采用節(jié)能運行算法后,運行時間更趨合理。數(shù)據(jù)記錄表明,每臺空調機一天M小時中實際供能工作的累計時間僅僅2小時左右。E、燈光照明系統(tǒng)控制模型對公共照明設備實行定時開關控制,按照作息時間和室外光線進行預程調光控制和窗際調光控制,可以極大降低能源消耗。F、峰谷值電價差控制模型充分利用峰谷電價的政策,云計算能源管理和控制平臺系統(tǒng)制定出合理的冰蓄冷控制策略,并在用電高峰時,選擇卸除大廈內某些相對不重要的機電設備減少高峰負荷,或投入應急發(fā)電機以及釋放存儲的冷量等措施,實現(xiàn)避峰運行,降低運行費用。G、對空調水系統(tǒng)平衡與變流量的控制根據(jù)空調系統(tǒng)的熱交換本質一定流量的水通過表冷器與風機驅動的送風氣流進行能量交換,因此能量交換的效率不但與風速和表冷器溫度對熱效率的影響有關,同時更與冷熱供水流量與熱效率相關。云計算管理控制平臺通過對空調系統(tǒng)最遠端和最近端(相對于空調系統(tǒng)供回水分、集水器而言)的空調機在不同供能狀態(tài)和不同運行狀態(tài)下的流量和控制效果的測量參數(shù)的分析可知空調系統(tǒng)具有明顯的動態(tài)特點,運行狀態(tài)中云計算能源管理和控制系統(tǒng)按照熱交換的實際需要動態(tài)地調節(jié)著各臺空調機的調節(jié)閥,控制流量進行相應變化,因此總的供回水流量值也始終處于不斷變化的中,為了響應這種變化,供回水壓力差必須隨的有所調整以求得新的平衡。通過實驗和歷史數(shù)據(jù)建立變流量控制數(shù)學模型(算法),將空調供回水系統(tǒng)由開環(huán)系統(tǒng)變?yōu)殚]環(huán)系統(tǒng)。實測數(shù)據(jù)表明,當空氣處理機流量達到額定流量工況時,調節(jié)閥兩端壓力僅為0. 66kg/cm2-lkg/cm2。根據(jù)空氣處理機實際運行臺數(shù)和運行流量工況動態(tài)調整供水泵投入運行的臺數(shù),并輔助旁通閥的微調來達到變流量控制的方式,可以避免泄漏,提高控制精度,并減少不必要的流量損失和動力冗余,從而帶來明顯的節(jié)能效果。據(jù)實際數(shù)據(jù)計算,節(jié)能效果在25%以上。并且將供回水流量動態(tài)參數(shù)作為反饋量,調整冷水機組的運行工況,實現(xiàn)明顯的節(jié)能降耗效果。由于智能建筑科學地運用云計算管理控制平臺的節(jié)能控制模式和算法,動態(tài)調整設備運行,有效地克服由于暖通設計帶來的設備容量和動力冗余而造成的能源浪費。據(jù)統(tǒng)計,在供暖系統(tǒng)的調節(jié)中,用48小時的日平均氣溫預報來確定鍋爐房的供水、回水溫度,比憑經(jīng)驗供暖,在確保室溫不低于18°C的情況下,可節(jié)省大約3%的能源。只是采納了氣候補償方式就可以節(jié)省3% 5%的能源,并且本系統(tǒng)供熱部分能夠自動檢測室外溫度和采集室內溫度,以其為供熱負荷的重要依據(jù),在供暖季節(jié)省的能量不低于5%。H、春季過渡模式、秋季過渡模式的控制模型1)本地區(qū)的歷史室外計算(干球)溫度記錄,2)是室外日平均氣溫是否達到 IOC0。當滿足上述兩個條件時進入春季過渡季節(jié)模式,此時系統(tǒng)將根據(jù)時間表自動調節(jié)空調機組新風量的大小,以保證室內的舒適度。當室外最高溫度超過時,系統(tǒng)將采取秋季過渡季節(jié)的控制模式,采用夜間吹掃的辦法,充分利用室外涼爽的空氣凈化房間并且把房間的余熱帶走。吹掃時間可以跟據(jù)氣候的變化進行調整,夜間掃風系統(tǒng)主要依據(jù)熱負荷曲線,而不是主要使用時間程序。1)本地區(qū)的歷史室外(干球)溫度記錄,幻是室外日平均氣溫是否達到8C°。滿足上述兩個條件時系統(tǒng)進入秋季過渡季節(jié)模式,此時系統(tǒng)將根據(jù)運行的熱濕負荷曲線以及時間表自動調節(jié)空調機組新風量的大小。但是如果室外最高溫度低于15C°時,系統(tǒng)將采取春季過渡季節(jié)的控制模式,取消夜間吹掃的辦法。I、采用等效溫度和區(qū)域的控制模型人體對于溫度的反應比較敏感,但對于相對濕度的反應則要遲鈍很多,相對濕度在35% 65%之間人體的反應比較遲鈍,但是超越65%以后或低于35%,人體對濕度的反應非常激烈等等原則。在能源管理控制過程中,不單一的采用溫度作為控制指標,而是采用舒適度為控制指標,即使用等效溫度為控制指標(T = 25°C,Φ =50%)o除了采用等效溫度作為控制指標,還要采用區(qū)域控制的方法,即人體對外界環(huán)境在一定區(qū)域內感覺都是比較舒適的,所以沒有必要將等效溫度控制在一個點,而是將其控制在一定的范圍內,這樣可以使系統(tǒng)更加容易穩(wěn)定,能夠非常有效的節(jié)能,僅此一項技術,年節(jié)能就可以在普通策略的基礎上再節(jié)省10%。云計算管理控制平臺的模型算法種類有很多種,主要分為定期算法和事件觸發(fā)算法,其中定期算法包括代數(shù)計算、總值計算、設備運行時間、布爾Boolean運算、數(shù)據(jù)整合、 分段線性函數(shù)、最大及最小值記錄等,事件觸發(fā)算法包括報表任務和顯示事件、站點組群控制、區(qū)域或組群報警、組合結構的報警等。使用時根據(jù)具體需要選擇算法,建立控制模型。如圖2所示的本發(fā)明一個實施例的基于云計算的設備監(jiān)控方法的流程圖,該方法包括Sll 根據(jù)用戶設定參數(shù)對各個能耗設備進行現(xiàn)場控制并將所述用戶設定參數(shù)傳送給云計算管理控制平臺;
S12 采集與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)并傳送給云計算管理控制平臺; 所述的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)包括實時能耗參數(shù)、運行參數(shù)和安全參數(shù)。 其中,實時能耗參數(shù)通常指電計量設備直接采集的各個能耗設備的電量參數(shù),運行參數(shù)包括溫度、濕度、風量、運行時間、頻率等等各個能耗設備運行時相關的參數(shù),安全參數(shù)包括運行狀態(tài)、故障、報警等情況下各個能耗設備相關的參數(shù)。所述與各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)通過無線INTERNET網(wǎng)、有線INTERNET網(wǎng)、GPRS和3G網(wǎng)中的任一種傳送給云計算管理控制平臺。S13:在云計算管理控制平臺下根據(jù)所述采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)調整對所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式。由于使用了云計算管理控制平臺進行能源管理控制,云計算的規(guī)模性和可擴展性的特點使得超大規(guī)模能耗集中控制可以實現(xiàn),理論上講可以實現(xiàn)全球范圍內的任何種類的能源管理控制,包括建筑物能耗管理控制、電力運輸能耗管理控制等等,應用范圍更廣 ’云計算的虛擬化的特點使得各個用戶進行能耗管理控制時無需單獨配置獨立的能源管理控制平臺,而是在“云”中按需獲得,大大降低了成本;云計算的資源共享的特點使得整個控制平臺內歷史數(shù)據(jù)十分豐富,可以匹配最佳歷史數(shù)據(jù)作為參考,從而實現(xiàn)能源的最優(yōu)化配置。如圖3所示的本發(fā)明另一個實施例的基于云計算的設備監(jiān)控方法的流程圖,該方法在圖2所示的基于云計算的設備監(jiān)控方法的基礎上,所述S13步驟具體包括S131 判斷所述采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)是否匹配;如果不匹配,執(zhí)行S135步驟,如果匹配,執(zhí)行S132步驟;S132 根據(jù)所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)生成相應的能耗模型;S133:判斷所述生成的能耗模型與歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中對應的歷史能耗模型是否匹配;如果不匹配,執(zhí)行S135步驟,如果匹配,執(zhí)行S134步驟,保持所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式;所述歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中對應的歷史能耗模型是指能耗約束參數(shù)與所述生成的能耗模型匹配的歷史能耗模型,所述能耗約束參數(shù)包括所述各個能耗設備的應用環(huán)境參數(shù)、設計參數(shù)、應用場所類型參數(shù)和能源供應類型參數(shù)中的一種或者其組合。S135 調整對所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式。執(zhí)行所述S134步驟后,還包括S136步驟,將所述生成的能耗模型加入到所述歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中,豐富歷史數(shù)據(jù),為后續(xù)能耗管理控制提供參考。更加詳細的介紹請參考上述基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng)實施例中的表述。本實施例的方法在圖2所示的基于云計算的設備監(jiān)控方法的基礎上,具體給出了一種在云計算管理控制平臺下如何調整所述現(xiàn)場控制器的控制模式的方法,其充分利用了云計算管理控制平臺歷史數(shù)據(jù)豐富的特點,進一步優(yōu)化了能耗模型,降低了能耗。以上實施例僅為本發(fā)明的示例性實施例,不用于限制本發(fā)明,本發(fā)明的保護范圍由附加的權利要求書限定。本領域技術人員可以在本發(fā)明的實質和保護范圍內,對本發(fā)明做出各種修改或等同替換,這種修改或等同替換也應視為落在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng),其特征在于,包括現(xiàn)場控制器,用于根據(jù)用戶設定參數(shù)對各個能耗設備進行現(xiàn)場控制并將所述用戶設定參數(shù)傳送給云計算管理控制平臺;能耗參數(shù)采器,用于采集與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)并傳送給云計算管理控制平臺;云計算管理控制平臺,用于根據(jù)所述采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)調整所述現(xiàn)場控制器對所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式;所述現(xiàn)場控制器與所述云計算管理控制平臺之間、所述能耗參數(shù)采器與所述云計算管理控制平臺之間均通過通訊網(wǎng)絡相互通信。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng),其特征在于,所述云計算管理控制平臺具體包括接收單元,用于接收所述能耗參數(shù)采集器采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù);第一判斷單元,用于判斷所述采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)是否匹配并生產(chǎn)判斷結果;能耗模型生成單元,用于當所述第一判斷單元的判斷結果為匹配時根據(jù)所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)生成相應的能耗模型;歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫,用于存儲各種歷史能耗模型;第二判斷單元,用于判斷所述生成的能耗模型與歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中對應的歷史能耗模型是否匹配并生成判斷結果;控制模式調整單元,用于當所述第一判斷單元或所述第二判斷單元的判斷結果為不匹配時調整所述現(xiàn)場控制器對所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng),其特征在于,所述的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)包括實時能耗參數(shù)、運行參數(shù)和安全參數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng),其特征在于,所述能耗參數(shù)采器和所述現(xiàn)場控制器均對應基于IPV4協(xié)議的網(wǎng)絡地址或基于IPV6協(xié)議的網(wǎng)絡地址。
5.根據(jù)權利要求2所述的基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng),其特征在于,所述歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中對應的歷史能耗模型是指能耗約束參數(shù)與所述生成的能耗模型匹配的歷史能耗模型,所述能耗約束參數(shù)包括所述各個能耗設備的應用環(huán)境參數(shù)、設計參數(shù)、應用場所類型參數(shù)和能源供應類型參數(shù)中的一種或者其組合。
6.根據(jù)權利要求2所述的基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng),其特征在于,所述現(xiàn)場控制器包括網(wǎng)絡溫濕度控制器;所述能耗參數(shù)采集器包括網(wǎng)絡溫濕度傳感器;所述控制模式調整單元用于將所述網(wǎng)絡溫濕度控制器的控制模式調整為根據(jù)熱負荷補償曲線動態(tài)設置設定溫濕度值。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng),其特征在于,所述現(xiàn)場控制器包括網(wǎng)絡風量控制器;所述能耗參數(shù)采集器包括二氧化碳濃度傳感器;所述控制模式調整單元用于將所述網(wǎng)絡風量控制器的控制模式調整為根據(jù)所述二氧化碳濃度傳感器采集的二氧化碳濃度調節(jié)風量風速。
8.一種基于云計算的設備監(jiān)控方法,其特征在于,包括511根據(jù)用戶設定參數(shù)對各個能耗設備進行現(xiàn)場控制并將所述用戶設定參數(shù)傳送給云計算管理控制平臺;512采集與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)并傳送給云計算管理控制平臺; S13:在云計算管理控制平臺下根據(jù)所述采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)調整對所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式。
9.根據(jù)權利要求8所述的基于云計算的設備監(jiān)控方法,其特征在于,所述S13步驟具體包括5131判斷所述采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)是否匹配;如果不匹配,執(zhí)行S135步驟,如果匹配,執(zhí)行S132步驟;5132根據(jù)所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)生成相應的能耗模型;5133判斷所述生成的能耗模型與歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中對應的歷史能耗模型是否匹配;如果不匹配,執(zhí)行S135步驟,如果匹配,執(zhí)行S134步驟,保持所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式;S135 調整對所述各個能耗設備的現(xiàn)場控制模式。
10.根據(jù)權利要求9所述的基于云計算的設備監(jiān)控方法,其特征在于,執(zhí)行所述S134步驟后,還包括S136步驟,將所述生成的能耗模型加入到所述歷史能耗模型數(shù)據(jù)庫中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于云計算的設備監(jiān)控系統(tǒng)及方法,主要是利用現(xiàn)場控制器對各個能耗設備進行現(xiàn)場控制,能耗參數(shù)采集器采集與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù),云計算管理控制平臺根據(jù)所述采集到的與所述各個能耗設備的能耗有關的參數(shù)和所述用戶設定參數(shù)(設計參數(shù))進行集中控制。本發(fā)明能夠兼容所有不同廠家的節(jié)能平臺,在一個統(tǒng)一的平臺下對很多個能耗進行集中進行監(jiān)控,實現(xiàn)最大限度的節(jié)能降耗管理和網(wǎng)絡化自動控制,從而實現(xiàn)能源的最優(yōu)化配置,達到更好的節(jié)能效果。
文檔編號G05B19/418GK102193525SQ20101012006
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權日2010年3月5日
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