CN104583683A - 基于云的建筑物自动化系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作建筑物内的HVAC系统以控制建筑物内的环境状况的控制系统具有联网至远程非现场部件的现场部件。所述现场部件监测建筑物内的状况并操作HVAC系统，而所述非现场部件能够由系统提供者用来向现场部件传送更新并监测被用于操作HVAC系统的控制算法的有效性。本发明包括根据各种订阅计划向客户端提供定制的HVAC有关的控制、报告、通知和诊断服务的方法。

Description

基于云的建筑物自动化系统
相关申请
本申请要求2012年5月15日申请的、标题为CLOUD BASED BUILDINGAUTOMATION SYSTEMS的美国临时申请No.61/647,350的优先权，该美国临时申请通过引用方式全部被并入本文中。
技术领域
本发明总体上涉及用于基于建筑物内的监测的环境状况来操作供热、通风和空气调节(“HVAC”)的控制系统。更具体地，本发明针对一种用于HVAC系统的中央控制系统，该中央控制系统具有用于操作HVAC系统的存储的控制算法并且可连接至用于接收更新的控制算法的云。
背景技术
自动化的HVAC系统通过监测建筑物内的环境状况并相应地调节HVAC系统的操作来保持建筑物内的环境状况。通常，在中央控制器处收集由被定位在建筑物各处的传感器或恒温器(thermostat)所测量的环境状况，该中央控制器基于存储的控制算法来计算针对HVAC系统的适当的操作指令。因为HVAC系统常常是高耗能操作的，所以控制算法通常被设计成操作HVAC系统以最低限度地实现期望的环境状况，以便使消耗的能量最小化。
设计用于HVAC系统的控制算法的固有挑战是每个建筑物独特地需要针对HVAC系统的不同的操作参数。不变因素(诸如建筑物尺寸和内部结构)能够改变针对HVAC系统的适当的操作参数。类似地，变化因素(诸如每日天气、变化的季节状况和通过建筑物的人的变化通过量(throughout))能够改变适当的操作参数。因此，能够最佳地操作第一建筑物的HVAC系统的控制算法可能较低效率地操作第二建筑物的HVAC系统。当建筑物状况随着时间改变时，针对建筑物优化的优化控制算法会变得不适当。
尽管能够修改控制算法以提高控制系统的效率，但是用于更新控制算法的实现过程通常是繁琐且费时的。为了正确地修改控制算法，必须现场执行并连续监测修改，直到系统达到稳态以确定修改是否有效为止。影响HVAC系统的操作的大量因素通常要求在延长的时间段内监测修改，以确保这些修改解决或缓解了尽可能多的因素。现场修改和延长监测是效率低的，并且可能花费大量时间以正确地执行。此外，在建筑物中或在建筑物周围的变化状况能够致使修改无实际意义。
随着能源成本上升，存在对于确保中央控制器正以最大可能的效率操作HVAC系统的需要。就其本身而言，存在对于减少繁琐的修改过程以保持以最大化效率操作HVAC系统的手段(means)的实质需要。
发明内容
本发明针对一种用于操作建筑物内的HVAC系统以控制建筑物内的环境状况的控制系统和有关的操作方法。该控制系统包括在待控制的每个建筑物处安装的至少一个现场部件和联网至每个现场部件的非现场部件。现场部件监测建筑物内的状况并直接操作HVAC系统，而非现场部件能够由系统提供者用来向现场部件传送更新并远程地监测用于操作HVAC系统的控制算法的有效性。因此，系统提供者能够向现场部件远程地推送控制算法修改并且远程地监测色彩算法修改的有效性。非现场部件包括至少一个非现场服务器，该至少一个非现场服务器可由系统提供者获得用于远程地更新控制算法并监测建筑物内的状况。类似地，非现场部件的位置允许服务提供者提供订阅服务(诸如现场部件的定期更新或监测)，以监测控制算法的有效性。
每个现场部件都包括中央控制器和无线地连接至该中央控制器的多个辅助(secondary)单元。辅助单元能够包括至少一个传感器单元，该至少一个传感器单元包括用于收集和发送关于建筑物内的当前状况的信息的传感器或恒温器。辅助单元还能够包括至少一个辅助控制器，该至少一个辅助控制器连接至HVAC单元，以用于从中央控制器接收命令指令并发送关于HVAC单元的当前操作状况的信息。
在本发明的一个实施方式中，非现场部件包括用于接收和存储控制算法的服务器。非现场服务器能够被定位在服务提供者处，从而使得服务提供者能够容易地上传新的控制算法并修改在存储器部件上存储的现有算法。在该构造中，建筑物信息和操作状况能够由辅助单元收集并且被发送至中央控制器。中央控制器聚集数据并将所述数据重新发送至非现场服务器。能够在非现场服务器处处理所发送的数据，以生成用于在建筑物处的HVAC系统的、被发回至中央控制器的一组操作指令，所述中央控制器将这些操作指令分发给适当的辅助单元。
将控制算法存储在服务提供者处允许服务提供者容易获取控制算法，以对所述算法进行修改而不必在建筑物处现场进行改变。非现场服务器能够连接至在多个建筑物处的多个现场部件。在特定方面，能够在非现场服务器处迅速进行对在中央服务器处存储的控制算法的全局修改，而不是要求出行至每个建筑物以在每个现场部件处应用修改。
在另一个实施方式中，控制算法被存储在每个现场部件处而不是在非现场服务器处的地点(site)上。在该构造中，非现场服务器能够由服务提供者访问以向每个受控建筑物的现场部件远程地发送修改。类似地，现场部件能够被构造成将建筑物信息定期地上传至非现场服务器，以便由服务提供者监测以确定控制算法的有效性并确定对算法的任何修改是否有必要。
根据本发明的实施方式，一种用于保持建筑物内的环境状况的方法包括提供联网至现场部件的非现场部件，其中，现场部件包括无线地连接至少一个传感器单元的中央控制器和连接至HVAC系统的至少一个辅助控制器。所述方法还包括将至少一个控制算法存储在中央控制器上。所述方法还包括收集建筑物内的环境状况的至少一个测量并将测量发送至中央控制器。所述方法还包括通过中央控制器处理测量以生成用于操作HVAC系统的至少一个控制指令。所述方法还包括从中央控制器向辅助控制器发送指令，以根据控制指令来操作HVAC系统。最后，所述方法包括从非现场部件向中央控制器发送至少一个编程修改并根据编程修改来修改控制算法。
根据本发明的实施方式，一种用于保持建筑物内的环境状况的方法包括提供联网至现场部件的非现场部件，其中，现场部件包括无线地连接至少一个传感器单元的中央控制器和连接至HVAC系统的至少一个辅助控制器。所述方法还包括将至少一个控制算法存储在非现场部件上。所述方法还包括收集建筑物内的环境状况的至少一个测量并将测量发送至中央控制器。所述方法还包括从中央控制器向非现场部件发送测量，并且在非现场部件处处理测量以生成用于操作HVAC系统的至少一个控制指令。所述方法还包括从非现场部件向中央控制器发送指令，其中，中央控制器将控制指令分发给辅助控制器以根据所述控制指令来操作HVAC系统。最后，所述方法包括在非现场部件处修改控制算法以在现场部件处更改HVAC系统的操作。
还公开了一种用于提供用于建筑物能量管理系统的能量优化方案的方法。代替销售硬件和安装到建筑物中，订阅服务被提出以提供硬件和软件优化系统。通过利用人工智能和模糊逻辑，所提出的方法将不断地学习以基于每个建筑物的独特且变化的特性来使总的能量使用最小化。通过将软件平台放置在云上，现场要求降低了。能够用特别设计的无线控制器来改造(retrofitted)现有位置。能够通过利用无线能力并将在结构外部的控制放置在云上以较少的成本完成新的系统。该结构将在失去通信的情况下仅需要最小级别(level)的内部控制。能够提供多个级别的服务，包括：调度器；报警处理器；动态图形；事件的通知；趋势；用户账户信息；报告生成器；能量优化算法、诊断能力和服务工具。所述方法包括允许用户从将根据订阅计划提供的选项的菜单中选择。
本发明的各个典型实施方式的上述概要不意在描述本发明的每个例示的实施方式或每个实现。相反地，这些实施方式被选择并描述为使得本领域技术人员能够领会和理解本发明的原理和实践。接着的详细描述的图更具体地举例说明这些实施方式。
附图说明
能够结合附图考虑到本发明的各个实施方式的以下详细描述来完全理解本发明，其中：
图1是根据本发明的实施方式的控制系统的示意图。
虽然本发明可适合于各种修改和另选形式，但是其细节已经通过示例的方式被示出在附图中并将详细地描述。然而，应该理解的是，目的不是将本发明限制于所描述的特定实施方式。相反，目的在于涵盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物以及另选方案，如同由所附的权利要求限定的一样。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的实施方式，用于控制至少一个建筑物内的环境状况的控制系统10包括非现场部件12和至少一个现场部件14。非现场部件12可以包括通常被称为云计算的事物。非现场部件12操作为用于直接访问现场部件14的远程终端。非现场部件12包括用于存储和处理信息的至少一个服务器16。非现场部件12被定位在离待控制的每个建筑物遥远的地点处，并且经由网络连接18连接至每个建筑物处的现场部件14。网络连接18能够包括但不限于硬线(hard line)和无线电信装置。网络连接18能够被用来远程地监测建筑物状况并向非现场部件12传送系统更新。在特定方面，单个非现场部件12能够被联网至多个现场部件14。另选地，多个非现场部件12能够各自连接至单个现场部件14，其中，非现场部件12被定位在相同的位置处，以便方便接入至每个单个现场部件14。
现场部件14包括中央控制器20和多个辅助单元22。多个辅助单元22能够进一步包括至少一个传感器单元24和至少一个辅助控制器26。每个传感器单元24可操作地连接至环境传感器28，该环境传感器28包括但不限于温度计、湿度传感器和气压计。环境传感器28收集关于建筑物内的当前环境状况的测量。类似地，每个辅助控制器26可操作地连接至HVAC系统30并适合于根据至少一个控制指令来控制HVAC系统30的操作。每个辅助单元22经由无线连接32连接至中央控制器20，从而允许信息在辅助单元与中央控制器20之间的无线传输。无线连接32能够包括无线电、蓝牙(BLUETOOTH)、Wi-Fi或其它传统无线技术。当辅助单元22与中央控制器20无线通信时，中央控制器20和辅助单元22是模块化的，并且能够独立于现场部件14的其余部分被替换或更新。
在一个方面，用于基于建筑物内的当前环境状况来生成控制指令的至少一个控制算法能够被存储在中央控制器20上。在该构造中，环境传感器28能够收集指示建筑物内的当前环境状况的至少一个环境测量。环境测量能够经由传感器单元24被发送至中央控制器20。中央控制器20能够利用控制算法来处理环境测量，以产生被发送至适当的辅助控制器26以用于操作HVAC系统30的至少一个控制指令。环境传感器28随后能够收集另外的环境测量以评估控制算法的有效性。通过模糊逻辑/人工智能过程，当控制器20“获知(learn)”结构的特性时，控制器20能够随时间而提高效率。
在该构造中，环境测量能够经由网络连接18被发送至非现场部件12，并且被存储在服务器16上以用于建筑物的长期监测。系统提供者能够获取环境测量以确定控制算法的有效性并确定控制算法是否需要被修改。任何修改都能够经由网络连接18从服务器16被发送至中央控制器20，以修改在中央控制器20上存储的控制算法。在一个方面，修改过程可以是反复的，其中，评估和修改的多个循环被执行以达到期望的效率。
在一个方面，控制算法能够被存储在服务器16而不是中央控制器20上。在该构造中，由环境传感器28所收集的测量由中央控制器20聚集并经由网络连接18发送至服务器16供处理。一旦生成了控制指令，服务器16就将这些控制指令发回至中央控制器20，中央控制器20将这些控制指令分发给适当的辅助控制器26。系统提供者能够直接在服务器16处修改控制算法以改进算法的有效性。在该构造中，能够在中央控制器20上实现备份控制算法，以便在失去至服务器16的网络连接18的情况下保持现场部件14的操作。
根据本发明的实施方式，用于保持建筑物内的环境状况的方法包括提供包括联网至现场部件14的非现场部件12的控制系统10，其中，现场部件14包括无线地连接至少一个传感器单元24的中央控制器20和连接至HVAC系统30的至少一个辅助控制器26。该方法还包括在中央控制器上实现至少一个控制算法。该方法还包括利用传感器单元24来收集建筑物内的环境状况的至少一个测量并将该测量发送至中央控制器20。该方法还包括通过中央控制器20来处理测量以生成用于操作HVAC系统30的至少一个控制指令。该方法还包括从中央控制器20向辅助控制器26发送指令以根据控制指令来操作HVAC系统30。最后，该方法包括从非现场部件14向中央控制器20发送至少一个编程修改并利用所发送的编程修改来修改在中央控制器20上存储的控制算法。
本文中还提供了通过无线通信的方式向云服务器提供建筑物自动化/能量管理服务的方法。这样的方法可以是按年费的或通过订阅服务的。根据本发明的实施方式，建筑物内的环境状况包括设置联网至现场部件14的非现场部件12，其中，现场部件14包括无线地连接至少一个传感器单元24的中央控制器20和连接至HVAC系统30的至少一个辅助控制器26。该方法还包括将至少一个控制算法存储在非现场部件12上。该方法还包括利用传感器单元24来收集建筑物内的环境状况的至少一个测量并将测量发送至向中央控制器20。该方法还包括从中央控制器20向非现场部件12发送测量，并且在非现场部件12处处理测量以生成用于操作HVAC系统30的至少一个控制指令。该方法还包括从非现场部件12向中央控制器20发送指令，其中，中央控制器20将控制指令分发给辅助控制器26以根据控制指令来操作HVAC系统30。最后，该方法包括在非现场部件12处修改控制算法以在现场部件14处更改HVAC系统30的操作。所提供的服务可以根据需要为单个用户定制(tailored)。例如，能够在一个包(package)中提供基本服务，同时在另一包中提供利用人工智能的高级控制服务。
虽然本发明可适合于各种修改和另选形式，但是其细节已经通过示例的方式被示出在附图中并详细地描述。然而，要理解的是，目的不是将本发明限制于所描述的特定实施方式。相反，目的在于涵盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物以及另选方案，如同由所附的权利要求限定的一样。

Claims (17)

1.一种用于控制建筑物内的环境状况的控制系统，该控制系统包括：
至少一个现场部件，所述至少一个现场部件位于所述建筑物处并且还包括：
中央控制器，
至少一个传感器单元，所述至少一个传感器单元用于从所述建筑物内收集至少一个环境测量并且将所述环境测量发送至所述中央控制器，以及
至少一个辅助控制单元，所述至少一个辅助控制单元能够操作性地连接至HVAC系统，
其中，所述中央控制器向控制所述HVAC系统的操作的所述辅助控制单元发送至少一个操作指令，以实现所述建筑物内的期望的环境状况；以及
非现场部件，所述非现场部件远离所述建筑物并且联网至所述至少一个现场控制器，以用于远程地修改从所述中央控制器发送至所述辅助控制单元的所述操作指令。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，用于基于所述环境测量来计算所述操作指令的控制算法被存储在所述中央控制器上。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，通过从所述非现场部件向所述现场部件发送第一修改指令来修改所述操作指令，以更改在所述中央控制器上存储的所述控制算法。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，用于基于所述环境测量来计算所述操作指令的控制算法被存储在所述非现场部件上。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述控制算法在所述非现场部件处被更改，以修改被发送至所述辅助控制单元的所述操作指令。
6.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述中央控制器聚集环境测量以便发送至所述非现场部件，并且将从所述非现场部件发送至所述现场部件的操作指令转发至所述辅助控制单元。
7.一种用于控制建筑物内的环境状况的方法，该方法包括：
在所述建筑物处设置现场部件，并且包括中央控制器、传感器单元和能够操作性地连接至HVAC系统的辅助控制单元；
将非现场部件联网至所述现场部件，其中，所述非现场部件远离所述现场部件；
利用所述传感器单元来收集所述建筑物内的环境测量；
将所述环境测量无线地发送至所述中央控制器；
向所述辅助控制单元无线地发送控制指令，其中，所述控制指令对应于所述环境测量；
根据所述控制指令来操作所述HVAC系统；以及
经由所述非现场部件来远程地修改所述控制指令。
8.根据权利要求7所述的方法，该方法还包括：
将控制算法存储在所述中央控制器上；以及
基于所述环境测量来计算所述控制指令。
9.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括：
从所述非现场部件发送修改指令以更改在所述中央控制器上存储的所述控制算法，以便生成修改后的控制算法。
10.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括：
基于所述环境测量利用所述修改后的控制算法来计算修改后的控制指令。
11.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括：
利用所述传感器单元来收集所述建筑物内的第二环境测量；
将所述第二环境测量无线地发送至所述中央控制器；以及
将所述第二环境测量与期望的环境测量进行比较。
12.根据权利要求7所述的方法，该方法还包括：
将控制算法存储在所述非现场部件上；
从所述非现场部件发送所述环境测量；
基于所述环境测量来计算所述控制指令；以及
将所述控制指令从所述非现场部件发送至所述现场部件。
13.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括：
修改所述非现场部件上的所述指令以更改在所述非现场部件上存储的所述控制算法，以便生成修改后的控制算法。
14.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括：
基于所述环境测量利用所述修改后的控制算法来计算修改后的控制指令。
15.根据权利要求14所述的方法，该方法还包括：
利用所述传感器单元来收集所述建筑物内的第二环境测量；
将所述第二环境测量发送至所述非现场控制器；以及
将所述第二环境测量与期望的环境测量进行比较。
16.根据权利要求7所述的方法，该方法还包括：
在第二建筑物处设置第二现场部件，并且包括中央控制器、传感器单元和能够操作性地连接至HVAC系统的辅助控制单元；以及
将所述非现场部件联网至所述现场部件，其中，所述非现场部件远离所述第二现场部件。
17.根据权利要求16所述的方法，该方法还包括：
经由所述非现场部件远程地修改由第二中央控制器发送的控制指令。
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