CN105865037B - 一种楼宇内带学习算法的热水器组群体自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种楼宇带学习算法的热水器组群体自动控制系统，包括安装在楼宇内部的若干热水器组子系统、一个无线通讯单元、一个中央数据处理及学习单元、一个数据存储单元、一个电费信息搜寻单元，所述各个热水器组子系统子之间通过所述无线通讯单元交互信息并与所述中央数据处理及学习单元联通，所述电费信息搜寻单元与所述中央数据处理及学习单元联通，所述中央数据处理及学习单元与所述数据存储单元联通。本发明能够搜集数据及信息并且由中央数据处理及学习单元进行统计与分析，统一调度，智能控制热水器的加热时间与加热温度，一方面达到移峰易谷，节省电费的效果，一方面方便居民的用水需求，同时适应当代快节奏都市生活的要求。

Description

一种楼宇内带学习算法的热水器组群体自动控制系统

技术领域

本发明属于电量节约与控制领域，涉及一种楼宇内热水器使用情况的监测与学习系统，具体涉及一种楼宇内带学习算法的热水器组群体自动控制系统。

背景技术

在当今社会中，人们无法离开对于热水器的需求，以校园为例，很多寝室卫生间内都配备有热水器。人们往往仅关注对于用水的需求，而忽略在加热水过程中对于电能的浪费。另一方面，加热热水需要时间，人们很难随到随用，热水器的使用长期以来遵循着不变的法则即加热—使用，那么我们很容易出现热水的浪费或是多次加热的情况。

发明内容

本发明的目的：为了改善现有电热水器组使用缺陷，设计一种楼宇带学习算法的热水器组群体自动控制系统，一方面达到移峰易谷、节省能源和电费，一方面方便居民的用水需求并适应当代快节奏都市生活。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种楼宇带学习算法的热水器组群体自动控制系统，包括安装在楼宇内部的若干热水器组子系统、一个无线通讯单元、一个中央数据处理及学习单元、一个数据存储单元、一个电费信息搜寻单元，所述各个热水器组子系统子之间通过所述无线通讯单元交互信息并与所述中央数据处理及学习单元联通，所述电费信息搜寻单元与所述中央数据处理及学习单元联通，所述中央数据处理及学习单元与所述数据存储单元联通。

所述热水器组子系统包括一个热水器及放置在所述热水器侧壁的一个温度传感器、一个水位传感器、一个信息采集单元、一个主控器、一个模式切换开关及显示单元；

所述温度传感器通过热水器侧壁的导热系数计算得出热水器水温,所述水位传感器记录热水器的水位,辅助对加热过程进行监控,防止出现过度加热或无水时加热损坏器件的情况,所述信息采集单元用于根据主控器的请求收集用户热水器的使用数据并发送给中央数据处理及学习单元；所述模式切换开关及显示单元显示的参数为：模式——自动处理/手动处理，水温，水位，剩余加热时间，建议加热起始时间，建议加热温度；所述主控器负责对自身管理的热水器的控制，包括加热，保温等，并通过附带指示灯指示当前热水器使用情况，同时根据模式选择情况决定是否自动处理，并控制所述信息采集单元收集用户热水器的使用数据并发送给中央数据处理及学习单元；

所述中央数据处理及学习单元，其功能在于：搜集管辖范围内所有用户热水器的使用情况，进行数据处理分析，通过与其连通的所述电费信息搜寻单元搜集电费信息，通过一个月内的使用数据分析并结合电费信息制定合理的加热计划，并返回给各个热水器组子系统。

所述中央数据处理及学习单元，拥有独创的自适应学习算法：

A.根据一个月内每次初始加热时间和加热温度的测量和统计，筛选出加热频率超过8次的时间段，并根据每次初始加热时间和加热温度计算出其平均值，作为参考值记录；所述初始加热时间指的是初始加热的时刻,加热温度是指设定要达到的预计水温，加热频率超过8次是指一个月内有8次以上在某个时间段(如19:00-20:00)处于加热状态；

B.根据每次的加热后的用水量的情况，计算出每日用水量的平均值，并以此用水量的平均值的1.2倍作为参考用水量数据，返回供用户参考或自动以此参考用水量数据进行加热；

C.根据一个月的用水情况，分析出各个用户热水器的使用习惯情况，将用水情况的需求分为大、中、小三个等级；对于大量用水的时间，时刻保持热水器初始加热状态，保证热水供应的充足，同时根据用水量的计算防止热水的过量使用；对于中等用水的时间，综合电价计量及区域内用水整体情况合理调控，对于将要到来的大量用水时期对部分热水器提前加热，对于峰谷电费转换的时期，对部分水温较低的热水器根据其需要用水的时间进行一定温度的预加热；对于小量用水的时间，尽量保证热水器处于关闭状态，并判断出可能存在用户误加热的情况，予以提醒。

所述数据存储单元，其功能在于：

A.存储一个月内管辖范围内所有用户热水器的所有操作情况：包括操作时间，操作加热温度；

B.存储一个月内连续在较短的一个时间间隔内(如5分钟及5分钟以上)，用户用水超过一定水量(如2L)的情况；

C.记录、存储管辖范围内所有用户热水器的实时水温及水位情况。

本发明的有益效果在于：本发明能够收集管辖范围内所有用户热水器的用水情况，分析各个用户每日的用水习惯与方案，搜集数据及信息并且由中央数据处理及学习单元进行统计与分析，统一调度，智能控制热水器的加热时间与加热温度，一方面达到移峰易谷，节省电费的效果，一方面方便居民的用水需求；同时显示模块显示中央处理处理及学习单元给出的分析结果，居民可以设置热水器为自动处理模式或者手动处理模式，适应当代快节奏都市生活的要求。

附图说明

图1为本发明的热水器组群体自动控制系统总体框架图；

图2为本发明中的热水器组子系统加热算法流程图；

图3为本发明中的热水器组子系统中模式切换开关及显示单元的显示参数示意图；

图4为本发明的热水器组群体自动控制系统中数据处理及学习单元的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如附图1所示，一种楼宇带学习算法的热水器组群体自动控制系统，包括安装在楼宇内部的若干热水器组子系统、一个无线通讯单元、一个中央数据处理及学习单元、一个数据存储单元、一个电费信息搜寻单元，所述各个热水器组子系统子之间通过所述无线通讯单元交互信息并与所述中央数据处理及学习单元联通，所述电费信息搜寻单元与所述中央数据处理及学习单元联通，所述中央数据处理及学习单元与所述数据存储单元联通。

所述热水器组子系统包括一个热水器及放置在所述热水器侧壁的一个温度传感器、一个水位传感器、一个信息采集单元、一个主控器、一个模式切换开关及显示单元；

所述温度传感器通过热水器侧壁的导热系数计算得出热水器水温,所述水位传感器记录热水器的水位,辅助对加热过程进行监控,防止出现过度加热或无水时加热损坏器件的情况,所述信息采集单元用于根据主控器的请求收集用户热水器的使用数据并发送给中央数据处理及学习单元；所述模式切换开关及显示单元显示的参数为：模式——自动处理/手动处理，水温，水位，剩余加热时间，建议加热起始时间，建议加热温度；所述主控器负责对自身管理的热水器的控制，包括加热，保温等，并通过附带指示灯指示当前热水器使用情况；同时根据模式选择情况决定是否自动处理，并控制所述信息采集单元收集用户热水器的使用数据并发送给中央数据处理及学习单元。

所述系统具体的工作模式为，由各个所述的热水器组子系统中的信息采集单元采集热水器实时的水温、水位情况，相隔一段时间，由所述热水器组子系统的所述主控器向所述中央数据处理及学习单元发送数据，此数据也将作为该热水器组子系统下次发送之前所述中央数据处理及学习单元认定的本段时间内热水器组子系统管辖下的热水器的水温、水位数据值、用户操作的时间、用户操作的设定温度值，等等。

所述每个热水器组子系统的控制算法，参照图2所示，对于中等或高等用水级别及加热方式，首先，热水器组子系统的主控器会设定较短时间长度为一个时间间隔，如5分钟或以上，然后检测该间隔内的水温的变化情况，如第一时段加热了5分钟，随后，所述主控器计算该时段内的水位和水温。通常，热水器的加热组件在额定功率下每分钟所能产生的热水量是可以事先测得的，这样，根据加热组件在初始第一时段内工作加热的情况和所产生的热水量计算需要的加热时间，然后与预定计划的时间相比较，调整其加热计划；接下来，所述主控器检测该初始第一时段内是否有热水消耗，即是否初始第一时段内的热水用量△H＞0，而△H＝该时段起始时内胆内的热水位Hm1+该时段内通过热源加热的热水位Hh-该时段终止时内胆内的热水量Hm2，在本实施方式中，Hm1和Hm2分别是初始第一时段开始计时时和计时终止时的混合热水位；同样，可通过温度检测系统——温度传感器检测到水温变化，如果初始第一时段内没有热水消耗，则主控器不执行任何操作，如果检测到初始第一时段内有热水消耗，则主控器接着判断是否是第一次检测到热水消耗，如果是，则可以记录下起始时间和初始热水用量。在本实施方案中，主控器在检测到是第一次用水后，还会进一步判断热水用量高度是否超过一预定值，因为，如果由于特殊情况只是消耗了少量的热水，如洗衣服，洗脚，洗手等突发性用水情况，这些情况通常不属于大量用水的使用习惯，所以可以不需要记录并改变方案，因此，如果热水用量没有超过预定值，控制器不需要执行任何操作；如果超过了预定值，则主控器会重新更改加热温度、初始水位、初始水温。

回到之前步骤，如果主控器检测到该初始第一时段内的热水消耗不是第一次，表明该初始第一时段是接着上个初始第一时段的持续用水，所以主控器需要在检测不到用水情况之后重新记录、重新制定方案，而在第一个检测阶段则会一直保持原有情况进行加热，即当出现一个用水单元紧接着一个非用水单元之后，热水器才会进行相应的处理、更改最新的方案，否则会保持原有方案的执行。但是为了防止连续用水的情况出现，当出现连续三个用水单元之后，无论之后紧接着的是用水单元还是非用水单元，主控器都会重新制定加热方案。

如果发现某个热水器组子系统出现连续加热时间过长的情况，所述中央数据处理及学习单元会发出提醒信号，并暂时关闭某个热水器组子系统中热水器加热系统，此时必须由用户自身重新打开加热系统，即便处于自动模式下，也必须由用户手动启动，防止用户误操作或事故发生。

所述中央数据处理及学习单元中学习系统参数的记录和反馈，其指标参数主要包括：

(a)用户每日的操作时间与操作设定温度；

(b)用户用水前的水位及水温；

(c)用户用水后的水位及水温。

通过以上指标，所述中央数据处理及学习单元可以计算出各个热水器组子系统的热水器需要热水的时刻，热水器需要开始加热的时刻；同时根据每天剩余的热水量，计算出使用的热水量，以该数值的1.2倍为标准作为平均数中的更新数据，为之后设定热水温度和时间提供参考；如果是0剩余的情况，将今日的用水量数值进行翻倍，计算得出更新数据，为之后设定热水温度和时间提供参考，保证之后用水的充足。

对于预计用水量计算的方法:有效数据为30日内每日特定时段的用水量，其中离计算日30日到20日其计算权重以1％计算，总共占10*1％＝10％；离计算日19日到10日，计算权重以3％计算，占3％*10＝30％；离计算日10日至0日，计算权重以6％计算，占60％；如某日出现用水不足或正好用完的情况，该日用水量数值翻倍计算得出更新数据，再按照对应权重计算，为之后用水量提供参考。

计算出预计用水量之后，制定出在用水情况为高、中、低三种情况下的加热方案，制定加热的标准，包括开始加热的时间，预设的温度，这两点会在反馈过程中调整，具体算法在文中有关每个热水器组子系统的控制算法部分已有阐述。

所述楼宇带学习算法的热水器组群体自动控制系统还可以设置应急用水，在楼宇中设置固定的热水储存装置，保持一定量的水位及水温，以备用户急用。

Claims (3)

1.一种楼宇带学习算法的热水器组群体自动控制系统，其特征在于，包括安装在楼宇内部的若干热水器组子系统、一个无线通讯单元、一个中央数据处理及学习单元、一个数据存储单元、一个电费信息搜寻单元，所述各个热水器组子系统之间通过所述无线通讯单元交互信息并与所述中央数据处理及学习单元联通，所述电费信息搜寻单元与所述中央数据处理及学习单元联通，所述中央数据处理及学习单元与所述数据存储单元联通；

所述热水器组子系统包括一个热水器及放置在所述热水器侧壁的一个温度传感器、一个水位传感器、一个信息采集单元、一个主控器、一个模式切换开关及显示单元；所述温度传感器通过热水器侧壁的导热系数计算得出热水器水温,所述水位传感器记录热水器的水位,辅助对加热过程进行监控,防止出现过度加热或无水时加热损坏器件的情况,所述信息采集单元用于根据主控器的请求收集用户热水器的使用数据并发送给中央数据处理及学习单元；所述模式切换开关及显示单元显示的参数为：模式——自动处理/手动处理，水温，水位，剩余加热时间，建议加热起始时间，建议加热温度；所述主控器负责对自身管理的热水器的控制，包括加热，保温，并通过附带指示灯指示当前热水器使用情况，同时根据模式选择情况决定是否自动处理，并控制所述信息采集单元收集用户热水器的使用数据并发送给中央数据处理及学习单元；

所述中央数据处理及学习单元，其功能在于：搜集管辖范围内所有用户热水器的使用情况，进行数据处理分析，通过与其连通的所述电费信息搜寻单元搜集电费信息，通过一个月内的使用数据分析并结合电费信息制定合理的加热计划，并返回给各个热水器组子系统。

2.根据权利要求1所述的楼宇带学习算法的热水器组群体自动控制系统，其特征在于，所述中央数据处理及学习单元拥有独创的自适应学习算法：

A.根据一个月内每次初始加热时间和加热温度的测量和统计，筛选出加热频率超过8次的时间段，并根据每次初始加热时间和加热温度计算出其平均值，作为参考值记录；

B.根据每次的加热后的用水量的情况，计算出每日用水量的平均值，并以此用水量的平均值的1.2倍作为参考用水量数据，返回供用户参考或自动以此参考用水量数据进行加热；

C.根据一个月的用水情况，分析出各个用户热水器的使用习惯情况，将用水情况的需求分为大、中、小三个等级；对于大量用水的时间，时刻保持热水器初始加热状态，保证热水供应的充足，同时根据用水量的计算防止热水的过量使用；对于中等用水的时间，综合电价计量及区域内用水整体情况合理调控，对于将要到来的大量用水时期对部分热水器提前加热，对于峰谷电费转换的时期，对部分水温较低的热水器根据其需要用水的时间进行一定温度的预加热；对于小量用水的时间，尽量保证热水器处于关闭状态，并判断出可能存在用户误加热的情况，予以提醒。

3.根据权利要求1所述的楼宇带学习算法的热水器组群体自动控制系统，其特征在于，所述数据存储单元，其功能在于：

A.存储一个月内管辖范围内所有用户热水器的所有操作情况：包括操作时间，操作加热温度；

B.存储一个月内连续在较短的一个时间间隔内，用户用水超过一定水量的情况；

C.记录、存储管辖范围内所有用户热水器的实时水温及水位情况。