CN108874003B - 一种基于节能算法的热水设备运行智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于节能算法的热水设备运行智能监控系统，该系统针对商业中热水制热设备的监控领域，在热水设备中安装传感器对其工作过程进行实时监测，无需工程技术人员去现场试试检测，可以在远程对设备运行状态进行监控。无需手动调节设备的各种运行参数，自动根据环境变化和用户用水变化对制热设备的运行进行自适应调节。在满足用户正常热水使用需求的前提下，实现自动节能管理。当制热设备出现运行异常的情况下，可以通过手机APP或后台监控系统进行提前预警，避免了设备故障事后才进行处理所造成的损失。

Description

一种基于节能算法的热水设备运行智能监控系统

技术领域

本发明涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种基于节能算法的热水设备运行智能监控及预警系统。

背景技术

目前在热水制热行业，普遍采用热水热泵控制板，对热泵输出进行控制。控制的原理主要是对热水的温度，液位等参数进行检测，进而对热泵输出和水阀开关进行控制。但是现有技术中对热水制热设备的监控缺乏对设备运行环境的参数分析、对用户历史数据分析和对设备运行状态的监控，因此造成能量消耗远远超出实际所需的能量，另外一方面，有部分机构开始关注每一个末端的用户需求，进而推算出整体需求，实现节能控制的目的。但是这种方法所实现的系统成本过于高昂，无法大面积推广。并且现有技术的热水热泵控制系统仅仅关注在能量节能方面，对于设备运行工况方面缺少自动管理的功能，只是通过复杂的传感技术实现了总用能需求的统计，没有对实际消耗的热量进行合理的预测和估算，因此造成能源浪费的现象。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于节能算法的热水设备运行智能监控系统，包括用于检测热水设备在运行状态下水箱内液体的温度信息、水箱周围环境的温度信息、水箱的水压信息、制热设备的用电数据信息、水箱内的液位信息、制热设备出水温度信息，制热设备回水温度信息的数据检测单元；

接收所述数据检测单元传送的数据信息结合该水箱的历史工作数据和工作经验对设备运行状况进行分析判断是否有故障发生或者隐患现象发生的中央处理器，所述中央处理器采用后台大数据分析和智能算法根据水管理行业的专业知识对热泵的加热时间、加热温度以及水箱液位进行工作状态的智能控制并发出报警信号；

接收所述中央处理器传送的指令信息的节能控制模块和报警模块，所述节能控制模块根据接收到的指令信息控制补水阀和供水阀的工作，所述报警模块根据接收到的指令信号发出报警信号；

还包括与中央处理器进行无线数据通信的用户APP和云平台,所述用户APP对热水设备的工作状态进行远程监控，所述云平台根据接收到的数据信息对热水设备的现场工作参数进行实时存储，同时结合历史数据把相应的控制指令下发给现场进行实时控制。

所述数据检测单元至少包括水压传感模块、水温传感模块、水量传感模块、环境温度传感模块、液位传感模块和能耗读取模块；

所述水温传感模块至少包括水箱温度传感器、热泵回水温度传感器、热泵出水温度传感器，工作状态下所述水箱温度传感器用于检测水箱内热水的温度信息，所述热泵回水温度传感器和热泵出水温度传感器用于检测热泵回水温度信息和出水温度信息，所述中央处理器接收水箱温度传感器、热泵回水温度传感器和热泵出水温度传感器传送的数据信息判断水箱是否需要进行加热处理、判断热泵是否正常工作、以及结合水流量和电量数据信息计算出每一台热泵主机的能效比，当能效比低于设定阈值时则判断设备处于非最佳工作状态则通知报警模块发出报警信号对用户和运维人员进行预警提示；

所述水压传感模块检测水箱的压力信息将检测到的信息传送至中央处理器，所述中央处理器根据压力数值进行判断，当水压力值超过设定阈值则判断用户负荷小，当水压力值小于设定阈值则判断用户需求量大，同时中央处理器根据水压力值判断水管是否出现异常并通过报警模块发出报警信号提示用户。

所述水量传感模块用于检测热水设备的用水量数据，所述环境温度传感模块用于检测热水设备在工作状态下的环境温度信息，所述液位传感模块用于实时监测水箱内水位信息从而计算出用水量信息，所述能耗读取模块根据热水设备的用水量从而计算机组的能效比和热水设备在工作过程中的能量消耗信息。

所述云平台针对现场收集的热水设备的相关工作参数并结合区域环境温度以及时间信息进行综合智能判断、进行线上数据和线下数据的融合运用。

所述节能控制模块接收中央处理器的指令信息对热泵主机、供水泵、循环泵、回水阀、补水阀的工作过程进行实时控制保证热水设备处在最佳的工作能效。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于节能算法的热水设备运行智能监控系统，该系统针对商业中热水制热设备的监控领域，在热水设备中安装传感器对其工作过程进行实时监测，无需工程技术人员去现场试试检测，可以在远程对设备运行状态进行监控。无需手动调节设备的各种运行参数，自动根据环境变化和用户用水变化对制热设备的运行进行自适应调节。在满足用户正常热水使用需求的前提下，实现自动节能管理。当制热设备出现运行异常的情况下，可以通过手机APP或后台监控系统进行提前预警，避免了设备故障事后才进行处理所造成的损失。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的一种基于节能算法的热水设备运行智能监控系统，具体包括

数据检测单元，该数据监测单元安装在热水设备上用于检测热水设备在运行状态下水箱内液体的温度信息、水箱周围环境的温度信息、水箱的水压信息、制热系统的用电数据信息、水箱内的液位信息、制热设备出水温度信息，制热设备回水温度信息等等。

接收所述数据检测单元传送的数据信息结合该水箱的历史工作数据和工作经验对设备运行状况进行分析判断是否有故障发生或者隐患现象发生的中央处理器，该中央处理器基于各种传感参数的分析，加上专业的人工智能算法，首先是方便用户进行设备管理和故障提前预警；其次，通过人工智能算法，在满足用户使用需求的前提下，大大节约了能源，并且具有稳定度高、效率更高的优点。并且所述中央处理器采用后台大数据分析和智能算法根据水管理行业的专业知识对热泵的加热时间、加热温度以及水箱液位进行工作状态的智能控制并发出报警信号。

节能控制模块和报警模块，所述节能控制模块根据接收到的指令信息控制补水阀和供水阀的工作，所述报警模块根据接收到的指令信号发出报警信号。

另外该系统还包括与中央处理器进行无线数据通信的用户APP和云平台,所述用户APP对热水设备的工作状态进行远程监控，所述云平台根据接收到的数据信息对热水设备的现场工作参数进行实时存储，同时结合历史数据把相应的控制指令下发给现场进行实时控制。

进一步的，所述数据检测单元至少包括水压传感模块、水温传感模块、水量传感模块、环境温度传感模块、液位传感模块和能耗读取模块等多个传感器。

所述水温传感模块至少包括水箱温度传感器、热泵回水温度传感器、热泵出水温度传感器，工作状态下所述水箱温度传感器用于检测水箱内热水的温度信息，所述热泵回水温度传感器和热泵出水温度传感器用于检测热泵回水温度信息和出水温度信息，所述中央处理器接收水箱温度传感器、热泵回水温度传感器和热泵出水温度传感器传送的数据信息判断水箱是否需要进行加热处理、判断热泵是否正常工作、以及结合水流量和电量数据信息计算出每一台热泵主机的能效比，当能效比低于设定阈值时则判断设备处于非最佳工作状态则通知报警模块发出报警信号对用户和运维人员进行预警提示。

所述水压传感模块检测水箱的压力信息将检测到的信息传送至中央处理器，所述中央处理器根据压力数值进行判断，当水压力值超过设定阈值则判断用户负荷小，当水压力值小于设定阈值则判断用户需求量大，同时中央处理器根据水压力值判断水管是否出现异常并通过报警模块发出报警信号提示用户。工作状态下：水压传感模块据能够检测用户的用水需求情况。当水压大的时候，表明用户符合比较小，反之，则用户的需求比较大。水压传感模块也可以验证水泵是的能够达到目标扬程以满足各楼层用户的需求。因此，通过水压数据传感数值，可以判断热水管路是否有异常。一旦出现异常情况，可以通过手机APP或云平台提醒用户或者运维人员。

所述水量传感模块用于检测热水设备的用水量数据，所述环境温度传感模块用于检测热水设备在工作状态下的环境温度信息，所述液位传感模块用于实时监测水箱内水位信息从而计算出用水量信息，所述能耗读取模块根据热水设备的用水量从而计算机组的能效比和热水设备在工作过程中的能量消耗信息。同时用水量数据一方面用来量化计算判断机组的能效比；另外一方面可以用于大数据分析判断用户的使用习惯数据。当能效比出现异常或者用水量出现异常时，可以通过用户APP或者后台提醒用户和运维人员。

进一步的，所述液位传感模块主要用于判断水箱热水高度。当热水高度低于一定数值，需要启动水阀进行补水，反之当液位高度超过一定数值时候，需要停止补水。通过以上控制，可以是热水水箱始终控制在一定合理范围内。但是当在某些特定情况下，水箱液位可能出现不正常情况，即持续超出上限或下限值，或这通过补水仍然无法改变液位，这时候监控系统就需要进行报警，提醒用户或者运维人员及时排查异常状况。

进一步的，所述能耗读取模块在是指在系统工作过程中，所消耗的能量总量，主要指用电量，通过远程抄表系统，能够实时、自动获取系统的实时能耗信息。结合系统的用水量，水温差信息，可以计算出单位热水能耗数据，并换算成对应的金额，能耗数据的采集是设备故障预警的依据，同时也是判断节能效果的重要指标。

进一步的，所述云平台针对现场收集的热水设备的相关工作参数并结合区域环境温度以及时间信息进行综合智能判断、进行线上数据和线下数据的融合运用。其中云平台通过无线通信模块与中央处理器进行无线数据通信，一方面可以把现场收集的各种参数传到云平台；另一方面，云平台的大数据和人工智能算法运算结果，会通过无线传输模块把相应的结果和指令传输到现场。现场节能控制软件，也可以通过无线传输模块实现远程升级。

进一步的，所述节能控制模块接收中央处理器的指令信息对热泵主机、供水泵、循环泵、回水阀、补水阀的工作过程进行实时控制保证热水设备处在最佳的工作能效。工作状态下中央处理器在控制过程中可以包括如下几点：1、热泵主机方面：在设定的工作时间区间内如系统判定水箱内的热水温度比主机启动温度控制参数，下限低时，启动循环泵和所有主机；当系统判定水箱内的热水温度达到主机启动温度控制参数上限时，则停止所有主机，30秒后停止循环泵。主机可根据数据分接到3路主机开关上。2、主备循环泵方面，主备循环泵按照设定的间隔即主备循环泵切换周期切换循环泵，当设定间隔为0时，备循环泵保持与主循环泵工作状态一致。循环泵是否工作受上述逻辑控制。3、主备供水泵方面，按照设定的间隔即主备供水泵切换周期切换供水泵，设定间隔为0时，备供水泵保持与主供水泵工作状态一致。供水泵是否工作受时段控制。在给定时间区间内运作，非该时段则停止。4、补水阀：补水电磁阀的开启、关闭受水箱液位高度和水箱热水温度双重控制，如系统判定水箱的液位高度比水位控制参数下限低，同时水箱的热水温度比补水温度控制参数上限高时，补水电磁阀给电开启；如系统判定水箱的液位高度达到水位控制参数上限或水箱的热水温度达到补水温度控制参数下限时，补水电磁阀断电关闭。5、供水阀：当系统判定管道内水压大时，回水温度比回水温度控制参数下限低时，回水电磁阀给电开启，当系统判定管道内回水温度达到回水温度控制参数上限时，回水电磁阀断电关闭。

本发明的基于节能算法的热水设备运行智能监控系统主要由前端数据检测单元和中央处理器和后端云平台组成，这种经典结构能够通过对热水设备的工作状态下水箱等设备的多项参数进行实时采集，通过中央处理的人工智能中心和大数据分析中心根据不同的环境特点和用能需求对热水设备进行故障评估和判断，并且进行需求预测，按用户实际热水需求在保留一定余量的情况下按需制热和供水处理。同时该协议也可以对设备运行情况进行监控，当发现能耗异常时，能够及时通知用户或者后台管理人员，做到事前预防的效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于节能算法的热水设备运行智能监控系统，其特征在于包括：

用于检测热水设备在运行状态下水箱内液体的温度信息、水箱周围环境的温度信息、水箱的水压信息、制热系统的用电数据信息、水箱内的液位信息、制热设备出水温度信息，制热设备回水温度信息的数据检测单元；

接收所述数据检测单元传送的数据信息结合该水箱的历史工作数据和工作经验对设备运行状况进行分析判断是否有故障发生或者隐患现象发生的中央处理器，所述中央处理器采用后台大数据分析和智能算法根据水管理行业的专业知识对热泵的加热时间、加热温度、水箱液位、制热设备工作能效进行工作状态的智能控制并发出报警信号；

接收所述中央处理器传送的指令信息的节能控制模块和报警模块，所述节能控制模块根据接收到的指令信息控制补水阀和供水阀的工作，所述报警模块根据接收到的指令信号发出报警信号；

还包括与中央处理器进行无线数据通信的用户APP和云平台,所述用户APP对热水设备的工作状态进行远程监控，所述云平台根据接收到的数据信息对热水设备的现场工作参数进行实时存储，同时结合历史数据把相应的控制指令下发给现场进行实时控制；

所述数据检测单元至少包括水压传感模块、水温传感模块、水量传感模块、环境温度传感模块、液位传感模块和能耗读取模块；

所述水温传感模块至少包括水箱温度传感器、热泵回水温度传感器、热泵出水温度传感器，工作状态下所述水箱温度传感器用于检测水箱内热水的温度信息，所述热泵回水温度传感器和热泵出水温度传感器用于检测热泵回水温度信息和出水温度信息，所述中央处理器接收水箱温度传感器、热泵回水温度传感器和热泵出水温度传感器传送的数据信息判断水箱是否需要进行加热处理、判断热泵是否正常工作、以及结合水流量和电量数据信息计算出每一台热泵主机的能效比，当能效比低于设定阈值时则判断设备处于非最佳工作状态则通知报警模块发出报警信号对用户和运维人员进行预警提示；

所述水压传感模块检测水箱的压力信息将检测到的信息传送至中央处理器，所述中央处理器根据压力数值进行判断，当水压力值超过设定阈值则判断用户负荷小，当水压力值小于设定阈值则判断用户需求量大，同时中央处理器根据水压力值判断水管是否出现异常并通过报警模块发出报警信号提示用户；

所述水量传感模块用于检测热水设备的用水量数据，所述环境温度传感模块用于检测热水设备在工作状态下的环境温度信息，所述液位传感模块用于实时监测水箱内水位信息从而计算出用水量信息，所述能耗读取模块根据热水设备的用水量从而计算机组的能效比和热水设备在工作过程中的能量消耗信息；

所述云平台针对现场收集的热水设备的相关工作参数并结合区域环境温度以及时间信息进行综合智能判断、进行线上数据和线下数据的融合运用；

所述节能控制模块接收中央处理器的指令信息对热泵主机、供水泵、循环泵、回水阀、补水阀的工作过程进行实时控制保证热水设备处在最佳的工作能效；

工作状态下中央处理器在控制过程中包括如下几点：

热泵主机方面：在设定的工作时间区间内如系统判定水箱内的热水温度比主机启动温度控制参数，下限低时，启动循环泵和所有主机；当系统判定水箱内的热水温度达到主机启动温度控制参数上限时，则停止所有主机，30秒后停止循环泵，主机可根据数据分接到3路主机开关上；

主备循环泵方面，主备循环泵按照设定的间隔即主备循环泵切换周期切换循环泵，当设定间隔为0时，备循环泵保持与主循环泵工作状态一致，循环泵是否工作受上述逻辑控制；

主备供水泵方面，按照设定的间隔即主备供水泵切换周期切换供水泵，设定间隔为0时，备供水泵保持与主供水泵工作状态一致，供水泵是否工作受时段控制，在给定时间区间内运作，非该时段则停止；

补水阀：补水电磁阀的开启、关闭受水箱液位高度和水箱热水温度双重控制，如系统判定水箱的液位高度比水位控制参数下限低，同时水箱的热水温度比补水温度控制参数上限高时，补水电磁阀给电开启；如系统判定水箱的液位高度达到水位控制参数上限或水箱的热水温度达到补水温度控制参数下限时，补水电磁阀断电关闭；

供水阀：当系统判定管道内水压大时，回水温度比回水温度控制参数下限低时，回水电磁阀给电开启，当系统判定管道内回水温度达到回水温度控制参数上限时，回水电磁阀断电关闭。

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