CN111156711A - 一种空气能装备智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气能装备智能控制系统，其特征在于，自来水经过滤器和进水阀后进入水箱，水在空气能主机中被加热，水被加热后经出水阀输出至用水设施，供用户使用，自来水温度传感器设置于水箱进水口，用于检测水箱进水温度；电流传感器设置于空气能主机的电源接头处，用于检测空气能主机的工作电流；主机进水温度传感器放置于主机进水口处，主机出水温度传感器放置于主机出水口处；出水流量传感器放置于出水阀的后端，用于检测出水流量；液位传感器采用压力式液位传感方式，放置于水箱底部，通过感应水箱中的水压换算成水箱液位；水箱温度传感器放置于水箱底部，用于检测水箱中的水温，主机、进水阀、出水阀通过电信号与控制柜联通控制。

Description

一种空气能装备智能控制系统

技术领域

本发明涉及到智能控制装置，尤其是一种空气能装备智能控制系统，属于空气能及智能物联网领域。

发明背景

空气能是一种新型能源，已经广泛地应用到大型公共场所的热水集中供应系统中。大型空气能热水系统通常保持长时间不间断工作状态，根据不同应用场景及环境因素，需要系统在运行周期调控、系统控制参数的配置、系统故障的实时处理方面具有较高的自适应调配能力。但目前空气能系统主要还是处于离网独立运行模式，依靠人工检测和维护，信息滞后、运行效率低，系统故障时不能及时发现，系统运行状态数据依靠人工定时巡视记录，数据少，对于故障溯源造成困难；且系统运行后一直处于固定运行模式，在天气变化时，如夏天和冬天均采用统一控制策略，降低了系统运行效率。

发明内容

本发明为解决上述问题，本发明目的在于提出一种空气能装备智能控制系统，控制柜通过温度、液位、电流、流量传感器实时监测进水自来水温度、空气能主机工作电流、水箱液位、水箱温度、出水流量、空气能主机进出水温度值，并将上述数据传输至云管理平台进行存储。

本发明一种空气能装备智能控制系统方案如下：

一种空气能装备智能控制系统，它包括过滤器、控制柜、主机、水箱、用水设施和云管理平台，其特征在于，自来水经过滤器和进水阀后进入水箱，水箱中的水在空气能主机中被加热，水箱中的水被加热后经出水阀输出至用水设施，供用户使用，自来水温度传感器设置于水箱进水口，用于检测水箱进水温度；电流传感器设置于空气能主机的电源接头处，用于检测空气能主机的工作电流；主机进水温度传感器放置于主机进水口处，主机出水温度传感器放置于主机出水口处；出水流量传感器放置于出水阀的后端，用于检测出水流量；液位传感器采用压力式液位传感方式，放置于水箱底部，通过感应水箱中的水压换算成水箱液位；水箱温度传感器放置于水箱底部，用于检测水箱中的水温，主机、进水阀、出水阀通过电信号与控制柜联通控制。

进一步，进水阀和出水阀均采用电动球阀，可通过电信号控制阀门的开闭角度，调节水流大小。

进一步，所述控制柜包括电源转换电路、中央控制器、无线通信电路、输出控制单元；

中央控制器中的温度传变模块将通过自来水温度传感器、主机出水温度传感器、主机进水温度传感器和水箱温度传感器检测到各温度值；

电流传变模块通过电流传感器检测到的电流值；

流量传变模块通过出水流量传感器检测到的流量值；

液位传变模块通过液位传感器检测到的液位值；

均通过无线通信电路发送给云管理平台，数据按默认频率发送；同时中央控制器通过输出控制单元中的进水阀控制模块、主机控制模块及出水阀控制模块实现对进水阀、主机及出水阀的控制。

进一步，数据发送频率默认为每分钟或每秒发送1次。

进一步，所述云管理平台包括，

设备管理模块能实现设备的添加、删除及信息修改；

用户管理模块能实现用户的添加、删除及信息修改，用户分为总部用户、组用户及维护人员三级；

组管理模块将用户名下的设备进行分组，并为每个组分配不同的维护人员；

型号管理模块为组用户名下的设备设定不同的工作模式；

图形化显示模块以曲线图形式直观的显示液位、温度、电流、流量信息；

数据查询模块存储一定时期内系统运行的历史数据，使用数据查询功能查询指定日期的液位、温度、电流、流量数据；

远程控制模块能切换自动和手动两种模式；

故障诊断模块，系统故障时，故障诊断模块通过数据查询模块以判断故障开始时间及故障类型；

控制参数设置模块以天为单位进行控制参数的设置，以星期为周期循环执行、包括空气能主机电源开启时间和关闭时间，进水开始时间和结束时间，出水开始时间和结束时间，进水水箱液位上限和下限、加热时的液位下限；在自动模式下，云管理平台根据控制参数设置模块中设置的参数及接收到的控制柜反馈的温度、液位、流量、电流等数据对进水阀、出水阀、主机进行自动启停控制。

进一步，故障诊断模块根据控制柜反馈信息能诊断传感故障、水泵故障、主机故障、网络故障并将故障信息发送给运维人员，降低故障排查时间；

其中对于网络故障的诊断策略为：云管理平台定期对控制柜发送查询信息，如超过规定时间未接收到控制柜的反馈信息则判定为离线故障；

对于主机故障的诊断策略为：根据水箱水温及控制参数设置模块设置的空气能主机电源开启时间设置，在规定时间内未检测到主机电流或水箱温度为上升则判定为主机故障；

进水阀故障的诊断策略为：根据水箱液位及控制参数设置模块中设置的进水控制开始时间和进水时段液位上限、进水时段液位下限值，在进水控制开始时间段内液位传感器未超过进水时段液位上限值，但是液位传感器未检测到水箱液位变化时，则判断进水阀故障；

出水阀故障的诊断策略为：根据出水流量传感器的检测值及控制参数设置模块中的出水时段开始时间的设置值，在规定出水时间内出水流量传感器未检测到出水流量，则判定为出水阀故障。

进一步，所述控制柜的工作方式分为自动和手动两种模式，用户在云管理平台的远程控制模块中选择控制模式为手动时，云管理平台通过无线通信电路将手动控制模式指令传送给中央控制器，中央控制器控制输出控制单元实现对进水阀、主机、出水阀的控制。

进一步，用户在云管理平台的远程控制模块中选择控制模式为自动时，控制参数设置模块以天为单位进行控制参数的设置、以星期为单位循环执行。

进一步，云管理平台通过网络自动获取天气预报，根据第二天天气情况，通过第二天天气温度与设定温度比较，自动调整空气能主机开启时间；和/或根据第二天全天的温度变化智能调整空气能主机的工作时间，在第二天温度最高的时段开启空气能主机。

进一步，所述控制柜在自动状态下，中央控制器通过无线通信电路接收控制参数设置模块中设定的参数，并按照设定参数值进行自动控制操作；

在空气能主机电源开启时间到达以后，中央控制器判断液位传感器检测到的液位值超过设定下限值，水箱温度传感器检测到的温度值低于设定的温度下限值时，通过主机控制模块开启主机对水箱中的自来水进行加热；在进水控制开始时间到达以后，中央控制器判断液位传感器低于设定液位上限值时开启进水阀；在出水控制开启时间后，中央控制器判断液位传感器高于设定液位下限值且水箱温度传感器检测温度高于设定出水温度下限时，开启出水阀；中央控制器判断液位传感器检测到的液位超过水箱液位上限时，即时关闭进水阀，防止自来水溢出水箱。

本发明整个系统分为自动控制和手动控制两种模式，在手动控制模式下，可通过手机、平板等移动终端实现对进水阀、主机、出水阀的实时控制；在自动控制模式下，控制柜根据云管理平台的自动控制参数对系统进行控制，云管理平台在自动控制模式下，可以天为单位设定控制策略，以星期为单位循环执行，系统可通过网络自动获取天气预报信息，根据天气预报信息调整系统控制参数，也可根据系统历史数据智能优化控制策略，以提高系统工作效率。同时，控制柜可根据检测到的温度、液位、电流、流量等值及云管理平台传输的控制参数智能判断网络故障、主机故障、电磁阀故障、传感故障等并将信息发送至工作人员移动终端设备。本发明采用信息化、智能化手段实现系统状态的实时在线查看，故障的自动判断，控制策略的智能优化，可有效降低运维成本，实现无人值守的空气能应用系统应用。

由上述对本发明的结构描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明将设备状态数据实时上传至云管理平台，并通过曲线图的形式直观显示，运营人员只需登录系统即可查看设备状态，方便快捷。

2、本发明可根据实时在线监测的设备状态数据对网络故障、空气能主机故障、电磁阀故障、传感故障进行智能判断，并实时将故障信息发送至工作人员手机，可显著缩短维修时间，提高设备运行可靠性。

3、本发明可根据历史数据记录及自动获取网络天气预报，并综合以上信息自动优化控制策略，提高系统运行效率。

4、本发明具有数据记录功能，默认以一分钟为单位记录温度、液位、电流、流量数据。可实现对日用水量，月用水量、年用水量的统计计算，日用电量、月用电量、年用电量的统计计算。同时，在系统故障时，可通过历史数据快速实现故障溯源，准确判断故障时间和故障类型。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明控制柜内部结构示意图；

图3是本发明云管理平台端管理系统结构示意图。

具体实施

为使对本发明的结构特征及所达成的目的有更进一步的了解与认识，用以较佳的实例及附图配合详细的说明，说明如下：

参照图1，一种空气能装备智能控制系统，它主要包括过滤器1、控制柜2、进水阀3、主机4、水箱5、出水阀6、用水设施7、云管理平台8、自来水温度传感器9、电流传感器10、主机出水温度传感器11、主机进水温度传感器12、出水流量传感器13、液位传感器14、水箱温度传感器15。

自来水经过滤器1和进水阀3后进入水箱5，进水阀3采用电动球阀，可通过电信号控制阀门的开闭角度，调节水流大小；水箱5中的水在空气能主机4中被加热，水箱5中的水被加热后经出水阀6输出至用水设施7，供用户使用，出水阀6采用电动球阀，可通过电信号控制阀门的开闭角度，调节水流大小；

自来水温度传感器9设置于水箱5进水口，用于检测自来水进水温度；

电流传感器10设置于空气能主机4的电源连接处，用于检测空气能主机4的工作电流；

主机进水温度传感器12放置于水箱5与主机4进水口的连接处；

主机出水温度传感器11放置于主机4与水箱5出水口的连接处；

出水流量传感器13放置于出水阀6的后端，用于统计出水流量；

液位传感器14采用压力式液位传感方式，放置于水箱5底部，通过感应水箱5中的水压换算成水箱5液位；

水箱温度传感器15放置于水箱5底部，用于检测水箱5中的水温。

参照图1、图2所述控制柜2包括电源转换电路21、中央控制器22、温度传变模块23、液位传变模块24、电流传变模块25、流量传变模块26、无线通信电路27、输出控制单元29、进水阀控制模块291、主机控制模块292、出水阀控制模块293。

自来水温度传感器9、主机出水温度传感器11、主机进水温度传感器12、水箱温度传感器15经过温度传变模块23后将温度信号转换为电压信号传输给中央控制器22转换为数字值；液位传感器14经液位传变模块24以后转换为电压信号传输给中央控制器22转换为数字值；电流传感器10经电流传变模块25以后转换为电压信号传输给中央控制器22转换为数字值；出水流量传感器13经流量传变模块26以后转换为电压信号传输给中央控制器22转换为数字值；中央控制器22将检测到的温度、电流、流量、液位等信息通过无线通信电路27发送给云管理平台8，数据发送频率根据流量使用情况，可在云管理平台进行设置，最短可设置为每秒发放一次，默认为每分钟发送1次。同时中央控制器22根据检测到的温度、电流、流量、液位信息经过运算后控制输出控制单元29，通过进水阀控制模块291控制进水阀3的开闭及角度大小调节进水流量，通过主机控制模块292控制主机4启停，实现对水箱5中水的加热；通过出水阀控制模块293控制出水阀6的开闭及角度大小调节出水流量。

参照图1、图3所述云管理平台8包括设备管理模块81、用户管理模块82、组管理模块83、型号管理模块84、图形化显示模块85、数据查询模块86、远程控制模块87、故障诊断模块88、控制参数设置模块89功能模块。

设备管理模块81可实现设备的添加、删除及信息修改，用户管理模块82可实现用户的添加、删除及信息修改，用户分为总部用户、组用户及维护人员三级。组用户可通过组管理模块83将自己名下的设备进行分组，并未每个组分配不同的维护人员。组用户也可通过型号管理模块84为自己名下的设备设定不同的工作模式。图形化显示模块85以曲线图形式直观的显示液位、温度、电流、流量信息。数据查询模块86可存储三年内系统运行的历史数据，系统故障时，可数据查询功能查询指定日期的液位、温度、电流、流量数据，以判断故障开始时间及故障类型。远程控制模块87可切换自动和手动两种模式，在手动模式下，可实时开启或关闭进水阀、出水阀、主机。控制参数设置模块89以天为单位进行控制参数的设置，以星期为周期循环执行、包括空气能主机电源开启时间和关闭时间，进水开始时间和结束时间，出水开始时间和结束时间，进水水箱液位上限和下限、加热时的液位下限。在自动模式下，云管理平台根据控制参数设置模块89中设置的参数及接受到的控制柜反馈的温度、液位、流量、电流等数据对进水阀、出水阀、主机进行自动启停控制。故障诊断模块88根据控制柜反馈信息可诊断传感故障、水泵故障、主机故障、网络故障并将故障信息发送给运维人员，降低故障排查时间。其中对于网络故障的诊断策略为：云管理平台定期对控制柜2发送查询信息，如超过规定时间未接收到控制柜2的反馈信息则判定为离线故障；对于主机故障的诊断策略为：根据水箱5水温，及控制参数设置模块89设置的空气能主机电源开启时间设置，在规定时间内未检测到主机电流或水箱5温度为上升则判定为主机故障；进水阀故障的诊断策略为：根据水箱5液位，及控制参数设置模块89中设置的进水控制开始时间和进水时段液位上限、进水时段液位下限值，在进水控制开始时间段内液位传感器14未超过进水时段液位上限值，但是液位传感器14未检测到水箱5液位变化时，则判断进水阀故障；出水阀故障的诊断策略为：根据出水流量传感器13的检测值及控制参数设置模块89中的出水时段开始时间的设置值，在规定出水时间内出水流量传感器13未检测到出水流量，则判定为出水阀故障。

参照图1、图2、图3所述控制柜2的工作方式分为自动和手动两种模式，用户在云管理平台8的远程控制模块87中选择控制模式为手动时，云管理平台8通过无线通信电路27将手动控制模式指令传送给中央控制器22，中央控制器22控制输出控制单元29实现对进水阀3、主机4、出水阀6的控制。用户在云管理平台8的远程控制模块87中选择控制模式为自动时，控制参数设置模块89以天为单位进行控制参数的设置、以星期为单位循环执行。云管理平台8可通过网络自动获取隔日天气预报，根据第二天天气情况，自动调整空气能主机开启时间，提高系统工作效率。在第二天天气温度高于设定温度的情况下，则表示空气中可利用的热能多，加热同样的容量的自来水，空气能主机需要的工作时长短，因此，通过控制空气能主机开启时间和关闭时间来压缩空气能主机工作时长，降低能耗；在第二天天天气温度低于设定温度的情况下，则表示空气中可利用的热能少，因此，通过控制空气能主机开启时间和关闭时间来延长空气能主机工作时长，使得水箱5中自来水的温度可以达到设定值。通过获取隔日天气状况，也可以根据第二天全天的温度变化智能调整空气能主机的工作时间，在第二天温度最高的时段开启空气能主机，提高系统效率，降低能耗。云管理平台8通过无线通信电路27将控制参数设置模块89中设置的控制参数传输给中央控制器22，中央控制器22根据接收到的控制参数通过输出控制单元29自动调整进水阀3、主机4、出水阀6的工作状态。

参照图1、图2、图3所述控制柜2在自动状态下，中央控制器22通过无线通信电路27接收控制参数设置模块89中设定的参数，并按照设定参数值进行自动控制操作。在空气能主机电源开启时间以后判断液位传感器14检测到的液位值超过设定下限值，水箱温度传感器15检测到的温度值低于设定的温度下限值时，通过主机控制模块292开启主机4对水箱中的自来水进行加热；在进水控制开始时间后，中央控制器22判断液位传感器14低于设定液位上限值时开启进水阀。在出水控制开启时间后，中央控制器22判断液位传感器14高于设定液位下限值且水箱温度传感器15检测温度高于设定出水温度下限时，开启出水阀。中央控制器22判断液位传感器14检测到的液位超过水箱液位上限时，即时关闭进水阀，防止自来水溢出水箱。

值得说明的是，上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种空气能装备智能控制系统，它包括过滤器（1）、控制柜（2）、主机（4）、水箱（5）、用水设施（7）和云管理平台（8），其特征在于，自来水经过滤器（1）和进水阀（3）后进入水箱（5），水箱（5）中的水在空气能主机（4）中被加热，水箱（5）中的水被加热后经出水阀（6）输出至用水设施（7），供用户使用，自来水温度传感器（9）设置于水箱（5）进水口，用于检测水箱进水温度；电流传感器（10）设置于空气能主机（4）的电源接头处，用于检测空气能主机（4）的工作电流；主机进水温度传感器（12）放置于主机（4）进水口处，主机出水温度传感器（11）放置于主机（4）出水口处；出水流量传感器（13）放置于出水阀（6）的后端，用于检测出水流量；液位传感器（14）采用压力式液位传感方式，放置于水箱（5）底部，通过感应水箱（5）中的水压换算成水箱（5）液位；水箱温度传感器（15）放置于水箱（5）底部，用于检测水箱（5）中的水温，主机（4）、进水阀（3）、出水阀（6）通过电信号与控制柜（2）联通控制。

2.根据权利要求1所述的一种空气能装备智能控制系统，其特征在于，进水阀（3）和出水阀（6）均采用电动球阀，能通过电信号控制阀门的开闭角度，调节水流大小。

3.根据权利要求1所述的一种空气能装备智能控制系统，其特征在于，所述控制柜（2）包括电源转换电路（21）、中央控制器（22）、无线通信电路（27）、输出控制单元（29）；

中央控制器（22）中的温度传变模块（23）将通过自来水温度传感器（9）、主机出水温度传感器（11）、主机进水温度传感器（12）和水箱温度传感器（15）检测到各温度值；

电流传变模块（25）通过电流传感器（10）检测到的电流值；

流量传变模块（26）通过出水流量传感器（13）检测到的流量值；

液位传变模块（24）通过液位传感器（14）检测到的液位值；

均通过无线通信电路（27）发送给云管理平台（8），数据按默认频率发送；同时中央控制器（22）通过输出控制单元（29）中的进水阀控制模块（291）、主机控制模块（292）及出水阀控制模块（293）实现对进水阀（3）、主机（4）及出水阀（6）的控制。

4.根据权利要求3所述的一种空气能装备智能控制系统，其特征在于，数据发送频率默认为每分钟或每秒发送1次。

5.根据权利要求1所述的一种空气能装备智能控制系统，其特征在于，所述云管理平台（8）包括，

设备管理模块（81）能实现设备的添加、删除及信息修改；

用户管理模块（82）能实现用户的添加、删除及信息修改，用户分为总部用户、组用户及维护人员三级；

组管理模块（83）将用户名下的设备进行分组，并为每个组分配不同的维护人员；

型号管理模块（84）为组用户名下的设备设定不同的工作模式；

图形化显示模块（85）以曲线图形式直观的显示液位、温度、电流、流量信息；

数据查询模块（86）存储一定时期内系统运行的历史数据，使用数据查询功能查询指定日期的液位、温度、电流、流量数据；

远程控制模块（87）能切换自动和手动两种模式；

故障诊断模块（88），系统故障时，故障诊断模块88通过数据查询模块86以判断故障开始时间及故障类型；

控制参数设置模块（89）以天为单位进行控制参数的设置，以星期为周期循环执行、包括空气能主机电源开启时间和关闭时间，进水开始时间和结束时间，出水开始时间和结束时间，进水水箱液位上限和下限、加热时的液位下限；在自动模式下，云管理平台根据控制参数设置模块（89）中设置的参数及接收到的控制柜反馈的温度、液位、流量、电流等数据对进水阀、出水阀、主机进行自动启停控制。

6.根据权利要求5所述的一种空气能装备智能控制系统，其特征在于，故障诊断模块（88）根据控制柜（2）反馈信息能诊断传感故障、水泵故障、主机故障、网络故障并将故障信息发送给运维人员，降低故障排查时间；

其中对于网络故障的诊断策略为：云管理平台定期对控制柜（2）发送查询信息，如超过规定时间未接收到控制柜（2）的反馈信息则判定为离线故障；

对于主机故障的诊断策略为：根据水箱（5）水温及控制参数设置模块（89）设置的空气能主机电源开启时间设置，在规定时间内未检测到主机电流或水箱（5）温度为上升则判定为主机故障；

进水阀故障的诊断策略为：根据水箱（5）液位及控制参数设置模块（89）中设置的进水控制开始时间和进水时段液位上限、进水时段液位下限值，在进水控制开始时间段内液位传感器（14）未超过进水时段液位上限值，但是液位传感器（14）未检测到水箱（5）液位变化时，则判断进水阀故障；

出水阀故障的诊断策略为：根据出水流量传感器（13）的检测值及控制参数设置模块（89）中的出水时段开始时间的设置值，在规定出水时间内出水流量传感器（13）未检测到出水流量，则判定为出水阀故障。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种空气能装备智能控制系统，其特征在于，所述控制柜（2）的工作方式分为自动和手动两种模式，用户在云管理平台（8）的远程控制模块（87）中选择控制模式为手动时，云管理平台（8）通过无线通信电路（27）将手动控制模式指令传送给中央控制器（22），中央控制器（22）控制输出控制单元（29）实现对进水阀（3）、主机（4）、出水阀（6）的控制。

8.根据权利要求1、2或3所述的一种空气能装备智能控制系统，其特征在于，用户在云管理平台（8）的远程控制模块（87）中选择控制模式为自动时，控制参数设置模块（89）以天为单位进行控制参数的设置、以星期为单位循环执行。

9.根据权利要求1、2或3所述的一种空气能装备智能控制系统，其特征在于，云管理平台（8）通过网络自动获取天气预报，根据第二天天气情况，通过第二天天气温度与设定温度比较，自动调整空气能主机开启时间；和/或根据第二天全天的温度变化智能调整空气能主机的工作时间，在第二天温度最高的时段开启空气能主机。

10.根据权利要求5所述的一种空气能装备智能控制系统，其特征在于，所述控制柜（2）在自动状态下，中央控制器（22）通过无线通信电路（27）接收控制参数设置模块（89）中设定的参数，并按照设定参数值进行自动控制操作；

在空气能主机电源开启时间到达以后，中央控制器（22）判断液位传感器（14）检测到的液位值超过设定下限值，水箱温度传感器（15）检测到的温度值低于设定的温度下限值时，通过主机控制模块（292）开启主机（4）对水箱中的自来水进行加热；在进水控制开始时间到达以后，中央控制器（22）判断液位传感器（14）低于设定液位上限值时开启进水阀；在出水控制开启时间后，中央控制器（22）判断液位传感器（14）高于设定液位下限值且水箱温度传感器（15）检测温度高于设定出水温度下限时，开启出水阀；中央控制器（22）判断液位传感器（14）检测到的液位超过水箱液位上限时，即时关闭进水阀，防止自来水溢出水箱。

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