CN112146255A - 一种基于人工智能的机房空调控制方法和装置 - Google Patents

一种基于人工智能的机房空调控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于人工智能的机房空调控制方法和装置，涉及机房空调控制技术领域，本发明智能分析机房空调本机各工况下的能效变化，使机房空调始终运行在最优能效状态下，有效提高制冷效率和达到节能效果；同时，本发明还可通过各工况下的最优能效变化情况分析，判断空调是否需要维护保养，从而达到智能运维的功能，有效提高空调运行期间保养率和使用寿命。

Description

一种基于人工智能的机房空调控制方法和装置
技术领域
本发明涉及机房空调控制技术领域，尤其涉及一种基于人工智能的机房空调控制方法和装置。
背景技术
现有IDC机房空调常采用目标控制和参数控制的PID控制方法，即通过传感器将采集的送回风温湿度数据通过PID算法计算制冷需求，按对应需求调节内外风机、电子膨胀阀以及变频压缩机等部件，其根据计算需求对应的部件仅按预设的PID算法进行控制，每次改变需要手动改变PID参数，但在没有数据支撑的情况下需要人工对PID参数进行调节不仅需要手动调节人员有相当丰富的经验、而且还要对所调整空调器有深入的了解。所以在现有技术中，仅在设计验证阶段在专业的实验室对PID参数进行测试标定，很难根据现场需求对以及空调运行时间变化对参数进行调整，即使根据经验将参数进行调整也很难标定调整对空调运行状态的具体影响以及是否达到预期的模板。现有IDC机房空调控制领域也有依靠人工智能方法对空调控制的实例，但现有人工智能方法需要依托大数据平台，以及服务器运行数据或气候等数据做辅助计算，不仅计算效率受到影响，而且对服务器业务运行稳定性造成了一定的风险。
现有技术通过设定运行维护时间实现定时维护，或者通过空气过滤网前后压差判断滤网脏堵情况实现滤网脏堵告警，通过压缩机高低压压力传感器设定阈值实现对制冷装置的告警维护，通常告警出现时空调器效率不仅大幅下降，并且部分情况下已经强制停机状态，不能运行。维护的不智能使空调器运行风险和对机房环境危害大大增加。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于人工智能的机房空调控制方法和装置，旨在提高空调运行效率达到节能目的。
本发明提供一种基于人工智能的机房空调控制方法，所述方法包括以下步骤：
控制器读取送回风温湿度，按预定算法计算制冷需求，将计算出的制冷需求发送至人工智能屏；
人工智能屏从控制器获取历史空调运行参数，将历史空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量及所对应的空调运行参数调整值；
控制器按调整后的空调运行参数运行，记录调整后运行时的送回风温湿度，并读取对应的电源功率发送至人工智能屏；
人工智能屏根据调整后运行时的送回风温湿度以及电源功率计算当前能效值，比较当前能效值与前一次的历史能效值：若当前能效值比历史能效值小，将空调运行参数回退至上次历史参数运行，并代入数据模型，调整下次调用时参数调整方向；若当前能效值比历史能效值大，则按当前空调运行参数运行，并代入数据模型，下次继续按相同参数调整方向调整空调运行参数。
在上述技术方案的基础上，所述空调运行参数包括内风机转速、外风机转速和压缩机转速。
在上述技术方案的基础上，人工智能屏从控制器获取历史空调运行参数，具体包括以下步骤：
检测历史运行数据所计算出的工况对应的空调运行参数；
判断是否有符合当前制冷需求的空调运行参数；
若没有，则工况对应的空调运行参数为缺省，从空调控制器获取按默认PID参数运行时的空调运行参数；若有，则以查找到的符合当前制冷需求的空调运行参数代入数据模型。
在上述技术方案的基础上，人工智能屏将历史空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量及所对应的空调运行参数调整值，具体包括：
将内风机转速、外风机转速和压缩机转速作为调整参数，通过线性回归算法计算调整设定工况下对应的空调运行参数调整值；
将计算出的空调运行参数调整值存储于人工智能屏中，供下次开机或达到预设的参数调整时间时读取运行。
在上述技术方案的基础上，通过线性回归算法计算调整设定工况下对应的空调运行参数调整值，具体包括以下步骤：
每次仅调整内风机转速、外风机转速和压缩机转速中的一个参数；
参数调整优先级为压缩机转速>外风机转速>内风机转速，其中变量调整每次不超过1％，总调整不超过5％范围，当参数达到当前最优后按参数调整优先级计算下一优先级的参数的调整值。
在上述技术方案的基础上，人工智能屏根据调整后运行时的送回风温湿度以及电源功率计算当前能效值，具体包括以下步骤：
通过Q＝C*m*△t计算制冷量，其中Q表示当前制冷量，C为对应湿度范围内空气的比热容，m为空气质量，△t为回风温度与送风温度差值；
根据计算出的当前制冷量Q与电源功率P比值计算当前能效值EER，EER＝Q/P。
在上述技术方案的基础上，所述方法还包括以下步骤：
开机运行或空调运行时长达到判断时间阈值时，且在当前工况下稳定运行大于设定稳定工况时间时；
控制器读取当前工况对应状态下的最优能效值；读取设定的空调保养维护能效下降阈值；
控制器对比当前最优能效值与历史对应工况下最优能效值差值△EER，判断当前空调是否需要维护保养；
当能效差值未达到设定维护保养阈值时，标记当前空调状态为良好；
当△EER大于设定维护保养阈值时，判断是否需求立即维护；
当能效差值达到设定维护保养阈值时，通知人工智能屏显示维护保养标记，并间隔设定时间T发出提示信息；
当能效差值达到设定立即维护保养阈值时，控制器立即发出声光报警信息，并控制空调在无其他告警状态下降速运行。
本发明还提供一种基于人工智能的机房空调控制装置，包括控制器和人工智能屏：
所述控制器用于：读取送回风温湿度，按预定算法计算制冷需求，将计算出的制冷需求发送至人工智能屏；采集空调运行参数发送至人工智能屏；
所述人工智能屏用于：将控制器发来的制冷需求以及历史空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量及所对应的空调运行参数调整值，通过线性回归算法计算调整设定工况下对应的空调运行参数调整值；将计算出的空调运行参数调整值存储于人工智能屏中，供下次开机或达到预设的参数调整时间时读取运行。
在上述技术方案的基础上，所述人工智能屏包含CPU处理模块、触控屏模块、NPU模块、控制器通讯模块以及存储模块；
所述CPU处理模块用于控制触控屏模块、NPU模块、控制器通讯模块以及存储模块的工作；
所述触控屏模块用于显示维护保养标记；
所述NPU模块用于将控制器发来的制冷需求以及历史空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量及所对应的空调运行参数调整值，通过线性回归算法计算调整设定工况下对应的空调运行参数调整值；将计算出的空调运行参数调整值存储于存储模块中，供下次开机或达到预设的参数调整时间时读取运行；
所述存储模块用于存储计算出的空调运行参数调整值；
所述控制器通讯模块用于与控制器进行通信。
在上述技术方案的基础上，所述控制器包含MCU模块、传感器采集模块、智能屏通讯模块、空调部件驱动模块和空调通讯模块；
所述MCU模块用于读取送回风温湿度，按预定算法计算制冷需求；
所述传感器采集模块用于采集空调运行参数；
所述智能屏通讯模块用于将计算出的制冷需求、采集的空调运行参数发送至人工智能屏；接收至人工智能屏反馈的数据；
所述空调部件驱动模块用于驱动空调部件按设定的空调运行参数运行：
所述空调通讯模块用于与空调部件进行通信。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明智能分析空调本机各工况下的能效变化，使机房空调始终运行在最优能效状态下，有效提高制冷效率和达到节能效果；同时，本发明还可通过各工况下的最优能效变化情况分析，判断机房空调是否需要维护保养，从而达到智能运维的功能，有效提高机房空调运行期间保养率和使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例的基于人工智能的机房空调控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的机房空调控制装置架构图；
图3是本发明实施例的机房空调人工智能控制流程图；
图4是本发明实施例的机房空调智能保养维护判断流程图。
具体实施方式
参见图1所示，本发明实施例提供一种基于人工智能的机房空调控制方法，所述方法包括以下步骤：
S1、控制器读取送回风温湿度，按预定算法计算制冷需求，将计算出的制冷需求发送至人工智能屏；
S2、人工智能屏从控制器获取空调运行参数，将空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量及所对应的空调运行参数调整值；
S3、控制器按调整后的空调运行参数运行，记录调整后运行时的送回风温湿度，并读取对应的电源功率发送至人工智能屏；
S4、人工智能屏根据调整后运行时的送回风温湿度以及电源功率计算当前能效值，比较当前能效值与前一次的历史能效值：若当前能效值比历史能效值小，将空调运行参数回退至上次历史参数运行，并代入数据模型，调整下次调用时参数调整方向；若当前能效值比历史能效值大，则按当前空调运行参数运行，并代入数据模型，下次继续按相同参数调整方向调整空调运行参数。
在本实例中控制器与人工智能屏采用RS485通讯，但不局限于此，还可采用CAN总线、网络等通讯方式。
参见图2所示，所述实施例包含以下步骤：
S101：开机运行，当空调持续长时间运行不停机的状态下，需要根据设定工况调整时间阈值判断是否进入开机初始状态运行；
S102：控制器读取送回风温湿度；
S103：按预定算法计算制冷需求；
S104：控制器将计算制冷需求发送至人工智能屏，检测历史运行数据所计算历史空调运行参数，读取历史空调运行参数设定值；
S105：判断是否有符合当前制冷需求的数据；若是，进入步骤S106，若否，进入步骤S107；
S106：将符合当前制冷需求的历史空调运行参数输入人工智能算法，进入步骤S108；
S107：所读取历史空调运行参数为缺省时，空调控制器按默认PID参数调节空调运行参数，进入步骤S108；
S108：人工智能屏所运行人工智能算法根据历史空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量所对应的内外风机转速、压缩机转速参数调整值，当调整值为正时增加转速，当调整值为负时需减小相应转速。每次调整内风机、外风机、压缩机参数中的一个参数，保持单一变量保证与上一组数据的可对比性。在本实例中，参数调整优先级为压缩机转速>外风机转速>内风机转速，其中每一次调整或相对于每一组数据，其中变量调整每次不超过1％，总调整不超过5％范围，当达到当前最优后按优先级调整下一优先级数据计算；
将内外风机转速，压缩机转速作为调整参数，通过线性回归算法计算调整对应工况下的风机转速和压缩机转速。将计算调整的参数作为下次运行参数存储于人工智能屏中，供再次开机或达到预设工况参数调整时间后读取运行。
S109：按预设参数运行，当记录对应制冷需求下新设参数运行时送回风温湿度，发送至人工智能屏计算当前制冷量，读取对应状态下电源功率发送至人工智能屏；
S110：计算当前新调整参数能效值，所述人工智能算法首先将采集数据代入数据模型，通过Q＝C*m*△t计算制冷量。其中Q表示当前制冷量，C为对应湿度范围内空气的比热容，m为空气质量，通过风机转速对应风量及湿度计算所得，△t为回风温度与送风温度差值，通过计算所得为当前工况状态下制冷量。所述能效为当前制冷量与电源功率比值，即EER＝Q/P。
S111：判断计算值是否小于之前历史能效值；若是，进入步骤S112，若否，进入步骤S113；
S112：当计算能效值比历史值小，说明此调整方法降低了能效，此时参数回退至上次历史参数运行，并将计算结果代入数据模型，调整下次调用时参数调整方向；
S113：当计算能效值高于上次历史能效值时，本次则按当前设定值稳定运行，同时将数据代入数据模型，下次继续按相同方向调整运行参数。
所述实例每次调整完成后，可进入维护保养智能判断流程，参见图3所示，其包含以下步骤：
S201：开机运行，或空调长时间运行达到判断时间阈值；
S202：在当前工况下稳定运行大于设定稳定工况时间；
S203：读取当前工况对应状态下的最优能效值；
S204：读取设定空调保养维护能效下降阈值，所述阈值包含2组值，小于M1对应状态良好，大于M1且小于M2为需要保养维护，此状态下可不用立即保养，但会每隔时间T发送提示，大于M2为需要立即维护，否则将影响机组运行；
S205：对比当前最优能效值与历史对应工况下最优能效值差值△EER，判断△EER是否<M1，若是，进入步骤S206；若否，进入步骤S207；
S206：当能效差值未达到设定维护保养阈值时(△EER<M1)，标记当前空调状态为良好；
S207：当△EER大于M1时，对比△EER与M2，判断△EER是否<M2；若是，进入步骤S208；若否，进入步骤S209；
S208：当能效差值达到设定维护保养阈值时(M1＝<△EER<M2),人工智能屏将会显示维护保养标记，并隔时间T发出提示信息；
S209：当能效差值达到设定立即维护保养阈值时(△EER>＝M2),空调发出声光报警信息，并在无其他告警状态下降速运行。
如图4所示，本发明实施例还提供一种基于人工智能的IDC机房空调控制装置，装置包含两个部分，第一部分为人工智能屏，主要负责运行人工智能算法以及人机交互等工作。第二部分为控制器，主要负责将采集的温湿度计算制冷需求数据以及压缩机转速、内外风机转速等数据通过通讯模块传输到人工智能屏。
具体的说，所述控制器用于：读取送回风温湿度，按预定算法计算制冷需求，将计算出的制冷需求发送至人工智能屏；采集空调运行参数发送至人工智能屏；
所述人工智能屏用于：将控制器发来的制冷需求以及历史空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量及所对应的空调运行参数调整值，通过线性回归算法计算调整设定工况下对应的空调运行参数调整值；将计算出的空调运行参数调整值存储于人工智能屏中，供下次开机或达到预设的参数调整时间时读取运行。
作为优选的实施方式，所述人工智能屏包含CPU处理模块、触控屏模块、NPU模块、控制器通讯模块以及存储模块；
所述CPU处理模块用于控制触控屏模块、NPU模块、控制器通讯模块以及存储模块的工作；
所述触控屏模块用于显示维护保养标记；
所述NPU模块用于将控制器发来的制冷需求以及历史空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量及所对应的空调运行参数调整值，通过线性回归算法计算调整设定工况下对应的空调运行参数调整值；将计算出的空调运行参数调整值存储于存储模块中，供下次开机或达到预设的参数调整时间时读取运行；
所述存储模块用于存储计算出的空调运行参数调整值；
所述控制器通讯模块用于与控制器进行通信。
作为优选的实施方式，所述控制器包含MCU模块、传感器采集模块、智能屏通讯模块、空调部件驱动模块和空调通讯模块；
所述MCU模块用于读取送回风温湿度，按预定算法计算制冷需求；
所述传感器采集模块用于采集空调运行参数；
所述智能屏通讯模块用于将计算出的制冷需求、采集的空调运行参数发送至人工智能屏；接收至人工智能屏反馈的数据；
所述空调部件驱动模块用于驱动空调部件按设定的空调运行参数运行：
所述空调通讯模块用于与空调部件进行通信。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于人工智能的机房空调控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
控制器读取送回风温湿度，按预定算法计算制冷需求，将计算出的制冷需求发送至人工智能屏；
人工智能屏从控制器获取历史空调运行参数，将历史空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量及所对应的空调运行参数调整值；
控制器按调整后的空调运行参数运行，记录调整后运行时的送回风温湿度，并读取对应的电源功率发送至人工智能屏；
人工智能屏根据调整后运行时的送回风温湿度以及电源功率计算当前能效值，比较当前能效值与前一次的历史能效值：若当前能效值比历史能效值小，将空调运行参数回退至上次历史参数运行，并代入数据模型，调整下次调用时参数调整方向；若当前能效值比历史能效值大，则按当前空调运行参数运行，并代入数据模型，下次继续按相同参数调整方向调整空调运行参数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空调运行参数包括内风机转速、外风机转速和压缩机转速。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，人工智能屏从控制器获取历史空调运行参数，具体包括以下步骤：
检测历史运行数据所计算出的工况对应的空调运行参数；
判断是否有符合当前制冷需求的空调运行参数；
若没有，则工况对应的空调运行参数为缺省，从空调控制器获取按默认PID参数运行时的空调运行参数；若有，则以查找到的符合当前制冷需求的空调运行参数代入数据模型。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
人工智能屏将历史空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量及所对应的空调运行参数调整值，具体包括：
将内风机转速、外风机转速和压缩机转速作为调整参数，通过线性回归算法计算调整设定工况下对应的空调运行参数调整值；
将计算出的空调运行参数调整值存储于人工智能屏中，供下次开机或达到预设的参数调整时间时读取运行。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
通过线性回归算法计算调整设定工况下对应的空调运行参数调整值，具体包括以下步骤：
每次仅调整内风机转速、外风机转速和压缩机转速中的一个参数；
参数调整优先级为压缩机转速>外风机转速>内风机转速，其中变量调整每次不超过1％，总调整不超过5％范围，当参数达到当前最优后按参数调整优先级计算下一优先级的参数的调整值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
人工智能屏根据调整后运行时的送回风温湿度以及电源功率计算当前能效值，具体包括以下步骤：
通过Q＝C*m*△t计算制冷量，其中Q表示当前制冷量，C为对应湿度范围内空气的比热容，m为空气质量，△t为回风温度与送风温度差值；
根据计算出的当前制冷量Q与电源功率P比值计算当前能效值EER，EER＝Q/P。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
开机运行或空调运行时长达到判断时间阈值时，且在当前工况下稳定运行大于设定稳定工况时间时；
控制器读取当前工况对应状态下的最优能效值；读取设定的空调保养维护能效下降阈值；
控制器对比当前最优能效值与历史对应工况下最优能效值差值△EER，判断当前空调是否需要维护保养；
当能效差值未达到设定维护保养阈值时，标记当前空调状态为良好；
当△EER大于设定维护保养阈值时，判断是否需求立即维护；
当能效差值达到设定维护保养阈值时，通知人工智能屏显示维护保养标记，并间隔设定时间T发出提示信息；
当能效差值达到设定立即维护保养阈值时，控制器立即发出声光报警信息，并控制空调在无其他告警状态下降速运行。
8.一种基于人工智能的机房空调控制装置，其特征在于，包括控制器和人工智能屏：
所述控制器用于：读取送回风温湿度，按预定算法计算制冷需求，将计算出的制冷需求发送至人工智能屏；采集空调运行参数发送至人工智能屏；
所述人工智能屏用于：将控制器发来的制冷需求以及历史空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量及所对应的空调运行参数调整值，通过线性回归算法计算调整设定工况下对应的空调运行参数调整值；将计算出的空调运行参数调整值存储于人工智能屏中，供下次开机或达到预设的参数调整时间时读取运行。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述人工智能屏包含CPU处理模块、触控屏模块、NPU模块、控制器通讯模块以及存储模块；
所述CPU处理模块用于控制触控屏模块、NPU模块、控制器通讯模块以及存储模块的工作；
所述触控屏模块用于显示维护保养标记；
所述NPU模块用于将控制器发来的制冷需求以及历史空调运行参数代入数据模型，计算本次制冷量及所对应的空调运行参数调整值，通过线性回归算法计算调整设定工况下对应的空调运行参数调整值；将计算出的空调运行参数调整值存储于存储模块中，供下次开机或达到预设的参数调整时间时读取运行；
所述存储模块用于存储计算出的空调运行参数调整值；
所述控制器通讯模块用于与控制器进行通信。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制器包含MCU模块、传感器采集模块、智能屏通讯模块、空调部件驱动模块和空调通讯模块；
所述MCU模块用于读取送回风温湿度，按预定算法计算制冷需求；
所述传感器采集模块用于采集空调运行参数；
所述智能屏通讯模块用于将计算出的制冷需求、采集的空调运行参数发送至人工智能屏；接收至人工智能屏反馈的数据；
所述空调部件驱动模块用于驱动空调部件按设定的空调运行参数运行：
所述空调通讯模块用于与空调部件进行通信。
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