CN113834123A - 一种基于软总线的供热管网节能调控方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于软总线的供热管网节能调控方法与系统，本发明将现场设备映射成统一的接口，并且忽略传输介质，通过软总线方式把属于同一级别的同一个供热网段内的设备管理起来，从而隐藏硬件细节形成统一接口，热力公司可任意构建、拆除总线，而不需要关心前端设备如何传输数据。另外在软总线的基础上开发多种虚拟PLC控制器，可随时启动与拆除，不需要额外付出任何经济代价。本发明可大幅度降低热力公司供热成本，且具有最佳的适应性，可以复制到任何热力公司，因此该项目具有非常广阔的市场前景，并且对推动国内供热节能具有十分重要的意义。

Description

一种基于软总线的供热管网节能调控方法与系统

技术领域

本发明涉及热力管网技术领域，特别是一种基于软总线的供热管网节能调控方法与系统。

背景技术

在供热管网中安装有大量传感器和执行器，其中传感器包括：温度传感器、压力传感器、流量传感器、环境温度传感器，以及最近几年安装到用户室内的温度传感器；其中执行器包括：水泵、阀门等。这些传感器和执行器是热力管网进行调控的基础，由于热力管网的复杂性，这些传感器和执行器种类繁多，性能各异，并且来自不同的生产厂家，因此兼容性是最大困难。另外热力公司目前的管网调控软件定制化的成分太严重，导致对软件公司产生严重依赖，在应对管线调整、扩容更新、设备损坏以及设备更新等业务时，热力公司自身束手无策。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于软总线的供热管网节能调控方法与系统，旨在解决现有技术中前端设备兼容性差以及严重依赖软件公司的问题，实现提高前端设备兼容性，并大幅度降低热力公司供热成本。

为达到上述技术目的，本发明提供了一种基于软总线的供热管网节能调控方法，所述方法包括以下操作：

建立基础数据库，保存传感器、执行器以及通信设备信息；

构建软总线，将传感器、执行器连接到服务器，将通过不同通信媒介接入的传感器、执行器组合到一个虚拟网络中，映射到统一的接口上，建立软件之间的关联关系，形成对其他设备的隔离；

为每条软总线分配一个虚拟PLC控制器，虚拟PLC控制器通过统一的访问接口访问软总线，指定调控对象、控制目标以及指定算法，将虚拟PLC控制器投入运行，对供热管网进行自动调控；

监控软总线和虚拟PLC控制器产生的消息日志，根据消息日志判断供热故障。

优选地，所述消息日志根据严重程度划分为一般类、警告类、严重类以及伤害类，并分发至供热管理的不同人物角色，包括设备供应商、热力公司客服、热力公司运维、热力公司部门经理以及热力公司主管。

优选地，所述消息日志的分发途径包括热力公司内部局域网、短信以及微信。

优选地，所述软总线和虚拟PLC控制器可任意构建、拆除。

本发明还提供了一种基于软总线的供热管网节能调控系统，所述系统包括：

数据库建立模块，用于建立基础数据库，保存传感器、执行器以及通信设备信息；

软总线构建模块，用于构建软总线，将传感器、执行器连接到服务器，将通过不同通信媒介接入的传感器、执行器组合到一个虚拟网络中，映射到统一的接口上，建立软件之间的关联关系，形成对其他设备的隔离；

虚拟PLC调控模块，用于为每条软总线分配一个虚拟PLC控制器，虚拟PLC控制器通过统一的访问接口访问软总线，指定调控对象、控制目标以及指定算法，将虚拟PLC控制器投入运行，对供热管网进行自动调控；

监控模块，用于监控软总线和虚拟PLC控制器产生的消息日志，根据消息日志判断供热故障。

优选地，所述消息日志根据严重程度划分为一般类、警告类、严重类以及伤害类，并分发至供热管理的不同人物角色，包括设备供应商、热力公司客服、热力公司运维、热力公司部门经理以及热力公司主管。

优选地，所述消息日志的分发途径包括热力公司内部局域网、短信以及微信。

优选地，所述软总线和虚拟PLC控制器可任意构建、拆除。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

与现有技术相比，本发明将现场设备映射成统一的接口，并且忽略传输介质，通过软总线方式把属于同一级别的同一个供热网段内的设备管理起来，从而隐藏硬件细节形成统一接口，热力公司可任意构建、拆除总线，而不需要关心前端设备如何传输数据。另外在软总线的基础上开发多种虚拟PLC控制器，有针对住户的平均室温与回水平衡控制器，有针对楼栋级别的回水平衡控制器，有针对换热站的控制器，可随时启动与拆除，不需要额外付出任何经济代价。本发明可大幅度降低热力公司供热成本，且具有最佳的适应性，可以复制到任何热力公司，因此该项目具有非常广阔的市场前景，并且对推动国内供热节能具有十分重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例中所提供的一种基于软总线的供热管网节能调控方法流程图；

图2为本发明实施例中所提供的一种基于软总线的供热管网节能调控系统框图。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

下面结合附图对本发明实施例所提供的一种基于软总线的供热管网节能调控方法与系统进行详细说明。

如图1所示，本发明公开了一种基于软总线的供热管网节能调控方法，所述方法包括以下操作：

建立基础数据库，保存传感器、执行器以及通信设备信息；

构建软总线，将传感器、执行器连接到服务器，将通过不同通信媒介接入的传感器、执行器组合到一个虚拟网络中，映射到统一的接口上，建立软件之间的关联关系，形成对其他设备的隔离；

为每条软总线分配一个虚拟PLC控制器，虚拟PLC控制器通过统一的访问接口访问软总线，指定调控对象、控制目标以及指定算法，将虚拟PLC控制器投入运行，对供热管网进行自动调控；

监控软总线和虚拟PLC控制器产生的消息日志，根据消息日志判断供热故障。

本发明实施例通过4G/5G网络以及前端设备，将传感器与执行器连接到服务器，并且在服务器编写驱动程序层，将传感器与执行器映射到统一的接口上，掩盖具体硬件细节，并在不同级别的热力管网上划分不同的网段组建软件总线，形成一个调控局域网络，与其他区域实现隔离，从而解决不同厂家设备之间的兼容，隐藏硬件细节，实现网络隔离。

软总线所管理的物理传感器、执行器以及通信设备是实际存在的，因此需要建立基础数据库用于保存设备信息，然后由底层驱动实现远程通信以及统一接口的映射。其中前端设备包括各类传感器和执行器，例如电动阀门、温度传感器、压力传感器、气候传感器、室温传感器以及单元调控电动阀门等。前端设备与服务器之间需要数据通信设备，包括4G/5G以太网接入，以及MBUS、485等下行设备，实现前端设备与服务器的数据对接。这些前端设备，有的采用NBIOT直接上传服务器，由的需要采用DTU上传到服务器，而很大一部分需要经过转换后才可以进行传输。

对于服务器的前置通信驱动层，在服务器端开发通信驱动层软件，该软件采用多种服务形式启动，每个服务可处理一种类型的设备通信，每种通信服务将不同厂家的数据映射成统一格式，屏蔽掉硬件细节。

建立软总线驱动层，软总线是在前置通信驱动层与虚拟PLC之间的一层驱动程序，将通过不同通信媒介接入的设备组合到一个虚拟网络上，建立软件之间的关联关系，形成对其他设备的隔离，并且给虚拟PLC设备提供统一的访问接口。

对于每条软总线分配一个虚拟PLC控制器，对该总线实施自动化调控算法。例如对一个小区的单元平衡阀进行控制，首先构造一条软总线，把单元传感器(进回水温度、流量、压力)、执行阀门接入到该总线，然后启动一台虚拟PLC控制器，再指定调控对象(回水温度、流量)，再指定控制目标(平衡在2.5％)，然后指定调控算法(PID算法)以及算法采用的系数，然后该虚拟PLC控制器投入运行。再例如对一个楼栋内的户用阀门进行调控，首先构造一条软总线，把该楼栋安装的室内测温器、户用控制阀接入，然后启动一台虚拟PLC控制器，指定控制对象为供热室内温度，指定控制目标为平均温度达到22度，离散性在5％，最后启动PLC投入运行。在项目的建设中需要编写多种虚拟PLC控制器模板以及多种控制算法，通过这些虚拟PLC控制器，热力公司可在服务器上，随时实例化一台虚拟设备，通过简单编程即可进行管网调控，而不需要投入任何硬件成本，也不需要依赖软件定制。通过“选择”、“点击”、“配置”等操作，启动一台控制器，这台控制器可保留继承到下一年，也可在其使命完成后被删除，可最大程度满足热力公司的管网变动、扩容、更换设备等自主定制开发。

对于消息与日志的产生与分发，软总线与虚拟PLC根据消息的严重程度划分为一般类、警告类、严重类以及伤害类，为了让消息及时得到处理，设置供热管理的不同人物角色：设备供应商、热力公司客服、热力公司运维、热力公司部门经理、热力公司主管等，不同种类的消息可被分发到设备的角色，并且由角色人员处理以及反馈处理结果。分发消息的途径包括：热力公司内部局域网、短信以及微信等。通过消息产生与分发机制，以及消息处理反馈机制，将热力公司的各个职能部门以及设备供货商融入一个整体，共同保证热力管网调控系统的稳定运行。

在服务器上构建多条软总线，并启动多个虚拟PLC控制器对该总线进行自动调控，同时每条软总线和每台PLC都会产生大量的消息与日志，这些消息与日志都是可以监控的，可以曲线图、统计状态、列表等多种形式展现。例如可通过观察个别用户的供热温度曲线及时发现管道堵塞、地暖隔热导致散热不良、室内测温器被覆盖等多种供热故障。

本发明实施例将现场设备映射成统一的接口，并且忽略传输介质，通过软总线方式把属于同一级别的同一个供热网段内的设备管理起来，从而隐藏硬件细节形成统一接口，热力公司可任意构建、拆除总线，而不需要关心前端设备如何传输数据。另外在软总线的基础上开发多种虚拟PLC控制器，有针对住户的平均室温与回水平衡控制器，有针对楼栋级别的回水平衡控制器，有针对换热站的控制器，可随时启动与拆除，不需要额外付出任何经济代价。通过本发明实施例的自动化控制，实现热力公司对不同级别不同区域热力管网的自动控制，因此系统成本取决于服务器的投入，以5万户的热力公司计算，需要启动大约500台虚拟PLC管理住户供热，20台PLC管理楼栋平衡，以投入网络与服务器成本：5万元/年计算，每台虚拟PLC成本为96元，而目前一台实体PLC成本为3000-5000元，因此可大幅度降低热力公司供热成本。本发明具有最佳的适应性，可以复制到任何热力公司，因此该项目具有非常广阔的市场前景，并且对推动国内供热节能具有十分重要的意义。

如图2所示，本发明实施例还公开了一种基于软总线的供热管网节能调控系统，所述系统包括：

数据库建立模块，用于建立基础数据库，保存传感器、执行器以及通信设备信息；

软总线构建模块，用于构建软总线，将传感器、执行器连接到服务器，将通过不同通信媒介接入的传感器、执行器组合到一个虚拟网络中，映射到统一的接口上，建立软件之间的关联关系，形成对其他设备的隔离；

虚拟PLC调控模块，用于为每条软总线分配一个虚拟PLC控制器，虚拟PLC控制器通过统一的访问接口访问软总线，指定调控对象、控制目标以及指定算法，将虚拟PLC控制器投入运行，对供热管网进行自动调控；

监控模块，用于监控软总线和虚拟PLC控制器产生的消息日志，根据消息日志判断供热故障。

软总线所管理的物理传感器、执行器以及通信设备是实际存在的，因此需要建立基础数据库用于保存设备信息，然后由底层驱动实现远程通信以及统一接口的映射。其中前端设备包括各类传感器和执行器，例如电动阀门、温度传感器、压力传感器、气候传感器、室温传感器以及单元调控电动阀门等。前端设备与服务器之间需要数据通信设备，包括4G/5G以太网接入，以及MBUS、485等下行设备，实现前端设备与服务器的数据对接。这些前端设备，有的采用NBIOT直接上传服务器，由的需要采用DTU上传到服务器，而很大一部分需要经过转换后才可以进行传输。

对于服务器的前置通信驱动层，在服务器端开发通信驱动层软件，该软件采用多种服务形式启动，每个服务可处理一种类型的设备通信，每种通信服务将不同厂家的数据映射成统一格式，屏蔽掉硬件细节。

建立软总线驱动层，软总线是在前置通信驱动层与虚拟PLC之间的一层驱动程序，将通过不同通信媒介接入的设备组合到一个虚拟网络上，建立软件之间的关联关系，形成对其他设备的隔离，并且给虚拟PLC设备提供统一的访问接口。

对于每条软总线分配一个虚拟PLC控制器，对该总线实施自动化调控算法。例如对一个小区的单元平衡阀进行控制，首先构造一条软总线，把单元传感器(进回水温度、流量、压力)、执行阀门接入到该总线，然后启动一台虚拟PLC控制器，再指定调控对象(回水温度、流量)，再指定控制目标(平衡在2.5％)，然后指定调控算法(PID算法)以及算法采用的系数，然后该虚拟PLC控制器投入运行。再例如对一个楼栋内的户用阀门进行调控，首先构造一条软总线，把该楼栋安装的室内测温器、户用控制阀接入，然后启动一台虚拟PLC控制器，指定控制对象为供热室内温度，指定控制目标为平均温度达到22度，离散性在5％，最后启动PLC投入运行。在项目的建设中需要编写多种虚拟PLC控制器模板以及多种控制算法，通过这些虚拟PLC控制器，热力公司可在服务器上，随时实例化一台虚拟设备，通过简单编程即可进行管网调控，而不需要投入任何硬件成本，也不需要依赖软件定制。通过“选择”、“点击”、“配置”等操作，启动一台控制器，这台控制器可保留继承到下一年，也可在其使命完成后被删除，可最大程度满足热力公司的管网变动、扩容、更换设备等自主定制开发。

对于消息与日志的产生与分发，软总线与虚拟PLC根据消息的严重程度划分为一般类、警告类、严重类以及伤害类，为了让消息及时得到处理，设置供热管理的不同人物角色：设备供应商、热力公司客服、热力公司运维、热力公司部门经理、热力公司主管等，不同种类的消息可被分发到设备的角色，并且由角色人员处理以及反馈处理结果。分发消息的途径包括：热力公司内部局域网、短信以及微信等。通过消息产生与分发机制，以及消息处理反馈机制，将热力公司的各个职能部门以及设备供货商融入一个整体，共同保证热力管网调控系统的稳定运行。

在服务器上构建多条软总线，并启动多个虚拟PLC控制器对该总线进行自动调控，同时每条软总线和每台PLC都会产生大量的消息与日志，这些消息与日志都是可以监控的，可以曲线图、统计状态、列表等多种形式展现。例如可通过观察个别用户的供热温度曲线及时发现管道堵塞、地暖隔热导致散热不良、室内测温器被覆盖等多种供热故障。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于软总线的供热管网节能调控方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：

建立基础数据库，保存传感器、执行器以及通信设备信息；

构建软总线，将传感器、执行器连接到服务器，将通过不同通信媒介接入的传感器、执行器组合到一个虚拟网络中，映射到统一的接口上，建立软件之间的关联关系，形成对其他设备的隔离；

为每条软总线分配一个虚拟PLC控制器，虚拟PLC控制器通过统一的访问接口访问软总线，指定调控对象、控制目标以及指定算法，将虚拟PLC控制器投入运行，对供热管网进行自动调控；

监控软总线和虚拟PLC控制器产生的消息日志，根据消息日志判断供热故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于软总线的供热管网节能调控方法，其特征在于，所述消息日志根据严重程度划分为一般类、警告类、严重类以及伤害类，并分发至供热管理的不同人物角色，包括设备供应商、热力公司客服、热力公司运维、热力公司部门经理以及热力公司主管。

3.根据权利要求2所述的一种基于软总线的供热管网节能调控方法，其特征在于，所述消息日志的分发途径包括热力公司内部局域网、短信以及微信。

4.根据权利要求1所述的一种基于软总线的供热管网节能调控方法，其特征在于，所述软总线和虚拟PLC控制器可任意构建、拆除。

5.一种基于软总线的供热管网节能调控系统，其特征在于，所述系统包括：

数据库建立模块，用于建立基础数据库，保存传感器、执行器以及通信设备信息；

软总线构建模块，用于构建软总线，将传感器、执行器连接到服务器，将通过不同通信媒介接入的传感器、执行器组合到一个虚拟网络中，映射到统一的接口上，建立软件之间的关联关系，形成对其他设备的隔离；

虚拟PLC调控模块，用于为每条软总线分配一个虚拟PLC控制器，虚拟PLC控制器通过统一的访问接口访问软总线，指定调控对象、控制目标以及指定算法，将虚拟PLC控制器投入运行，对供热管网进行自动调控；

监控模块，用于监控软总线和虚拟PLC控制器产生的消息日志，根据消息日志判断供热故障。

6.根据权利要求5所述的一种基于软总线的供热管网节能调控系统，其特征在于，所述消息日志根据严重程度划分为一般类、警告类、严重类以及伤害类，并分发至供热管理的不同人物角色，包括设备供应商、热力公司客服、热力公司运维、热力公司部门经理以及热力公司主管。

7.根据权利要求6所述的一种基于软总线的供热管网节能调控系统，其特征在于，所述消息日志的分发途径包括热力公司内部局域网、短信以及微信。

8.根据权利要求5所述的一种基于软总线的供热管网节能调控系统，其特征在于，所述软总线和虚拟PLC控制器可任意构建、拆除。

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