CN114576807A - 一种vrv空调预付费综合费控系统及其节能费控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VRV空调预付费综合费控系统，包括现场监控部分和后台监控部分；现场监控部分包括交换机、若干用电片区；每个用电片区均包括一个智能网关、若干多用户配电箱、若干组VRV空调；后台监控部分包括交换机、监控计算机、管理服务器、UPS；监控计算机内设有后台监管系统；后台监管系统包括数据采集与广播授时模块、用电计量与分摊算法模块、空调预付费管理模块、能耗监测与节能控制模块、设备管理与数据安全模块。这样设计功能更齐全，且集远程参数采集、远程用电抄表、外机用电分摊、能耗监测、远程自动控制、预付费管理于一体，能够实现远程节能和智能控制。

Description

一种VRV空调预付费综合费控系统及其节能费控方法
技术领域
本发明涉及VRV空调预付费领域，特别涉及一种VRV空调预付费综合费系统及其节能费控方法。
背景技术
VRV空调系统是可以控制压缩机的制冷/制热剂循环量和进入室内各换热器的制冷/制热剂流量，可以适时地满足室内冷、热负荷要求的一套先进系统；随着VRV空调系统的广泛应用，空调费用的收取，成为物业管理方的管理难点。
传统的VRV空调分户预付费系统，主要涉及VRV空调分户计费、收费管理等功能，功能少且相对单一，此外其还缺少能耗监测、集中控制等功能，因此导致会出现一些不必要的能源浪费，还使得收费周期较长。
此外，现有的VRV空调分户计费主要有以下几种方法：面积分摊，即根据用户使用面积均摊空调机组电量计费；水计量，即根据用户使用水量均摊空调机组电量计费；电计量，即根据用户使用电均摊空调机组电量计费；时间计量，即根据用户的使用时间分摊空调机组电量计费；能量计量，即根据用户的使用能量计费均摊空调机组电量计费。面积分摊法简单、方便、零成本，但无准确性可言，不能满足用户对计费合理性的需求；计量法存在着或多或少的缺陷，未能彻底解决空调计量收费合理性的问题；时间计量没有考虑不同室内机的功率容量和各档位状态的不同耗电量；能量计量充分考虑了用户对空调冷(或热)量的实际消耗，计量精度高，但是设备投资大、成本高、难于维护。为此需要综合型的VRV空调分户计费方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种功能更齐全的、且集远程参数采集、远程用电抄表、外机用电分摊、能耗监测、远程自动控制、预付费管理于一体的、且能够实现远程节能控制的VRV空调预付费综合费控系统及其节能费控方法。
本发明的目的是这样实现的：一种VRV空调预付费综合费控系统，所包括现场监控部分和后台监控部分；所述现场监控部分包括交换机，还包括若干分别与交换机相连接的用电片区；每个所述用电片区均包括一个智能网关、若干多用户配电箱、若干组VRV空调，每组所述VRV空调均包括一台外机和与之关联的多台内机；所述多用户配电箱内设有多用户智能电表、电表通信总线、空调通信总线，所述多用户智能电表分别与相应的一台外机和与之关联的多台内机相连接，所述空调通信总线分别与相应的一台外机和与之关联的多台内机相连接；所述智能网关分别与相应多用户配电箱内的电表通信总线、空调通信总线相连接；所述后台监控部分包括交换机、监控计算机、管理服务器、UPS；所述交换机分别与监控计算机、管理服务器相连接，所述UPS还分别与监控计算机、管理服务器、交换机相连接；所述监控计算机内设有用于远程监测现场设备运行状态的、及远程控制现场设备启停的后台监管系统，所述后台监管系统包括数据采集与广播授时模块、用电计量与分摊算法模块、空调预付费管理模块、能耗监测与节能控制模块、设备管理与数据安全模块。两台所述交换机相互连接。
进一步地，所述多用户配电箱上还设有电箱电源指示灯、各用户供电指示与断电指示灯；所述多用户智能电表用于电能计量和用电控制，其还具有人机交互功能、环境温度检测功能。
进一步地，所述智能网关智能网关具有自动数据采集功能，每隔一段时间自动采集空调外机、室内机运行的状态、累计时间和用电运行数据，并将采集到数据按分摊公式计算后存储；智能网关采用高性能微处理器,支持Linux系统,集成“RS485”、“M_BUS”、“CAN”、“ZigBee”、“HBS”、“4G”、“蓝牙”、“NB”以及以太网口等接口,集成硬件加密保护版权；智能网关具有时钟电路，能够接收后台的授时广播，完成时钟修正。
一种VRV空调预付费综合费控系统的节能费控方法，包括如下步骤：
步骤A1，数据采集与时钟授时模块获取空调系统运行状态参数、空调外机及室内机的用电电能参数、完成多用户智能电表与智能网关的广播校时，并将相应参数传输给用电计量与分摊算法模块和设备管理与数据安全模块；
步骤A2，用电计量与分摊算法模块完成室内机电能及空调外机分摊电能的计量，并将计算后的数据传输给空调预付费管理模块和设备管理与数据安全模块；
步骤A3，空调预付费管理模块完成室内机用户的预付费的管理，并将相应费用数据传输给能耗监测与节能控制模块和设备管理与数据安全模块；
步骤A4，能耗监测与节能控制模块完成多联机空调设备的能耗监测和集中节能控制，并将相应监测及控制数据传输给设备管理与数据安全模块；
步骤A5，设备管理与数据安全模块完成预付费系统的数据安全存储与备份、数据损坏后的恢复，多联机空调设备参数配置与设备管理。
进一步地，所述数据采集与时钟授时模块通过智能网关，读取空调外机、室内机末端设备的开机数量、各室内机的内机机型参数、工作模式、设置温度、环境温度、风机功率、额定制冷量、电子膨胀阀开度系数等空调现场的参数数据，用于计算各工作状态下“有效运行时间”；通过多用户配电箱的多用户智能电表，完成空调外机的电能、各用户室内机的电能采集。在“有效运行时间”的前提下，结合室内机的散热功率、有效运行时间、环境温度与设置温度，形成空调内机载荷参数，并将该数据提供给外机计费分摊模块进行外机用电的分摊运算，运算结果作为预付费系统费用管理的依据；其还具有广播授时功能，定时完成对多用户智能电表、智能网关的授时。
作为本发明的优选方案，所述用电计量与分摊算法模块的具体算法包括
步骤S1，定期获取空调参数与电量采集参数；
步骤S2，将采集数据按照对应关系存入数据库；
步骤S3，整点抽取数据库中的参数与电量数据；
步骤S4，判断外机运行状态，若其开机运行则进入步骤S5，若其停止运行则进入步骤S6,后进入S10；
步骤S5，判断内机运行状态，若其开机运行则进入步骤S8，若其停止运行则进入步骤S7,后进入S10；
步骤S6，内机均分外机待机电量；
步骤S7，内机以外机待机电量计入；
步骤S8，去除内机分摊待机电量；
步骤S9，内机分摊外机剩余电量；
步骤S10，累计内机电量与外机分摊电量；
步骤S11，传递内机带时段电量计量数据，并重回到步骤S1。
进一步地，所述空调预付费管理模块实行先收费后使用，保证用户及时缴纳空调费用，无需管理人员上门被动催费；当用户费用不足时，首先进行短信、微信的欠费提示，只有当用户欠费时，首先实行锁定空调操作一段时间，仍然欠费后才强制停电，实现网络实时抄表，费用及时回收，避免人工抄表和上门催费，减少大量的人员和人工浪费；预付费模式包括：现金充值、用户持充值卡、通过微信、支付宝等第三方支付平台进行缴费；系统软件是基于B/S架构的软件，可以通过IE浏览器查看能源监测画面和查询用电情况；系统权限是分级管理，不同人员具有不同的管理权限。系统将对操作员的所有操作进行自动记录。
进一步地，所述能耗监测与节能控制模块通过空调能耗监测管理系统，可对数据进行采集、统计与分析，数据发布与远传，分析优化能源运行方案，记录和积累能源使用状况；通过各种图表、曲线等从真正意义上实现能源使用的实时在线监控，为管理者提供不同层次的管理权限，随时随地可以对空调的用能情况进行查看。为领导提供能源利用诊断、节能控制、节能潜力分析、节能效果验证，提高节能意识等提供有效手段；通过集中节能控制系统可以实现开关机控制、运转模式设定(制冷、制热、除湿、送风)、温度设定(可设定温度上下限)、风量设定(高风、中风和低风)、现场遥控器锁定(开关、运转模式、温度、风量等设定项全部或单独锁定)、控制不同用户按不同设定日程表自动定时运转。按供热、制冷季的起点温度值设定，在保证质量的前提下计费；可以对时间段权限、温度控制、空调开启权限做集中控制管理，预付费管理平台通过智能网关下发控制指令至多用户智能电表，由智能电表通过控制断路器，实现对室内机供电切断操作，完成欠费禁用功能。
进一步地，设备数据包括空调外机、室内机、多用户配电箱、智能网关的设备状态数据，空调室内机运行参数，空调外机、室内机的用电数据，用户用电计量数据、计费数据及费用余额；现场设备的用电数据存放在多用户智能电表(储存周期1年)、智能网关(储存周期10年)、后台服务器(储存周期20年)，空调室内机的运行参数存放在智能网关、后台服务器，现场设备的状态参数存放在后台服务器；系统基于Mysql数据库完成历史数据管理，所有实时采样数据均可保存到历史数据库；数据安全措施包括硬件措施和软件措施两方面；多用户智能电表、智能网关的数据采取硬件加密与软件加密双重手段，防止未经授权访问或拷贝设备数据。设计时充分考虑了灾难恢复系统，多用户智能电表、智能网关都设计了数据储存功能，后台可以重新获取预付费系统的历史数据，使整个系统在出现故障并恢复后确保能耗数据不丢失。系统中各用户的空调使用的数据分级保存，同时系统还提供数据备份功能，并且在多用户智能电表、智能网关上还有备份数据，也可定期对重要的数据备份到其他设备上，从而保证空调预付费系统数据的绝对安全。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明所提供的VRV空调预付费综合费控系统及其节能费控方法功能更齐全，且集远程参数采集、远程用电抄表、外机用电分摊、能耗监测、远程自动控制、预付费管理于一体，能够实现远程节能和智能控制；
其还具有如下的特征：
特征一：多用户配电箱能够给空调外机和内机进行集中供电，防止室内机随意断电，影响空调室外机的正常通信。空调内机与室内照明回路分开供电，可以单独进行室内机的用电计量，解决了空调内机直接和室内照明一起计量电量，无法根据室内机的有效用电量来分摊室外机的电量的问题。配电箱有电箱电源指示灯、各用户供电指示与断电指示灯，可以对空调外机、内机的用电情况一目了然。
特征二：多用户智能电表能够对多用户用电进行完成对用户的室内机电量和室外机的电量的集中计量，避免了一个用户需要一个智能电表的计量措施，能够减少系统计量成本。具有时钟电路，能够接收后台软件的广播授时。
特征三：多用户智能电表能够响应后台管理系统的送电/断电命令，完成对用户室内机的用电控制。为后台预付费系统先收费、后使用，提供了技术保障，避免人工抄表和上门催费，减少大量的人员和人工浪费。
特征四：智能网关采用高性能微处理器,支持Linux系统,集成硬件加密保护版权。能够支持2路独立的数据采集总线，一个选用与智能电表匹配的“RS485”、“M_BUS”、“CAN”、“ZigBee”等接口,用于采集空调外机及室内机的各自用电数据；另外一个通过HBS、CAN、RS485总线与空调通讯总线连接，采集空调室内机的运行参数。具有时钟电路，接收后台软件的广播授时。
特征五：智能网关能够支持多品牌的VRV空调，支持大金、日立、东芝、三菱电机、海信、海尔、松下、约克、三菱重工、美的、LG、奥克斯、博世、格力等品牌的多联机空调系统。支持自适应通信协议的转换，自动采集空调室内机的运行参数。
特征六：多用户智能电表、智能网关的所有对外接口采用光电隔离，具有时钟电路，能够接收后台的广播授时，使得智能电表、智能网关和后台软件的时钟保持一致，提升了设备计量的可靠性高和空调运行参数与用电数据的一致性。
特征七：VRV空调预付费系统采取多重数据安全措施，多用户智能电表、智能网关的数据采取硬件加密与软件加密双重手段，防止未经授权访问或拷贝设备数据。设计时充分考虑了灾难恢复系统，多用户智能电表、智能网关都设计了长期数据储存功能，后台可以重新获取预付费系统的历史数据，使系统在出现故障并恢复后确保能耗数据不丢失。解决了系统存在异常时无法分户计费的问题，有效提高了多联机分户计费系统的可靠性。
特征八：采取独特的VRV空调外机电量的分摊方法，综合“电表计量”、“时间计量”分摊法，将各档位状态有效时间内电量累计，通过给定系数转换成有效运行时间，汇总统计为用户有效运行时间，按照有效运行时间内室内机的电量进行室外机电量的分摊，进行室内机的汇总用电计量。避免了“能量计量”的高成本、“面积计量”的不准确的问题。
特征九：预付费管理人性化，支持现金充值、用户持充值卡、通过微信、支付宝等第三方支付平台进行缴费。欠费首先短信、微信信息提示，然后锁定空调操作进行提示，最后才实施欠费断电的强制措施。
特征十：VRV空调预付费系统集远程参数采集、远程抄表、外机用电分摊、能耗监测、远程自动控制、预付费管理于一体，能够实现VRV空调的节能控制、用电计量、收费管理。系统设备成本低、系统数据安全可靠、使用方便。对分体空调工况监测报警、电能质量异常报警、用能超过定额进行计划报警；采取多用户多功能电表进行用能、负荷、电能质量以及运行环境温度的数据监测；
因此还具有如下的优势：
1、外机分摊计量简单：综合“电表计量”、“时间计量”分摊法，采用室内机“有效时间”用电对室外机进行用电分摊，克服了“能量计量”的高成本、“面积计量”的不准确问题，系统成本低，计量准确，用能收费合理，便于用户接收。
2、管控空调数量多：本地空调管理电脑可以连接出超过100台智能网关，可以实现对10000台空调室内机的集中管理。后台能够集中了解整个空调系统的运行情况，能够在现场和后台监测到故障空调数量、异常空调数量、故障历史记录等内容。进行集中的控制操作，可进行所有常规操作和日程管理，可以进行用户电量查询、计费查询、费用余额查询，可以完成现场、手机缴费。
3、设计、编程、调试的难度小：系统采取模块化编程，智能网关与后台预付费系统的外机电量分摊的计量算法、数据安全措施相同；后期针对不同项目，基于VRV空调计费算法的预付费系统节能费控方法都是通用的，只是设备配置、设备数量、智能网关的接口有所不同而已；而且随着完成项目的增多，调试难度会逐渐减少。
4、综合成本低：空调外机、室内机集中供电，采用多用户智能电表集中计量电量，多用户智能电表安装在配电箱内，实现网络实时抄表，费用及时回收，设备成本降低，调试、检验方便，设备成本和人工成本极大减低，综合成本低。
5、安装复杂度低：空调内机的用电量不大，室内机的电源单独布线简单；空调外机、内机通信总线自身存在，不要增加；多用户配电箱就近空调外机安装，智能电表放置在配电箱内，一个空调外机配置一个智能网关；需要安装的设备不多，安装复杂度低。
6、安全可靠性高：多用户智能电表、智能网关的数据采取硬件加密与软件加密双重手段，多用户智能电表、智能网关都设计了数据储存功能，后台数据丢失时可以重新获取历史数据；服务器数据采取分级保存、双硬盘存储，保证空调预付费系统数据的绝对安全。
附图说明
图1为本发明所述VRV空调预付费综合费控系统框架示意图。
图2为本发明所述后台监管系统的框架示意图。
图3为发明所述用电计量与分摊算法模块的算法流程图。
图4为本发明所述VRV空调预付费综合费控系统供电线路图。
图5为本发明所述VRV空调预付费综合费控系统通信线路图。
图6为本发明的计费原理框架图。
图7为本发明所述多用户智能电表的原理框图。
图8为本发明所述智能网关的原理框图。
具体实施方式
如图1-8所示，一种VRV空调预付费综合费控系统，包括现场监控部分和后台监控部分；所述现场监控部分包括交换机，还包括若干分别与交换机相连接的用电片区；每个所述用电片区均包括一个智能网关、若干多用户配电箱、若干组VRV空调，每组所述VRV空调均包括一台外机和与之关联的多台内机；所述多用户配电箱内设有多用户智能电表、电表通信总线、空调通信总线，所述多用户智能电表分别与相应的一台外机和与之关联的多台内机相连接，所述空调通信总线分别与相应的一台外机和与之关联的多台内机相连接；所述智能网关分别与相应多用户配电箱内的电表通信总线、空调通信总线相连接；所述后台监控部分包括交换机、监控计算机、管理服务器、UPS；所述交换机分别与监控计算机、管理服务器相连接，所述UPS还分别与监控计算机、管理服务器、交换机相连接；所述监控计算机内设有用于远程监测现场设备运行状态的、及远程控制现场设备启停的后台监管系统，所述后台监管系统包括数据采集与广播授时模块、用电计量与分摊算法模块、空调预付费管理模块、能耗监测与节能控制模块、设备管理与数据安全模块。两台所述交换机相互连接。
所述多用户配电箱实现空调外机及其配套内机的统一集中供电，内置多用户智能电表，用于电能计量和用电控制。多用户配电箱(内置多用户智能电表)主要给空调外机和其关联的内机供电，其内置的多用户智能电表用于采集空调外机和其关联的内机的电能，相应后台费控系统通过智能网关下发的断电命令。具有温度检测电路，能够完成对环境温度的检测，出现异常会及时告警，多用户智能电表具有人机交互功能。配电箱有电箱电源指示灯、各用户供电指示与断电指示灯；
VRV空调综合计费装置供电线路图如图4所示，一台空调室外机、关联的若干台室内机的用电，由多用户配电箱提供。一台空调室外机关联的若干台室内机的供电线路是分开的，分别由多用户智能电表进行各室内机的用电计量。多用户智能电表的通信总线和智能网关的数据总线相连，智能网关可以提供通信总线完成多用户智能电表的数据采集。智能电表具有输出控制端口，可以接收智能网关的断电命令，完成对欠费用户的室内机的断电控制；
空调外机、内机的供电通过断路器完成，用户在不欠费的情况下，断路器一直闭合。一旦用户欠费，经过催缴无效后，后台管理系统通过智能网关向多用户智能电表发出该用户断电的命令，智能电表通过控制用户断电端口，使得断路器断开而停止给该用户供电。配电箱有电箱电源指示灯、各用户供电指示与断电指示灯；
多用户智能电表原理框图如图7所示，空调外机及关联室内机的电压及取样电流(通过互感器获取)经过电压电流采样电路采样，通过采样选择电路轮询选择其中任意回路的采样信号，进入OSC芯片的计量模块进行电能参数的计量、管理模块的双路寄存器的备份存储，完成空调外机及关联室内机的电能采集功能；多用户智能电表能够通过RS485接口响应智能网关的数据采集命令，完成电能数据的数据传输；多用户智能电表能够通过RS485接口响应智能网关的供电/断电命令，经过控电输出回路完成与该室外机关联的室内机的用电控制；多用户智能电表可以通过脉冲接口、红外接口，能够通过对应的接口输出输出电能数据；多用户智能电表具有温度检测电路，能够完成对环境温度的检测，出现异常会及时告警；多用户智能电表具有按键指示电路和LCD显示电路，能够完成人机交互。
VRV空调预付费综合费控系统通信线路图如图5所示，其中，空调外机和空调内机的通信线路为VRV空调自身的通信总线，智能网关通过通信总线和空调外机的通信总线相连；
智能网关可实现多品牌多联式空调的集中控制和计费管理，智能网关配套多用户智能电表可以实现计费管理。目前可以支持大金、日立、东芝、三菱电机、海信、海尔、松下、约克、三菱重工、美的、LG、奥克斯、博世、格力等品牌的多联机空调系统；
智能网关通过HBS、CAN、RS485总线与空调通讯总线连接，采集空调内外机的状态参数(包括开关机状态、温度信息、工作模式和多联机空调的故障状态等；而工作模式具体包括制冷、制热、除湿、风速等运转模式。)及监控空调运行；通过RS485总线测量空调外机、内机的电压、电流与功率。将采集到的信息经网关数据处理、存储，通过网络总线向后台传输空调外机、内机用电数据，空调内机工作参数和工作状态的查询，接收后台对空调外机、内机的改变信息的命令，进而通过空调总线控制空调。后台软件具有空调计费、预付费管理、欠费关电等功能；
智能网关可提供的接口方式为RS485、M_BUS、CAN、ZigBee、HBS、4G、蓝牙、NB以及以太网口，支持如下协议：KNX、MODBUS-RTU/VRV485(针对VRV空调特点的自定义协议)、TCP/IP；
智能网关的原理框图如图8所示，智能网关集成的RS485、M_BUS、CAN、ZigBee、HBS、4G、蓝牙、NB及以太网等接口通过光电隔离模块，和微处理器进行数据交互，光电管理采用高速光耦组件实现信号隔离。智能网关可以实现远程对其参数配置、程序升级更新，可以实现长达10年的采集数据保存，对采集的数据可以实现硬件加密，具有人机交互功能，能够为M_BUS总线设备提供恒流源、带载能力测试(恒流源的电流大小可以调整)、电压稳定性测试(电压上下门限可以调整，超过门限告警)、具有静态电流测试(恒流源电流大小测试范围：0～20mA)、RS232与M-BUS转换功能(RS232接口与M-BUS接口对接)等功能；
智能网关采用高性能微处理器,支持Linux系统,集成硬件加密保护版权；
智能网关与多用户智能电表、后台预付费管理系统软件连接，智能网关实时获取空调外机、室内机的用电数据，以及室内机的运行数据单位的运行数据并进行存储，在后台预付费管理系统软件异常运行时，以便后台预付费管理系统软件恢复正常运行后重新获取上述数据，不影响空调预付费系统的用户空调的分户计量与计费。解决了现有技术中存在异常时无法进行分户计费的问题，有效的提高了多联机分户计费系统的可靠性。
一种VRV空调预付费综合费控系统的节能费控方法，包括如下步骤：
步骤A1，数据采集与时钟授时模块获取空调系统运行状态参数、空调外机及室内机的用电电能参数、完成多用户智能电表与智能网关的广播校时，并将相应参数传输给用电计量与分摊算法模块和设备管理与数据安全模块；
步骤A2，用电计量与分摊算法模块完成室内机电能及空调外机分摊电能的计量，并将计算后的数据传输给空调预付费管理模块和设备管理与数据安全模块；
步骤A3，空调预付费管理模块完成室内机用户的预付费的管理，并将相应费用数据传输给能耗监测与节能控制模块和设备管理与数据安全模块；
步骤A4，能耗监测与节能控制模块完成多联机空调设备的能耗监测和集中节能控制，并将相应监测及控制数据传输给设备管理与数据安全模块；
步骤A5，设备管理与数据安全模块完成预付费系统的数据安全存储与备份、数据损坏后的恢复，多联机空调设备参数配置与设备管理。
所述数据采集与时钟授时模块通过智能网关，读取空调外机、室内机末端设备的开机数量、各室内机的内机机型参数、工作模式、设置温度、环境温度、风机功率、额定制冷量、电子膨胀阀开度系数、各工作状态下“有效运行时间”等空调现场的参数数据；
通过多用户智能电表，完成空调外机的电能、各用户室内机的电能采集；
广播授时：对智能电表、智能网关的时钟进行定时校时，保证所有智能电表、智能网关的时间和后台软件一致，使得空调参数和智能电表的抄表数据时段一致，保证用电计量的正确、分摊算法的精准。
所述用电计量与分摊算法模块的具体算法包括
步骤S1，定期获取空调参数与电量采集参数；
步骤S2，将采集数据按照对应关系存入数据库；
步骤S3，整点抽取数据库中的参数与电量数据；
步骤S4，判断外机运行状态，若其开机运行则进入步骤S5，若其停止运行则进入步骤S6,后进入S10；
步骤S5，判断内机运行状态，若其开机运行则进入步骤S8，若其停止运行则进入步骤S7,后进入S10；
步骤S6，内机均分外机待机电量；
步骤S7，内机以外机待机电量计入；
步骤S8，去除内机分摊待机电量；
步骤S9，内机分摊外机剩余电量；
步骤S10，累计内机电量与外机分摊电量；
步骤S11，传递内机带时段电量计量数据，并重回到步骤S1；
VRV空调预付费系统是建立在用电计量与分摊算法的基础上对用户室内机的分户计费。其中，用电计量是前提，分摊算法是关键；
根据空调使用情况，对空调电量进行分摊，分摊系统可以保存包括用户操作、电表电量等多种记录，方便物业收取费用或给租户出具收费依据；
Figure BDA0003487923390000171
以上数据记录会同时保存在“智能电表”，“智能网关”，“电脑硬盘”中，空调网关中的数据，保存的时间是1年，例如，第二年10月份的数据会将前一年10月份的数据覆盖；数据记录仪及电脑硬盘中的数据存储时间随存储器大小而定；
通常计量以一个自然月为计费核算时间段，空调内机和空调外机各自独立供电时，通过多用户智能电表累计对应空调外机、内机的用电量。在一个周期(例如：5分钟)时间段内，将室外机的累计电耗，依据其所带动的每台内机累计能耗的比例进行分摊，将室外机的用电耗分摊到每台室内机。综合空调内机的自身运行用电及对应外机所分摊到的外机用电，作为每台室内机的用电计量数据；
VRV空调系统通常由一台或多台室外机和多台室内机组成，无论室外机、室内机均采用市电驱动，对于每套室外主机的系统，其外机的能力输出是由内机的需求决定的。室内机送风(只空气循环)、房间温度达到设定值(电子膨胀阀关闭，切断制冷剂流通)、待机、故障的情况下，不参与室外机的电量分配；
影响室外机电量的分摊的参数包括“有效容量”参数和“有效运行时间”参数。当室内机电子膨胀阀开启，室内机有冷量、热量输出到房间的累积运行时间。当室内机待机、故障、开启送风模式(只空气循环)或者房间温度达到设定值(电子膨胀阀关闭，切断制冷剂流通)时，室内机运行的时间为“有效运行时间”；
如图3为用电计量与分摊算法模块的算法流程图；
空调外机需要分摊用电的情况之一：在多联机系统的所有内机都关机或能力需求为零、空调外机待机及故障的情况下，空调外机电量可直接分摊给各空调内机；
空调外机需要分摊用电的情况之二：有空调内机能力需求不为零，空调外机的用电应该由室内机按照“有效容量”参数和“有效运行时间”参数进行分摊。通过空调数据总线读取的室内机的通讯数据(温度、运转模式、时间等)，可以准确地了解每台室内机的运行情况；根据室内、外机的型号(室内机制冷、制热所对应的外机耗电需求)，运转时间，电子膨胀阀的开度以及吸入温度，可将空调室外机的耗电量平均分配到每台室内机，精确判断出每台空调的耗电情况，并以此为标准进行室外机电量的分摊；
对于不同大小和型号的室内机，不同状态下的室内机的需求系数是各不相同的。对于同一品牌的相同型号的室内机，其制冷与制热的容量是相同的。同一品牌的不同型号的室内机，其制冷与制热的容量是不同的。因此，室内机的型号参数(对应功率容量)作为室外机的用电分摊的有效容量参数；
考虑到空调外机工作时，不是所有空调内机都有能力需求。如果仅有需求的空调内机参与分摊，可能费用较高。本算法采取优化措施，需求为零的空调内机以空调外机待机的情况参与空调外机用电分摊，这样能够减轻使用室内机用户的经济压力；
以如图6所示的1室外机拖带3室内机的10HP中央空调制冷运行为例，室外机消耗功率约8KW，室内机消耗功率3x40W＝0.12KW空调室内机电量消耗比较低，与照明灯功耗相近，该功率消耗源自于其风扇电机，每个风扇电机功耗约20～50W，一般该电量与照明用电被一起计入户内电表，也可以通过电表对所有内机进行电量采集。空调耗电主要来自于室外机，本电量分摊系统根据空调室内机的运行情况将消耗电量分摊给各用户，其分摊依据因素为：有效运行时间x室内机制冷容量；
用户甲、乙、丙分摊室外机电量的比例为：(3HPx2h):(2HPx6.5h):(5HPx8h)。
所述空调预付费管理模块实行先收费后使用，目的是保证(带有一定的强制性)用户及时缴纳空调费用，无需管理人员上门被动催费；当用户费用不足时，首先进行短信、微信的欠费提示，只有当用户欠费时，首先实行锁定空调操作一段时间，仍然欠费后强制停电，用户充值冲正余额后会立即通知智能电表自动开闸供电。实现网络实时抄表，费用及时回收，避免人工抄表和上门催费，减少大量的人员和人工浪费；
预付费模式包括：现金充值、用户持充值卡、通过微信、支付宝等第三方支付平台进行缴费；
现金充值：用户到财务缴纳现金，财务收款人员通过专用的收费管理模块进行操作，充值后，计算机通过智能网关直接把充值金额数据通过网络下发到智能电表；
用户持充值卡：同时在楼宇管理员处配备缴费收款刷卡机，进行扣费充值；
系统是基于B/S架构的软件，可以通过IE浏览器查看能源监测画面和查询用电情况；
每天用能数据可自动上传到服务器，供用电管理人员进行查询同时为用户提供综合的电能和需量统计报表，包括不同费率时段的用电量；
可以按照指定时段/日/月方式查询/打印/另存各室内机电费数据，电费计算分波峰/波谷，可设定波峰/波谷时段及该时段的用电电价；
系统权限是分级管理，不同人员具有不同的管理权限。系统管理员具有最高权限，同时可以分配其他人员的使用系统的权限。由于权限的统一管理，保证数据的保密性和安全性。可以防止无关人员乱操作，破坏系统或资料；
系统将对操作员的所有操作及系统自动进行的操作自动记录,当异常发生时，需要尽快找出异常原因，系统日志将能提供很大的帮助。
关于能耗监测与节能控制模块，为了对整栋楼的空调更宏观的进行掌控，需要对空调机组的能耗进行统计，通过监控系统实时监控能耗曲线，出现能耗异常的情况下，及时处理排除原因及处理，避免带来不必要的损失；
通过空调能耗监测管理系统，可对数据进行采集、统计与分析，数据发布与远传，分析优化能源运行方案，记录和积累能源使用状况；通过各种图表、曲线等从真正意义上实现能源使用的实时在线监控，为管理者提供不同层次的管理权限，随时随地可以对空调的用能情况进行查看。为领导提供能源利用诊断、节能控制、节能潜力分析、节能效果验证，提高节能意识等提供有效手段；
空调能耗监测管理系统通过多用户配电箱里的智能电表采集空调外机、室内机的电量和能耗信息，在系统上实时呈现空调机组总用电量及空调机组能耗；
空调信息接收与电能采集采集到用户设置的温度超过供热、制冷季的起点温度值设定，空调能耗监测管理系统发现用户用电异常，都可以通过集中节能控制实现开关机控制、运转模式设定(制冷、制热、除湿、送风)、温度设定(可设定温度上下限)、风量设定(高风、中风和低风)、现场遥控器锁定(开关、运转模式、温度、风量等设定项全部或单独锁定)、控制不同用户按不同设定日程表自动定时运转。按供热、制冷季的起点温度值设定，在保证质量的前提下计费；
公共区域需要对时间段权限、温度控制、空调开启权限做集中控制管理；
计费终端通过所述管理器下发控制指令至计量模块，当计量模块收到切断指令时，通过控制继电器线圈将触点打开，实现对室内机供电切断操作，以实现欠费禁用功能。
关于设备管理与数据安全模块，设备数据包括空调外机、室内机、多用户配电箱(内置多用户智能电表)、智能网关的设备状态数据，空调室内机运行参数，空调外机、室内机的用电数据，用户用电计量数据、计费数据及费用余额等；
多用户智能电表、智能网关的数据采取硬件加密与软件加密双重手段，防止未经授权访问或拷贝设备数据。设计时充分考虑了灾难恢复系统，多用户智能电表、智能网关都设计了数据储存功能，后台可以重新获取预付费系统的历史数据，使整个系统在出现故障并恢复后确保能耗数据不丢失；
系统中各用户的空调使用的数据分级保存，同时系统还提供数据备份功能，并且在多用户智能电表、智能网关上的备份数据，也可定期对重要的数据备份到其他设备上，从而保证空调预付费系统数据的绝对安全；
后台系统基于Mysql数据库完成历史数据管理，所有实时采样数据均可保存到历史数据库，数据库数据采取加密处理；
系统可以实现分户管理功能。按楼幢、楼层、房间及每户间用户内安装内机数量统一管理。当项目使用过程中，可能发生户型分割或户型合并，数据采集器及计算机管理中心，将轻松实现按户型改变后调整分户计量管理功能；
可定时自动对系统的运行状态进行检测，故障自动报警等；
系统监测功能通过列表显示计量设备及控制末端的使用状态；
由于权限的统一管理，保证数据的保密性和安全性。可以防止无关人员乱操作，破坏系统或资料。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种VRV空调预付费综合费控系统，其特征在于：所述费控系统包括现场监控部分和后台监控部分；
所述现场监控部分包括交换机，还包括若干分别与交换机相连接的用电片区；每个所述用电片区均包括一个智能网关、若干多用户配电箱、若干组VRV空调，每组所述VRV空调均包括一台外机和与外机关联的多台内机；所述多用户配电箱内设有多用户智能电表、电表通信总线、空调通信总线，所述多用户智能电表分别与相应的一台外机和多台内机相连接，所述空调通信总线分别与相应的一台外机和多台内机相连接；所述智能网关分别与相应多用户配电箱内的电表通信总线、空调通信总线相连接；
所述后台监控部分包括交换机、监控计算机、管理服务器、UPS；所述交换机分别与监控计算机、管理服务器相连接，所述UPS还分别与监控计算机、管理服务器、交换机相连接；所述监控计算机内设有用于远程监测现场设备运行状态的、及远程控制现场设备启停的后台监管系统，所述后台监管系统包括数据采集与广播授时模块、用电计量与分摊算法模块、空调预付费管理模块、能耗监测与节能控制模块、设备管理与数据安全模块。
两台所述交换机相互连接。
2.根据权利要求1所述一种VRV空调预付费综合费控系统，其特征在于：所述多用户配电箱上还设有电箱电源指示灯、各用户供电指示与断电指示灯；
所述多用户智能电表用于电能计量和用电控制，其还具有人机交互功能、环境温度检测功能。
3.根据权利要求1所述一种VRV空调预付费综合费控系统，其特征在于：所述智能网关具有自动数据采集功能，每隔一段时间自动采集空调外机、室内机运行的状态、累计时间和用电运行数据，并将采集到数据按分摊公式计算后存储；
所述智能网关采用高性能微处理器,支持Linux系统,集成“RS485”、“M_BUS”、“CAN”、“ZigBee”、“HBS”、“4G”、“蓝牙”、“NB”以及以太网口等接口,集成硬件加密保护版权；
所述智能网关具有时钟电路，能够接收后台的授时广播，完成时钟修正。
4.一种应用权利要求1所述的VRV空调预付费综合费控系统的节能费控方法，其特征在于：该节能费控方法包括如下步骤：
步骤A1，数据采集与时钟授时模块获取空调系统运行状态参数、空调外机及室内机的用电电能参数、完成多用户智能电表与智能网关的广播校时，并将相应参数传输给用电计量与分摊算法模块和设备管理与数据安全模块；
步骤A2，用电计量与分摊算法模块完成室内机电能及空调外机分摊电能的计量，并将计算后的数据传输给空调预付费管理模块和设备管理与数据安全模块；
步骤A3，空调预付费管理模块完成室内机用户的预付费的管理，并将相应费用数据传输给能耗监测与节能控制模块和设备管理与数据安全模块；
步骤A4，能耗监测与节能控制模块完成多联机空调设备的能耗监测和集中节能控制，并将相应监测及控制数据传输给设备管理与数据安全模块；
步骤A5，设备管理与数据安全模块完成预付费系统的数据安全存储与备份、数据损坏后的恢复，多联机空调设备参数配置与设备管理。
5.根据权利要求4所述节能费控方法，其特征在于：所述数据采集与时钟授时模块通过智能网关，读取空调外机、室内机末端设备的开机数量、各室内机的内机机型参数、工作模式、设置温度、环境温度、风机功率、额定制冷量、电子膨胀阀开度系数等空调现场的参数数据，用于计算各工作状态下“有效运行时间”；
通过多用户配电箱的多用户智能电表，完成空调外机的电能、各用户室内机的电能采集；在“有效运行时间”的前提下，结合室内机的散热功率、有效运行时间、环境温度与设置温度，形成空调内机载荷参数，并将该数据提供给外机计费分摊模块进行外机用电的分摊运算，运算结果作为预付费系统费用管理的依据；
其还具有广播授时功能，定时完成对多用户智能电表、智能网关的授时。
6.根据权利要求4所述节能费控方法，其特征在于：所述用电计量与分摊算法模块的具体运行方法包括
步骤S1，定期获取空调参数与电量采集参数；
步骤S2，将采集数据按照对应关系存入数据库；
步骤S3，整点抽取数据库中的参数与电量数据；
步骤S4，判断外机运行状态，若其开机运行则进入步骤S5，若其停止运行则进入步骤S6,后进入S10；
步骤S5，判断内机运行状态，若其开机运行则进入步骤S8，若其停止运行则进入步骤S7,后进入S10；
步骤S6，内机均分外机待机电量；
步骤S7，内机以外机待机电量计入；
步骤S8，去除内机分摊待机电量；
步骤S9，内机分摊外机剩余电量；
步骤S10，累计内机电量与外机分摊电量；
步骤S11，传递内机带时段电量计量数据，并重回到步骤S1。
7.根据权利要求4所述节能费控方法，其特征在于：所述空调预付费管理模块实行先收费后使用，保证用户及时缴纳空调费用，无需管理人员上门被动催费；当用户费用不足时，首先进行短信、微信的欠费提示，只有当用户欠费时，首先实行锁定空调操作一段时间，仍然欠费后才强制停电；
预付费模式包括：现金充值、用户持充值卡、通过微信、支付宝等第三方支付平台进行缴费等模式；
空调预付费管理模块是基于B/S架构的软件，可以通过IE浏览器查看能源监测画面和查询用电情况；
其系统权限是分级管理，不同人员具有不同的管理权限；系统将对操作员的所有操作自动进行记录。
8.根据权利要求4所述节能费控方法，其特征在于：所述能耗监测与节能控制模块通过能耗监测系统，可对数据进行采集、统计与分析，数据发布与远传，分析优化能源运行方案，记录和积累能源使用状况；
通过节能控制系统可以实现开/关机控制、运转模式设定、温度设定、风量设定、现场遥控器锁定控制,不同用户按不同设定日程表自动定时运转。按供热、制冷季的起点温度值设定，在保证质量的前提下计费；
也可以对时间段权限、温度控制、空调开启权限做集中控制管理，预付费管理平台通过智能网关下发控制指令至多用户智能电表，由智能电表通过控制断路器，实现对室内机供电切断操作，完成欠费禁用功能。
9.根据权利要求4所述节能费控方法，其特征在于：所述设备管理与数据安全模块中的设备数据包括空调外机、室内机、多用户配电箱、智能网关的设备状态数据，空调室内机运行参数，空调外机、室内机的用电数据，用户用电计量数据、计费数据及费用余额等；
现场设备的用电数据存放在多用户智能电表、智能网关、后台服务器；空调室内机的运行参数存放在智能网关、后台服务器；现场设备的状态参数存放在后台服务器；
设备管理与数据安全模块基于Mysql数据库完成历史数据管理，所有实时采样数据均可保存到历史数据库；
数据安全措施包括硬件措施和软件措施两方面，多用户智能电表、智能网关的数据采取硬件加密与软件加密双重手段，防止未经授权访问或拷贝设备数据；此外，多用户智能电表、智能网关都设计了数据储存功能，后台可以重新获取预付费系统的历史数据，使整个系统在出现故障并恢复后确保能耗数据不丢失；
其中各用户的空调使用的数据分级保存，同时系统还提供数据备份功能，并且在多用户智能电表、智能网关上还有备份数据，也可定期对重要的数据备份到其他设备上，从而保证空调预付费系统数据的绝对安全。
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