CN115755752B - 一种基于plc的自动化设备节能控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PLC的自动化设备节能控制方法及系统，属于电力控制技术领域，用于解决现有的工厂节能方法节能力度和范围都很小、自动化水平低的技术问题。方法包括：在用电子模块为生产线子模块的情况下，根据设备用电参数，确定用电子模块的能耗值，对用电子模块进行能耗波动分析；根据能耗波动分析的结果，对生产线子模块中的自动化设备进行节能优化控制；在用电子模块为照明子模块的情况下，根据各个厂房的用光需求以及外部光照强度值，对照明子模块中的照明灯数量以及亮度进行调节；根据设备用电参数，判断用电子模块是否需要进行能耗异常检测；确定用电子模块的能耗异常类型；根据能耗异常类型，确定对应的能耗异常处理模式。

Description

一种基于PLC的自动化设备节能控制方法及系统

技术领域

本申请涉及电力控制技术领域，尤其涉及一种基于PLC的自动化设备节能控制方法及系统。

背景技术

随着生产行业的飞速发展，各类生产工厂的生产任务越来越多，自动化设备的控制程度也越来越高，现有的很多自动化设备都无需人在现场盯着进行工作。生产行业内的生产线速度越来越快，同家工厂内生产线越来越多，随之而来的问题是对于能量的消耗越来越严重。而为响应节能减排的政策，工厂的能耗问题亟需解决。

现有的生产工厂往往几十条生产线24小时运行或者上百条生产线同时运行。与此同时，照明系统、散热系统等配套系统也要24小时运行。那么对于生产工厂而言，每天产生的电能都是一个庞大的数字。目前也出现了一些节省电能的方法，但这些方法往往针对的只是工厂里的一个设备或者一个小的系统，并不能从整个工厂层面进行全面节能，节能范围小，且节能的自动化水平也较低。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于PLC的自动化设备节能控制方法及系统，用于解决如下技术问题：现有的工厂节能方法节能力度和范围都很小、自动化水平低。

本申请实施例采用下述技术方案：

一方面，本申请实施例提供了一种基于PLC的自动化设备节能控制方法，方法包括：获取生产工厂用电系统的能耗检测参数；其中，所述用电系统包括若干用电子模块，所述用电子模块为生产线子模块及照明子模块；每个用电子模块均与PLC能耗控制模块通信连接；所述PLC能耗控制模块用于控制各所述用电子模块的能耗；所述能耗检测参数包括：设备用电参数、设备异常参数以及环境参数；在所述用电子模块为生产线子模块的情况下，根据所述设备用电参数，确定所述用电子模块的能耗值，并根据所述能耗值，对所述用电子模块进行能耗波动分析，判断所述用电子模块是否异常；根据所述能耗波动分析的结果，对所述生产线子模块中的自动化设备进行节能优化控制；在所述用电子模块为照明子模块的情况下，根据各个厂房的用光需求以及外部光照强度值，对所述照明子模块中的照明灯数量以及亮度进行调节，以进行节能优化控制；根据所述设备用电参数，判断所述用电子模块是否需要进行能耗异常检测；若任一用电子模块需要进行能耗异常检测，则根据所述设备异常参数以及所述环境参数，确定所述用电子模块的能耗异常类型；根据所述能耗异常类型，确定对应的能耗异常处理模式。

本申请实施例通过实时采集生产工厂中的各个生产线以及照明系统的各种参数，并通过PLC技术对各个生产线以及照明系统进行对应的节能控制，能够实时调节生产工厂中的用电设备的能耗，节能范围覆盖整个工厂内的用电设备，且全程无需人为操作，自动化水平很高。同时，在节能控制的过程中，PLC能耗控制模块还实时监测用电系统是否需要进行能耗异常检测，如果用电系统在运行过程中出现能耗异常点，可以在检测出不能由PLC模块自动调节的能耗异常后立即采取维护措施，避免能耗异常时间过长导致电能损耗过多或者器械损坏的问题，以免造成长期的能耗浪费。

在一种可行的实施方式中，在所述用电子模块为生产线子模块的情况下，根据所述设备用电参数，确定所述用电子模块的能耗值，并根据所述能耗值，对所述用电子模块进行能耗波动分析，判断所述用电子模块是否异常，具体包括：根据实时采集的所述生产线子模块对应的设备用电参数，计算所述生产线子模块每一时刻的实时功率，得到所述生产线子模块每一时刻的能耗值；其中，所述设备用电参数包括以下任意一项或多项：用电设备编号、电流、电压以及温度、电机转速；连续获取所述生产线子模块预设时间段内每个预设时长内的能耗值，并按照获取顺序排列后，将相邻的能耗值两两相减，得到若干个能耗波动值；判断得到的每一个能耗波动值是否在预设波动范围内，若是，则确定所述能耗波动值为正常波动值；若否，则确定所述能耗波动值为异常波动值；统计所述异常波动值的数量，设为第一数量；若所述第一数量与与所述能耗波动值的总数量的比值大于第一预设阈值，则确定所述生产线子模块在所述预设时间段内产生了异常波动。

在一种可行的实施方式中，根据所述能耗波动分析的结果，对所述生产线子模块中的自动化设备进行节能优化控制，具体包括：若所述生产线子模块中任一自动化设备的实时功率大于0，且所述生产线子模块的操控设备处于静默状态，则确定所述生产线子模块的运行状态为无操作运行状态；其中，所述静默状态包括：长时间无按键操作、急停开关打开以及暂停按钮打开；若所述生产线子模块处于无操作运行状态，则调整所述操控设备的屏幕亮度以及所述生产线子模块的电机转速，以对所述生产线子模块进行节能优化控制；若所述生产线子模块没有处于无操作运行状态，则通过所述生产线子模块传送带的输入端处设置的测距传感器，分别测量所述输入端与每个加工设备所在工段的最短距离和最长距离；其中，所述最短距离为所述输入端与工段起始点的距离，所述最长距离为所述输入端与工段结束点的距离；获取所述传送带的滚轮周长以及所述传送带的电机转速，计算出单位时间内所述传送带的传送速度；根据所述输入端与每个加工设备所在工段的最短距离以及所述传送带的传送速度，计算出加工材料从所述输入端出发到达每个加工设备所在工段的到达时间；根据所述输入端与每个加工设备所在工段的最长距离以及所述传送带的传送速度，计算所述加工材料从所述输入端出发到离开每个加工设备所在工段的离开时间；预先控制所述生产线子模块中的所有加工设备均处于关闭状态；在安装于所述输入端的感应器感应到加工材料后开始计时，在经过对应的加工设备所在工段的到达时间后，控制对应的加工设备开启；在经过对应的加工设备所在工段的离开时间后，控制对应的加工设备关闭；若所述生产线子模块没有处于无操作运行状态，且所述生产线子模块在当前预设时间段内产生了异常波动，则将所述生产线子模块传送带的电机转速降低为第一预设转速，并根据所述第一预设转速，重新计算所述到达时间与离开时间；预设时间间隔后，再次判断所述生产线子模块是否还存在异常波动，若不存在，则将所述电机转速调回原速。

在一种可行的实施方式中，若所述生产线子模块处于无操作运行状态，则调整所述操控设备的屏幕亮度以及所述生产线子模块的电机转速，以对所述生产线子模块进行节能优化控制，具体包括：若经过第一预设时间后，所述操控设备仍无指令发出且没有正在发送数据，则将所述操控设备的屏幕亮度调为原来的一半，并将所述生产线子模块的传送带的电机转速降低为第二预设转速；其中，所述第二预设转速低于所述第一预设转速；若再经过第二预设时间后，所述操控设备仍无指令发出且没有在发送数据，则将所述操控设备的屏幕熄灭，并将所述生产线子模块的所有电机的电机转速均降低为第二预设转速。

在一种可行的实施方式中，在所述用电子模块为照明子模块的情况下，根据各个厂房的用光需求以及外部光照强度值，对所述照明子模块中的照明灯数量以及亮度进行调节，以进行节能优化控制，具体包括：根据工作人员的设置，确定各个厂房的用光需求；其中，所述用光需求包括第一用光等级、第二用光等级以及第三用光等级，且第一用光等级＞第二用光等级＞第三用光等级；若所述厂房的用光需求为第一用光等级，则控制所述厂房的照明灯全部打开，且将照明灯亮度调整至最高亮度；若所述厂房的用光需求为第三用光等级，则控制所述厂房中三分之一的照明灯打开，且将所述照明灯的亮度调整至最低亮度；其中，每两个打开的照明灯之间间隔两个未打开的照明灯，以使打开的所述三分之一的照明灯均匀分布；若所述厂房的用光需求为第二用光等级，则将所述厂房中照明灯的亮度调整为中等亮度；根据各个厂房窗口或门口安装的光照传感器采集的数据，得到各个厂房的外部光照强度值；若所述厂房的外部光照强度值小于第一预设阈值，则控制所述厂房中三分之二的照明灯打开；若所述厂房的外部光照强度值大于等于第一预设阈值且小于第二预设阈值，则控制所述厂房中二分之一的照明灯打开；若所述厂房的外部光照强度值大于等于第二预设阈值，则控制所述厂房中三分之一的照明灯打开。

在一种可行的实施方式中，根据所述设备用电参数，判断所述用电子模块是否需要进行能耗异常检测，具体包括：计算各个时刻所述设备用电参数中包含的每种参数分别对应数值的平均值；计算各个时刻所述设备用电参数值与所述平均值的比值，得到各用电设备的用电曲线；其中，所述用电曲线用于反映所述用电设备的用电情况随着时间变化的趋势，所述用电曲线的横坐标为时间；将得到的所有用电曲线确定为第一输入数据集；分别在所述第一输入数据集中随机选取1~10个初始聚类中心，对所述第一输入数据集进行聚类；每次聚类后，根据，得到聚类目标函数；其中，为所述第一输入数据集，n为所述第一输入数据集中的数据总数量，为其中的第i个数据；为k个聚类中心的位置集合，其中，，为其中的第j个聚类中心的位置；将使所述聚类目标函数最大的初始聚类中心数量，确定为最终聚类中心数量，并根据所述最终聚类中心数量对所述第一输入数据集进行再次聚类；计算此次聚类后得到的每个聚类簇中数据的平均点，得到新的聚类中心，并根据所述新的聚类中心以及所述最终聚类中心数量，再次进行聚类，直至得到的每个聚类簇中包含的数据均与上一次聚类得到的每个聚类簇中包含的数据相同为止；将最终得到的每个聚类中心对应的用电设备的用电曲线确定为正常用电曲线；计算各用电设备的实际用电曲线与所述正常用电曲线之间的相似度，并根据所述相似度，判断是否需要进行能耗异常检测。

在一种可行的实施方式中，计算各用电设备的实际用电曲线与所述正常用电曲线之间的相似度，并根据所述相似度，判断是否需要进行能耗异常检测，具体包括：计算所述用电设备的实际用电曲线与正常用电曲线在各个时刻纵坐标的差值；将所述差值绘制为差值曲线；将所述差值曲线与水平直线进行拟合，并计算拟合度，并将所述拟合度确定为所述用电设备的实际用电曲线与所述正常用电曲线之间的相似度；若所述相似度大于第三预设阈值，则需要对所述用电设备所在的用电系统进行能耗异常检测。

在一种可行的实施方式中，若任一用电子模块需要进行能耗异常检测，则根据所述设备异常参数以及所述环境参数，确定所述用电子模块的能耗异常类型，具体包括：根据用电设备编号，将在所述用电子模块中采集的设备用电参数与环境参数一一对应，得到第二输入数据集；其中，所述环境参数包括所述用电子模块中每个用电设备的用电设备编号以及每个用电设备周围预设范围内的温度、湿度；计算所述第二输入数据集中的每个数据点和最近的若干个数据点的平均欧氏距离，得到每个数据点的第一判断距离；计算所述第二输入数据集中与每个数据点最近的若干个数据点的第一判断距离的平均值，得到每个数据点的第二判断距离；计算所述第二输入数据集中每个数据点的第一判断距离与第二判断距离的比值，得到异常评价值；计算所述用电子模块中所有数据点的异常评价值的平均值与标准评价阈值的差值；根据所述差值的所属取值范围，确定所述用电子模块的异常等级；根据所述设备异常参数，确定所述用电子模块的异常等级对应的异常类型，得到所述用电子模块的能耗异常类型；其中，所述设备异常参数包括预设时间内收到的异常工单中记录的异常等级、异常类型以及异常描述；所述能耗异常类型包括：繁忙时段能耗异常、空闲时段能耗异常。

在一种可行的实施方式中，根据所述能耗异常类型，确定对应的能耗异常处理模式，具体包括：在所述能耗异常类型为繁忙时段功率异常的情况下，在异常评价值大于第四预设阈值的数据点的用电曲线中，分别确定出繁忙时段曲线；其中，所述繁忙时段曲线为：纵坐标大于所述用电曲线平均值的时段对应的用电曲线；将确定出的所有繁忙时段曲线与对应时段的正常用电曲线进行对比，确定出能耗突变点，并将所述能耗突变点的时间信息以及能耗信息发送到对应的工作人员终端，以进行繁忙时段能耗异常分析及处理；在所述能耗异常类型为空闲时段功率异常的情况下，在异常评价值小于等于第四预设阈值的数据点的用电曲线中，分别确定出空闲时段曲线；其中，所述空闲时段曲线为：纵坐标小于等于所述用电曲线平均值的时段对应的用电曲线；将确定出的空闲时段曲线与对应时段的正常用电曲线进行对比，确定出能耗突变点，并将所述能耗突变点的时间信息以及能耗信息发送到对应的工作人员终端，以进行空闲时段能耗异常分析及处理。

本申请实施例通过在节能控制的过程中检测用电系统中各用电设备的用电曲线与正常用电曲线的相似度，确定需要进行能耗异常检测的用电系统，以对出现能耗异常的用电系统进行能耗异常检测，如果用电系统在运行过程中出现能耗异常点，可以及时发现并采取相应的措施，以免造成长期的能耗浪费。

另一方面，本申请实施例还提供了一种基于PLC的自动化设备节能控制系统，系统包括：数据采集模块，用于获取生产工厂用电系统的能耗检测参数；其中，所述用电系统包括若干用电子模块，所述用电子模块为生产线子模块及照明子模块；每个用电子模块均与PLC能耗控制模块通信连接；所述PLC能耗控制模块用于控制各所述用电子模块的能耗；所述能耗检测参数包括：设备用电参数、设备异常参数以及环境参数；PLC能耗控制模块，用于在所述用电子模块为生产线子模块的情况下，根据所述设备用电参数，确定所述用电子模块的能耗值，并根据所述能耗值，对所述用电子模块进行能耗波动分析，判断所述用电子模块是否异常；根据所述能耗波动分析的结果，对所述生产线子模块中的自动化设备进行节能优化控制；在所述用电子模块为照明子模块的情况下，根据各个厂房的用光需求以及外部光照强度值，对所述照明子模块中的照明灯数量以及亮度进行调节，以进行节能优化控制；数据处理服务器，用于根据所述设备用电参数，判断所述用电子模块是否需要进行能耗异常检测；若任一用电子模块需要进行能耗异常检测，则根据所述设备异常参数以及所述环境参数，确定所述用电子模块的能耗异常类型；根据所述能耗异常类型，确定对应的能耗异常处理模式。

本申请实施例提供的一种基于PLC的自动化设备节能控制方法及系统，通过PLC技术控制生产工厂中各个用电系统的运行状态和电机转速，从而对运行中的生产线或者照明系统进行实时的节能控制，以节省生产工厂中多条生产线所造成的能耗，起到全面节省工厂能耗的作用。并且，本申请还提供了能耗异常检测的方法，能够在用电系统达到能耗异常检测条件的情况下对用电系统的能耗异常情况进行检测并及时处理，避免有些设备出现能耗异常而导致长时间无法发现的情况，进一步为工厂节省能耗。

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。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种基于PLC的自动化设备节能控制方法流程图；

图2为本申请实施例提供的一种基于PLC的自动化设备节能控制系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种基于PLC的自动化设备节能控制方法，如图1所示，基于PLC的自动化设备节能控制方法具体包括步骤S101-S107：

S101、数据采集模块获取生产工厂用电系统的能耗检测参数。

具体地，数据采集模块包括安装于生产工厂用电系统中的各种传感器，通过这些传感器分别采集用电系统中的每个用电子模块的能耗检测参数。其中，用电子模块为生产线子模块及照明子模块。每个用电子模块均与PLC能耗控制模块通信连接。PLC能耗控制模块用于控制各用电子模块的能耗。

作为一种可行的实施方式，能耗检测参数包括：设备用电参数、设备异常参数以及环境参数。生产工厂中的每条生产线均为一个生产线子模块，每个生产线子模块中包含若干台用电设备，生产线中包含的用电设备为自动化设备。生产工厂中每个厂房内的照明系统均为一个照明子模块，照明子模块中包含若干个用电设备，照明子模块中包含的用电设备为照明灯。

在一个实施例中，需要提前在需要进行节能控制的生产工厂的各个自动化设备以及照明系统中安装电流传感器、电压传感器、温度传感器、湿度传感器等传感设备，并与PLC能耗控制模块通信连接，在采集到设备用电参数以及环境参数后，实时传送给PLC能耗控制模块。

S102、PLC能耗控制模块在用电子模块为生产线子模块的情况下，根据设备用电参数，确定用电子模块的能耗值，并根据能耗值，对用电子模块进行能耗波动分析，判断用电子模块是否异常。

具体地，根据实时采集的生产线子模块对应的设备用电参数，计算生产线子模块每一时刻的实时功率，得到生产线子模块每一时刻的能耗值。其中，设备用电参数包括以下任意一项或多项：用电设备编号、电流、电压以及温度、电机转速。

进一步地，连续获取生产线子模块预设时间段内每个预设时长内的能耗值，并按照获取顺序排列后，将相邻的能耗值两两相减，得到若干个能耗波动值。判断得到的每一个能耗波动值是否在预设波动范围内，若是，则确定能耗波动值为正常波动值；若否，则确定能耗波动值为异常波动值。统计异常波动值的数量，设为第一数量；若第一数量与能耗波动值的总数量的比值大于第一预设阈值，则确定生产线子模块在预设时间段内产生了异常波动。

在一个实施例中，连续获取生产线子模块十分钟内每个十秒内的能耗值，并按照获取顺序排列后，得到60个能耗值。然后将相邻的能耗值两两相减，得到59个能耗波动值。将超出预设范围的能耗波动值确定为异常波动值，然后统计异常波动值的数量，若异常波动值的数量与59的比值大于第一预设阈值，则确定生产线子模块在这十分钟内产生了异常波动。其中，能耗值为生产线子模块十秒内消耗的电能。

S103、PLC能耗控制模块根据能耗波动分析的结果，对生产线子模块中的自动化设备进行节能优化控制。

具体地，若生产线子模块中任一自动化设备的实时功率大于0，且生产线子模块的操控设备处于静默状态，则确定生产线子模块的运行状态为无操作运行状态。其中，静默状态包括：长时间无按键操作、急停开关打开以及暂停按钮打开。在这些状态下，说明生产线子模块中的设备并没有在运行，或者在暂停运行状态。

进一步地，若生产线子模块没有处于无操作运行状态，则通过生产线子模块传送带的输入端处设置的测距传感器，分别测量输入端与每个加工设备所在工段的最短距离和最长距离。其中，最短距离为输入端与工段起始点的距离，最长距离为输入端与工段结束点的距离。获取传送带的滚轮周长以及传送带的电机转速，计算出单位时间内传送带的传送速度。

进一步地，根据输入端与每个加工设备所在工段的最短距离以及传送带的传送速度，计算出加工材料从输入端出发到达每个加工设备所在工段的到达时间。根据输入端与每个加工设备所在工段的最长距离以及传送带的传送速度，计算加工材料从输入端出发到离开每个加工设备所在工段的离开时间。

进一步地，预先控制生产线子模块中的所有加工设备均处于关闭状态。在安装于输入端的感应器感应到加工材料经过后开始计时，在经过对应的加工设备所在工段的到达时间后，控制对应的加工设备开启；在经过对应的加工设备所在工段的离开时间后，控制对应的加工设备关闭。

作为一种可行的实施方式，若从感应到一个加工材料到所述加工材料到达每个工段的到达时间内，又感应到第二个加工材料，那么在经过离开时间后，不控制对应的加工设备关闭。

在一个实施例中，一条生产线中有多个加工工段，所有加工工段都被传送带贯通。本申请在传送带上的输入端处安装一个感应设备，并提前计算加工材料从输入端到达每个工段起始点的到达时间和到达每个工段结束点的离开时间。然后在实际运行中，若从输入端到工段1的到达时间是10秒，离开时间是20秒。首先让工段1的所有加工设备都处于关闭状态，在感应设备感应到第一个加工材料到达输入端后开始计时，10秒钟后启动工段1的加工设备，20秒后关闭工段1的加工设备。若在第8秒的时候感应设备感应到了第二个加工材料，那么在第18秒时，第二个加工材料会到达工段1，此时，第20秒的时候则不关闭工段1的加工设备。只有在从0秒到10秒内没有感应到新的加工材料的情况下，才会在到达离开时间后关闭工段1的加工设备。

作为一种可行的实施方式，若生产线子模块没有处于无操作运行状态，且生产线子模块在当前预设时间段内产生了异常波动，则将生产线子模块传送带的电机转速降低为第一预设转速，并根据第一预设转速，重新计算到达时间与离开时间。在预设时间间隔后，再次判断生产线子模块是否还存在异常波动，若不存在，则将电机转速调回原速。其中，第一预设转速低于原速。

这样可以在生产线运行中产生在调节范围内的异常波动时，降低电机的转速，从而降低生产线的运行能耗，在生产线能耗达到稳定后，再将电机转速调回原速，可以让生产线中自动化设备获取一定的休息时间，并进行自我调整。

进一步地，若生产线子模块处于无操作运行状态，则调整操控设备的屏幕亮度以及生产线子模块的电机转速，以对生产线子模块进行节能优化控制，具体包括：

若第一预设时间后，操控设备仍无指令发出且没有正在发送数据，则将操控设备的屏幕亮度调为原来的一半，并将生产线子模块的传送带的电机转速降低为第二预设转速。其中，第二预设转速低于第一预设转速。若再经过第二预设时间后，操控设备仍无指令发出且没有在发送数据，则将操控设备的屏幕熄灭，并将生产线子模块的所有电机的电机转速均降低为第二预设转速。

S104、PLC能耗控制模块在用电子模块为照明子模块的情况下，根据各个厂房的用光需求以及外部光照强度值，对照明子模块中的照明灯数量以及亮度进行调节，以进行节能优化控制。

具体地，根据工作人员的设置，确定各个厂房的用光需求。其中，用光需求包括第一用光等级、第二用光等级以及第三用光等级，且第一用光等级＞第二用光等级＞第三用光等级。

进一步地，若厂房的用光需求为第一用光等级，则控制厂房的照明灯全部打开，且将照明灯亮度调整至最高亮度。若厂房的用光需求为第三用光等级，则控制厂房中三分之一的照明灯打开，且将照明灯的亮度调整至最低亮度。其中，每两个打开的照明灯之间间隔两个未打开的照明灯，以使打开的三分之一的照明灯均匀分布。若厂房的用光需求为第二用光等级，则将厂房中照明灯的亮度调整为中等亮度。

进一步地，根据各个厂房窗口或门口安装的光照传感器采集的数据，得到各个厂房的外部光照强度值。若厂房的外部光照强度值小于第一预设阈值，则控制厂房中三分之二的照明灯打开。若厂房的外部光照强度值大于等于第一预设阈值且小于第二预设阈值，则控制厂房中二分之一的照明灯打开。若厂房的外部光照强度值大于等于第二预设阈值，则控制厂房中三分之一的照明灯打开。

通过考虑外界光照因素以及厂房用光需求，有规划且均匀地开启部分照明灯，并调节照明灯的亮度，可以在光照条件较好以及用光需求不高的情况下，减少不必要的照明能耗。

S105、PLC能耗控制模块根据设备用电参数，判断用电子模块是否需要进行能耗异常检测。

具体地，PLC能耗控制模块计算各个时刻设备用电参数中包含的每种参数分别对应数值的平均值。然后计算设备用电参数与该平均值的比值，得到各用电设备的用电曲线。其中，用电曲线用于反映用电设备的用电情况随着时间变化的趋势。用电曲线的横坐标为时间。

进一步地，分别在第一输入数据集中随机选取1~10个初始聚类中心，对第一输入数据集进行聚类。每次聚类后，根据，得到聚类目标函数；其中，为第一输入数据集，n为第一输入数据集中的数据总数量，为其中的第i个数据；为k个聚类中心的位置集合，其中，，为其中的第j个聚类中心的位置；

进一步地，将使聚类目标函数最大的初始聚类中心数量，确定为最终聚类中心数量，并根据最终聚类中心数量对第一输入数据集进行再次聚类。计算此次聚类后得到的每个聚类簇中数据的平均点，得到新的聚类中心，并根据新的聚类中心以及最终聚类中心数量，再次进行聚类，直至得到的每个聚类簇中包含的数据均与上一次聚类得到的每个聚类簇中包含的数据相同为止。

进一步地，将最终得到的每个聚类中心对应的用电设备的用电曲线确定为正常用电曲线。计算各用电设备的实际用电曲线与正常用电曲线之间的相似度，并根据相似度，判断是否需要进行能耗异常检测，具体包括：

计算用电设备的实际用电曲线与正常用电曲线在各个时刻纵坐标的差值。将差值绘制为差值曲线。将差值曲线与水平直线进行拟合，并计算拟合度，并将拟合度确定为用电设备的实际用电曲线与正常用电曲线之间的相似度。若相似度大于第三预设阈值，则需要对用电设备所在的用电系统进行能耗异常检测。

S106、若任一用电子模块需要进行能耗异常检测，数据处理服务器根据设备异常参数以及环境参数，确定用电子模块的能耗异常类型。

具体地，若任一用电子模块需要进行能耗异常检测，PLC能耗控制模块就会将之前一段时间内采集的需要进行能耗异常检测的用电子模块的能耗检测参数都发送到数据处理服务器。数据处理服务器根据该自动化模块中的用电设备编号，将设备用电参数与环境参数一一对应，得到第二输入数据集。

在一个实施例中，环境参数包括用电子模块中每个用电设备的用电设备编号以及每个用电设备周围预设范围内的温度、湿度。

进一步地，计算第二输入数据集中的每个数据点和最近的若干个数据点的平均欧氏距离，得到每个数据点的第一判断距离。计算第二输入数据集中与每个数据点最近的若干个数据点的第一判断距离的平均值，得到每个数据点的第二判断距离。计算第二输入数据集中每个数据点的第一判断距离与第二判断距离的比值，得到异常评价值。

进一步地，计算用电子模块中所有数据点的异常评价值的平均值与标准评价阈值的差值。根据差值的所属取值范围，确定用电子模块的异常等级。根据设备异常参数，确定用电子模块的异常等级对应的异常类型，得到用电子模块的能耗异常类型。其中，设备异常参数包括预设时间内收到的异常工单中记录的异常等级、异常类型以及异常描述。能耗异常类型包括：繁忙时段能耗异常、空闲时段能耗异常。

在一个实施例中，PLC能耗控制模块收集该生产工厂当前时间节点之前，各个用电子模块上报的异常工单。异常工单中会人工记录设备的异常等级、异常类型以及异常描述，异常等级包括两个等级，第一异常等级对应的异常类型为繁忙时段能耗异常，第二异常等级对应的异常类型为空闲时段能耗异常，异常描述即为具体的异常信息。

在一个实施例中，若计算出的该用电子模块中，所有数据点的异常评价值的平均值与标准评价阈值的差值比较小，属于第一取值范围，则确定该用电系统的异常等级较低，不对应任何类型的能耗异常类型。若差值属于第二取值范围，则确定该用电系统属于第二异常等级，对应空闲时段能耗异常。若差值属于第三取值范围，则确定该用电系统属于第三异常等级，对应繁忙时段能耗异常。需要说明的是，第一取值范围的最大边界值小于第二取值范围的最小边界值，第二取值范围的最大边界值小于第三取值范围的最小边界值。三个取值范围的具体数值可根据生产工厂的实际情况设置合理的数值，本申请不作限定。

S107、数据处理服务器根据能耗异常类型，确定对应的能耗异常处理模式。

具体地，在用电子模块的能耗异常类型为繁忙时段功率异常的情况下，在异常评价值大于第四预设阈值的数据点的用电曲线中，分别确定出繁忙时段曲线。其中，繁忙时段曲线为：纵坐标大于用电曲线平均值的时段对应的用电曲线。

进一步地，将确定出的所有繁忙时段曲线与对应时段的正常用电曲线进行对比，确定出能耗突变点，并将能耗突变点的时间信息以及能耗信息发送到对应的工作人员终端，以进行繁忙时段能耗异常分析及处理。

在用电系统的能耗异常类型为空闲时段功率异常的情况下，在异常评价值小于等于第四预设阈值的数据点的用电曲线中，分别确定出空闲时段曲线。其中，空闲时段曲线为：纵坐标小于等于用电曲线平均值的时段对应的用电曲线。

进一步地，将确定出的空闲时段曲线与对应时段的正常用电曲线进行对比，确定出能耗突变点，并将能耗突变点的时间信息以及能耗信息发送到对应的工作人员终端，以进行空闲时段能耗异常分析及处理。

在一个实施例中，获取出现繁忙时段功率异常的用电子模块中的每个用电设备对应的用电曲线，然后将这些用电曲线中，超过自身平均值的曲线段截取出来，得到多条繁忙时段曲线。然后将每条繁忙时段曲线与正常用电曲线中对应时间段的曲线进行对比，找到突变点。突变点就是与正常用电曲线之间的差别特别大的点，这个差别的阈值可以人为设置。然后把突变点对应的时间和能耗值发给相关工作人员，相关工作人员可以根据收到的信息判断该用电设备是否需要维修。空闲时段功率异常的处理方式同理。这些突变性的异常往往不容易被发现，出现一两次可能对设备也没有什么表面形的损伤，因此工作人员很难发现这些能耗异常，但是若长时间得不到处理，设备会因为这些突变性异常而受到严重的损伤，也会造成能耗的浪费，本申请提出的处理方式可以及时发现设备在运行过程中出现的不能自我调节的能耗异常，然后由工作人员及时处理，避免设备经常出现这种异常或者长时间处于异常状态下，从而消耗更多的电能。

另外，本申请实施例还提供了一种基于PLC的自动化设备节能控制系统，如图2所示，基于PLC的自动化设备节能控制系统200具体包括：

数据采集模块220，用于获取生产工厂用电系统210的能耗检测参数；其中，用电系统210包括若干用电子模块，用电子模块包括生产线子模块1……N（N为生产线子模块的总数）及照明子模块1……M（M为照明子模块的总数）。每个用电子模块均与PLC能耗控制模块230通信连接；PLC能耗控制模块230用于控制各用电子模块的能耗；能耗检测参数包括：设备用电参数、设备异常参数以及环境参数；

PLC能耗控制模块230，用于在用电子模块为生产线子模块的情况下，根据设备用电参数，确定用电子模块的能耗值，并根据能耗值，对用电子模块进行能耗波动分析，判断用电子模块是否异常；根据能耗波动分析的结果，对生产线子模块中的自动化设备进行节能优化控制；在用电子模块为照明子模块的情况下，根据各个厂房的用光需求以及外部光照强度值，对照明子模块中的照明灯数量以及亮度进行调节，以进行节能优化控制；

数据处理服务器240，用于根据设备用电参数，判断用电子模块是否需要进行能耗异常检测；若任一用电子模块需要进行能耗异常检测，则根据设备异常参数以及环境参数，确定用电子模块的能耗异常类型；根据能耗异常类型，确定对应的能耗异常处理模式。

本申请中的各实施例均采用递进的方式描述，各实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

上述对本申请特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请的实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种基于PLC的自动化设备节能控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取生产工厂用电系统的能耗检测参数；其中，所述用电系统包括若干用电子模块，所述用电子模块为生产线子模块及照明子模块；每个用电子模块均与PLC能耗控制模块通信连接；所述PLC能耗控制模块用于控制各所述用电子模块的能耗；所述能耗检测参数包括：设备用电参数、设备异常参数以及环境参数；

在所述用电子模块为生产线子模块的情况下，根据所述设备用电参数，确定所述用电子模块的能耗值，并根据所述能耗值，对所述用电子模块进行能耗波动分析，判断所述用电子模块是否异常；

根据所述能耗波动分析的结果，对所述生产线子模块中的自动化设备进行节能优化控制；

在所述用电子模块为照明子模块的情况下，根据各个厂房的用光需求以及外部光照强度值，对所述照明子模块中的照明灯数量以及亮度进行调节，以进行节能优化控制；

根据所述设备用电参数，判断所述用电子模块是否需要进行能耗异常检测；

若任一用电子模块需要进行能耗异常检测，则根据所述设备异常参数以及所述环境参数，确定所述用电子模块的能耗异常类型；

根据所述能耗异常类型，确定对应的能耗异常处理模式；

其中，若任一用电子模块需要进行能耗异常检测，则根据所述设备异常参数以及所述环境参数，确定所述用电子模块的能耗异常类型，具体包括：

根据用电设备编号，将在所述用电子模块中采集的设备用电参数与环境参数一一对应，得到第二输入数据集；其中，所述环境参数包括所述用电子模块中每个用电设备的用电设备编号以及每个用电设备周围预设范围内的温度、湿度；

计算所述第二输入数据集中的每个数据点和最近的若干个数据点的平均欧氏距离，得到每个数据点的第一判断距离；

计算所述第二输入数据集中与每个数据点最近的若干个数据点的第一判断距离的平均值，得到每个数据点的第二判断距离；

计算所述第二输入数据集中每个数据点的第一判断距离与第二判断距离的比值，得到异常评价值；

计算所述用电子模块中所有数据点的异常评价值的平均值与标准评价阈值的差值；

根据所述差值的所属取值范围，确定所述用电子模块的异常等级；

根据所述设备异常参数，确定所述用电子模块的异常等级对应的异常类型，得到所述用电子模块的能耗异常类型；其中，所述设备异常参数包括预设时间内收到的异常工单中记录的异常等级、异常类型以及异常描述；所述能耗异常类型包括：繁忙时段能耗异常、空闲时段能耗异常。

2.根据权利要求1所述的一种基于PLC的自动化设备节能控制方法，其特征在于，在所述用电子模块为生产线子模块的情况下，根据所述设备用电参数，确定所述用电子模块的能耗值，并根据所述能耗值，对所述用电子模块进行能耗波动分析，判断所述用电子模块是否异常，具体包括：

根据实时采集的所述生产线子模块对应的设备用电参数，计算所述生产线子模块每一时刻的实时功率，得到所述生产线子模块每一时刻的能耗值；其中，所述设备用电参数包括以下任意一项或多项：用电设备编号、电流、电压以及温度、电机转速；

连续获取所述生产线子模块预设时间段内每个预设时长内的能耗值，并按照获取顺序排列后，将相邻的能耗值两两相减，得到若干个能耗波动值；

判断得到的每一个能耗波动值是否在预设波动范围内，若是，则确定所述能耗波动值为正常波动值；若否，则确定所述能耗波动值为异常波动值；

统计所述异常波动值的数量，设为第一数量；

若所述第一数量与所述能耗波动值的总数量的比值大于第一预设阈值，则确定所述生产线子模块在所述预设时间段内产生了异常波动。

3.根据权利要求2所述的一种基于PLC的自动化设备节能控制方法，其特征在于，根据所述能耗波动分析的结果，对所述生产线子模块中的自动化设备进行节能优化控制，具体包括：

若所述生产线子模块中任一自动化设备的实时功率大于0，且所述生产线子模块的操控设备处于静默状态，则确定所述生产线子模块的运行状态为无操作运行状态；其中，所述静默状态包括：长时间无按键操作、急停开关打开以及暂停按钮打开；

若所述生产线子模块处于无操作运行状态，则调整所述操控设备的屏幕亮度以及所述生产线子模块的电机转速，以对所述生产线子模块进行节能优化控制；

若所述生产线子模块没有处于无操作运行状态，则通过所述生产线子模块传送带的输入端处设置的测距传感器，分别测量所述输入端与每个加工设备所在工段的最短距离和最长距离；其中，所述最短距离为所述输入端与工段起始点的距离，所述最长距离为所述输入端与工段结束点的距离；

获取所述传送带的滚轮周长以及所述传送带的电机转速，计算出单位时间内所述传送带的传送速度；

根据所述输入端与每个加工设备所在工段的最短距离以及所述传送带的传送速度，计算出加工材料从所述输入端出发到达每个加工设备所在工段的到达时间；

根据所述输入端与每个加工设备所在工段的最长距离以及所述传送带的传送速度，计算所述加工材料从所述输入端出发到离开每个加工设备所在工段的离开时间；

预先控制所述生产线子模块中的所有加工设备均处于关闭状态；

在安装于所述输入端的感应器感应到加工材料后开始计时，在经过对应的加工设备所在工段的到达时间后，控制对应的加工设备开启；在经过对应的加工设备所在工段的离开时间后，控制对应的加工设备关闭；

若所述生产线子模块没有处于无操作运行状态，且所述生产线子模块在当前预设时间段内产生了异常波动，则将所述生产线子模块传送带的电机转速降低为第一预设转速，并根据所述第一预设转速，重新计算所述到达时间与离开时间；

预设时间间隔后，再次判断所述生产线子模块是否还存在异常波动，若不存在，则将所述电机转速调回原速。

4.根据权利要求3所述的一种基于PLC的自动化设备节能控制方法，其特征在于，若所述生产线子模块处于无操作运行状态，则调整所述操控设备的屏幕亮度以及所述生产线子模块的电机转速，以对所述生产线子模块进行节能优化控制，具体包括：

若经过第一预设时间后，所述操控设备仍无指令发出且没有正在发送数据，则将所述操控设备的屏幕亮度调为原来的一半，并将所述生产线子模块的传送带的电机转速降低为第二预设转速；其中，所述第二预设转速低于所述第一预设转速；

若再经过第二预设时间后，所述操控设备仍无指令发出且没有在发送数据，则将所述操控设备的屏幕熄灭，并将所述生产线子模块的所有电机的电机转速均降低为第二预设转速。

5.根据权利要求1所述的一种基于PLC的自动化设备节能控制方法，其特征在于，在所述用电子模块为照明子模块的情况下，根据各个厂房的用光需求以及外部光照强度值，对所述照明子模块中的照明灯数量以及亮度进行调节，以进行节能优化控制，具体包括：

根据工作人员的设置，确定各个厂房的用光需求；其中，所述用光需求包括第一用光等级、第二用光等级以及第三用光等级，且第一用光等级＞第二用光等级＞第三用光等级；

若所述厂房的用光需求为第一用光等级，则控制所述厂房的照明灯全部打开，且将照明灯亮度调整至最高亮度；

若所述厂房的用光需求为第三用光等级，则控制所述厂房中三分之一的照明灯打开，且将所述照明灯的亮度调整至最低亮度；其中，每两个打开的照明灯之间间隔两个未打开的照明灯，以使打开的所述三分之一的照明灯均匀分布；

若所述厂房的用光需求为第二用光等级，则将所述厂房中照明灯的亮度调整为中等亮度；

根据各个厂房窗口或门口安装的光照传感器采集的数据，得到各个厂房的外部光照强度值；

若所述厂房的外部光照强度值小于第一预设阈值，则控制所述厂房中三分之二的照明灯打开；

若所述厂房的外部光照强度值大于等于第一预设阈值且小于第二预设阈值，则控制所述厂房中二分之一的照明灯打开；

若所述厂房的外部光照强度值大于等于第二预设阈值，则控制所述厂房中三分之一的照明灯打开。

6.根据权利要求1所述的一种基于PLC的自动化设备节能控制方法，其特征在于，根据所述设备用电参数，判断所述用电子模块是否需要进行能耗异常检测，具体包括：

计算各个时刻所述设备用电参数中包含的每种参数分别对应数值的平均值；

计算各个时刻所述设备用电参数值与所述平均值的比值，得到各用电设备的用电曲线；其中，所述用电曲线用于反映所述用电设备的用电情况随着时间变化的趋势，所述用电曲线的横坐标为时间；

将得到的所有用电曲线确定为第一输入数据集；

分别在所述第一输入数据集中随机选取1~10个初始聚类中心，对所述第一输入数据集进行聚类；

每次聚类后，根据，得到聚类目标函数；其中，为所述第一输入数据集，n为所述第一输入数据集中的数据总数量，为其中的第i个数据；为k个聚类中心的位置集合，其中，，为其中的第j个聚类中心的位置；

将使所述聚类目标函数最大的初始聚类中心数量，确定为最终聚类中心数量，并根据所述最终聚类中心数量对所述第一输入数据集进行再次聚类；

计算此次聚类后得到的每个聚类簇中数据的平均点，得到新的聚类中心，并根据所述新的聚类中心以及所述最终聚类中心数量，再次进行聚类，直至得到的每个聚类簇中包含的数据均与上一次聚类得到的每个聚类簇中包含的数据相同为止；

将最终得到的每个聚类中心对应的用电设备的用电曲线确定为正常用电曲线；

计算各用电设备的实际用电曲线与所述正常用电曲线之间的相似度，并根据所述相似度，判断是否需要进行能耗异常检测。

7.根据权利要求6所述的一种基于PLC的自动化设备节能控制方法，其特征在于，计算各用电设备的实际用电曲线与所述正常用电曲线之间的相似度，并根据所述相似度，判断是否需要进行能耗异常检测，具体包括：

计算所述用电设备的实际用电曲线与正常用电曲线在各个时刻纵坐标的差值；

将所述差值绘制为差值曲线；

将所述差值曲线与水平直线进行拟合，并计算拟合度，并将所述拟合度确定为所述用电设备的实际用电曲线与所述正常用电曲线之间的相似度；

若所述相似度大于第三预设阈值，则需要对所述用电设备所在的用电系统进行能耗异常检测。

8.根据权利要求1所述的一种基于PLC的自动化设备节能控制方法，其特征在于，根据所述能耗异常类型，确定对应的能耗异常处理模式，具体包括：

在所述能耗异常类型为繁忙时段功率异常的情况下，在异常评价值大于第四预设阈值的数据点的用电曲线中，分别确定出繁忙时段曲线；其中，所述繁忙时段曲线为：纵坐标大于所述用电曲线平均值的时段对应的用电曲线；

将确定出的所有繁忙时段曲线与对应时段的正常用电曲线进行对比，确定出能耗突变点，并将所述能耗突变点的时间信息以及能耗信息发送到对应的工作人员终端，以进行繁忙时段能耗异常分析及处理；

在所述能耗异常类型为空闲时段功率异常的情况下，在异常评价值小于等于第四预设阈值的数据点的用电曲线中，分别确定出空闲时段曲线；其中，所述空闲时段曲线为：纵坐标小于等于所述用电曲线平均值的时段对应的用电曲线；

将确定出的空闲时段曲线与对应时段的正常用电曲线进行对比，确定出能耗突变点，并将所述能耗突变点的时间信息以及能耗信息发送到对应的工作人员终端，以进行空闲时段能耗异常分析及处理。

9.一种基于PLC的自动化设备节能控制系统，其特征在于，所述系统包括：

数据采集模块，用于获取生产工厂用电系统的能耗检测参数；其中，所述用电系统包括若干用电子模块，所述用电子模块为生产线子模块及照明子模块；每个用电子模块均与PLC能耗控制模块通信连接；所述PLC能耗控制模块用于控制各所述用电子模块的能耗；所述能耗检测参数包括：设备用电参数、设备异常参数以及环境参数；

PLC能耗控制模块，用于在所述用电子模块为生产线子模块的情况下，根据所述设备用电参数，确定所述用电子模块的能耗值，并根据所述能耗值，对所述用电子模块进行能耗波动分析，判断所述用电子模块是否异常；根据所述能耗波动分析的结果，对所述生产线子模块中的自动化设备进行节能优化控制；在所述用电子模块为照明子模块的情况下，根据各个厂房的用光需求以及外部光照强度值，对所述照明子模块中的照明灯数量以及亮度进行调节，以进行节能优化控制；

数据处理服务器，用于根据所述设备用电参数，判断所述用电子模块是否需要进行能耗异常检测；若任一用电子模块需要进行能耗异常检测，则根据所述设备异常参数以及所述环境参数，确定所述用电子模块的能耗异常类型，具体包括：根据用电设备编号，将在所述用电子模块中采集的设备用电参数与环境参数一一对应，得到第二输入数据集；其中，所述环境参数包括所述用电子模块中每个用电设备的用电设备编号以及每个用电设备周围预设范围内的温度、湿度；计算所述第二输入数据集中的每个数据点和最近的若干个数据点的平均欧氏距离，得到每个数据点的第一判断距离；计算所述第二输入数据集中与每个数据点最近的若干个数据点的第一判断距离的平均值，得到每个数据点的第二判断距离；计算所述第二输入数据集中每个数据点的第一判断距离与第二判断距离的比值，得到异常评价值；计算所述用电子模块中所有数据点的异常评价值的平均值与标准评价阈值的差值；根据所述差值的所属取值范围，确定所述用电子模块的异常等级；根据所述设备异常参数，确定所述用电子模块的异常等级对应的异常类型，得到所述用电子模块的能耗异常类型；其中，所述设备异常参数包括预设时间内收到的异常工单中记录的异常等级、异常类型以及异常描述；所述能耗异常类型包括：繁忙时段能耗异常、空闲时段能耗异常；

所述数据处理服务器还用于根据所述能耗异常类型，确定对应的能耗异常处理模式。

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