CN117404820A - 基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统，属于热管式太阳能运行诊断技术领域，包括运行监管平台、运行信息采集单元、监管判定单元、内因故障排查单元、外因故障排查单元、针对排查反馈单元、维护分析单元以及预警单元；本发明根据水箱运行温度值是否达到预设标准作为热管式太阳能是否运行出现故障的判定，通过从内、外两个因素方向对热管式太阳能运行故障进行诊断分析，并以内影响因素作为主要分析对象，当判定生成运行故障信号后，再对影响运行故障的运行参数进行调整，并对调整后的运行状态进行二次排查，以提高内因素判定的准确性，并结合集热环境的外因素进行整合分析，进一步提高对太阳能运行故障判定的准确性。

Description

基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统

技术领域

本发明涉及热管式太阳能运行诊断技术领域，更具体地说，涉及基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统。

背景技术

热管式太阳能热水器是一种以太阳能为能源的热水系统，也是热效率最高和最有前途的一种太阳能热水器。这种形式的热水器最重要的特点是将太阳光的集热部分安装在真空玻璃管内，其中热管被用来传热并加热水。

目前，现有技术中的热管式太阳能热水器在运行过程中，其热管以及循环泵的正常工作是太阳能正常运行的关键之在。当太阳能出现运行故障时，对于使用者而言只能直观的感知内部热水的温度信息，却无法得知主要部件功能性的故障问题。一旦出现异常故障时很难快速找到影响因素以及提高对影响因素判定的准确性，缺少一种有效的故障排查诊断系统，降低了热水器维护过程中的便捷性。

为此，我们针对上述问题提出基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统。

发明内容

本发明目的在于解决上述问题，相比现有技术提供基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统，根据水箱运行温度值是否达到预设标准作为热管式太阳能是否运行出现故障的判定，通过从内、外两个因素方向对热管式太阳能运行故障进行诊断分析，并以内影响因素作为主要分析对象，当判定生成运行故障信号后，再对影响运行故障的运行参数进行调整，并对调整后的运行状态进行二次排查，以提高内因素判定的准确性，并结合集热环境的外因素进行整合分析，进一步提高对太阳能运行故障判定的准确性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统，包括运行监管平台、运行信息采集单元、监管判定单元、内因故障排查单元、外因故障排查单元、针对排查反馈单元、维护分析单元以及预警单元；

当运行监管平台生成运行故障诊断指令时，将运行故障诊断指令发送至运行信息采集单元，运行信息采集单元用于采集热管式太阳能的运行判定因素值以及运行故障干扰因素值，所述运行故障干扰因素值包括内影响因素值和外影响因素值，并将运行判定因素值、内影响因素值和外影响因素值分别传送至监管判定单元、内因故障排查单元、外因故障排查单元；

监管判定单元接收到运行判定因素值，并立即对运行判定因素值进行监测分析，将得到的运行故障信号发送至预警单元以及内因故障排查单元；

内因故障排查单元接收到运行故障信号，并立即对内影响因素值进行自检反馈评估分析，将得到的部件运行故障信号发送至针对排查反馈单元；

针对排查反馈单元获取到部件运行故障信号，对热管式太阳能运行参数进行调整并二次排查，并将二次排查确认故障信号发送至维护分析单元；

外因故障排查单元接收到外影响因素，并立即对外影响因素进行影响反馈评估分析，得到的集热升温故障影响信号发送至维护分析单元；

维护分析单元用于对二次排查确认故障信号、集热升温故障影响信号进行接收，并生成内维护信号和无需维护信号，将内维护信号发送至运行监管平台，并匹配对应的维护人员进行维护。

作为本发明的一种优选实施方式，监管判定单元的监测分析过程如下：

S1、采集一段时间的时长，生成监测周期，将监测周期分割为若干个监测时段，获取监测时段内的运行判定因素值，运行判定因素值表示运行特征参数信息所对应的数值超出预设阈值所对应的个数，运行特征参数信息包括水箱运行温度风险值，所述水箱运行温度风险值表示各个子时间段内各个子时间节点所对应运行温度未超出预设运行温度所对应个数，进而构建异常特征值的集合A，获取到集合A中的最大子集和最小子集，并将集合A中的最大子集和最小子集之间的差值标记为特征判定风险值；

S2、将特征判定风险值与预设判定风险值进行对比分析，当特征判定风险值与预设判定风险值比值小于等于1，则不生成任何信号；

当特征判定风险值与预设判定风险值比值大于1，则生成运行故障信号。

作为本发明的一种优选实施方式，内因故障排查单元的自检反馈评估分析过程如下：

T1、获取各个时间段内的内影响因素值，所述内影响因素包括循环泵运行速率值以及热管中的移位管液位值。

T2、将循环泵运行速率值、移位管液位值分别与预设循环泵运行速率值、预设移位管液位值进行比较，当循环泵运行速率值与预设循环泵运行速率值比值大于1或者移位管液位值与预设移位管液位值比值大于等于1，生成部件运行正常信号；

当循环泵运行速率值与预设循环泵运行速率值比值小于1或者移位管液位值与预设移位管液位值比值小于1，则生成部件运行故障信号，部件运行故障信号包括循环泵运行故障信号以及热管运行故障信号。

作为本发明的一种优选实施方式，针对排查反馈单元获取到部件运行故障信号后，根据获取到的部件运行故障信号对循环泵以及热管进行相应的排查，具体排查过程为：

P1、针对排查反馈单元获取到部件运行故障信号后，通过循环泵将水箱内水抽入太阳能集热器中，太阳能集热器中的水回流至水箱内直至温度控制器检测到水箱温度达到设定温度；

P2、当在监测时段内水箱运行温度值未达到预设水箱运行温度值，调整循环泵运行速率直至达到预设循环泵运行速率值，若水箱运行温度值达到预设水箱运行温度值，则生成循环泵确认运行故障信号，若水箱运行温度值还未达到预设水箱运行温度值，则生成热管确认运行故障信号。

作为本发明的一种优选实施方式，外因故障排查单元的影响反馈评估分析的过程如下：

F1、获取监测时段内的外影响因素，外影响因素包括环境温度值、光照强度值、环境风速值以及环境雨量值，环境温度值、光照强度值、环境风速值以及环境雨量值均为在该监测时段内的平均值；

F2、根据环境温度值、光照强度值、环境风速值以及环境雨量值，计算集热器升温系数X，X=T*P*K/（F+M）,T为环境温度值，P为光照强度值，K为热管导热系数、F为环境风速值，M为环境雨量值；

F3、当集热器升温系数X大于等于预设升温值时，生成集热升温正常信号，当集热器升温系数X小于预设升温值时，生成集热升温故障影响信号。

作为本发明的一种优选实施方式，维护分析单元的运行过程如下：

当获取到循环泵确认运行故障信号或热管确认运行故障信号，判断热管式太阳能存在内影响因素干扰运行，生成内维护信号；

当获取到运行故障信号以及部件运行正常信号，且获取到集热升温故障影响信号，判断热管式太阳能存在外影响因素干扰运行，生成无需维护信号.

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案根据水箱运行温度值是否达到预设标准作为热管式太阳能是否运行出现故障的判定，通过从内、外两个因素方向对热管式太阳能运行故障进行诊断分析，并以内影响因素作为主要分析对象，当判定生成运行故障信号后，再对影响运行故障的运行参数进行调整，并对调整后的运行状态进行二次排查，以提高内因素判定的准确性，并结合集热环境的外因素进行整合分析，进一步提高对太阳能运行故障判定的准确性。

（2）本方案结合集热环境来综合判断，当集热器升温系数X大于等于预设升温值时，生成集热升温正常信号，其不作为热管式太阳能的运行故障的影响因素，当集热器升温系数X小于预设升温值时，生成集热升温故障影响信号，集热器升温系数X达不到预设升温值且越小，则表明集热环境达不到集热要求，在集热环境达不到要求的情况下发生太阳能运行故障，故而在部件运行正常信号的前提下，若生成集热升温故障影响信号，则表明时集热环境影响了热管式太阳能运行故障，无需对热管式太阳能本身进行维护处理。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明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发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明公开了基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统，请参阅图1，包括运行监管平台、运行信息采集单元、监管判定单元、内因故障排查单元、外因故障排查单元、针对排查反馈单元、维护分析单元以及预警单元，其中的运行监管平台与运行信息采集单元单向通讯连接，运行信息采集单元与内因故障排查单元、外因故障排查单元、监管判定单元单向通讯连接，内因故障排查单元与针对排查反馈单元单向通讯连接，针对排查反馈单元、外因故障排查单元与维护分析单元单向通讯连接，监管判定单元与预警单元单向通讯连接，运行监管平台与维护分析单元双向通讯连接。

当运行监管平台生成运行故障诊断指令时，将运行故障诊断指令发送至运行信息采集单元，运行信息采集单元用于采集热管式太阳能的运行判定因素值以及运行故障干扰因素值，所述运行故障干扰因素值包括内影响因素值和外影响因素值，并将运行判定因素值、内影响因素值和外影响因素值分别传送至监管判定单元、内因故障排查单元、外因故障排查单元。

监管判定单元接收到运行判定因素值，并立即对运行判定因素值进行监测分析，其监测分析过程如下：

S1、采集一段时间的时长，生成监测周期，将监测周期分割为若干个监测时段，获取监测时段内的运行判定因素值，运行判定因素值表示运行特征参数信息所对应的数值超出预设阈值所对应的个数，运行特征参数信息包括水箱运行温度风险值，所述水箱运行温度风险值表示各个子时间段内各个子时间节点所对应运行温度未超出预设运行温度所对应个数，进而构建异常特征值的集合A，获取到集合A中的最大子集和最小子集，并将集合A中的最大子集和最小子集之间的差值标记为特征判定风险值；

S2、将特征判定风险值与预设判定风险值进行对比分析，当特征判定风险值与预设判定风险值比值小于等于1，则不生成任何信号，表明热管式太阳能运行正常，其正常循环集热、换热，无需维护管理；

当特征判定风险值与预设判定风险值比值大于1，则生成运行故障信号。

根据水箱运行温度值是否达到预设标准作为热管式太阳能是否运行出现故障的判定，当得到运行故障信号后，将其发送至预警单元以及内因故障排查单元，预警单元则进行文字预警显示。

内因故障排查单元接收到运行故障信号后，并立即对内影响因素进行自检反馈评估分析，其自检反馈评估分析过程如下：

T1、获取各个时间段内的内影响因素值，所述内影响因素包括循环泵运行速率值以及热管中的移位管液位值。

T2、将循环泵运行速率值、移位管液位值分别与预设循环泵运行速率值、预设移位管液位值进行比较，当循环泵运行速率值与预设循环泵运行速率值比值大于1或者移位管液位值与预设移位管液位值比值大于等于1，生成部件运行正常信号；

当循环泵运行速率值与预设循环泵运行速率值比值小于1或者移位管液位值与预设移位管液位值比值小于1，则生成部件运行故障信号，部件运行故障信号包括循环泵运行故障信号以及热管运行故障信号；

当热管式太阳能确认出现运行故障后，该故障可能由循环泵、热管运行有误造成，则在生成运行故障信号后，立马比较分析循环泵运行速率值、移位管液位值，已得到部件运行故障信号，将得到的部件运行故障信号发送至针对排查反馈单元。

针对排查反馈单元获取到部件运行故障信号，对热管式太阳能运行参数进行调整，在热管式太阳能运行参数调整过程中对其运行状态进行持续监测，根据热管式太阳能运行状态的变化对部件运行故障信号进行二次排查，其排查过程为：

P1、针对排查反馈单元获取到部件运行故障信号后，通过循环泵将水箱内水抽入太阳能集热器中，太阳能集热器中的水回流至水箱内直至温度控制器检测到水箱温度达到设定温度；

P2、当在监测时段内水箱运行温度值未达到预设水箱运行温度值，调整循环泵运行速率直至达到预设循环泵运行速率值，若水箱运行温度值达到预设水箱运行温度值，则生成循环泵确认运行故障信号，若水箱运行温度值还未达到预设水箱运行温度值，则生成热管确认运行故障信号，热管中的移位管液位值过低，则表面热管出现破损存在漏液情况，循环泵确认运行故障信号、热管确认运行故障信号为二次排查确认故障信号，并将二次排查确认故障信号发送至维护分析单元。

外因故障排查单元接收到外影响因素，并立即对外影响因素进行影响反馈评估分析，其中过程如下：

F1、获取监测时段内的外影响因素，外影响因素包括环境温度值、光照强度值、环境风速值以及环境雨量值，环境温度值、光照强度值、环境风速值以及环境雨量值均为在该监测时段内的平均值；

F2、根据环境温度值、光照强度值、环境风速值以及环境雨量值，计算集热器升温系数X，X=T*P*K/（F+M）,T为环境温度值，P为光照强度值，K为热管导热系数、F为环境风速值，M为环境雨量值；

F3、当集热器升温系数X大于等于预设升温值时，生成集热升温正常信号，表示热管正常集热、换热，其不作为热管式太阳能的运行故障的影响因素；

当集热器升温系数X小于预设升温值时，生成集热升温故障影响信号，集热器升温系数X达不到预设升温值且越小，则表明集热环境达不到要求，不具备集热性能，导致集热能力差，造成热管式太阳能生成不了热水，在集热环境达不到要求的情况下发生太阳能运行故障，故而在部件运行正常信号的前提下，若生成集热升温故障影响信号，则表明是集热环境影响了热管式太阳能运行故障，无需对热管式太阳能本身进行维护处理。

维护分析单元用于二次排查确认故障信号、集热升温故障影响信号进行接收分析，具体为：

当获取到循环泵确认运行故障信号或热管确认运行故障信号，判断热管式太阳能存在内影响因素干扰运行，生成内维护信号，并将内维护信号发送至运行监管平台，并匹配对应的维护人员进行维护；

当获取到运行故障信号以及部件运行正常信号，且获取到集热升温故障影响信号，判断热管式太阳能存在外影响因素干扰运行，生成无需维护信号。

综上所述，本发明通过从内、外两个因素方向对热管式太阳能运行故障进行诊断分析，以内影响因素作为主要分析对象，根据水箱运行温度值是否达到预设水箱运行温度值作为热管式太阳能是否运行故障的判定标准，当初步判定生成运行故障信号后，再对可能影响运行故障的运行参数进行调整，并对调整后的运行状态进行二次诊断排查，以提高确定内影响因素影响的准确性；

并结合集热环境来综合判断，当集热器升温系数X大于等于预设升温值时，生成集热升温正常信号，其不作为热管式太阳能的运行故障的影响因素，当集热器升温系数X小于预设升温值时，生成集热升温故障影响信号，集热器升温系数X达不到预设升温值且越小，则表明集热环境达不到集热要求，在集热环境达不到要求的情况下发生太阳能运行故障，故而在部件运行正常信号的前提下，若生成集热升温故障影响信号，则表明时集热环境影响了热管式太阳能运行故障，无需对热管式太阳能本身进行维护处理，通过对影响因素进行整合分析，最终提高对运行故障判定的准确性。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统，其特征在于：包括运行监管平台、运行信息采集单元、监管判定单元、内因故障排查单元、外因故障排查单元、针对排查反馈单元、维护分析单元以及预警单元；

当运行监管平台生成运行故障诊断指令时，将运行故障诊断指令发送至运行信息采集单元，运行信息采集单元用于采集热管式太阳能的运行判定因素值以及运行故障干扰因素值，所述运行故障干扰因素值包括内影响因素值和外影响因素值，并将运行判定因素值、内影响因素值和外影响因素值分别传送至监管判定单元、内因故障排查单元、外因故障排查单元；

监管判定单元接收到运行判定因素值，并立即对运行判定因素值进行监测分析，将得到的运行故障信号发送至预警单元以及内因故障排查单元；

内因故障排查单元接收到运行故障信号，并立即对内影响因素值进行自检反馈评估分析，将得到的部件运行故障信号发送至针对排查反馈单元；

针对排查反馈单元获取到部件运行故障信号，对热管式太阳能运行参数进行调整并二次排查，并将二次排查确认故障信号发送至维护分析单元；

外因故障排查单元接收到外影响因素，并立即对外影响因素进行影响反馈评估分析，得到的集热升温故障影响信号发送至维护分析单元；

维护分析单元用于对二次排查确认故障信号、集热升温故障影响信号进行接收，并生成内维护信号和无需维护信号，将内维护信号发送至运行监管平台，并匹配对应的维护人员进行维护。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统，其特征在于：所述监管判定单元的监测分析过程如下：

S1、采集一段时间的时长，生成监测周期，将监测周期分割为若干个监测时段，获取监测时段内的运行判定因素值，运行判定因素值表示运行特征参数信息所对应的数值超出预设阈值所对应的个数，运行特征参数信息包括水箱运行温度风险值，所述水箱运行温度风险值表示各个子时间段内各个子时间节点所对应运行温度未超出预设运行温度所对应个数，进而构建异常特征值的集合A，获取到集合A中的最大子集和最小子集，并将集合A中的最大子集和最小子集之间的差值标记为特征判定风险值；

S2、将特征判定风险值与预设判定风险值进行对比分析，当特征判定风险值与预设判定风险值比值小于等于1，则不生成任何信号；

当特征判定风险值与预设判定风险值比值大于1，则生成运行故障信号。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统，其特征在于：其特征在于：所述内因故障排查单元的自检反馈评估分析过程如下：

T1、获取各个时间段内的内影响因素值，所述内影响因素包括循环泵运行速率值以及热管中的移位管液位值；

T2、将循环泵运行速率值、移位管液位值分别与预设循环泵运行速率值、预设移位管液位值进行比较，当循环泵运行速率值与预设循环泵运行速率值比值大于1或者移位管液位值与预设移位管液位值比值大于等于1，生成部件运行正常信号；

当循环泵运行速率值与预设循环泵运行速率值比值小于1或者移位管液位值与预设移位管液位值比值小于1，则生成部件运行故障信号，部件运行故障信号包括循环泵运行故障信号以及热管运行故障信号。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统，其特征在于：所述针对排查反馈单元获取到部件运行故障信号后，根据获取到的部件运行故障信号对循环泵以及热管进行相应的排查，具体排查过程为：

P1、针对排查反馈单元获取到部件运行故障信号后，通过循环泵将水箱内水抽入太阳能集热器中，太阳能集热器中的水回流至水箱内直至温度控制器检测到水箱温度达到设定温度；

P2、当在监测时段内水箱运行温度值未达到预设水箱运行温度值，调整循环泵运行速率直至达到预设循环泵运行速率值，若水箱运行温度值达到预设水箱运行温度值，则生成循环泵确认运行故障信号，若水箱运行温度值还未达到预设水箱运行温度值，则生成热管确认运行故障信号。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统，其特征在于：所述外因故障排查单元的影响反馈评估分析的过程如下：

F1、获取监测时段内的外影响因素，外影响因素包括环境温度值、光照强度值、环境风速值以及环境雨量值，环境温度值、光照强度值、环境风速值以及环境雨量值均为在该监测时段内的平均值；

F2、根据环境温度值、光照强度值、环境风速值以及环境雨量值，计算集热器升温系数X，X=T*P*K/（F+M）,T为环境温度值，P为光照强度值，K为热管导热系数、F为环境风速值，M为环境雨量值；

F3、当集热器升温系数X大于等于预设升温值时，生成集热升温正常信号，当集热器升温系数X小于预设升温值时，生成集热升温故障影响信号。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的热管式太阳能运行故障诊断系统，其特征在于：所述维护分析单元的运行过程如下：

当获取到循环泵确认运行故障信号或热管确认运行故障信号，判断热管式太阳能存在内影响因素干扰运行，生成内维护信号；

当获取到运行故障信号以及部件运行正常信号，且获取到集热升温故障影响信号，判断热管式太阳能存在外影响因素干扰运行，生成无需维护信号。