CN213300179U - 一种基于电力线载波通信方法的商业综合体排油烟系统 - Google Patents

Abstract

一种基于电力线载波通信方法的商业综合体排油烟系统，各个商户油烟机的集风管通过电动密闭阀连接到商业综合体排烟管道一个接口上，集中风机的集风管也连接在商业综合体排烟管道一个接口上；该系统还包括一个可编程控制器PLC、一个变频器、多个远程IO模块、多个电力线载波通信模块、一个监控组态PC和一套监控软件，实现对集中风机、各商户油烟机及其连接的电动密闭阀自动化控制；集中风机、监控组态PC、远程IO模块三者之间都相互连接一个电力线载波通信模块，它们的信号接口连接到电力线载波通信模块的信号接口，各商户油烟机上设有开启、关闭按钮连接到远程IO模块的控制输入端。其具有无需布设信号电缆线、节能效益高的特点。

Description

一种基于电力线载波通信方法的商业综合体排油烟系统

技术领域

本实用新型涉及电气设备领域，具体是涉及一种基于电力线载波通信方法的商业综合体排油烟系统。

背景技术

商场厨房都有一个对应的排烟口，开发商给了一个集中的管井或称管道，包括各个相连的垂直的、水平的管道，管道预留了接口可接入每户厨房，各商户的油烟机就连接在管道上，再在管道末端设置一个总排油烟机。

在所有餐饮业的排油烟的系统中，包括商业综合体的，总排油烟机的电机在没有调速控制之前，一般采用降压起动，并且正常运行后，电动机全速运行，而风量的大小则无法进行实时调节。一般情况下，只要厨房内有一个区域有排油烟需求，集中电机就满负荷运行，由于电动机的功率巨大，所以显得工作效率很低，造成很大浪费。并且，在已经建成的商业综合体中，加装网线等受制于现场条件，施工难度往往很大，加装无线信号发射装置，一方面增加了成本，另外一方面无线通讯的传输质量和可靠性弱于有线传输。在设备的通讯方面，需要采用新的有线通讯技术，克服传统通讯方式的缺点。

通过观察和计算，可以发现排烟系统的终端独立控制的集中式排烟系统既能满足商户们独自的需求，又能节能。同时，通过整合电力线通讯的技术手段，可以简化现场的施工，降低施工成本，有助于推广该产品，有巨大的社会效益。

发明内容

为了达到上述的目的，本实用新型提供了一种基于电力线载波通信方法的商业综合体排油烟系统，该系统包括一个集中风机、多个商户油烟机及其对应的电动密闭阀，各个商户油烟机的集风管通过电动密闭阀连接到商业综合体排烟管道一个接口上，集中风机的集风管也连接在商业综合体排烟管道一个接口上，集中风机的排气管连接到指定的出口；该系统还包括一个可编程控制器PLC、一个变频器、多个远程IO模块、多个电力线载波通信模块、一个监控组态PC和一套监控软件，实现对集中风机、各商户油烟机及其连接的电动密闭阀自动化控制；所述的PLC的信号输出端连接到变频器的信号输入端，变频器输出变频后的电源供集中风机转动；所述的远程IO模块的电源输出端连接到各商户油烟机和电动密闭阀，各商户油烟机上设有启动按键、停止按键连接到所对应的远程IO模块的控制输入端；所述的监控软件安装在监控组态PC上；所述的集中风机、监控组态PC、远程IO模块三者之间都相互连接一个电力线载波通信模块，前述三者的信号接口可通过RS485连接到电力线载波通信模块的信号接口，电力线载波通信模块的电源插头插入到市电电路中。

作为本实用新型技术方案的进一步描述，所述的电力线载波通信模块与PLC、远程IO模块等设备相连，通过电力线将所有用户设备构建成一个数据网络，实现数据远程透明传输，完成电力线网络的数据集采和点对点通信。

作为本实用新型技术方案的进一步描述，所述的远程IO模块可采用8路数字量隔离输入、4路继电器隔离输出模块，通过隔离RS485接口输出，模块采用标准的Modbus RTU通讯。

作为本实用新型技术方案的进一步描述，所述的可编程控制器PLC与变频器组合工作，PLC根据远程IO模块 通过电力线载波通信模块传输来的 商户开启油烟机的个数 来判断管道面对的压力，进而调整集中风机的转速。

作为本实用新型技术方案的进一步描述，所述的监控组态PC和监控软件，其中监控软件与PLC通信配合，实现遥控与监测、各风机、电动密闭阀，并提供用户界面设定商户信息、转速设定，延时时间等控制策略，更新至PLC。

本实用新型具有以下优点：无需各商户油烟机与排油烟系统中的其他构件布设信号电缆线连接，安装极为方便，并且依托变频器节能效益高。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的节能自动控制流程方框图。

具体实施方式

本实用新型中，商业综合体包括有多个餐饮店铺商户的商场，也包括餐饮聚集区。本说明书以前者为例做阐述。

如前所述，在已经建成的商业综合体中，加装网线等受制于现场条件，施工难度往往很大。加装无线信号发射装置，一方面增加了成本，另外一方面无线通讯的传输质量和可靠性弱于有线传输。在设备的通讯方面，需要采用新的有线通讯技术，克服传统通讯方式的缺点。并且，通常餐饮业排油烟风机，排油烟风机，都是电机以定速运转，再通过调节阀来调节风量。因此尽管可能只有局部排烟需求，但油烟机的风机还是需要以最大的功率运行。

因此，本实用新型结合本实用新型控制系统中有抽排气执行部件，包括集中风机、各商户油烟机及其对应的电动密闭阀，更采用本方案实现的设备具有：电力线载波通信模块、远程IO模块、可编程控制器（PLC）、变频器。

本实用新型作为一种可大量制造的产品，安装在各场所，为社会创造效益。它可以在商业综合体设计和建造中就参与，保持产品的系统性和各商户油烟机的一致性。

各个商户油烟机的集风管通过电动密闭阀连接到商业综合体排烟管道一个接口上，集中风机的集风管也连接在商业综合体排烟管道一个接口上，集中风机的排气管连接到指定的出口。这样，厨房内的油烟经过油烟机上附带的油烟分离装置把相当部分可被该分离装置截留的油体成分留下，另外部分随集风管油烟机经过电动密闭阀再经过商业综合体排烟管道送到集中风机的集风管，集中风机的排气管连接到指定的出口，如油烟收集装置的入口。

本实用新型系统还包括一个可编程控制器PLC、一个变频器、多个远程IO模块、多个电力线载波通信模块、一个监控组态PC和一套监控软件，实现对集中风机、各商户油烟机及其连接的电动密闭阀自动化控制。 PLC的信号输出端连接到变频器的信号输入端，变频器输出变频后的电源供集中风机转动。远程IO模块的电源输出端连接到各商户油烟机和电动密闭阀，各商户油烟机上设有启动按键、停止按键连接到所对应的远程IO模块的控制输入端。监控软件安装在监控组态PC上。集中风机、监控组态PC、远程IO模块三者之间都相互连接一个电力线载波通信模块，前述三者的信号接口可通过RS485连接到电力线载波通信模块的信号接口，电力线载波通信模块的电源插头插入到市电电路中。

远程IO模块有多个输入接口，一般的有12个，有的多达32个。在一个商业综合体中商户较多，显得一个远程IO模块的接口有限，所以可能要用到多个远程IO模块共同达成对所有商户油烟机的连接。本说明书中连接方法从略，可参照远程IO模块产品使用说明。

本实用新型采用一种单路输入输出的IO模块，或者只用到一个多路远程IO模块中的一路，以就近安装远程IO模块。

证实通过优化可得到显著节能效果，为产品后期大批量产的一个重要依据。本实用新型通过观察计算，以一个实际案例，以某商场22KW风机， 改造前实测数据：

电压为380伏（U），平均电流为40安培（I），平均功率因数为0.887（PF）

总功率 P=1.732UIPF

=1.732×380×40×0.887 =20kW

改造前每年耗电量（全年运行365天，每天累计使用时长8小时计）

20KW×8×365=58400度

改造后的数据

电压不变380伏，电流降低为22安培，功率因数为0.75

总功率 P=1.732×380×22×0.75=10kW

改造后每年耗电量（全年运行365天，每天累计使用时长8小时计）

10KW×8×365=29200度

每年节省的电量：

58400－29200=29200度

节电率：29200÷58400=50%

每年节约电费（按1.0元/度计）：29200×1.0=29200元

投入产出比，按五年计算为省钱率达到47%。

通过本实用新型中的集中风机分段式智能变频控制，根据厨房各区域、各时段的工况，按控制风量的大小来满足工况的要求，其中PLC根据远程IO模块通过电力线载波通信模块传输来的商户开启油烟机的个数来判断管道面对的压力，进而调整集中风机的转速。

分段式智能变频器是智能控制无级调速的，用分段式智能变频器改造风机。并且，由于风机的最大特点是负载转矩与转速的平方成正比，而轴功率与转速的立方成正比，因此当电机在额定转速的80%运行时，其消耗的功率为额定功率的51.2%。因此如将电机的定速运转，改为根据各区域、各时段对排油烟风量的实际需求来调节电机的转速，除去机械损失，电机自损，节能效率的潜力计算可达40%。

为了能清楚的说明本实用新型的具体构造，下面将结合各个附图进行描述。在此，本附图的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

图1为本实用新型的整体结构示意图。

如图1所示， 在本实用新型节能控制系统中，各商户油烟机、电动密闭阀、集中风机，采用远程IO模块、可编程控制器（PLC）、变频器、电力线载波通信模块、监控组态PC和监控软件实现自动化风量控制，各商户油烟机也设有开启、关闭按钮连接到远程IO模块。

本实用新型排油烟系统的节能控制的方式为，设立采集信息执行动作单元、收集信息执行策略单元、状态检测能耗统计策略优化单元，分别参见图中以虚线划分出的的下部、中部、上部内容。

在结构上，本实用新型由如下三个单元组成。

一、信息执行动作单元：

采集信息执行动作单元用包括远程IO来连接并控制电动密闭阀的开关、控制各商户油烟机的运行开关。本实用新型中，一般的，当某一个或某几个商户油烟机关闭的时候，电动密闭阀的阀门也关闭，该阀门关闭方式为电动密闭阀不加电，即通过远程IO控制电动密闭阀电源通道上的继电器开关接点断开。

电动密闭阀是一种电动的单向阀门，通常由电动执行机构和阀体连接起来，经过安装调试后成为暖通控制阀。阀门使用电能作为动力来接通电动执行机构驱动阀门，实现阀门的开关、调节动作，从而达到对管道介质的开关或是调节目的。电动密闭阀具有换向和锁闭功能，对采暖、供水系统一户一组可以控制通断。

集中风机的集风管为一个排烟总动力管道连接到商业综合体排烟管道一个接口上，它产生的管道负压，使打开的各个商户的油烟机接口能吸入油烟厨台上上升的油烟。所述的商业综合体排烟管道为共通的建筑预留管道，各个商户油烟机的排烟口都可连接到相应的管道入口上来，连接处用密封材料做好密封。

二、收集信息执行策略单元：

PLC根据本系统中从远程IO模块通过电力线载波通信模块传输来的商户开启油烟机的个数或来判断管道面对的压力，计算需要多大的集中风机的吸气量，根据设定的变频器的转速，施加相应伏数的电压。改变前述电压是通过变频器来实现。

三、状态检测能耗统计策略优化单元：

依靠软件来保证系统的先进性，电脑显示屏和键盘鼠标等作为协助软件运行的组成部分。

本实用新型由以上三个单元通过电力线载波通信模块的信号传递联接而成，各单元的信号接口连可通过485通讯部件连接到电力线载波通信模块的信号接口，电力线载波通信模块的电源插头插入到市电电路中。

图中电力线载波通信模块简称并标示为通信模块。通信模块对应终端数量，还根据终端数量的增设而增设。

本实用新型中，对相关技术的构件根据作用安排分别如下：

1. 电力线载波通信模块。电力线载波通信模块如DrF-2203 或其他型号，可以快速与PLC、远程IO模块等设备相连，通过电力线将与 DrF-2203 相连的所有用户设备构建成一个数据网络，实现数据远程透明传输，完成电力线网络的数据集采和点对点通信；

2. 远程IO模块。可采用8路数字量隔离输入、4路继电器隔离输出模块，通过隔离RS485接口输出，本实用新型中优选单路输入输出的远程IO模块，一个远程IO模块连接一个商户油烟机。当一个多路远程IO模块不足以分配商户油烟机时，可采用两个或两个以上的远程IO模块。远程IO模块采用标准的Modbus RTU通讯，可直接适配各种上位机组态软件、PLC、DCS等。模块电源、RS485通讯电气信号相互隔离，有效抑制各类串模和共模干扰，同时也保障了模块的稳定、可靠工作；

3.可编程控制器+变频器。可编程控制器（PLC）与变频器组合工作。PLC根据总风量的需求调整变频器，进而调整电机工作的转速；

4. 监控软件。监控软件与PLC通信配合，实现遥控与监测、各风机、电动密闭阀，并提供用户界面设定商户信息、转速设定，延时时间等控制策略，更新至PLC。

图2为本实用新型的节能自动控制流程方框图。

如图所示，首先某商户N按户内风机的启动按键，因此开启商户N的电动密闭阀。此时，总风量需要加上商户N的新增风量，进一步根据总风量调整集中风机的转速，然后启动商户N的油烟机。

如图所示，停止过程是启动过程的逆过程。

本实用新型还运用了变频器，与之前的非变频控制的风机相比，很明显地，本实用新型的优点有：

1、根据变频原理组织节能方案。由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）╳ H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8％，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％；

2、使用变频器提高功率因数补偿节能。无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，浪费严重，由公式P=S*cosФ，Q=S*sinФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，cosФ－功率因数，可知 cosФ越大，有功功率P越大，如普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，cosФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率；

3、使用变频器软启动节能。由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于（4-7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。

本实用新型节能控制系统的使用方法：

本实用新型节能控制系统以自动运行的状态存在，当商户打开油烟机按钮时，系统自动计算当前油烟机的运行数量，打开或关闭相关的电动密闭阀，调整供电的电源频率，达到节能的目的。可以有人在监控组态PC室监控，也可不需要干预，安装好之后整个商业综合体的油烟机节能控制极为简单，大大节省了不必要的能量使用。

本实用新型也适用于商业综合体送新风系统。此时，集中风机的管道连接在各个送新风管道上，通过各个电动密闭阀与商户的新风口管道连接。

以上在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。说明书的描述为实施本实用新型的较佳实施方式，所描述是以说明本实用新型的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围以所附权利要求所界定的为准。

Claims (5)

1.一种基于电力线载波通信方法的商业综合体排油烟系统，其特征是：

该系统包括一个集中风机、多个商户油烟机及其对应的电动密闭阀，各个商户油烟机的集风管通过电动密闭阀连接到商业综合体排烟管道一个接口上，集中风机的集风管也连接在商业综合体排烟管道一个接口上，集中风机的排气管连接到指定的出口；该系统还包括一个可编程控制器PLC、一个变频器、多个远程IO模块、多个电力线载波通信模块、一个监控组态PC和一套监控软件，实现对集中风机、各商户油烟机及其连接的电动密闭阀自动化控制；

所述的PLC的信号输出端连接到变频器的信号输入端，变频器输出变频后的电源供集中风机转动；

所述的远程IO模块的电源输出端连接到各商户油烟机和电动密闭阀，各商户油烟机上设有启动按键、停止按键连接到所对应的远程IO模块的控制输入端；

所述的监控软件安装在监控组态PC上；

所述的集中风机、监控组态PC、远程IO模块三者之间都相互连接一个电力线载波通信模块，前述三者的信号接口可通过RS485连接到电力线载波通信模块的信号接口，电力线载波通信模块的电源插头插入到市电电路中。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通信方法的商业综合体排油烟系统，其特征是：

所述的电力线载波通信模块与PLC、远程IO模块等设备相连，通过电力线将所有用户设备构建成一个数据网络，实现数据远程透明传输，完成电力线网络的数据集采和点对点通信。

3.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通信方法的商业综合体排油烟系统，其特征是：

所述的远程IO模块可采用8路数字量隔离输入、4路继电器隔离输出模块，通过隔离RS485接口输出，模块采用标准的Modbus RTU通讯。

4.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通信方法的商业综合体排油烟系统，其特征是：

所述的可编程控制器PLC与变频器组合工作，PLC根据远程IO模块 通过电力线载波通信模块传输来的 商户开启油烟机的个数 来判断管道面对的压力，进而调整集中风机的转速。

5.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通信方法的商业综合体排油烟系统，其特征是：

所述的监控组态和PC监控软件，其中监控软件与PLC通信配合，实现遥控与监测、各风机、电动密闭阀，并提供用户界面设定商户信息、转速设定，延时时间等控制策略，更新至PLC。

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