智慧能源管理系統的製作方法
2023-09-10 17:31:30
智慧能源管理系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種智慧能源管理系統，所述智慧能源管理系統包括：信息採集系統、控制系統、通信系統。本實用新型所述智慧能源管理系統與相應的軟體配合使用，能夠實現能源設備狀態可視化、遠程無人值守；對降低空氣汙染物排放具有促進作用，能夠實現安全舒適、清潔環保的目的。
【專利說明】
智慧能源管理系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種智慧能源管理系統。
【背景技術】
[0002]管理技術是指管理方法和管理手段的總稱。任何社會活動都存在著管理問題，而社會活動的複雜性決定了管理技術的通用性和適應性。隨著網際網路技術的飛速發展，管理技術也獲得了極大的提升。
[0003]以冷、熱、電利用為主的能源利用是居民生活、工業生產中最重要的內容。對於能源利用的管理也成為當下重要的議題。對於能源的利用，需要提高利用效率，有效節約能源;更要提供清潔能源，最大限度減少環境汙染。
[0004]以冬季居民取暖為例，目前大多採用燃煤鍋爐集中供熱，首先需要鋪設管道，大量基礎設施建設浪費大量人力物力；其次，蒸汽在較長距離過程中，會有很大損失，造成能源浪費;第三，燃煤鍋爐，會向大氣中排放大量二氧化碳、二氧化硫和粉塵，造成環境汙染，這也是北方冬季霧霾天氣的重要原因之一。
[0005]為解決上述問題，需要從能源管理的根源入手，詳細規劃能源提供方式、運維管控方式，提高能源利用效率與設備能效比，這樣才能有效解決上述問題。
【實用新型內容】
[0006]鑑於以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在於提供一種智慧能源管理系統及方法，用於解決現有技術中存在的諸多問題。
[0007]為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種智慧能源管理系統，包括:信息採集系統、控制系統和通信系統;其中，
[0008]所述信息採集系統，以單片機和/或PLC為基礎，通過傳感器和/或監控器採集能源設備相關數據，並將採集到的數據轉變成模擬量或數字量；
[0009]所述控制系統，包括上位機分機和上位機總機，所述上位機總機與若干上位機分機通信，所述上位機分機與若干單片機和/或PLC通信；
[0010]所述通信系統，用於實現所述信息採集系統、所述控制系統之間的通信，包括工控通信、抄表通信和網絡通信中的一種或多種。
[0011]優選地，所述能源包括分布式能源和集中式能源。
[0012]優選地，所述能源設備包括太陽能、燃氣鍋爐、電鍋爐、化工原料鍋爐、生物質鍋爐、儲能裝置以及空氣源熱慄、水地源熱慄、二氧化碳冷暖設備以及生物質能發電設備、風能發電設備、光伏發電設備、地熱發電設備中的一種或幾種組合。
[0013]優選地，所述單片機和/或PLC包括能源設備保護單元，用於避免設備啟動前和設備運行中電壓、電流、水流、溫度或硬體故障造成的能源設備損毀。
[0014]優選地，所述上位機分機與所述單片機和/或PLC通信採用工控通信、Wifi與TCP或UDP協議通信。
[0015]如上所述，本實用新型的智慧能源管理系統及方法，具有以下有益效果:
[0016]本實用新型所述智慧能源管理系統包括:信息採集系統、控制系統、通信系統。本實用新型所述智慧能源管理系統與相應的軟體配合使用，能夠實現能源設備狀態可視化、遠程無人值守；對降低空氣汙染物排放具有促進作用，能夠實現安全舒適、清潔環保的目的。
【附圖說明】
[0017]圖1顯示為本實用新型智慧能源管理系統示意圖。
[0018]圖2顯示為本實用新型智慧能源管理系統的控制系統示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。
[0020]請參閱圖1至圖2。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新型的基本構想，遂圖式中僅顯示與本實用新型中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0021]圖1顯示為本實用新型智慧能源管理系統示意圖，該智慧能源管理系統，包括信息採集系統、控制系統、通信系統等多個子系統。
[0022]所述信息採集系統，以單片機和/或PLC為基礎，通過傳感器和/或監控器採集能源設備相關數據，並將採集到的數據轉變成模擬量或數字量；
[0023]所述控制系統，包括上位機分機和上位機總機，所述上位機總機與若干上位機分機通信，所述上位機分機與若干單片機通信；
[0024]所述通信系統，用於實現所述信息採集系統、所述控制系統之間的通信，包括工控通信、抄表通信和網絡通信中的一種或多種。
[0025]再一實施例中，所述能源包括分布式能源和集中式能源。分布式能源是指分布在用戶端的能源綜合利用系統，以可再生能源或天然氣為主要驅動能源，以冷、熱、電聯供技術為基礎，以實現以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，是以高效、清潔、靈活為特點的供能系統。驅動能源提供設備(簡稱能源設備)，包括太陽能、燃氣鍋爐、電鍋爐、化工原料鍋爐、生物質鍋爐、儲能裝置以及空氣源熱慄、水(地)源熱慄、二氧化碳冷暖設備等空氣調節設備，用於提供冷熱等能源。能源設備可以採用外部供電的方式，也可以增設發電設備，如生物質能發電設備、風能發電設備、光伏發電設備、地熱發電設備。分布式能源和集中式能源均可採用上述清潔型能源設備，可以有效避免環境汙染。
[0026]分布式能源和集中式能源的其他設施包括熱力管網，以及與能源設備匹配的末端系統，如室內風機盤管、地板輻射供暖系統等。分布式能源在實際使用中，可以利用現有的熱力管網或只在較小區域內建設熱力管網，避免了大規模管道的鋪設施工，減少了對城市基礎設施的破壞，降低了供熱管網中的熱量流失。
[0027]以區域性用戶(如小區、醫院、學校、賓館等)為單位，多個能源設備及其他相關設施構成了分布式能源站，多個分布式能源站構成了智慧能源的設備系統。
[0028]再一實施例中，信息採集單元以單片機為基礎，通過各種軟硬體結合，採集能源設備相關數據，包括能源設備自身的數據，以及能源設備相關的外部數據，如環境參數等。單片機是一種集成電路晶片，其中包含微處理器MPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM以及多種I/O接口和中斷系統，通過不同的軟硬體結合，可以執行不同的功能。
[0029]單片機包括採集模塊、缺相/錯相檢測模塊、系統保護模塊、模式轉換模塊、通訊模塊、輸出模塊組成，以及如下接口:
[0030](I)開關量輸入接口:通訊地址採集、壓力開關、風機保護開關等。
[0031](2)開關量輸出接口:壓縮機交流接觸器、風機交流接觸器、水慄交流接觸器等。
[0032](3)模擬量輸入接口:溫度採集點、風速採集、壓力採集、流量採集、電流採集、電壓米集等。
[0033](4)PID輸出接口:控制電子膨脹閥的步進電機等。
[0034](5)通訊接口:485通訊，m-bus通訊，串口通訊等。
[0035](6)溼度採集接口:溼度採集等。
[0036]溫度採集部分:包括排氣溫度採集、設備出水溫度採集、設備回水溫度採集、空氣溫度採集、經濟器入氣溫度、經濟器的出氣溫度以及除霜溫度的採集，另外還有多個備用的溫度採集點。
[0037]缺相、錯相檢測:三相電源的缺相、錯相檢測，從而有效的防止風機和水慄的轉向，缺相保護可以防止電機因缺相造成的燒壞。
[0038]系統保護:可以根據採集的到的高壓開關、低壓開關、水流開關、風機保護開關、二通閥連鎖信號的信號、排氣溫度保護、三相保護開關作出相應的保護。
[0039]模式轉換:模式轉換部分包括制熱模式、製冷模式和除霜模式。
[0040]上述單片機中還包括第一模糊算法模塊，用於根據採集得到的所述能源設備相關數據計算室內實時冷熱流失，並將計算結果反饋給單片機，從而控制所述能源設備的運行。
[0041]通過室內外溫溼度差，以及能源設備出水溫度、回水溫度以及水流量和水壓，可以計算得到室內實時冷熱流失量，根據室內實時冷熱流失量，單片機可以對能源設備的運行進行控制，包括水慄功率、出水量、水壓等參數，從而實現系統節能和系統能效優化。
[0042]以室內溫度實時採集為例，連續採集若干溫度值，為減小誤差，第一模糊算法模塊通過去掉最大值和最小值，計算平均值，從而得到準確的室內溫度值。其他數據，包括能源設備出水溫度、回水溫度、電流、電壓，以及室內外溼度、風速、氣壓等，也通過這樣過的形式計算得到。
[0043]上述單片機可以嵌入式的形式與能源設備結合，以空氣源熱慄為例，單片機可以嵌入空氣源熱慄，控制空氣源熱慄的開啟、運行。當空氣源熱慄作為供暖、製冷或熱水的能源設備，需要與其他設施配合使用，其他設施包括熱力管網，以及與能源設備匹配的末端系統，如室內風機盤管、地板輻射供暖系統等。
[0044]單片機包括能源設備保護單元，用於避免設備啟動前和設備運行中電壓、電流、水流、溫度或硬體故障造成的能源設備損毀。具體如下:
[0045](I)、二通閥檢測:當水慄準備啟動時，系統首先要判斷二通閥是否有故障，若有故障則報警。
[0046](2)、水流檢測:當循環慄啟動若干秒後，開始啟動水流檢測，若發現水流開關連續斷開5S停機不報警，關閉水慄停止其他機器的啟動，當此動作每小時出現超過2次，主機停止I小時檢測。
[0047](3)、高壓檢測:當出現高壓檢測故障時，並且高壓開關持續斷開5-150秒或者每小時斷開超過2次，立即停止對應壓縮機的運行。當故障恢復時，則解除故障報警，恢復系統運行。當高壓開關持續斷開超過150秒或者每小時斷開超過2次鎖定對應壓縮機。需要重新啟動機組的電源才能繼續工作。
[0048](4)、低壓檢測:當出現低壓檢測故障時，並且低壓開關持續斷開20-150秒或者每小時斷開超過2次，立即停止對應壓縮機的運行。當故障恢復時，則解除故障報警，恢復系統運行。當低壓開關持續斷開超過150秒或者每小時斷開超過2次鎖定對應壓縮機。需要重新啟動機組的電源才能繼續工作。
[0049](5)、風機保護開關:當風機運行過程中風機保護出現故障，並且故障時間超過30S的時候，立即停掉風機和壓縮機以及四通閥，並顯示故障報警。
[0050](6)、缺相、錯相檢測:當撥碼開關開啟時，則表示啟用缺相錯相檢測。若機組三相電缺相或順序錯誤，則電路會報警。
[0051](7)、排氣溫度保護:當排氣溫度大於等於排氣保護溫度(若120度)，停機不報警。當此動作保護每30分鐘超過兩次，停機顯示故障並報警，當出現出氣保護後排氣溫度必須在3分鐘內低於等於排氣保護溫度(120度)減排氣回差，否則鎖定排氣保護，顯示故障。
[0052](8)、出水口低溫保護:製冷時並且壓縮機啟動I分鐘時出水口的溫度連續小於等於3度持續10S，循環慄以外的設備停止運行，直到出水溫度恢復到5度以上，機組才能正常工作，當此動作每小時出現超過2次，鎖定壓縮機。
[0053](9)、出水口超溫保護:當處於制熱模式時，並且在壓縮機運行I分鐘後開始檢測出水口溫度，當出水口溫度連續大於等於制熱設定溫度若干秒，循環慄以外的設備停止運行，當出水溫度恢復到制熱設定溫度以下，機組才能正常工作，當此動作每小時出現超過2次，鎖定壓縮機。
[0054]以空氣源熱慄為主要能源設備，以居民小區或社區為單位建設分布式能源站，分布式能源站中的每臺設備(空氣源熱慄)都嵌入單片機。分布式能源站中的上位機分機匯總每個單片機採集得到的空氣源熱慄運行數據和環境數據，並形成分布式資料庫。分布式資料庫對數據進行備份、處理。若干分布式能源站的數據通過相應的上位機分機傳輸至上位機總機(總伺服器)，上位機總機匯總各上位機分機上傳數據，形成總資料庫。上位機總機根據相關數據和處理結果對上位機分機和能源設備進行管控。
[0055]其中，分布式資料庫數據處理包括數據篩檢和選擇性上傳。由於設備運行數據和環境數據等數據量龐大，全部上傳至上位機總機，對軟硬體要求較高。因此，需要分布式資料庫對數據進行篩檢，數據篩檢包括篩檢目標設備數據或設備運行關鍵數據。比如，新建分布式能源站之後，總伺服器需要監控該新建分布式能源站的所有數據，則通過分布式資料庫將該新建分布式能源站的所有數據上傳，其他運行平穩的分布式能源站數據則不上傳或少量上傳。而對於所有分布式能源站的空氣源熱慄來說，報警信息、設備出水溫度等數據是關鍵數據，分布式資料庫對這些數據篩檢之後，選擇性上傳至總伺服器，以便於遠程集中控制。
[0056]圖2顯示為本實用新型智慧能源管理系統的控制系統示意圖，採用上位機總機與上位機分機的形式，多級管控能源設備。上位機總機與若干上位機分機通信，接收上位機分機傳輸的數據，並向上位機分機發出管控指令，進而管控能源設備。
[0057]再一實施例中，上位機分機與所述單片機和/或PLC通信採用工控通信、Wifi與TCP或UDP協議通信。
[0058]本實用新型所述智慧能源管理系統與相應軟體配合使用，可以實現智慧能源管理，包括:
[0059]採集能源設備相關數據，並進行處理、傳輸、匯總；
[0060]進一步處理所述能源設備相關數據，並傳輸、匯總；
[0061 ]對所述能源設備進行管控。
[0062]所述能源設備相關數據包括能源設備運行參數和環境參數，包括能源設備出水溫度、回水溫度、電流、電壓，以及室內外溫度、pm2.5、風速、氣壓、噪音。
[0063]再一實施例中，所述的智慧能源管理方法還包括配置所述單片機和/或PLC與所述上位機分機連接的優先級;若所述單片機和/或PLC與其第一優先級上位機分機連接失敗，則按優先級順序與之後的上位機分機連接，並由連接成功的上位機分機向所述上位機總機發送報警信息。
[0064]再一實施例中，處理所述能源設備相關數據，包括採用雲計算單元處理所述能源設備相關數據並將處理結果發送至上位機總機，所述上位機總機根據所述處理結果對所述能源設備進行管控。資料庫系統中包含多種不同的反饋模型，根據云計算結果，與相應的反饋模型匹配，並將相匹配的反饋模型發送至能源設備，從而對能源設備做出管控。
[0065]再一實施例中，對於能源設備相關數據的處理包括採用模糊算法，根據採集得到的所述能源設備相關數據計算室內實時冷熱流失，並將計算結果反饋給單片機和/SPLC，從而控制所述能源設備的運行。
[0066]再一實施例中，所述處理包括採用模糊算法，根據採集得到的所述室內外溫度差、溼度以及能源設備出水溫度和回水溫度，計算能源設備能效比和室內實時冷熱流失，並將計算結果反饋給單片機和/或PLC，從而對所述能源設備進行變頻控制。
[0067]設備製冷能效比EER=製冷量/製冷消耗功率；
[0068 ]設備制熱能效比COP =制熱量/制熱消耗功率。
[0069]設備能效比的大小反映出不同設備的節能情況。能效比數值越大，表明該產品使用時所需要消耗的電功率就越小，則在單位時間內，該設備的耗電量也就相對越少。對於能效比較低的能源設備，由單片機和/或PLC向上位機分機及總機逐級報告，運維人員根據報告對設備進行檢修或更換。
[0070]室內實時冷熱流失是建築物重要的節能指標之一，根據建築物室內面積，以及設備輸出能量與室內溫度等參數，可以計算室內實時冷熱流失。通過建築物實時冷熱流失以及設備能效比，能夠預測建築物室內冷熱需求和設備冷熱供給量，從而更好地控制能源設備，包括對能源設備進行變頻控制。
[0071 ]再一實施例中，對所述能源設備進行管控還包括:
[0072]根據歷史天氣預測當前室外溫溼度和風速；
[0073]預測室內冷熱量需求；
[0074]控制能源設備冷熱量輸出。
[0075]首先，根據歷史天氣數據，包括歷史氣溫、風速、溼度等，構建天氣預測模型，預測當前天氣，包括氣溫、風速、溼度等。
[0076]其次，根據室外溫溼度、風速及室內實時冷熱流失，結合人體舒適溫溼度經驗值，預測室內冷熱量需求。
[0077]第三，根據上述天氣預測結果和室內冷熱量需求預測結果，控制能源設備冷熱量輸出。
[0078]在此情況下，用戶也可自行設定室內溫度及風速，單片機將用戶設定值逐級反饋給上位機分機和總機，控制系統收集上述數據，並根據這些數據修正室內冷熱需求量。同樣，控制系統根據單片機採集得到的實時對天氣預測模型進行修正，使得天氣預測更加準確。
[0079]再一實施例中，對所述能源設備進行管控包括:根據室內外溫度、溼度以及室內實時冷熱流失，控制電磁閥開度，從而實現系統水力平衡自動調節。
[0080]制熱和製冷中，系統水力平衡是關鍵技術，水力不平衡是造成能源浪費的主要原因之一，同時，水力平衡又是保證其他節能措施能夠可靠實施的前提。目前大多通過平衡閥進行機械控制。而本實用新型中，根據室內外溫度、溼度以及室內實時冷熱流失和設備輸出能量，或者室內冷熱量需求預測值，可以實時調整電磁閥開度，從而實現系統水力平衡自動調節。
[0081]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用於限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種智慧能源管理系統，其特徵在於，所述智慧能源管理系統包括:信息採集系統、控制系統和通信系統;其中， 所述信息採集系統，以單片機和/或PLC為基礎，通過傳感器和/或監控器採集能源設備相關數據，並將採集到的數據轉變成模擬量或數字量； 所述控制系統，包括上位機分機和上位機總機，所述上位機總機與若干上位機分機通信，所述上位機分機與若干單片機和/或PLC通信； 所述通信系統，用於實現所述信息採集系統、所述控制系統之間的通信，包括工控通信、抄表通信和網絡通信中的一種或多種。2.根據權利要求1所述的智慧能源管理系統，其特徵在於:所述能源包括分布式能源和集中式能源。3.根據權利要求2所述的智慧能源管理系統，其特徵在於:所述能源設備包括太陽能、燃氣鍋爐、電鍋爐、化工原料鍋爐、生物質鍋爐、儲能裝置以及空氣源熱慄、水地源熱慄、二氧化碳冷暖設備以及生物質能發電設備、風能發電設備、光伏發電設備、地熱發電設備中的一種或幾種組合。4.根據權利要求1所述的智慧能源管理系統，其特徵在於:所述單片機和/或PLC包括能源設備保護單元，用於避免設備啟動前和設備運行中電壓、電流、水流、溫度或硬體故障造成的能源設備損毀。5.根據權利要求1所述的智慧能源管理系統，其特徵在於:所述上位機分機與所述單片機和/或PLC通信採用工控通信、Wif i與TCP或UDP協議通信。
【文檔編號】G05B19/042GK205692007SQ201620644196
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月24日 公開號201620644196.2, CN 201620644196, CN 205692007 U, CN 205692007U, CN-U-205692007, CN201620644196, CN201620644196.2, CN205692007 U, CN205692007U
【發明人】鄭書湛
【申請人】山東華旗新能源科技有限公司