一種物聯(lián)網(wǎng)的暖通空調(diào)監(jiān)控平臺及控制方法

邱育群

廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

0 引言

對于中央空調(diào)生產(chǎn)廠家，存在以下問題：設(shè)備種類較多，售出設(shè)備分布分散，無法對已售出設(shè)備的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理。售后維護(hù)多以客服人員去客戶現(xiàn)場服務(wù)為主，反應(yīng)慢、成本高、速度慢，客戶體驗(yàn)差?？蛻粽扯鹊停瑹o法為客戶提供增值服務(wù)，提高同行競爭力。對于公司開發(fā)的新產(chǎn)品，出廠后無監(jiān)控統(tǒng)計數(shù)據(jù)，零星的客戶問題反饋對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性提升數(shù)據(jù)支撐不足。

現(xiàn)有技術(shù)在上述此類問題的處理上，常采用中央空調(diào)生產(chǎn)廠家為中央空調(diào)使用客戶提供一套就地監(jiān)控系統(tǒng)，該就地監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對該客戶所購并使用的中央空調(diào)進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，雖解決了中央空調(diào)使用客戶對自己所采購的空調(diào)設(shè)備的集中監(jiān)控和管理問題，但中央空調(diào)生產(chǎn)廠家仍無法便利地拿到該客戶所使用的中央空調(diào)相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)和信息，上述問題仍然沒有得到有效解決。

為了實(shí)現(xiàn)在中央空調(diào)生產(chǎn)廠家工廠內(nèi)部即可實(shí)時監(jiān)控已出廠的中央空調(diào)設(shè)備，通過對已出廠中央空調(diào)設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析，實(shí)現(xiàn)：已出廠中央空調(diào)設(shè)備現(xiàn)場快速調(diào)試。已出廠空調(diào)設(shè)備現(xiàn)場故障快速定位和遠(yuǎn)程遙控處理。已出廠中央空調(diào)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程程序下載。已出廠空調(diào)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)管理分析，為日后同類空調(diào)設(shè)備性能和可靠性提升提供有力的依據(jù)和基礎(chǔ)，成了本文作者要解決的重點(diǎn)問題。

1 研究內(nèi)容

一種基于物聯(lián)網(wǎng)的暖通空調(diào)監(jiān)控平臺及其控制方法，在結(jié)構(gòu)構(gòu)成上由：現(xiàn)場設(shè)備端、云平臺、遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備以及通訊網(wǎng)絡(luò)組成。其中現(xiàn)場設(shè)備端包括：已經(jīng)售出且分布在各分散客戶現(xiàn)場的中央空調(diào)設(shè)備及其就地控制系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)專用BOX。遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備包括：用作管理平臺的計算機(jī)和手機(jī)客戶端。通訊網(wǎng)絡(luò)包括中央空調(diào)設(shè)備就地控制系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)專用BOX之間的有線網(wǎng)絡(luò)，以及遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備（管理平臺用的計算機(jī)、手機(jī)客戶端）與云平臺[1]之間的有線網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)專用BOX 與云平臺之間的4G/3G 或有線網(wǎng)絡(luò)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2 研究思路

以廣東某中央空調(diào)廠的產(chǎn)品進(jìn)行舉例說明：

1）采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計思想和理念：針對具體中央空調(diào)生產(chǎn)廠家的具體產(chǎn)品特征，將被監(jiān)控對象進(jìn)行規(guī)劃和分類，將該中央空調(diào)廠的產(chǎn)品按制冷系統(tǒng)構(gòu)成和空調(diào)功能進(jìn)行分類，分別對應(yīng)：熱泵泳池空調(diào)（渦旋壓縮機(jī)1～2 臺）、水冷螺桿冷水機(jī)組（螺桿壓縮機(jī)1～2臺）、風(fēng)冷螺桿冷水機(jī)組（螺桿壓縮機(jī)1～2 臺）、風(fēng)冷渦旋冷水機(jī)組（渦旋壓縮機(jī)1～2 臺），共計4 類典型的被監(jiān)控對象。

2）采用通用性設(shè)計理念：每種典型空調(diào)在監(jiān)控平臺上對應(yīng)開發(fā)4 組同類型監(jiān)控界面（根據(jù)客戶需求數(shù)量可調(diào)整），實(shí)現(xiàn)同一時間最多可監(jiān)控共計16 臺的4種典型類型的空調(diào)設(shè)備。

3）操作靈活性設(shè)計理念:被監(jiān)控設(shè)備選取靈活、方便。只需由工程師級管理人員在終端設(shè)備處通過切換IP 地址等簡單操作即可實(shí)現(xiàn)。

4）連續(xù)性設(shè)計理念:未被監(jiān)控的設(shè)備，其相關(guān)數(shù)據(jù)通過就地控制器進(jìn)行緩存，方便隨時被監(jiān)控時使用，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

5）數(shù)據(jù)存儲功能設(shè)計:每臺設(shè)備最長可監(jiān)控近一年的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

6）可擴(kuò)展性設(shè)計理念:采用模塊化設(shè)計架構(gòu)，可擴(kuò)展性好，目前考慮4 種典型空調(diào)類型，隨著公司業(yè)務(wù)的增長，可根據(jù)客戶要求增加典型空調(diào)類型的數(shù)量，無需改變現(xiàn)有的監(jiān)控平臺架構(gòu)，只需在現(xiàn)有監(jiān)控平臺上增加相應(yīng)典型空調(diào)類型的監(jiān)控組態(tài)界面開發(fā)和相應(yīng)的監(jiān)控功能即可。

7）接入低成本設(shè)計理念：對原有不具備監(jiān)控條件的已出廠空調(diào)設(shè)備，改造簡單，成本低，只需就地配置BOX 并考慮BOX 的連線和安裝防雨等措施并將其納入監(jiān)控平臺即可，就地BOX 支持多種控制器和多種通訊協(xié)議（以態(tài)網(wǎng)和MODBUS-RTU），解決監(jiān)控平臺的通用性問題。

3 實(shí)現(xiàn)方法

1）就地控制器系統(tǒng)對所控制的中央空調(diào)設(shè)備溫濕度數(shù)據(jù)、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、報警信息進(jìn)行實(shí)時緩存，通過在就地控制器內(nèi)部的用戶程序中，增加數(shù)據(jù)定時記錄的觸發(fā)控制條件，當(dāng)數(shù)據(jù)記錄的觸發(fā)條件為1 時，當(dāng)前的溫濕度數(shù)據(jù)、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、報警信息便由程序控制進(jìn)入就地控制器緩存區(qū)，當(dāng)數(shù)據(jù)記錄的觸發(fā)條件為0時，當(dāng)前的溫濕度數(shù)據(jù)、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、報警信息便由程序控制不進(jìn)入就地控制器緩存區(qū)。數(shù)據(jù)記錄的觸發(fā)條件由就地控制器內(nèi)部開發(fā)的程序定時自動觸發(fā)，無需人為干預(yù)。緩存區(qū)內(nèi)存選用永久記憶保存功能的存儲區(qū)，即使就地控制器斷電，被記錄的數(shù)據(jù)也不會因?yàn)閿嚯姸鴣G失。

2）就地物聯(lián)網(wǎng)BOX 通過以態(tài)網(wǎng)網(wǎng)線與就地控制器以態(tài)網(wǎng)接口相連接，如果就地控制器僅支持RS485 Modbus-Rtu 協(xié)議，則通過就地控制器的RS485 Modbus-Rtu 通訊端口先與Modbus-Rtu/TCP-IP 的協(xié)議轉(zhuǎn)換器RS485 端口端進(jìn)行連接，Modbus-Rtu/TCP-IP的協(xié)議轉(zhuǎn)換器的以態(tài)網(wǎng)端口端與就地物聯(lián)網(wǎng)BOX 的以態(tài)網(wǎng)端口進(jìn)行連接，最終實(shí)現(xiàn)就地物聯(lián)網(wǎng)BOX 通過以態(tài)網(wǎng)網(wǎng)線與就地控制器以態(tài)網(wǎng)接口相連接[2]。

3）就地物聯(lián)網(wǎng)BOX 可適應(yīng)有線寬帶或4G/3G 網(wǎng)絡(luò)等多種通訊方式。就地物聯(lián)網(wǎng)BOX 如果采用有線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，則通過以態(tài)網(wǎng)線將物聯(lián)網(wǎng)BOX 連入internet 網(wǎng)絡(luò)即可。如果通過4G/3G 網(wǎng)絡(luò)，則只需為物聯(lián)網(wǎng)BOX 配備一張4G/3G 電話卡，電話卡放置在物聯(lián)網(wǎng)BOX 中，通過對物聯(lián)網(wǎng)BOX 的一些簡易參數(shù)設(shè)置，即可將物聯(lián)網(wǎng)BOX 連入Internet 網(wǎng)絡(luò)[2]。

4）物聯(lián)網(wǎng)BOX 和中央空調(diào)就地控制器及Internet網(wǎng)絡(luò)連接好后，會為相對應(yīng)的中央空調(diào)就地控制器自動分配一個IP 地址，該IP 地址即為該物聯(lián)網(wǎng)BOX 所對應(yīng)的中央空調(diào)就地控制系統(tǒng)的身份地址。用戶若想監(jiān)控當(dāng)前處于未被監(jiān)控的設(shè)備，只需要管理系統(tǒng)操作端通過簡單的IP 地址切換操作即可將相應(yīng)的遠(yuǎn)程中央空調(diào)設(shè)備納入監(jiān)控管理。

5）通過內(nèi)部程序控制，所有數(shù)據(jù)按需發(fā)送，且經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)壓縮，極大的降低了數(shù)據(jù)流量，確?？焖俸土髁抗?jié)省。當(dāng)某臺中央空調(diào)設(shè)備就地控制器監(jiān)測到自己未曾被遠(yuǎn)程監(jiān)控端提出監(jiān)控請求需求時，該中央空調(diào)設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息僅按就地控制程序需求進(jìn)行定時緩存，相關(guān)數(shù)據(jù)和信息緩存在就地控制器中規(guī)劃好的永久存儲區(qū)域中。當(dāng)該中央空調(diào)就地控制系統(tǒng)監(jiān)測到自己被遠(yuǎn)程監(jiān)控終端列為監(jiān)控對象時，該中央空調(diào)的就地控制器才通過與其相連接的物聯(lián)網(wǎng)BOX 將之前緩存的相關(guān)數(shù)據(jù)和現(xiàn)在運(yùn)行的實(shí)時采集數(shù)據(jù)按遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的要求通過專用數(shù)據(jù)傳輸通道，經(jīng)安全檢測和過濾后傳送給遠(yuǎn)程服務(wù)器，遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺通過調(diào)取遠(yuǎn)程服務(wù)器中該中央空調(diào)傳送過來的數(shù)據(jù)和信息，實(shí)現(xiàn)對該中央空調(diào)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、遠(yuǎn)程故障診斷和遠(yuǎn)程程序下載調(diào)試等功能。

6）整個系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計為一個全開放、分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化的完全基于以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，被監(jiān)控的中央空調(diào)設(shè)備在分散的各個客戶現(xiàn)場，而遠(yuǎn)程監(jiān)控端設(shè)置在中央空調(diào)設(shè)備生產(chǎn)廠商辦公室。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)備與現(xiàn)場各中央空調(diào)就地控制系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接。

7）通過程序編寫，支持手機(jī)APP 功能，用戶利用手機(jī)APP 終端可實(shí)現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和報警信息的監(jiān)控和管理。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

應(yīng)用本控制思路和控制方法，在廣東某中央空調(diào)設(shè)備廠所建立的監(jiān)控平臺（圖2、3），其驗(yàn)證結(jié)果如下：

圖2 廣東某中央空調(diào)設(shè)備廠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1）可實(shí)現(xiàn)已出廠中央空調(diào)設(shè)備現(xiàn)場快速調(diào)試。工廠工程師只需在工廠的辦公室即可直觀、快速了解現(xiàn)場所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行、停機(jī)、空閑、調(diào)試、關(guān)機(jī)）、參數(shù)信息以及設(shè)備能耗數(shù)據(jù)等。指導(dǎo)現(xiàn)場服務(wù)工程師快速調(diào)試現(xiàn)場機(jī)組。

2）可實(shí)現(xiàn)對已出廠空調(diào)設(shè)備現(xiàn)場故障快速定位和遠(yuǎn)程遙控處理。通過遠(yuǎn)程調(diào)試、診斷等功能：大大減少了工程師的出差頻率，降低了出差成本，提升了售后服務(wù)質(zhì)量。

3）可實(shí)現(xiàn)對已出廠中央空調(diào)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程程序下載。若指揮現(xiàn)場調(diào)試過程中或機(jī)組運(yùn)行參數(shù)過程中，發(fā)現(xiàn)異常且與控制程序邏輯有關(guān)，可由工程師在工廠內(nèi)部先修改程序，通過監(jiān)控平臺遠(yuǎn)程透傳給被監(jiān)控機(jī)組的就地控制器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程程序下載功能，降低工程師出差頻率，提升服務(wù)質(zhì)量。

4）可實(shí)現(xiàn)對已出廠空調(diào)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)管理分析，為日后同類空調(diào)設(shè)備性能和可靠性提升提供有力的依據(jù)和基礎(chǔ)，解決以往數(shù)據(jù)量不足不充分所導(dǎo)致的問題片面性問題。

圖3 遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面效果圖

5 結(jié)論

本控制方法可實(shí)現(xiàn)：

1）對已出廠中央空調(diào)設(shè)備現(xiàn)場快速調(diào)試。

2）對已出廠空調(diào)設(shè)備現(xiàn)場故障快速定位和遠(yuǎn)程遙控處理。

3）對已出廠中央空調(diào)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程程序下載。

4）對已出廠空調(diào)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)管理分析，為日后同類空調(diào)設(shè)備性能和可靠性提升提供有力的依據(jù)和基礎(chǔ)，解決了現(xiàn)有中央空調(diào)設(shè)備廠的痛點(diǎn)問題。