一種物聯網的暖通空調監控平臺及控制方法

邱育群

廣東建設職業技術學院

0 引言

對于中央空調生產廠家，存在以下問題：設備種類較多，售出設備分布分散，無法對已售出設備的實時運行數據進行統一監控管理。售后維護多以客服人員去客戶現場服務為主，反應慢、成本高、速度慢，客戶體驗差。客戶粘度低，無法為客戶提供增值服務，提高同行競爭力。對于公司開發的新產品，出廠后無監控統計數據，零星的客戶問題反饋對產品質量和可靠性提升數據支撐不足。

現有技術在上述此類問題的處理上，常采用中央空調生產廠家為中央空調使用客戶提供一套就地監控系統，該就地監控系統負責對該客戶所購并使用的中央空調進行集中監控和管理，雖解決了中央空調使用客戶對自己所采購的空調設備的集中監控和管理問題，但中央空調生產廠家仍無法便利地拿到該客戶所使用的中央空調相關運行數據和信息，上述問題仍然沒有得到有效解決。

為了實現在中央空調生產廠家工廠內部即可實時監控已出廠的中央空調設備，通過對已出廠中央空調設備監控數據的分析，實現：已出廠中央空調設備現場快速調試。已出廠空調設備現場故障快速定位和遠程遙控處理。已出廠中央空調設備遠程監控和遠程程序下載。已出廠空調設備運行數據管理分析，為日后同類空調設備性能和可靠性提升提供有力的依據和基礎，成了本文作者要解決的重點問題。

1 研究內容

一種基于物聯網的暖通空調監控平臺及其控制方法，在結構構成上由：現場設備端、云平臺、遠程監控設備以及通訊網絡組成。其中現場設備端包括：已經售出且分布在各分散客戶現場的中央空調設備及其就地控制系統和物聯網專用BOX。遠程監控設備包括：用作管理平臺的計算機和手機客戶端。通訊網絡包括中央空調設備就地控制系統和物聯網專用BOX之間的有線網絡，以及遠程監控設備（管理平臺用的計算機、手機客戶端）與云平臺[1]之間的有線網絡。物聯網專用BOX 與云平臺之間的4G/3G 或有線網絡。

圖1 網絡結構圖

2 研究思路

以廣東某中央空調廠的產品進行舉例說明：

1）采用標準化的設計思想和理念：針對具體中央空調生產廠家的具體產品特征，將被監控對象進行規劃和分類，將該中央空調廠的產品按制冷系統構成和空調功能進行分類，分別對應：熱泵泳池空調（渦旋壓縮機1～2 臺）、水冷螺桿冷水機組（螺桿壓縮機1～2臺）、風冷螺桿冷水機組（螺桿壓縮機1～2 臺）、風冷渦旋冷水機組（渦旋壓縮機1～2 臺），共計4 類典型的被監控對象。

2）采用通用性設計理念：每種典型空調在監控平臺上對應開發4 組同類型監控界面（根據客戶需求數量可調整），實現同一時間最多可監控共計16 臺的4種典型類型的空調設備。

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

4）連續性設計理念:未被監控的設備，其相關數據通過就地控制器進行緩存，方便隨時被監控時使用，實現監控數據的連續性。

5）數據存儲功能設計:每臺設備最長可監控近一年的運行數據。

6）可擴展性設計理念:采用模塊化設計架構，可擴展性好，目前考慮4 種典型空調類型，隨著公司業務的增長，可根據客戶要求增加典型空調類型的數量，無需改變現有的監控平臺架構，只需在現有監控平臺上增加相應典型空調類型的監控組態界面開發和相應的監控功能即可。

7）接入低成本設計理念：對原有不具備監控條件的已出廠空調設備，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控平臺即可，就地BOX 支持多種控制器和多種通訊協議（以態網和MODBUS-RTU），解決監控平臺的通用性問題。

3 實現方法

1）就地控制器系統對所控制的中央空調設備溫濕度數據、機組運行狀態、報警信息進行實時緩存，通過在就地控制器內部的用戶程序中，增加數據定時記錄的觸發控制條件，當數據記錄的觸發條件為1 時，當前的溫濕度數據、機組運行狀態、報警信息便由程序控制進入就地控制器緩存區，當數據記錄的觸發條件為0時，當前的溫濕度數據、機組運行狀態、報警信息便由程序控制不進入就地控制器緩存區。數據記錄的觸發條件由就地控制器內部開發的程序定時自動觸發，無需人為干預。緩存區內存選用永久記憶保存功能的存儲區，即使就地控制器斷電，被記錄的數據也不會因為斷電而丟失。

2）就地物聯網BOX 通過以態網網線與就地控制器以態網接口相連接，如果就地控制器僅支持RS485 Modbus-Rtu 協議，則通過就地控制器的RS485 Modbus-Rtu 通訊端口先與Modbus-Rtu/TCP-IP 的協議轉換器RS485 端口端進行連接，Modbus-Rtu/TCP-IP的協議轉換器的以態網端口端與就地物聯網BOX 的以態網端口進行連接，最終實現就地物聯網BOX 通過以態網網線與就地控制器以態網接口相連接[2]。

3）就地物聯網BOX 可適應有線寬帶或4G/3G 網絡等多種通訊方式。就地物聯網BOX 如果采用有線寬帶接入網絡，則通過以態網線將物聯網BOX 連入internet 網絡即可。如果通過4G/3G 網絡，則只需為物聯網BOX 配備一張4G/3G 電話卡，電話卡放置在物聯網BOX 中，通過對物聯網BOX 的一些簡易參數設置，即可將物聯網BOX 連入Internet 網絡[2]。

4）物聯網BOX 和中央空調就地控制器及Internet網絡連接好后，會為相對應的中央空調就地控制器自動分配一個IP 地址，該IP 地址即為該物聯網BOX 所對應的中央空調就地控制系統的身份地址。用戶若想監控當前處于未被監控的設備，只需要管理系統操作端通過簡單的IP 地址切換操作即可將相應的遠程中央空調設備納入監控管理。

5）通過內部程序控制，所有數據按需發送，且經過嚴格的數據壓縮，極大的降低了數據流量，確保快速和流量節省。當某臺中央空調設備就地控制器監測到自己未曾被遠程監控端提出監控請求需求時，該中央空調設備的相關數據和信息僅按就地控制程序需求進行定時緩存，相關數據和信息緩存在就地控制器中規劃好的永久存儲區域中。當該中央空調就地控制系統監測到自己被遠程監控終端列為監控對象時，該中央空調的就地控制器才通過與其相連接的物聯網BOX 將之前緩存的相關數據和現在運行的實時采集數據按遠程監控終端的要求通過專用數據傳輸通道，經安全檢測和過濾后傳送給遠程服務器，遠程監控管理平臺通過調取遠程服務器中該中央空調傳送過來的數據和信息，實現對該中央空調控制系統的遠程監視、控制、遠程故障診斷和遠程程序下載調試等功能。

6）整個系統架構設計為一個全開放、分布式、集散型、網絡化的完全基于以太網結構的物聯網系統，被監控的中央空調設備在分散的各個客戶現場，而遠程監控端設置在中央空調設備生產廠商辦公室。遠程監控終端設備與現場各中央空調就地控制系統通過物聯網進行連接。

7）通過程序編寫，支持手機APP 功能，用戶利用手機APP 終端可實現對相關設備的運行狀態和報警信息的監控和管理。

4 實驗驗證

應用本控制思路和控制方法，在廣東某中央空調設備廠所建立的監控平臺（圖2、3），其驗證結果如下：

圖2 廣東某中央空調設備廠的網絡結構圖

1）可實現已出廠中央空調設備現場快速調試。工廠工程師只需在工廠的辦公室即可直觀、快速了解現場所有設備的運行狀態（運行、停機、空閑、調試、關機）、參數信息以及設備能耗數據等。指導現場服務工程師快速調試現場機組。

2）可實現對已出廠空調設備現場故障快速定位和遠程遙控處理。通過遠程調試、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，提升了售后服務質量。

3）可實現對已出廠中央空調設備遠程監控和遠程程序下載。若指揮現場調試過程中或機組運行參數過程中，發現異常且與控制程序邏輯有關，可由工程師在工廠內部先修改程序，通過監控平臺遠程透傳給被監控機組的就地控制器，實現遠程程序下載功能，降低工程師出差頻率，提升服務質量。

4）可實現對已出廠空調設備運行數據管理分析，為日后同類空調設備性能和可靠性提升提供有力的依據和基礎，解決以往數據量不足不充分所導致的問題片面性問題。

圖3 遠程監控畫面效果圖

5 結論

本控制方法可實現：

1）對已出廠中央空調設備現場快速調試。

2）對已出廠空調設備現場故障快速定位和遠程遙控處理。

3）對已出廠中央空調設備遠程監控和遠程程序下載。

4）對已出廠空調設備運行數據管理分析，為日后同類空調設備性能和可靠性提升提供有力的依據和基礎，解決了現有中央空調設備廠的痛點問題。