一种基于物联网的地热源节能方法及系统

摘要

本发明实施例提出了一种基于物联网的地热源节能方法及系统，所述方法包括如下步骤：传感器实时获取测量数据，并将所述测量数据传至控制中心；判断所述测量数据与预定阈值的关系；当所述测量数据高于预定阈值时，控制中心发送停止信号，主控设备停止热源供给，并打开储能罐进行储能作业；当所述测量数据低于预定阈值时，打开储能罐进行热源供给，当储能罐中热能耗尽且仍不满足热能需求时，控制中心发送控制信号，主控设备进行热能补偿，并将支管中冷水进入储能罐；可视化终端实时调度屏幕显示所述控制中心的作业过程以及作业结果。通过储能罐的加入和用户终端的输出控制，可以自动对设备进行控制，从而实现节能降耗的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于物联网的地热源节能方法及系统，特别是涉及自动化数据处理的技术领域。

背景技术

加温耗能是温室冬季运行的主要障碍。提高温室的保温性能，降低能耗，是提高温室生产效益的最直接手段。

由于地源热泵都是按最大负载并增加一定余量设计的，而在实际运行过程中，满负载运行的情况非常少，冬夏季节其负载一般都在 70% 以下，春秋季节其负荷一般不足40%。通常地源热泵系统中冷冻主机的负荷能随季节、气温变化自动调节，而与其配套的其他水泵却不能自动调节其负载。也就是说，只要启动地源热泵系统，水泵就是一直在满负荷状态下工作，势必导致电能的严重浪费。

发明内容

发明目的：提出一种基于物联网的地热源节能方法及系统，以解决现有技术存在的上述问题，利用自动采集控制技术，实现降低热源损耗的目标。

技术方案：第一方面，提供一种基于物联网的地热源节能方法，该方法具体包括以下步骤：

传感器实时获取测量数据，并将所述测量数据传至控制中心；

判断所述测量数据与预定阈值的关系；

当所述测量数据高于预定阈值时，控制中心发送停止信号，主控设备停止热源供给，并打开储能罐进行储能作业；

当所述测量数据低于预定阈值时，打开储能罐进行热源供给，当储能罐中热能耗尽且仍不满足热能需求时，控制中心发送控制信号，主控设备进行热能补偿，并将支管中冷水进入储能罐；

可视化终端实时调度屏幕显示所述控制中心的作业过程以及作业结果。

在第一方面的一些可实现方式中，可视化终端可以根据用户需求对所处环境，以及温度控制的过程进行查看、控制和管理，通过简洁易操作画面的开发，用户可根据需求针对性的对温室数值进行设定，用于所述控制中心对主设备的控制，从而调控热源输出。

在第一方面的一些可实现方式中，传感器包括温度传感器和水位传感器；所述温度传感器用于实时测量温度数据；所述水位传感器用于实时测量水量数据。

在第一方面的一些可实现方式中，控制中心接收到所述传感器获取的实时测量数据后，将所述测量数据传输至可编程逻辑控制器中的模拟量采集模块中，在经过模拟量采集模块将模拟量转换为数字信号后，将数字信号存放在可编程逻辑控制器的数据寄存器中；控制中心进行温控时，通过可编程逻辑控制器的CPU调用PID运算功能对存储的数据进行处理，从而输出用于控制电磁阀开启和关闭的控制信号。

在第一方面的一些可实现方式中，采用一种神经网络对PID参数进行调整，用于从而提高稳定性。

其中，对于PID控制器，将设定值和实际反馈值之间的偏差作为输入，即：

式中，

PID控制器的输出值为：

式中，

常规增量式数字PID则如下表达式所示：

式中，

PID参数进行调整根据运行过程的状态进行调整，调整过程中网络辨识器的性能质指标为：

式中，

采用迭代并依据辨识指标进行梯度下降实时调整神经网络隐藏层节点中心变量

式中，

式中，

根据梯度下降的方法，

式中，

第二方面，提供一种基于物联网的地热源节能系统，该系统划分为操作端、服务端和前端三个层面，具体包括：数据采集模块、网络传输模块、应用控制模块、远程调控模块。

在第二方面的一些可实现方式中，数据采集模块位于前端，包括温度传感器和水位传感器；温度传感器用于实时测量温度数据；水位传感器用于实时测量水量数据。

所述网络传输模块在物联网搭建便捷性以及安全性情况下，采用紫蜂协议作为数据传输方式，随后通过网关连接因特网从而将前端与服务端互通。

所述应用控制模块位于前端，用于控制电磁阀的开合，从而针对性的做出温度状态的改变。

所述远程调控模块位于操作端与服务端之间，用于远程对温室温度进行调控，实时了解室内环境。其中，所述服务端包括：存储服务器、应用服务器、管理与应用层模块；所述存储服务器用于存放产生的数据，并通过主外键的设置，使得数据库中的数据表存在关联性，从而减少冗余数据的存储。

所述应用服务器用于与存储服务器、操作端以及管理与应用层模块进行数据交互。

所述管理与应用层模块用于负责业务的逻辑和处理。

在第二方面的一些可实现方式中，在实现温控的过程中，储能模块在温室室内需要加热时，作为热源的供给者之一，逻辑的优先级高于地源热泵。

在第二方面的一些可实现方式中，在实现远程查看地热源泵的状态及周围环境时，通过Socket通信进行连接；采集周围环境的信息采集设备将视频数据源进行图像处理成字节流，用户终端通过双向连接的TCP协议的Socket通信，接收传输的字节流，并将其恢复为图片信息，从而实现视频的显示。

第三方面，提供一种基于物联网的地热源节能设备，该设备包括：

处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；其中，处理器读取并执行所述计算机程序指令，以实现地热源节能方法。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令。计算机程序指令被处理器执行时实现地热源节能方法。

有益效果：本发明提出了一种基于物联网的地热源节能方法及系统，结合传感器的测量数据采集以及人为远程的调控，可以更好的控制温室内的室温情况；同时，在热源的供给方面增加储能罐的应用，当需要进行热源供给时，首先采用储能罐中的热能，同时当热源供给溢出时，将多余热源存储至储能罐中，从而极大降低电能的浪费情况，自动化的控制也使得使水泵不在一直处于满负荷的工作状态，从而实现节能降耗的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的数据处理流程图。

图2为本发明实施例系统架构图。

图3为本发明实施例控制器结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请中，我们提出了一种基于物联网的地热源节能方法及系统，其中包含的一种基于物联网的地热源节能方法，在一个实施例中，如图1所示，具体包括以下步骤：

传感器实时获取测量数据，并将所述测量数据传至控制中心；

判断所述测量数据与预定阈值的关系；

当所述测量数据高于预定阈值时，控制中心发送停止信号，主控设备停止热源供给，并打开储能罐进行储能作业；

当所述测量数据低于预定阈值时，打开储能罐进行热源供给，当储能罐中热能耗尽且仍不满足热能需求时，控制中心发送控制信号，主控设备进行热能补偿，并将支管中冷水进入储能罐；

可视化终端实时调度屏幕显示所述控制中心的作业过程以及作业结果。

具体的，如图2所示，传感器包括温度传感器和水位传感器；其中，温度传感器用于实时测量温度数据；水位传感器用于实时测量水量数据。

传感器将获取到的实时信息传输到电磁阀控制器用于进行数据处理，其中，电磁阀控制器为可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器中的模拟量采集模块接收实时信息，并将模拟量转换为数字信号后，将数字信号存放在可编程逻辑控制器的数据寄存器中。

控制中心进行温控时，通过可编程逻辑控制器的CPU调用PID运算功能对存储的数据进行处理，从而输出用于控制电磁阀开启和关闭的控制信号。

在优选实施例中，在远程实现人为调控时，远程终端通过转换器与可编程逻辑控制器进行通信。当温度需要调控时，触发该模块并通过可编程逻辑控制器的CPU调用PID运算功能对存储的数据进行处理，从而输出用于控制电磁阀开启和关闭的控制信号。其中，远程终端可以是电脑、手机终端。

具体的，采用PID控制器实现电磁阀开合的控制，但由于温室控制存在多种复杂的情况，而固定不变的PID控制器参数难以应对该复杂的环境，因此采用一种神经网络对PID参数进行调整，如图3所示，从而提高稳定性，图中圆形加X组成的图形表示一种运算过程。

其中，对于PID控制器，将设定值和实际反馈值之间的偏差作为输入，即：

式中，

式中，

式中，

PID参数进行调整根据运行过程的状态进行调整，调整过程中网络辨识器的性能质指标为：

式中，

式中，

式中，

根据梯度下降的方法，

式中，

可视化终端的设计可以根据用户需求对所处环境，以及温度控制的过程进行查看、控制和管理，通过简洁易操作画面的开发，用户可根据需求针对性的对温室数值进行设定，用于所述控制中心对主设备的控制，从而调控热源输出。可视化的过程中多功能处理器及相应的矩阵控制器将HDMI、VGA、视频等信号从多个信号源呈现至大屏端。

结合传感器的测量数据采集以及人为远程的调控，更好的控制温室内的室温情况，同时，在热源的供给方面增加储能罐的应用，当需要进行热源供给时，首先采用储能罐中的热能，同时当热源供给溢出时，将多余热源存储至储能罐中，从而极大降低电能的浪费情况，自动化的控制也使得使水泵不在一直处于满负荷的工作状态，从而实现节能降耗的目的。

在一个实施例中，提供了一种基于物联网的地热源节能系统，划分为操作端、服务端和前端三个层面，具体包括：数据采集模块、网络传输模块、应用控制模块、远程调控模块。其中，数据采集模块位于前端，包括温度传感器和水位传感器；温度传感器用于实时测量温度数据；水位传感器用于实时测量水量数据。

所述网络传输模块在物联网搭建便捷性以及安全性情况下，采用紫蜂协议作为数据传输方式，随后通过网关连接因特网从而将前端与服务端互通。紫蜂协议可以近距离的进行无线连接，同时具备低功耗、低成本、低速率、短时延和强容量性的特点。

所述应用控制模块位于前端，用于控制电磁阀的开合，从而针对性的做出温度状态的改变。

所述远程调控模块位于操作端与服务端之间，用于远程对温室温度进行调控，实时了解室内环境，推动发展。其中，服务端包括：存储服务器、应用服务器、管理与应用层模块。存储服务器用于存放产生的数据，并通过主外键的设置，使得数据库中的数据表存在关联性，从而减少冗余数据的存储；应用服务器用于与存储服务器、操作端以及管理与应用层模块进行数据交互；管理与应用层模块用于负责业务的逻辑和处理，例如，大数据展示、生产平台、商业平台、园区管理服务平台的操作。

在实现温控的过程中，储能模块在温室室内需要加热时，作为热源的供给者之一，逻辑的优先级高于地源热泵。

在实现远程查看地热源泵的状态及周围环境时，通过Socket通信进行连接，信息采集设备将视频数据源进行图像处理后变成字节流，用户终端通过双向连接的TCP协议的Socket通信，接收传输的字节流，并将其恢复为图片信息，从而实现视频的显示。

在一个实施例中，提供一种基于物联网的地热源节能设备，该设备包括：

处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；其中处理器读取并执行计算机程序指令，以实现地热源节能方法。

在一个实施例中，提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，其中，计算机程序指令被处理器执行时实现地热源节能方法。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。