一种物联网的暖通空调监控平台及控制方法

邱育群

广东建设职业技术学院

0 引言

对于中央空调生产厂家，存在以下问题：设备种类较多，售出设备分布分散，无法对已售出设备的实时运行数据进行统一监控管理。售后维护多以客服人员去客户现场服务为主，反应慢、成本高、速度慢，客户体验差。客户粘度低，无法为客户提供增值服务，提高同行竞争力。对于公司开发的新产品，出厂后无监控统计数据，零星的客户问题反馈对产品质量和可靠性提升数据支撑不足。

现有技术在上述此类问题的处理上，常采用中央空调生产厂家为中央空调使用客户提供一套就地监控系统，该就地监控系统负责对该客户所购并使用的中央空调进行集中监控和管理，虽解决了中央空调使用客户对自己所采购的空调设备的集中监控和管理问题，但中央空调生产厂家仍无法便利地拿到该客户所使用的中央空调相关运行数据和信息，上述问题仍然没有得到有效解决。

为了实现在中央空调生产厂家工厂内部即可实时监控已出厂的中央空调设备，通过对已出厂中央空调设备监控数据的分析，实现：已出厂中央空调设备现场快速调试。已出厂空调设备现场故障快速定位和远程遥控处理。已出厂中央空调设备远程监控和远程程序下载。已出厂空调设备运行数据管理分析，为日后同类空调设备性能和可靠性提升提供有力的依据和基础，成了本文作者要解决的重点问题。

1 研究内容

一种基于物联网的暖通空调监控平台及其控制方法，在结构构成上由：现场设备端、云平台、远程监控设备以及通讯网络组成。其中现场设备端包括：已经售出且分布在各分散客户现场的中央空调设备及其就地控制系统和物联网专用BOX。远程监控设备包括：用作管理平台的计算机和手机客户端。通讯网络包括中央空调设备就地控制系统和物联网专用BOX之间的有线网络，以及远程监控设备（管理平台用的计算机、手机客户端）与云平台[1]之间的有线网络。物联网专用BOX 与云平台之间的4G/3G 或有线网络。

图1 网络结构图

2 研究思路

以广东某中央空调厂的产品进行举例说明：

1）采用标准化的设计思想和理念：针对具体中央空调生产厂家的具体产品特征，将被监控对象进行规划和分类，将该中央空调厂的产品按制冷系统构成和空调功能进行分类，分别对应：热泵泳池空调（涡旋压缩机1～2 台）、水冷螺杆冷水机组（螺杆压缩机1～2台）、风冷螺杆冷水机组（螺杆压缩机1～2 台）、风冷涡旋冷水机组（涡旋压缩机1～2 台），共计4 类典型的被监控对象。

2）采用通用性设计理念：每种典型空调在监控平台上对应开发4 组同类型监控界面（根据客户需求数量可调整），实现同一时间最多可监控共计16 台的4种典型类型的空调设备。

3）操作灵活性设计理念:被监控设备选取灵活、方便。只需由工程师级管理人员在终端设备处通过切换IP 地址等简单操作即可实现。

4）连续性设计理念:未被监控的设备，其相关数据通过就地控制器进行缓存，方便随时被监控时使用，实现监控数据的连续性。

5）数据存储功能设计:每台设备最长可监控近一年的运行数据。

6）可扩展性设计理念:采用模块化设计架构，可扩展性好，目前考虑4 种典型空调类型，随着公司业务的增长，可根据客户要求增加典型空调类型的数量，无需改变现有的监控平台架构，只需在现有监控平台上增加相应典型空调类型的监控组态界面开发和相应的监控功能即可。

7）接入低成本设计理念：对原有不具备监控条件的已出厂空调设备，改造简单，成本低，只需就地配置BOX 并考虑BOX 的连线和安装防雨等措施并将其纳入监控平台即可，就地BOX 支持多种控制器和多种通讯协议（以态网和MODBUS-RTU），解决监控平台的通用性问题。

3 实现方法

1）就地控制器系统对所控制的中央空调设备温湿度数据、机组运行状态、报警信息进行实时缓存，通过在就地控制器内部的用户程序中，增加数据定时记录的触发控制条件，当数据记录的触发条件为1 时，当前的温湿度数据、机组运行状态、报警信息便由程序控制进入就地控制器缓存区，当数据记录的触发条件为0时，当前的温湿度数据、机组运行状态、报警信息便由程序控制不进入就地控制器缓存区。数据记录的触发条件由就地控制器内部开发的程序定时自动触发，无需人为干预。缓存区内存选用永久记忆保存功能的存储区，即使就地控制器断电，被记录的数据也不会因为断电而丢失。

2）就地物联网BOX 通过以态网网线与就地控制器以态网接口相连接，如果就地控制器仅支持RS485 Modbus-Rtu 协议，则通过就地控制器的RS485 Modbus-Rtu 通讯端口先与Modbus-Rtu/TCP-IP 的协议转换器RS485 端口端进行连接，Modbus-Rtu/TCP-IP的协议转换器的以态网端口端与就地物联网BOX 的以态网端口进行连接，最终实现就地物联网BOX 通过以态网网线与就地控制器以态网接口相连接[2]。

3）就地物联网BOX 可适应有线宽带或4G/3G 网络等多种通讯方式。就地物联网BOX 如果采用有线宽带接入网络，则通过以态网线将物联网BOX 连入internet 网络即可。如果通过4G/3G 网络，则只需为物联网BOX 配备一张4G/3G 电话卡，电话卡放置在物联网BOX 中，通过对物联网BOX 的一些简易参数设置，即可将物联网BOX 连入Internet 网络[2]。

4）物联网BOX 和中央空调就地控制器及Internet网络连接好后，会为相对应的中央空调就地控制器自动分配一个IP 地址，该IP 地址即为该物联网BOX 所对应的中央空调就地控制系统的身份地址。用户若想监控当前处于未被监控的设备，只需要管理系统操作端通过简单的IP 地址切换操作即可将相应的远程中央空调设备纳入监控管理。

5）通过内部程序控制，所有数据按需发送，且经过严格的数据压缩，极大的降低了数据流量，确保快速和流量节省。当某台中央空调设备就地控制器监测到自己未曾被远程监控端提出监控请求需求时，该中央空调设备的相关数据和信息仅按就地控制程序需求进行定时缓存，相关数据和信息缓存在就地控制器中规划好的永久存储区域中。当该中央空调就地控制系统监测到自己被远程监控终端列为监控对象时，该中央空调的就地控制器才通过与其相连接的物联网BOX 将之前缓存的相关数据和现在运行的实时采集数据按远程监控终端的要求通过专用数据传输通道，经安全检测和过滤后传送给远程服务器，远程监控管理平台通过调取远程服务器中该中央空调传送过来的数据和信息，实现对该中央空调控制系统的远程监视、控制、远程故障诊断和远程程序下载调试等功能。

6）整个系统架构设计为一个全开放、分布式、集散型、网络化的完全基于以太网结构的物联网系统，被监控的中央空调设备在分散的各个客户现场，而远程监控端设置在中央空调设备生产厂商办公室。远程监控终端设备与现场各中央空调就地控制系统通过物联网进行连接。

7）通过程序编写，支持手机APP 功能，用户利用手机APP 终端可实现对相关设备的运行状态和报警信息的监控和管理。

4 实验验证

应用本控制思路和控制方法，在广东某中央空调设备厂所建立的监控平台（图2、3），其验证结果如下：

图2 广东某中央空调设备厂的网络结构图

1）可实现已出厂中央空调设备现场快速调试。工厂工程师只需在工厂的办公室即可直观、快速了解现场所有设备的运行状态（运行、停机、空闲、调试、关机）、参数信息以及设备能耗数据等。指导现场服务工程师快速调试现场机组。

2）可实现对已出厂空调设备现场故障快速定位和远程遥控处理。通过远程调试、诊断等功能：大大减少了工程师的出差频率，降低了出差成本，提升了售后服务质量。

3）可实现对已出厂中央空调设备远程监控和远程程序下载。若指挥现场调试过程中或机组运行参数过程中，发现异常且与控制程序逻辑有关，可由工程师在工厂内部先修改程序，通过监控平台远程透传给被监控机组的就地控制器，实现远程程序下载功能，降低工程师出差频率，提升服务质量。

4）可实现对已出厂空调设备运行数据管理分析，为日后同类空调设备性能和可靠性提升提供有力的依据和基础，解决以往数据量不足不充分所导致的问题片面性问题。

图3 远程监控画面效果图

5 结论

本控制方法可实现：

1）对已出厂中央空调设备现场快速调试。

2）对已出厂空调设备现场故障快速定位和远程遥控处理。

3）对已出厂中央空调设备远程监控和远程程序下载。

4）对已出厂空调设备运行数据管理分析，为日后同类空调设备性能和可靠性提升提供有力的依据和基础，解决了现有中央空调设备厂的痛点问题。