云计算在屋顶机空调智能化方面的应用

杨 青

（特灵科技亚太研发中心，江苏 太仓 215400）

屋顶式中央空调具有安装方便、整体结构缩短管路长度、能量范围广、制冷效率高、可靠性高、不占用室内空间的优点，其发展越来越迅速，面临多参数协同控制、更高精度、更节能环保、更安全可靠的挑战。

1 云计算在屋顶机空调中应用

云计算具有虚拟的集中式管理、分布式计算、全方位使用等特点，可以为屋顶机空调提供安全、快速、便捷的数据存储和网络计算服务。

1.1 屋顶机空调运行特点

屋顶机空调的机组结构紧凑模块化、自带冷热源、组合方便、风冷却省去冷却水系统，运行维护具有以下一些特点：

（1）时间性强。

屋顶机空调24小时全天高速运转。

（2）技术性强。

屋顶机空调自动化程度高，机组电器连接紧凑，需专业人员进行维护。

（3）可靠性、实用性高。

屋顶机空调制冷系统高效可靠，使用维修方便。

（4）服务水平高。

屋顶机空调应定期检查。

屋顶机空调结构如图1所示。

图1 屋顶机空调结构

1.2 屋顶机空调智能控制

跨界融合的发展模式使屋顶机空调在网络硬件和软件的支持下，能够随时对室内温度、湿度、室内空气质量、氧含量进行监测分析，智能判断和控制制冷、制热、加湿、净化等操作，使室内温湿度、空气质量始终保持在最佳状态[1]。

屋顶机空调控制原理如图2所示。

图2 屋顶机空调控制原理

2 云计算智能屋顶机

屋顶机空调在智能控制方面理解分析解决问题能力的提高，归纳演绎推理能力的加强以及自适应环境和自我学习能力的完善，使屋顶机空调的自动识别、调节和控制功能越来越智能化。进行各部件传感器和控制器的大量数据的管理和处理时，借助云计算的虚拟计算资源，可以实现屋顶机空调运行状态的实时监控、故障主动预警、预防性维护和检修、功能动态优化控制等功能，提高屋顶机空调的舒适性和监控可靠性，减少维护维修运行的成本，实现维护运行智能化。

2.1 云计算特点。

云计算的优点包括计算成本和软件成本较低、计算能力和数据安全性较强、硬件成本较低、软件即时更新、存储大容量、操作系统兼容、群组容易读写、对特定设备的依赖性小。

云计算的缺点包括必须持续在网、网速低时效果差、响应有延迟、基本功能可能有限、存储数据有风险。

2.2 云计算应用屋顶机架构

全球化形势下制造业高速发展，不同地域和环境下的集中办公对屋顶机空调的同步管理提出更高要求。借助云计算平台，共享软硬件信息资源，根据不同级别的登录权限，通过互联网随时随地按需对屋顶机空调进行多机间集群间并行化计算与节点通信，可以实现不同范围内的个性化管理，智能开启相应程序，远程网络监控、维护和诊断。

云计算平台能够为屋顶机空调提供安全可靠的数据存储中心，防止病毒入侵和数据丢失，跨地理地域容灾，并发任务处理，虚拟化管理，具有高度延展性和可扩充性。

屋顶机云计算架构如图3所示。

图3 屋顶机云计算架构

2.3 云计算应用屋顶机实现

借助智能移动终端、高速互联网和各类传感器，屋顶机空调可以传输数据至控制中心分析数据，智能管理各种温控组件和过滤组件动作，按照体感适宜的温湿度、内外温差等多种情况与设定的判断条件，调节相应的设备，监测、记录、控制温湿度、PM2.5、负氧离子含量等参数，实现集中管理分布节能控制，为室内人员提供高效管理手段和舒适、经济、安全的工作环境，从而达到较高的智能化，降低管理成本和运行能耗。

（1）云计算屋顶机功能服务。

对屋顶机空调负荷实测值和预测值进行比较，云计算能够动态评估修正控制系统的调节作用，实现基于预测负荷的风量、风压、流量控制，使供冷量和需求量匹配，提高系统的运行安全性。

屋顶机空调的效率会根据负荷变动，在某一负荷下达到最佳效率。在大制冷面积的并联分区运行和不同地域环境的多机分布控制应用中，云计算可以依据当前负荷和历史记录的效率特性，计算最佳运行台数和各单机运行效率，制定最优屋顶机运行组合，使整个系统的效率达到最高。

（2）云计算屋顶机控制方案。

屋顶机空调运行参数相互耦合，同一负荷可以对应多种运行组合参数。依据强大计算能力、数据收集和分析能力，云计算能够综合利用资源，对多个设定点和不同工作点进行集成优化，采用专家控制、神经网络控制、模糊控制等逻辑[2]，提升整个系统的监测、分析和管理水平，进一步提高系统运行稳定性和智能化。

①专家控制。智能控制理论的专家控制系统在屋顶机空调云计算规划决策的高层控制与动作实现的底层控制方面具有积极应用。屋顶机云计算多采用控制理论与经验知识结合的方式，自动更新知识库，自动生成规则，在线实时参与控制。

②神经网络控制。屋顶机空调系统具有大惯性与大滞后的参数耦合的特性，使用常规方法建立动态设备模型和实时优化非线性参数比较困难。神经网络分布式信息存储可以实现大规模并行处理，具有强大的学习联想和容错能力，可以应用于屋顶机空调的多输入和多输出的多变量控制系统[3]。精确模型的控制结构中，云计算可以充当对象的模型；反馈控制系统中，云计算可以实现控制器的作用；传统控制系统中，云计算可以优化计算。

神经网络控制能够融合其他优化参数控制方法，建立非参数化对象模型，优化控制参数，做出推理和诊断[4]。

神经网络控制结构如图4所示。

图4 神经网络控制结构

③模糊控制。屋顶机空调控制对象的多干扰性使负荷大范围变化，温湿度相关的多工况使运行管理和控制变得更复杂。模糊控制系统基于专家知识和成熟经验，具有不依赖精确建模的优点，在云计算的大数据和高计算能力的支持下，非常适用于屋顶机空调的复杂控制。

模糊控制结构如图5所示。

图5 模糊控制结构

（3）云计算屋顶机故障诊断。

屋顶机空调的云计算故障诊断分析主要包括监测信号认定、诊断方法选择、排除故障可行性分析、维修质量预估。云计算故障诊断有助于实时监测各系统运行状态，科学地分析排除设备故障，保障屋顶机空调在全寿命周期内运行的稳定和高效。

故障监测诊断流程如图6所示。

图6 故障监测诊断流程

3 结语

云计算在屋顶机空调应用中的优势越来越明显。虚拟计算资源具有低成本的优势，云计算技术可以提升屋顶机空调的运维安全，确保环境的舒适，使管控更高效，终端使用更便利。充分利用云计算的海量存储能力和高效处理能力，将促进屋顶机空调更加快速发展。