CN117190281A - 一种用于热力站的边缘计算器及控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于热力站的边缘计算器,包括数据采集模块,用于采集热力站的运行参数;数据处理模块,用于根据运行参数生成控制热力站运行的本地控制指令;通讯模块,用于将本地控制指令及运行参数上传至云平台,将云平台生成的云端控制指令下发至控制模块;控制模块,用于根据本地控制指令形成本地控制模式或根据云端控制指令形成云端控制模式,通过本地控制模式或云端控制模式控制并监测热力站的运行状态。本发明可以提升供热***的自动化水平,提高供热***的效率和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及热力站技术领域,更为具体来说,本发明为一种用于热力站的边缘计算器及控制***。
背景技术
供热***由热源、一次网、热力站、二次网、用户***组成。作为基层的供热运行管理部门,主要是管理热力站、二次网、用户***部分。热力站是热力集中、交换和调控的场所,是供热网路与热用户的连接场所,根据不同的条件,采用不同的连接方式,将热网输送的热媒加以调节、转换,向热用户***分配热量以满足用户需求,并根据需要,进行集中计量、检测供热热媒的参数和数量。传统的热力站控制***主要依赖人工操作,通过手动调节供水温度、回水温度、流量、压力等运行参数来控制热力站的运行状态,存在操作不规范、效率低、安全风险高等问题。因此,需要一种智能化的边缘计算器来控制热力站的运行,提升供热***的自动化水平,提高供热***的效率和可靠性。
发明内容
为解决现有的技术问题,本发明创新地提供了一种用于热力站的边缘计算器来控制热力站的运行,提升供热***的自动化水平,提高供热***的效率和可靠性。
为实现上述的技术目的,本发明实施例公开了一种用于热力站的边缘计算器,包括:
数据采集模块,用于采集热力站的运行参数;
数据处理模块,用于根据运行参数生成控制热力站运行的本地控制指令;
通讯模块,用于将本地控制指令及运行参数上传至云平台,将云平台生成的云端控制指令下发至控制模块;以及,
控制模块,用于根据本地控制指令形成本地控制模式或根据云端控制指令形成云端控制模式,通过本地控制模式或云端控制模式控制并监测热力站的运行状态。
进一步的,本发明一种用于热力站的边缘计算器,其中还包括:
模式切换模块,用于切换本地控制模式和云端控制模式。
进一步的,本发明一种用于热力站的边缘计算器,其中所述数据采集模块每隔N个小时采集一次热力站对应时刻的典型室温Tn、室外温度Tw和供回水平均温度Tpj;
所述数据处理模块预先设定目标典型室温Tn0,判断典型室温Tn与目标典型室温Tn0间的温度差是否达到设定阈值;若未达到设定阈值,则将典型室温Tn、室外温度Tw和供回水平均温度Tpj作为历史有效数据进行记录;若达到设定阈值,则通过预期温度计算模型计算预期供回水平均温度Tyq,将预期供回水平均温度Tyq作为本地控制指令调节热力站的供水温度;
所述预期温度计算模型为:
Tyq=R1(Tn-Tw)+R2Tn;
式中,R1为室内外温差的温度特性参数;R2为典型室温的温度特性参数。
进一步的,本发明一种用于热力站的边缘计算器,其中所述数据处理模块在得到预期供回水平均温度Tyq后根据设定的步长调节供水温度;
所述步长的设定方法为:
根据供水温差计算模型得到供水温差;
利用步长计算模型根据供水温差得到设定的步长;
利用温度调节模型根据步长得到热力站的调节温度;
所述供水温差计算模型为:
ΔT=Tyq-Tpj;
所述步长计算模型为:
S=ΔT/n,n≥2;
所述温度调节模型为:
T=Tpj+S。
进一步的,本发明一种用于热力站的边缘计算器,其中所述数据采集模块通过热力站的自动化控制设备和/或智能化设备采集热力站的运行参数。
进一步的,本发明一种用于热力站的边缘计算器,其中所述控制模块将本地控制指令或云端控制指令通过热力站的自动化控制设备和/或智能化设备控制并监测热力站的运行状态。
进一步的,本发明一种用于热力站的边缘计算器,其中所述控制模块将本地控制指令或云端控制指令下发后,通过数据采集模块实时读取热力站的实际运行参数,将实际运行参数与预期控制参数进行比对,当实际运行参数与预期控制参数出现偏差时生成偏差反馈数据,将偏差反馈数据回传至数据处理模块或云平台,由数据处理模块和云平台对应对本地控制指令或云端控制指令进行持续优化。
进一步的,本发明一种用于热力站的边缘计算器,其中所述模式切换模块根据远程控制请求或数据处理模块未按需更新,选用云端控制模式;当通讯模块与云平台的网络中断时,模式切换模块选用本地控制模式;当模式切换模块选用云端控制模式时,控制本地控制模式停止;当模式切换模块选用本地控制模式时,控制云端控制模式停止。
本发明还提供了一种用于热力站的控制***,所述控制***包括多个上述的边缘计算器,每个所述边缘计算器与热力站内对应的智能化设备和自动化控制设备通讯连接,所有的边缘计算器与云平台通讯连接,所述云平台利用路由器与所有的边缘计算器构建通讯链路。
本发明的有益效果为:本发明利用数据采集模块采集热力站的运行参数;利用数据处理模块根据运行参数生成控制热力站运行的本地控制指令;利用通讯模块将本地控制指令及运行参数上传至云平台,将云平台生成的云端控制指令下发至控制模块;利用控制模块根据本地控制指令形成本地控制模式或根据云端控制指令形成云端控制模式,通过本地控制模式或云端控制模式控制并监测热力站的运行状态。其可以通过本地控制和远程控制两种方式控制热力站的运行,实时根据热力站的运行状态对热力站进行自动控制,保证热力站能够在预期的运行状态下运行,进而提升供热***的自动化水平,提高供热***的效率和可靠性。
附图说明
图1为本发明一种用于热力站的边缘计算器的结构示意图;
图2为本发明一种用于热力站的控制***的结构示意图(应用于有线场景);
图3为本发明一种用于热力站的控制***的另一结构示意图(应用于无线场景)。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的一种用于热力站的边缘计算器进行详细的解释和说明。
如图1所示,本发明实施例公开了一种用于热力站的边缘计算器,包括:
数据采集模块1,用于采集热力站的运行参数。
具体地,采用物联网技术将物理传感器与边缘计算器进行连接,利用物理传感器的进行实时数据采集。物理传感器包括但不限于温度传感器、压力传感器、闸位传感器和流量传感器等。采集的数据包括但不限于热力站室内外温度、智能阀开度/热量/流量、供回水压力/温度等参数,并将采集到的数据上传至数据采集模块1。
数据采集模块1通过热力站的自动化控制设备和/或智能化设备采集热力站的运行参数。自动化控制设备为热力站现场设备连接的PLC,智能化设备为安装在热力站现场具备数据采集传输并具备自主控制能力的设备。物理传感器采集的数据则通过对应的PLC或智能化设备上传至数据采集模块1,实现数据的汇聚和整合。
数据处理模块2,用于根据运行参数生成控制热力站运行的本地控制指令。
具体地,数据处理模块2采用机器学习、神经网络等算法,将采集到的运行数据进行分析和处理,使用编程语言实现数据处理和算法模型的构建,自动计算出最优的热力站运行状态,包括供回水温度、压力、流量等参数,并将这些指令下发给控制模块4。
以供回水温度为例,其具体控制过程如下:
数据采集模块1每隔N个小时采集一次热力站对应时刻的典型室温Tn、室外温度Tw和供回水平均温度Tpj;典型室温Tn由典型室温模型计算得出。
数据处理模块2预先设定目标典型室温Tn0,判断典型室温Tn与目标典型室温Tn0间的温度差是否达到设定阈值;若未达到设定阈值,则将典型室温Tn、室外温度Tw和供回水平均温度Tpj作为历史有效数据进行记录;若达到设定阈值,则通过预期温度计算模型计算预期供回水平均温度Tyq,将预期供回水平均温度Tyq作为本地控制指令调节热力站的供水温度;
预期温度计算模型为:
Tyq=R1(Tn-Tw)+R2Tn;
式中,R1为室内外温差的温度特性参数;R2为典型室温的温度特性参数。
室内外温差的温度特性参数R1和典型室温的温度特性参数R2均为根据热力站供热稳定运行一段时间后,计算不同工况下对应的室内外温差的温度特性参数和断典型室温的温度特性参数,并连续记录至少N天,求取室内外温差的温度特性参数和典型室温的温度特性参数对应的平均值作为对应的室内外温差的温度特性参数R1和典型室温的温度特性参数R2,使得预期供回水平均温度Tyq计算结果更加精确,确保后续的热力站调节温度步骤中生成的调节温度能够使热力站始终保持在最优的状态下运行。
数据处理模块2在得到预期供回水平均温度Tyq后根据设定的步长调节供水温度;
步长的设定方法为:
根据供水温差计算模型得到供水温差;
利用步长计算模型根据供水温差得到设定的步长;
利用温度调节模型根据步长得到热力站的调节温度;
供水温差计算模型为:
ΔT=Tyq-Tpj;
步长计算模型为:
S=ΔT/n,n≥2;
所述温度调节模型为:
T=Tpj+S。
通过以上方法的应用,可以使热力站的供回水平均温度始终按照预期的供回水平均温度进行供热,对热力站的供回水平均温度进行自适应的温度调节,使得热力站始终在最优的运行状态下运行,实现热力站运行状态的自主可控,提高自动化水平。
通讯模块3,用于将本地控制指令及运行参数上传至云平台,将云平台生成的云端控制指令下发至控制模块4。
具体地,通过通讯模块3与云平台(云端)进行通讯,实现运行参数数据的传输和交互,以便对热力站的运行状态进行监测和管理。同时,通过云端的算法模型,有利于对热力站的运行状态进行预测和优化,进一步提高热力站的稳定性。
控制模块4,用于根据本地控制指令形成本地控制模式或根据云端控制指令形成云端控制模式,通过本地控制模式或云端控制模式控制并监测热力站的运行状态。
具体地,控制模块4接收数据处理模块2下发的指令(可以是本地控制指令,也可以使云端控制指令),通过PLC等自动化控制设备或智能化设备,控制热力站的运行状态并监测热力站的运行状态,确保运行参数与数据处理模块2计算的指令一致。
也就是说,控制模块4将本地控制指令或云端控制指令通过热力站的自动化控制设备和/或智能化设备控制并监测热力站的运行状态。
更为具体地,控制模块4将本地控制指令或云端控制指令下发后,通过数据采集模块1实时读取热力站的实际运行参数,将实际运行参数与预期控制参数进行比对,当实际运行参数与预期控制参数出现偏差时生成偏差反馈数据,将偏差反馈数据回传至数据处理模块2或云平台,由数据处理模块2和云平台对应对本地控制指令或云端控制指令进行持续优化,进一步提高热力站的稳定性。
模式切换模块5,用于切换本地控制模式和云端控制模式。
具体地,本发明的边缘计算器可实现边缘计算(本地控制模式)和云计算(云端控制模式)的灵活切换。在云端断开时自动接管控制,保障了热力站***的连续性和稳定性,同时具有集中控制、高效运行和可靠管理等优点,为热力站的智能化管理和运行奠定基础。云边协同能够协调云端和边缘计算器的控制任务,不同任务分别在云端和边缘进行处理,从而实现***的智能调节。
更为具体地,边缘计算和云计算的切换控制方式(即本地控制模式和云端控制模式的切换控制方式)为:模式切换模块5根据远程控制请求或数据处理模块2未按需更新,选用云端控制模式;当通讯模块3与云平台的网络中断时,模式切换模块5选用本地控制模式;当模式切换模块5选用云端控制模式时,控制本地控制模式停止;当模式切换模块5选用本地控制模式时,控制云端控制模式停止。
云边协同在云计算和边缘计算的基础上通过智能硬件和软件支持建立起运算能力和通信能力的联动关系,实现可视化、智能化、高效化的运营管理。计算任务通过云计算中心和边缘端之间的协同完成,云端主要负责数据采集、处理和分析,边缘计算器主要实现就地的实时调节,保障***的高效运行。
当然本发明提供的边缘计算器还可以结合物联网、数字化、智能化等技术,结合智慧供热管理云平台和智慧供热数字孪生管理平台中全网平衡、智能调度、负荷预测、二网平衡、室温智理、智能分析、智能诊断、故障报警、智能巡检等功能,基于日照、温度、湿度、风速、风向等天气因素,结合用热特性、历史数据、热惰性、供热延迟性,建立自学习的全网负荷预测***,指导不同工况条件下的热源生产负荷,并通过边缘计算器进行智能化控制,实现源网线站户全流程管理,实现自感知、自分析、自诊断、自决策的源网站线户全流程优化。
如图2和图3所示,本发明还提供了一种用于热力站的控制***,控制***包括多个上述的边缘计算器,每个边缘计算器与热力站内对应的智能化设备和自动化控制设备通讯连接,所有的边缘计算器与云平台通讯连接,通讯连接的方式可以采用无线连接也可采用有线连接,云平台利用路由器与所有的边缘计算器构建通讯链路。
具体地,云端处理所有上传的数据集,边缘计算器处理单个热力站的数据集。边缘计算器可采集现有智能化设备和自动化控制设备的数据,同时边缘计算器也可以将处理后的数据传输到现有智能化设备和自动化控制设备中,实现指令的下发和状态的控制。智能化设备和自动化控制设备读取热力站内的设备参数及运行状态,控制设备的启停。智能化设备和自动化控制设备与数据传输单元DTU之间通过RS-485串口相连接,DTU通过无线路由器接入互联网,将本地数据以透传模式发送至云平台。
在本实施例中,可以通过边缘计算器控制单个热力站运行,通过云平台汇总多个热力站的运行参数,并针对对应热力站的运行参数生成对应的控制参数。其控制及监控过程全程自动化运行,无需人为过多干预,通过简单的架构实现多个热力站的集散控制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于热力站的边缘计算器,其特征在于,包括:
数据采集模块,用于采集热力站的运行参数;
数据处理模块,用于根据运行参数生成控制热力站运行的本地控制指令;
通讯模块,用于将本地控制指令及运行参数上传至云平台,将云平台生成的云端控制指令下发至控制模块;
控制模块,用于根据本地控制指令形成本地控制模式或根据云端控制指令形成云端控制模式,通过本地控制模式或云端控制模式控制并监测热力站的运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种用于热力站的边缘计算器,其特征在于,还包括:
模式切换模块,用于切换本地控制模式和云端控制模式。
3.根据权利要求1所述的一种用于热力站的边缘计算器,其特征在于,所述数据采集模块每隔N个小时采集一次热力站对应时刻的典型室温Tn、室外温度Tw和供回水平均温度Tpj;
所述数据处理模块预先设定目标典型室温Tn0,判断典型室温Tn与目标典型室温Tn0间的温度差是否达到设定阈值;若未达到设定阈值,则将典型室温Tn、室外温度Tw和供回水平均温度Tpj作为历史有效数据进行记录;若达到设定阈值,则通过预期温度计算模型计算预期供回水平均温度Tyq,将预期供回水平均温度Tyq作为本地控制指令调节热力站的供水温度;
所述预期温度计算模型为:
Tyq=R1(Tn-Tw)+R2Tn;
式中,R1为室内外温差的温度特性参数;R2为典型室温的温度特性参数。
4.根据权利要求3所述的一种用于热力站的边缘计算器,其特征在于,所述数据处理模块在得到预期供回水平均温度Tyq后根据设定的步长调节供水温度;
所述步长的设定方法为:
根据供水温差计算模型得到供水温差;
利用步长计算模型根据供水温差得到设定的步长;
利用温度调节模型根据步长得到热力站的调节温度;
所述供水温差计算模型为:
ΔT=Tyq-Tpj;
所述步长计算模型为:
S=ΔT/n,n≥2;
所述温度调节模型为:
T=Tpj+S。
5.根据权利要求1所述的一种用于热力站的边缘计算器,其特征在于,所述数据采集模块通过热力站的自动化控制设备和/或智能化设备采集热力站的运行参数。
6.根据权利要求1所述的一种用于热力站的边缘计算器,其特征在于,所述控制模块将本地控制指令或云端控制指令通过热力站的自动化控制设备和/或智能化设备控制并监测热力站的运行状态。
7.根据权利要求6所述的一种用于热力站的边缘计算器,其特征在于,所述控制模块将本地控制指令或云端控制指令下发后,通过数据采集模块实时读取热力站的实际运行参数,将实际运行参数与预期控制参数进行比对,当实际运行参数与预期控制参数出现偏差时生成偏差反馈数据,将偏差反馈数据回传至数据处理模块或云平台,由数据处理模块和云平台对应对本地控制指令或云端控制指令进行持续优化。
8.根据权利要求2所述的一种用于热力站的边缘计算器,其特征在于,所述模式切换模块根据远程控制请求或数据处理模块未按需更新,选用云端控制模式;当通讯模块与云平台的网络中断时,模式切换模块选用本地控制模式;当模式切换模块选用云端控制模式时,控制本地控制模式停止;当模式切换模块选用本地控制模式时,控制云端控制模式停止。
9.一种用于热力站的控制***,其特征在于,所述控制***包括多个如权利要求1至8所述的边缘计算器,每个所述边缘计算器与热力站内对应的智能化设备和自动化控制设备通讯连接,所有的边缘计算器与云平台通讯连接,所述云平台利用路由器与所有的边缘计算器构建通讯链路。
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