商用熱泵遠程全面能效管理系統(tǒng)研究

李魁星 鄭曉峰 楊磊

青島海爾新能源電器有限公司 山東青島 266000

1 引言

隨著社會的發(fā)展、消費水平的不斷提升，人們對環(huán)境的舒適度提出了更高標準的需求，商用熱泵模塊機以空氣為熱源加熱生活用水、調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的溫度，創(chuàng)造舒適環(huán)境，在超市、商場、醫(yī)院等不同場所得到廣泛的應用[1]；商用熱泵模塊機的高能耗特性也進入人們的視野，因此如何有效的降低商用熱泵模塊機的運行能耗受到廣大的關(guān)注[2]。

針對當前遇到的問題，本研究建立了一個以遠程監(jiān)視為主、擴展性強的全面能效管理系統(tǒng)，本期優(yōu)先開發(fā)Web端，能夠擴展手機端開發(fā)，設備整體監(jiān)控量為1000臺模塊主機。

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設計

能效管理系統(tǒng)從整體上可以分為數(shù)據(jù)采集層、業(yè)務處理層和功能展現(xiàn)層。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)具備時間序列數(shù)據(jù)的特性：采集頻率快、嚴重依賴于采集時間以及測量點多數(shù)據(jù)量大。這些特點決定了其適合采用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。在分析系統(tǒng)需求的基礎上，我們利用了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL記錄復雜的檔案關(guān)系，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)MongoDB存儲時間序列數(shù)據(jù)。其架構(gòu)如圖2所示。

管理系統(tǒng)采用面向服務的架構(gòu)（SOA）進行應用，能夠擺脫面向技術(shù)的解決方案的束縛，集中精力于構(gòu)建全面能效管理系統(tǒng)，從而提高軟件重用、加快應用軟件的實施[3]。SOA是一種指導創(chuàng)建和使用業(yè)務服務的架構(gòu)，定義和提供一種允許不同應用交換數(shù)據(jù)和參與業(yè)務過程的IT基礎架構(gòu)。SOA符合目前的實際需求和基礎管控系統(tǒng)建設的技術(shù)方針，而且隨著Web服務技術(shù)的普遍采用，SOA已成為大型信息化建設的方向[4]。

3 系統(tǒng)功能設計

商用熱泵遠程全面能效管理系統(tǒng)功能設計如下：①宣傳展示，通過地圖實現(xiàn)所有項目的展示及瀏覽，便于客戶參觀及云服務團隊的管理；②項目管理，實現(xiàn)項目信息備忘、快捷查詢；③實時數(shù)據(jù)查看，隨時了解各項目設備運行狀態(tài)；④運行數(shù)據(jù)記憶及分析，統(tǒng)計設備故障多發(fā)點，為研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐，減少設備故障率；⑤客戶服務，為客戶提供專家式遠程服務，提升產(chǎn)品附加價值。

3.1 開發(fā)語言

后臺數(shù)據(jù)接收部分使用C++，后臺讀取數(shù)據(jù)部分使用ssh2結(jié)構(gòu)，前臺展示部分使用html、jsp、ajax等傳統(tǒng)主流技術(shù)，Web應用服務器使用jboss4.2.3.GA。

3.2 開發(fā)工具

Visual Studio 2010；java開發(fā)使用我公司基于eclipse，自主開發(fā)的UEP平臺。統(tǒng)一企業(yè)應用平臺(簡稱UEP)采用分層結(jié)構(gòu)，前端展現(xiàn)層支持Web頁面、Flex、移動客戶端和桌面應用多種方式；Web頁面展現(xiàn)提供成體系的、面向?qū)ο筇匦缘慕M件，采用AJAX技術(shù)增強用戶體驗；數(shù)據(jù)持久層提供了JPA和自定義兩種持久化機制互為補充。UEP還實現(xiàn)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Web應用開發(fā)環(huán)境，并提供了各種輔助開發(fā)工具以提高開發(fā)效率。能效管理系統(tǒng)設計完成后的性能參數(shù)如表1所示。

圖1 管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

圖2 數(shù)據(jù)處儲整體框架

圖3 首頁面顯示

3.3 系統(tǒng)關(guān)鍵功能展示

如圖3首頁面顯示為世界衛(wèi)星地圖圖片和動態(tài)點，點擊后進入百度地圖，用相應標識指示出項目所在地與項目運行是否正常。圖標中間為紅色綠色機組狀態(tài)指示燈，正常時綠燈定時閃爍，有預警黃燈閃爍，有故障紅燈亮，灰色指示燈代表斷電停機。頁面右側(cè)用透明懸浮框顯示各地機組，首頁面顯示主要是方便云服務運營團隊監(jiān)測云系統(tǒng)中的各個項目，各項目管理員登陸系統(tǒng)時只顯示擁有權(quán)限的項目。

如圖4所示項目臺賬管理，主要用于建立各項目的檔案，包括項目的設備信息、IMU信息和管理設備的報警閾值。選擇目錄樹上的某地區(qū)，右邊將顯示該地區(qū)下的項目，然后可以對項目進行維護，包括增加、刪除。當輸入項目地址時，能夠與地圖進行呼應，能夠在地圖頁面用圖標顯示該項目。申請相應權(quán)限后，點擊某項目可以看到該項目的基本信息、設備信息、IMU信息，并可以維護設備信息、IMU信息。

如圖4所示項目查詢，項目查詢頁用于快速進入設備界面，并查詢設備的實時狀態(tài)、參數(shù)曲線、歷史數(shù)據(jù)、報警信息。點擊首頁菜單中的項目查詢將進入設備相關(guān)的查詢界面，項目名稱或者設備序列號將直接打開該項目或者設備。頁面左邊是一個組織架構(gòu)樹，組織形式為集團公司——地市——項目——設備，通過樹右邊的按鈕可以對組織架構(gòu)樹進行隱藏或者展開。

3.4 能效管理系統(tǒng)應用實例

如圖5所示全面能效管理系統(tǒng)硬件拓撲圖，采用GPRS通訊技術(shù)，結(jié)合熱泵機組-MODBUS通訊協(xié)議，將機組運行信息通過網(wǎng)絡傳到商用熱泵遠程全面能效管理系統(tǒng)，使用人員可以通過電腦、手機等設備登錄系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控，通過管理系統(tǒng)用戶可以實時掌握機組運行狀態(tài)、耗電量等情況；分多級管理權(quán)限，供海爾服務人員、經(jīng)銷商、用戶實時監(jiān)測機組運行狀態(tài)，有問題及時發(fā)現(xiàn)，通過采集到的數(shù)據(jù)信息預判機組未來可能出現(xiàn)的問題，提前告知用戶或由顧服部門按照定位地址安排人員上門維修。

表1 系統(tǒng)性能參數(shù)

3.5 能效管理系統(tǒng)使用效果

本系統(tǒng)應用于青島北站海爾10P熱泵熱水器多聯(lián)機項目，該項目用15臺10P熱水機并聯(lián)給車站工作人員及過往旅客供給生活熱水，分析數(shù)據(jù)取自2016年5到12月和2017年5到12月、使用遠程能效管理系統(tǒng)前后的用水周期，如圖6所示，2017年配備能效管理系統(tǒng)后通過合理的機組配置及運維控制，比2016年同期耗能均有明顯減少，8個月共節(jié)約電量1938千瓦時。

另外，提前預警12次，現(xiàn)場管理人員及時發(fā)現(xiàn)，并采取措施，避免了進一步惡化導致機組停機；推送給海爾售后維修人員故障5次，維修人員主動上門維修，在用戶中贏得良好的口碑；研發(fā)人員收集項目運行數(shù)據(jù)和故障情況，對機組的設計缺陷進一步完善。

4 結(jié)論

商用熱泵遠程全面能效管理系統(tǒng)經(jīng)過設計開發(fā)、運營測試，優(yōu)勢可總結(jié)如下：

①節(jié)能控制：根據(jù)實際用戶溫度合理控制機組的加減載，達到節(jié)能同時均勻機組運行增加機組壽命；②銷售機會：發(fā)現(xiàn)銷售線索，發(fā)出線下跟蹤指令；③增值服務：預見設備故障、提前維護、減少停機、遠程減少停機時間、遠程響應服務請求、縮短解決問題時間，通過數(shù)據(jù)分析，改進產(chǎn)品設計；④盈利模式：轉(zhuǎn)變盈利模式，從按照產(chǎn)品收費到按產(chǎn)品產(chǎn)生的結(jié)果收費；⑤民生服務：讓用戶享受安全、可靠、健康、環(huán)保、實惠的供熱服務。

圖4 臺帳管理和項目查詢

圖5 全面能效管理系統(tǒng)硬件拓撲圖

圖6 能效管理系統(tǒng)應用前后耗能分析