一种基于无中心网络的设备的拓扑连接及自动识别的方法与流程

本发明涉及建筑节能和智能控制技术领域，特别是涉及一种基于无中心网络的设备的拓扑连接及自动识别的方法。

背景技术：

cn105045225a公开了一种基于无中心网络的水泵系统、水泵控制器及控制方法、cn105091213a公开了一种基于无中心网络的冷机系统、冷机控制器及控制方法、cn105674791a公开了一种基于无中心网络的冷却塔系统、冷却塔控制器及控制方法，这些专利申请将冷站中的冷机、水泵、冷却塔等组成无中心的网络并通过设备之间的协商寻找优化运行策略。然而这些专利申请并没有将冷站中的各部分机电设备作为一个整体考虑，也未公开组成无中心网络的拓扑连接规则及如何进行自动的辨识。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，将冷站或其他能源站中的所有机电设备作为一个整体考虑，提出将各机电设备抽象成无中心网络中的节点并进行拓扑连接及自动识别的方法。

无中心冷站的工作原理是为冷站系统中的每一个主要的机电设备或必要的机电设备配置一个智能计算节点，然后让这些计算节点互连形成一个无中心网络。所谓无中心网络是指网络中的每个节点的地位是平等的，整个网络是扁平的，没有中心或首脑的概念。所有节点之间通过信息传递来完成无中心的计算过程。无中心网络中的每个机电设备的地位均是平等的，各个机电设备通过相应的智能计算节点平等地自主协调完成控制目标，分布式地计算出优化控制方案，这样，可以降低传统控制形式的人工配置调试的工作量，实现控制设备的即插即用，提高系统的控制效率、鲁棒性及可扩展性，且有利于让机电设备实现智能化和强弱电一体化，设备在现场就位后连电即可实现复杂的控制功能，因而降低人员在现场的调试、组网工作，且避免在中央站进行数学建模和控制策略的开发。

为了真正实现机电设备的即插即用，在将各个机电设备的智能计算节点用网线互联之后，系统能够自动辨识每个智能计算节点所连接设备的类型信息（具体为是何种设备）、设备之间的拓扑连接关系（是谁连接谁）、设备在系统中的功能信息（例如具体是冷却泵还是冷冻泵、是一次冷冻泵还是二次冷冻泵等）等是至关重要的，这决定了控制系统是否能够实现真正的智能化，而不再依靠人工进行组网、定义等等。

因此本发明要解决的技术问题之一就是确定各个机电设备之间的拓扑连接的基本方法，这是实现系统自动辨识的基础。

本发明保护一种基于无中心网络的设备之间的拓扑连接及自动识别的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）基于事先确定的规则将设备之间通过网线互连并形成无中心网络；

（2）所述无中心网络自动识别所述设备中的任意一个的类型信息；

（3）所述无中心网络基于所述识别出的类型信息进一步识别出所述设备中的任意一个的功能信息。

（4）确认信息。

进一步的，所述步骤（1）包括如下子步骤：

（11）将并联的源类设备之间依次连线；所述源类设备为冷机、锅炉或换热器；

（12）非源类设备的其余设备，直接并联的同类型设备组内依次连线；未直接并联的同类型设备与其直接串联的其他类型设备连线；

（13）先直接并联再串联的不同类型设备组之间，从各组内任选一台设备为代表，以代表连线的方式实现组间相连。

进一步的，所述步骤（1）还包括如下子步骤：

（14）若存在冷冻水协调控制器（chw），则将所述冷冻水协调控制器与末端的空调负载（terminal）中任选的一个连线；

进一步的，所述步骤（1）还包括如下子步骤：

（15）若存在二次冷冻泵或二次冷冻泵组，则将所述二次冷冻泵或二次冷冻泵组内任选的一台设备与冷冻水协调控制器（chw）连线。

进一步的，所述步骤（1）还包括如下子步骤：

（16）将阀门或其他附属部件与地理位置上相近或功能关系上影响较大的部件直接相连。

进一步的，所述无中心网络通过读取设备的内置参数并与标准数据对比来自动识别所述设备中的任意一个的类型信息。

进一步的，所述类型信息包括冷机、水泵、冷却塔、冷冻水协调控制器、空调箱、锅炉、风机盘管、配电器、发电设备、新风处理机组、热回收设备、蓄能池、通风机、换热器中的一种或多种。

进一步的，所述步骤（3）进一步包括如下子步骤：

（31）与冷却塔直接相连的水泵，自动识别为冷却泵并生成冷却泵的功能信息标签；

（32）与冷冻水协调控制器或者末端节点直接相连的水泵，自动识别为二次冷冻泵并生成二次冷冻泵的功能信息标签；

（33）与冷机直接相连的水泵，自动识别为一次冷冻泵并生成一次冷冻泵的功能信息标签；

（34）自动识别完成的设备，将所述标签广播发送给与其直接相连的所有同类型信息的设备；

（35）所述接收到标签的设备自动识别为所述标签表示的功能信息。

进一步的，所述步骤（35）中若某设备接收到多个相互冲突的标签，则按照标签的优先级进行自身功能信息的识别，所述优先级顺序为步骤（31）生成的标签优先级最高，步骤（32）生成的标签优先级次之，步骤（33）生成的标签优先级最低。

进一步的，经过步骤（35）后未得到正确识别的设备由人工进行手动修改。

本发明的技术方案能够实现如下技术效果：

1、有利于实现机电设备的智能化和强弱电一体化，设备在现场就位后连电即可实现复杂的控制功能，因而降低人员在现场的调试、组网工作，且避免在中央站进行数学建模和控制策略的开发。

2、利于实现设备的即插即用，灵活可变，设备基于一定的规则进行互联即可自动识别出设备间的拓扑关系、系统形式、每台设备的类型信息、功能信息等，极大降低了控制系统的开发调试工作量。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1（a）是本发明实施例1的某种典型冷站系统的设备间的物理连接拓扑。

图1（b）是本发明实施例1的某种典型冷站系统的设备间的通信连接拓扑。

图2（a）是本发明实施例2的某种典型冷站系统的设备间的物理连接拓扑。

图2（b）是本发明实施例2的某种典型冷站系统的设备间的通信连接拓扑。

图3（a）是本发明实施例3的某种典型冷站系统的设备间的物理连接拓扑。

图3（b）是本发明实施例3的某种典型冷站系统的设备间的通信连接拓扑。

图4（a）是本发明实施例4的某种典型冷站系统的设备间的物理连接拓扑。

图4（b）是本发明实施例4的某种典型冷站系统的设备间的通信连接拓扑。

图5（a）是本发明实施例5的某种典型冷站系统的设备间的物理连接拓扑。

图5（b）是本发明实施例5的某种典型冷站系统的设备间的通信连接拓扑。

图6（a）是本发明另外一个实施例的某种典型冷站系统的设备间的物理连接拓扑。

图6（b）是本发明另外一个实施例的某种典型冷站系统的设备间的通信连接拓扑。

图7（a）是本发明另外一个实施例的某种典型冷站系统的设备间的物理连接拓扑。

图7（b）是本发明另外一个实施例的某种典型冷站系统的设备间的通信连接拓扑。

图8（a）是本发明的某个实施例的设备间自动识别过程中的设备初始状态示意图。

图8（b）是本发明的某个实施例的设备间自动识别过程中的设备识别过程示意图。

图8（c）是本发明的某个实施例的设备间自动识别过程中的设备识别结果示意图。

图9是本发明另外一个实施例的设备间的识别过程中的设备初始状态示意图。

图10（a）是本发明的另外一个实施例的设备间自动识别过程中的初步识别示意图。

图10（b）是本发明的另外一个实施例的设备间自动识别过程中的进一步识别示意图。

图10（c）是本发明的另外一个实施例的设备间自动识别过程中的最终结果示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图对本发明实施例的基于无中心网络的冷站的拓扑连接及识别方法进行更为详尽的说明。

实施例1：

如图1所示，图1（a）显示了某种典型冷站系统的物理连接拓扑示意图。该冷站具有4台冷机，4台冷冻泵，4台冷却泵，4台冷却塔，分集水器及分集水器间的旁通阀，以及末端的空调负载。其中4台冷机直接并联形成一个冷机组，4台冷冻泵直接并联形成冷冻水泵组，4台冷却泵直接并联并形成冷却水泵组，4台冷却塔直接并联形成冷却塔组，然后冷冻水泵组、冷机组、冷却水泵组和冷却塔组依次串联。这种冷站形式所抽象成的拓扑结构如图1（b）所示。每台冷机、水泵、冷却塔均被抽象成一个节点，分集水器及分集水器之间的旁通阀被抽象为一个节点，并可以叫做冷冻水协调控制器（chw），末端的空调负载可以抽象为一个节点（terminal），当然可以把末端的空调负载抽象成多个节点。

这种冷站形式的设备间协调工作的工作原理如下：冷机组内的各台冷机需要协商工作分配各自承担的冷量，因此需要依次连线，可以实现冷机组之间的通信协商；四台冷冻水泵之间是先并联再与冷机组串联，因此应为四台冷冻水泵之间相互协作，分配各自分担的冷冻水流量，并共同为冷机组提供水流，因此应将四台冷冻水泵用通信线依次连线，可以实现冷冻水泵之间的通信协商；冷却水泵也是先并联再与冷机组串联，因此也将四台冷却水泵用通信线依次连线，冷却塔组的情况相同，需要组内的设备互相之间协商工作分配冷却水并共同给冷却泵提供冷却水，因此冷却塔之间需要依次连线。

组间的连线规则是这样的：从冷冻水泵组、冷机组、冷却水泵组、冷却塔组的组内任选一个设备为代表，然后把各组按照物理连接的顺序依次连线，然后再从冷机组内任选一个冷机与冷冻水协调控制器（chw）连线，冷冻水协调控制器与末端的空调负载（terminal）连线。如此就实现了该种冷站形式的通信拓扑连接，如图1（b）所示。

实施例2：

如图2所示，图2（a）显示了第二种典型冷站系统的物理连接拓扑示意图。与实施例1中的冷站系统形式的区别在于，每一台冷机都与一台冷冻水泵和冷却水泵串联连接后再整体并联，即“一机对一泵”，各个冷机之间需要进行协商分担各自承担的冷量，而每一台冷冻水泵和冷却水泵都是专门为与其直接串联的冷机服务的。

因此连线的规则应是这样的：冷机组内的各台冷机之间依次连线，每一台冷冻水泵或冷却水泵均与其直接串联的冷机进行连线，冷却塔组内任选一台冷却塔作为代表与冷却水泵组内选出的代表连线，其余连接方式与实施例1中的相同，最终的通信拓扑连接方式如图2（b）所示。

实施例3：

如图3所示，图3（a）显示的是带有二次泵系统的冷站系统形式，所谓二次泵就是专门为了满足末端的空调负载对于冷冻水的需求而设置的冷冻水泵，设置在分水器之后、末端的空调负载之前，由于二次泵组内的设备直接并联或者根据其服务的区域不同而分组并联，并联的水泵之间需要互相协商分担冷冻水流量，因此需要将并联的二次泵组内的各水泵依次连线；若将末端的空调负载抽象成一个节点（看做一个“智能设备”），则冷冻水协调控制器（chw）与末端的空调负载这一节点相连，负责对冷站系统传递末端的空调负载的需求，而二次冷冻泵的调节就是为了满足末端的空调负载的需求，因而将二次冷冻水泵与冷冻水协调控制器chw直接相连，通过冷冻水协调控制器chw节点获取末端的空调负载的需求；其余的连线方式与实施例1的相同，最终的通信拓扑连接方式如图3（b）所示。

实施例4：

如图4所示，图4（a）显示的也是带有二次泵系统的冷站系统形式，其一次泵系统的连接形式与实施例1和2的连接方式均不相同，采用的是混合形式，即冷却泵直接并联并共同为冷机提供冷却水，因此需要将冷却水泵组内的各水泵依次连线，而每一台冷冻水泵与相应的冷机先串联再并联，因此需要将每一个冷冻水泵与直接串联的冷机连线，冷机之间需要协商分担冷量，因此需要冷机组内的每台冷机之间依次连线，其余的连线方式与实施例3相同，最终的通信拓扑连接方式如图4（b）所示。

实施例5：

如图5所示，该冷站系统带有freecooling功能（即室内空气的温度较低，能够充当室内空调系统的冷源，从而节省冷机的制冷电耗，利用冷却水与室外空气交换热量以便冷却水降温，再令冷却水与换热器换热并制作空调系统的冷冻水），二次泵分组分区调节，该系统中包含一个换热器（he），包含四个用于冷冻站运行模式切换的电动切换阀门（valve1、valve2、valve3、valve4），包含一个恒温混水阀（tsv），用于支路末端为辐射地板的供水温度调节，该冷站系统的拓扑连接规则中涉及到冷机、水泵、冷却塔、末端及分集水器的部分与实施例1-4相同，在涉及到换热器、阀门时，只要将换热器阀门等部分连入系统即可，可以选择与其地位位置上相邻或功能上相关联的设备直接相连，此外换热器和冷水机组一样都可以理解为源类设备，因此当出现换热器并联时，需要将所有的换热器依次相连，再任选一个连入系统。

图6-图7显示了另外两种冷站系统形式下的拓扑连接方法。

综上所述，根据冷站设备的物理连接方式，对准备投入使用的冷站设备的拓扑连接规则可以归纳如下：

1）并联的源类设备（如冷机、锅炉或换热器）之间依次连线；

2）非源类设备的其余设备，直接并联的同类型设备组内依次连线；未直接并联的同类型设备与其直接串联的其他类型设备连线；

3）先直接并联再串联的不同类型设备组之间，从各组内任选一台设备为代表，以代表连线的方式实现组间相连。

4)冷冻水协调控制器（chw）与末端的空调负载（terminal）中任选的一个代表连线；

5)若存在二次泵，将二次泵组内任选一台设备为代表，将其与冷冻水协调控制器（chw）连线。

6)对于阀门等部件，将其连入系统即可，可以选择地理位置上相近或功能关系上影响较大的部件直接相连。

因而，根据上述简单的规则，参照智能设备直观的物理连接，即可将智能设备“简单直观”地通过通信连接组织在一起，同时满足智能设备之间协商协同工作的需求。

根据智能设备的标准化信息模型，智能设备在出厂时其内置的参数可以表明其设备类型，即系统能够识别出一台智能设备是冷机、水泵、冷却塔、冷冻水协调控制器，然而智能设备根据其设计安装的位置不同，会有不同的用途，如水泵可以分为冷却泵和冷冻泵，冷冻泵又可以分成一次冷冻泵和二次冷冻泵，因此在将智能设备进行通信拓扑连接之后，为了能够实现智能设备之间的自动识别，还需要进一步给出识别的方法，该识别的方法如下：

1）与冷却塔直接相连的水泵，自动识别为冷却泵；

2）与冷冻水协调控制器或者末端节点直接相连的水泵，自动识别为二次冷冻泵；

3）与冷机直接相连的水泵，自动识别为一次冷冻泵；

4）自动识别完成的设备，将识别的“标签”信息广播发送给与其直接相连的所有同类智能设备；

5）当智能设备收到冲突的标签时，选择优先级高的标签；所述优先级的顺序如下：方法1）的优先级高于方法2）的优先级，方法2）的优先级高于方法3）的优先级；

6）经过上述方法1）至5）后未得到正确识别的智能设备由人工进行手动修改。

实施例6：

下面结合图8对自动识别的方法进行进一步的说明：

图8(a)显示了某冷站中的智能设备进行通信拓扑连接后的示意图，其中，有一次冷冻泵、二次冷冻泵及冷却泵这三种智能水泵设备，因此需要进一步的进行识别。

系统初始化时，根据上述的方法1)、2)、3)可以自动识别出：1号智能水泵为二次冷冻泵，2号智能水泵为冷却泵，3号、4号智能水泵为一次冷冻泵，如图8(b)所示。

初步识别出的智能设备，将各自的“标签”信息广播发送给与其直接相连的同类智能设备；而2号和3号智能水泵处于同一组同类智能设备中，“标签”会出现冲突，根据原则4）的优先级判断，“冷却泵”标签的优先级高于“一次冷冻泵”的优先级而将其覆盖，最终该并联本组内的设备均识别为冷却泵，识别完成的最终结果如图8(c)所示。

实施例7：

下面结合图9-10对自动识别的方法进行进一步的说明，图9显示了冷站系统的拓扑示意图，图10（a）显示了在智能设备初始化过程的自动识别后，1号智能水泵识别为二次冷冻泵，2号智能泵识别为冷却泵，其余智能水泵均识别为一次冷冻泵。

初步完成识别出的智能设备，将各自的“标签”广播发送给与其直接相连的同类智能设备，如图10(b)所示，其中3号、4号、5号智能水泵未自动识别为冷却泵，需要人工手动设置修改。在系统监控软件中，对自动识别错误的3号、4号、5号水泵进行简单的手动修改确认，最终得到正确的系统拓扑图，如图10(c)所示。

利用本发明公开的方法能够确定智能设备之间的拓扑连接的规则及自动识别的方法，基于智能设备的识别规则，可完成大部分智能设备的自识别，少量的需要人工调整的工作仅为软件层面的应用操作，而非底层程序的调试开发，大大降低了冷站控制系统的组网、调试工作。通过智能设备的组织与识别生成的智能设备通信连接网络，是冷站无中心控制系统的硬件平台，从而实现了基于简单直观的规则、即插即用地完成冷站控制系统搭建的目标。

附图标记释义：

ch：冷机

pump：水泵

terminals(terminal)：空调系统的末端设备

chw：冷冻水协调控制器

ct：冷却塔

chiller：冷机

fcu：风机盘管

ahu：空气处理机组

pau：新风处理机组

radiantfloor：辐射地板

he：换热器

valve：阀门

tsv：恒温调节阀

zone：区域

pchp：一次冷冻泵

schp：二次冷冻泵

cwp：冷却泵。