物联网全分布式电力线的宽带楼宇自控系统的制作方法

本实用新型涉及楼宇控制系统的改进，特别是物联网全分布式电力线的宽带楼宇自控系统。

背景技术：

电力线宽带技术都应用在互联网中视频传输之中，还没有被应用在建筑楼宇自控和能耗管控一体化系统方面，本实用新型是首次将该传输技术应用到楼宇自控，智能照明等领域，本实用新型的电力线宽带以太网系统具有240M带宽的高速通信和物联网分布式的控制特点，电力线宽带系统综合有线互联网通道、无线物联网网通道与远端现场物联网终端设备和云服务器平台进行高速通信，为远程节能运维提供了强有力的技术保证。

现有的楼宇自控系统构架是各种传感器、电动执行器与控制器相连接，控制器通过传感器采集数据经CPU进行比较运算后的结果输出到执行器，控制器通过总线与系统服务器相连接进行通信，对于控制器来说是一种集中控制方式，一旦控制器损坏，整个一片被控设备(如空调等)就会失控。另外，传统的系统控制器在施工调试时还需现场进行复杂的编程，对调试工程师的技术要求很高，所以造成该系统调试和以后的维护非常麻烦，国内现有楼控系统二年后系统瘫痪率达70％以上。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计了物联网全分布式电力线的宽带楼宇自控系统，包括有线互联网和无线物联网及电力线宽带以太网，所述有线互联网和无线物联网及电力线宽带以太网组成三网物联网构架，还包括云服务器、智能移动设备，还包括物联网终端设备，所述物联网终端设备包括物联网终端监控模块、物联网终端传感器、物联网终端电动执行器，其中，所述物联网终端监控模块、物联网终端传感器、物联网终端电动执行器通过电力线宽带相连接，物联网终端传感器、物联网终端电动执行通过电力线宽带或无线的方式与云服务器相连接；

所述联网终端监控模块，用于监测物联网终端电动执行器的运行参数和控制调节；

所述物联网终端传感器，将采集到的数据存入区域链数据库中运算并更新数据库，并通过互联网及物联网发送到云服务器进行逻辑运算；

所述物联网终端电动执行器，用于调用自身的区域链数据库中的指令执行，或通过互联网及物联网接收到云服务器逻辑运算结果，驱动联网终端电动执行器的正确工作；

所述云服务器，用于接收并储存并显示物联网终端传感器发送的监测数据，并在通过配置和设定现场物联网终端设备。

作为优选，所述物联网终端监控模块，直接与变频器或智能电表进行通信，并转换其通信协议兼容到以太网中传感器间通信，其采集到数据也可通过互联网及物联网发送到云服务器进行逻辑运算；同时通过模块内嵌控制逻辑或通过互联网及物联网接收到云服务器逻辑运算结果驱动物联网终端电动执行器的驱动组件工作。

作为优选，所述物联网终端传感器包括温度传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、压力压差传感器的至少一种。

作为优选，所述物联网终端监控模块包括各种风机、水泵监控模块、变频器监控模块、电动阀门监控模块中至少一种。

作为优选，所述电动执行终端包括各种风机、水泵、各种冷冻冷却器、电加热器、变频器等辅助执行设备、风阀和水阀的电动执行器的至少一种。

作为优选，所述联网终端监控模块、所述物联网终端传感器、所述物联网终端电动执行器之间通过宽带电力线相连接；

任一所述联网终端监控模块、所述物联网终端传感器、所述物联网终端分别通过无线NB-Iot通道与云服务器相连接或任一所述联网终端监控模块、所述物联网终端传感器、所述物联网终端通过电力线宽带透传以有线互联网形式与云服务器相连接。

作为优选，还包括智能移动设备及其客户端软件APP，在现场终端尚未与云服务器相连接时，利用智能移动设备与其中一个所述物联网终端设备相连接，用于调取远端服务器的配置数据并下载至该物联网终端设备中永久保存，并将配置参数生成Excel文件供保存到智能移动设备或云服务器中。

作为优选，所述智能移动设备调取并配置物联网终端设备属性，该设备属性包括工程名称，IP地址和MAC地址，工程名称，设备名称和编号，安装位置，监控对象。

物联网全分布式电力线的宽带楼宇自控方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：在物联网终端设备中内预装一个共享的区块链数据库；

步骤二：为每个物联网终端设备可配置的IP地址及设备编号及原始固件编号；

步骤三：物联网终端设备云服务器与物联网终端设备连接，将现场采集到的数据和云服务器发来的指令数据存入其区块链数据库中运算并更新数据库，物联网终端设备将实时数据发送至云服务器。

作为优选，所述物联网终端设备云服务器与物联网终端设备连接，进行数据上传或数据配置步骤，其具体为：

所述物联网终端设备通过互联网或NB-Iot物联网连接与云服务器相连接，其中，物联终端传感器将现场采集到的和云服务器发来的指令数据存入区块链数据库中运算并更新数据库，以太网中的物联网终端电动执行器调用自身区块链数据库中逻辑指令执行；物联网终端设备通过互联网或物联网将实时数据发送至云服务器；更换物联网终端设备后，利用智能移动设备调取云服务器上存储的数据并将该数据实时同步至更换后的节点设备中并存入区块链数据库中。

作为优选，所述物联网终端传感器将采集到的数据通过切换至云计算控制方式后直接送到云服务器，通过云计算后将结果传回现场物联网终端电动执行器进行实时控制，实现现场设备云计算和云控制，所传输数据的实行严格加密和解密措施。

作为优选，将上述的系统配置成与云服务器通信正常时系统为云计算和云控制方式，在通信中断时自动切换成以太网内区块链逻辑数据库控制。

有益效果

利用本实用新型的技术方案制作的物联网全分布式电力线的宽带楼宇自控系统，各物联网终端传感器、执行器和风机水泵监控模块通过其特有的逻辑程序固件执行采集和执行指令，并与本身储存器中共数据库通信,具有以下有益效果：

一、无极性的双线电力线TCP/IP通信宽带组成以太网手拉手或自由拓扑连接各物联网终端设备，替代了8芯线TCP/IP布线方式，解决了8芯线以太网只能只能利用交换机的星形连接的问题，并且在双线上叠加了不高于400VAC的供电提供各终端设备的电源，双线上可以不供电只通信，也可以只供电不通信作为一个独立的多功能控制节点使用，所以其灵活性在楼宇自控系统和智能照明及能耗采集应用中价值得到了提升。

二、区块链概念首次在自动控制系统中的应用，每个终端节点设备都有一套相同程序的共享数据库，在某个节点设备中合法修改的参数在所有节点设备中的参数同步修改并保存，数据库中的数据提供系统中各物联网终端设备共享，其冗余功能和数据安全性及可靠性得到了极大的提高，不需调试人员具有很强的编程能力，对系统逻辑控制方面来说是免调试的。

三、每个物联网终端设备都是采集和执行及监控装置，都兼备了复杂的逻辑控制功能，使系统完全属于无主从的分布式物联网结构系统无需专门的现场控制器，而每个终端设备的数据都可经有线和无线方式进入互联网与其他物联网设备进行关联通信，使云服务器与最底层的传感器、执行器进行高速通信，远程监测可直达传感器和执行器内部，一旦出现故障远程服务器立即报警，提示最底层的设备故障状态，这与传统楼控系统完全不同的含义，因为传统的楼宇自控系统远程监测必须是先进入现场服务器，通过服务器监控到控制器，根据控制器内的数据状态通过分析判断才能确认传感器或执行器发生故障，维护人员无法准确判断故障是控制上的输入端口损坏还是传感器损坏及还是阀门卡死等。

四、简单的设备配置取代了复杂的编程调试工作，利用智能手机等移动设备通过NFC或蓝牙与终端设备连接，手机中APP又必须通过远程服务授权才能合法进行连接下载或读取设备中配置文件，并能自动生成Excel文件保存在云服务器中，运维人员可以下载打印也可以调用进行二次维护，系统工程结束后省去了调试人员做竣工文档工作。

五、传输数据进行加密，服务器有严密的密码保护和用户等级保护，防止非法进入。

六、众多的物联网终端设备类似于区块链中众多个帐本，在某个终端设备中数据库数据被合法修改后，在所有终端设备中的参数将同步并保存，类似于区块链中的记帐功能，各种节点都内嵌固件如采集、执行或运算程序不断调取区块链数据库内数据，起到控制各种中央空调等机电设备启停和调节温度等功能，整个电力线宽带网络中某个节点出现故障时区域中其他终端设备随机接替运行，这种以区块链结构方式的全分布式控制系统其冗余功能和数据安全性及系统可靠性得到了极大的提高，由于各节点都有固定的内嵌逻辑程序，整个控制系统调试中,不需调试人员具有很强的编程能力，尽需在智能手机上简单配置或调用云服务器上配置文件，利用蓝牙或NFC无线连接后下载，也可读取终端设备中的配置文件进行修改及保存，降低了调试人员技术门坎，应用上容易普及。

附图说明

图1是本实用新型所述物联网全分布式电力线的宽带楼宇自控系统的结构示意图；

图2是本实用新型所述物联网全分布式电力线的宽带楼宇自控系统的通信流程图；

图3是本实用新型所述电力线宽带中央空调冷水机房节能控制系统的结构示意图；

图4是本实用新型所述物联网全分布式电力线的宽带楼宇自控方法的方框逻辑步骤图；

图1中，1、云服务器；2、通讯透传模块；3、风机水泵监控模块； 4、物联网终端设备温湿度传感器；5、物联网终端设备电动执行；6、双线制宽带电力线宽带TCP/IP以太网；7、RJ45接口的以太网；8、互联网；9、220VAC电源接入；10、智能移动设备。

图2中，S1、云服务器；S2、有线互联网；S3、无线物联网；S4、电力线宽带透传模块；S5、电力线宽带以太网；S6、物联网终端设备； S7、终端设备中蓝牙和NFC；S8、耗能设备节能运维中心。

图3中，101、云服务器；102、互网络；103、以太网RJ45接口； 104、物联网透传模块；105、双线制宽带电力线宽带TCP/IP以太网； 106、系统220VAC电源接入；107、冷水机组监控物联网终端模块；108、冷冻水水泵监测物联网终端模块；109、冷却水水泵监物联网终端控模块；110、冷却塔监控物联网终端模块；111、冷冻水或冷却水关断电动蝶阀物联网终端模块；112、压差旁通电动阀物联网终端执行器；113 冷却水温差旁通电动阀物联网终端执行器；114、水管温度物联网终端传感器；115、冷热量表物联网终端网关；116、水管压力物联网终端传感器；117、智能移动设备。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行具体描述，如图1至图3所示，电力线宽带中央空调冷水机房节能控制系统，包括远端服务器1和电力线宽带与互联网的通信透传模块2，物联网终端风机水泵监控模块3，物联网终端传感器4和物联网终端电动执行终端5，物联网终端监控模块3、物联网终端传感器4和电动执行终端执行器5等终端设备内，均设置了如：网络地址，用户信息，移动设备连接的蓝牙和NFC，NB-Iot 形色的无线物联网芯片，专用的控制逻辑程序，存储区块链数据库的存储芯片，电力线宽带透传模块2通过RJ45接口7与通过有线互联网云服务器1连接；电力线宽带透传模块2通过电力线宽带双线以太网6 与各节点设备相连接；至少一个检测终端4和至少一个电动执行终端5 及监控模块3等各作为终端设备的节点组成一个物联网网络，各分布在网络中的各节点成为一个数据的数据出入口，各终端设备将采集到的数据存入区块链数据库中运算并更新数据库，执行器部分，即电动执行终端5调用自身或共享的区块链数据库中指令执行，通过适当的注册的终端设备中区块链数据库是共享的，只要在网络中各区块链之间数据库自动同步，类同于共同记账；的各物联网终端设备采集到的、运算结果可通过有线和无线两种方式进入互联网与云服务器通信，云服务器1接收并储存全部的物联网终端设备发送的监测数据，也将控制参数等发送到现场各物联网终端设备，智能移动终端10中APP以无线方式登录云服务器，再与现场终端设备通过蓝牙或NFC连接，将服务器中的配置文件发送到终端设备中永久存储，智能移动终端也可在 APP中进行配置完成发送到终端调设备中永久保存，并自动将移动设备 APP中的配置文件上传到云服务器中保存；在某个终端设备节点的参数发生改变后实时自动同步所有通过注册的区块链中的节点；检测终端 4：将采集到的数据存入区域链数据库中运算并更新数据库；电动执行终端4：调用自身的存储芯片内的区域链数据库中的指令执行，驱动执行器正确工作；作为进一步优选，每个终端通过Iot无线物联网与云服务器通信，将现场数据送至云服务器进行云计算，其运算结果通过NB-Iot无线送回物联网终端设备电动执行器进行控制调节。

在本技术方案中，无论在以太网内还是互联网中，经过合法分组注册后的每个物联网终端设备内区块链数据库实现自动同步并共享，这个区块链数据库带有一套完整的采集、控制、执行的逻辑共享控制程序；而每一个节点设备中都有一套符合自身设备性质的固件在其CPU 中运行，每个检测终端以及电动执行终端，即检测终端4包括温度传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、压力压差传感器中的至少一种或多种、电动执行终端5包括风机、水泵、变频器等辅助执行设备的至少一种或多种将成为一个数据的出入口，将采集到的数据存入区块链数据库中运算并更新区块链数据库，电动执行终端5调用自身区块链数据库中指令执行，达到智能控制的目的，电动执行终端5识别其调用和存入的数据合法性，如合法修改则更新区块链数据库，该系统的分布式的构架使每个节点设备中都具有解决这个问题相同的数据，任何一个节点设备出现故障都不会影响到其他节点运行，做到了无中心控制器的完全分布式冗余系统结构。

以全分布式电力线宽带楼宇自动系统的温度检测为例说明上述方案的原理：一个分布在区块链系统内的某个物联网终端设备温度传感器4采集到了温度数据，首先通过自身的CPU指令进行数据处理，将处理完的温度等数据更新温度传感器自身的储存芯片中区块链共享数据库中原有温度值，区块链中所有节点设备中的数据通过网络自动同步(重新记账)，同时区快链数据库内的程序跟据预置的空调控制原理进行逻辑运算，其结果在程序指定的物联网终端设备电动执行器5，驱动执行器正确工作，达到温度的精确调节，在整个控制流程中是没有现场控制器(DDC)控制器参与集中控制，而是依靠分布在网络中各处的节点设备中共享数据程序进行。

进一步的，利用图1中的智能移动设备10以及图3中智能移动设备117，对现场物联网终端设备进行现场配置，物联网终端设备中的物联网终端监控模块、物联网终端传感器以及物联网终端电动执行如在该系统中有某节点设备损坏后更换了新设备后只需将智能移动设备例如手机，合法登录远端服务器调用该节点配置文件，通过NFC连接该设备在设备未通电情况下进行下载参数配置，云服务器会自动保存该终端设备的配置文件，供下次调用，该节点设备接入网络后自动调用共享数据库至本身储存中保存并运行，智能移动设备仅仅为了配置节点属性，如工程名称，IP地址，设备名称和编号，安装位置，简单的控制方式等。

进一步的，通过手机蓝牙连接节点设备，如水管温度传感器114 或水管压力传感器116与电动阀门执行器进行数据动态跟踪，监测其运行状态是否正常；通过互联网也可在物联网远端服务器101上进行监控和修改配置。

进一步的，该系统在双线制物联网线路上可叠加各种规格的低压交流或直流电源，提供节点设备自身工作用电；另外，第三方各种传感器、电动阀执行器、照明灯等单相电源可从双线制电力线宽带上取得，无需另外布线供电。

进一步的，传感器和电动执行器具有多功能组合式设计，传感器具有电动阀调节控制输出端口，可驱动第三方电动阀和变频器及电加热器等，电动阀执行器能接受外部第三方温度和湿度等传感器模拟量或数字量输入，可节省控制系统投入成本。

在本技术方案中，每个设备都具有一个可配置的IP地址及设备编号及原始的唯一的一个特定的固件编号，将所有节点设备通过宽带电力线挂接到同一个双线制物联网网络中，就能相互间通信，通信速率为240M，通信协议为标准的BACnet等各种协议并对传输的数据进行加密和解密。

在本技术方案中，宽带电力线为2芯线的物联网双线，其可实现接线无极性的手拉手或自由拓扑连接多个设备，并且在这对双线上可叠加400VAC/DC以下的电源电压，与完成各节点设备的供电和通信功能，双线上可以不加载电源变成纯通信功能总线，也可以在双线上只供电源不通信，控制功能由节点设备自身完成。

在本技术方案中，上述物联网中每一个节点设备中都具有相同的共享数据程序保存在储存芯片中，形成一个区块链，类似一个公共帐本在每个节点设备中保存，在某个节点上其参数发生改变后所有区块链中的节点中数据实时自动同步，当一个节点设备中的数据程序停止工作时其他设备中相同的区块链数据库程序会不间断接替工作，在这样一个全总线制区块链结构任何一个节点失效都不会造成整个系统瘫痪，极大地提高了系统的可靠性。

在本技术方案如冷水机房节能群控系统中应用中，通过宽带电力线将上述物联网终端设备连接并分组注册，即可实现非常复杂的机房节能群控功能。

系统中主要配置了物联网终端设备如：检测终端包括冷水机组监控模块107，冷冻水水泵监测模块108，冷却水水泵监控模块109，冷却塔监控模块110，供回水温度传感器114，供回水压力传感器116，电动执行终端包括水系统电动阀111，压差旁通电动阀112、冷却水温差旁通电动阀113，以及物联网透传模块104，物联网远程服务器101，移动终端117等设备。

该系统没有主控制器，各节点设备都负责对应的被控设备的启停和调节，由于机房能节能控制中冷水机组加减载和水泵频率调节及冷却塔频率控制程序非常复杂，所以将一个完整的控制逻辑下载到每个控制设备中，在系统运行时所有设备中区块链数据库部分程序同时运行，不因为某个设备损坏导致其他程序停止，系统不会瘫痪；

物联网全分布式电力线宽带中央空调冷水机房节能控制系统中，中央空调冷水机房节能控制系统中的各种温度传感器、湿度及压力流量等传感器为电力线宽带连接，通信供电用同一对双线，传感器具有外部数字量输入端口和模拟量输出端口，内置了空调系统的控制程序，每个终端设备传感器保存了一个共享的区块链数据库。

电力线宽带中央空调冷水机房节能控制系统中的电动执行终端即电动阀执行器为电力线宽带连接，通信供电用同一对双线，执行器具有外部数字量输入端口和模拟量输入端口，内置了空调系统的控制程序，并保存了一个共享数据库。

电力线宽带中央空调冷水机房节能控制系统中的辅助执行设备即变频电机智能监控模块为电力线宽带连接，通信供电用同一对双线，模块输入输出端口(IO)具有数字量输入输出端口和模拟量输入输出端口外还集成了网关功能，可与变频器，冷水机组直接进行通信，模块内置了风机和水泵的变频控制程序与一个共享区块链数据库并存。

根据图2系统方框图描述实施步骤：

物联网终端设备S6：在每个终端设备节点都具有配置用户信息、监控对象、程序固件ID号、IP地址及MAC地址，每个设备根据其性质被安装一个专用的逻辑控制程序，和一个共享的区块链数据库，一个可配置的IP地址及设备编号和MAC地址及原始的唯一的一个特定的固件编号；S3为终端设备无线物联网可选用于将终端设备直接与云服务器通信，在一些没有有线互联网的地方特别有用，S4为终端设备上电力线宽带网络，用于组成终端设备之间区块链，利用共享特性进行逻辑联动；蓝牙或NFC(近距离无线传输)将与物机等智能移动终端设备连接物联终端设备，进行上述IP地址、用户信息、区块链分组等设定，及在线跟踪设备运行参数及访真程序运行结果，互联网上物联通信都进行传输数据的加密；

系统运维中心S8采用浏览器等工具通过互联网登录云服务器对各项目进行高效运维管理。

本实用新型中，以太网就是现场各物联网终端设备通过电力线宽带互连；有线互联网就是电力线宽带穿过透传模块进入电缆或光缆与云服务器互联，透传模块也可通过NB-Iot无线进入互联网进行通信；无线物联网就是每个物联网终端设备中配置有无线通信芯片，通过 NB-Iot无线通道连接到云服务器。

实施例二，如图4所示，

物联网全分布式电力线的宽带楼宇自控系统，该方法包括以下步骤：

步骤S01：在物联网终端设备中内预装一个共享的区块链数据库；

步骤S02：为每个物联网终端设备可配置的IP地址及设备编号及原始固件编号；

步骤S03：物联网终端设备云服务器与物联网终端设备连接，将现场采集到的数据和云服务器发来的指令数据存入其区块链数据库中运算并更新数据库，物联网终端设备将实时数据发送至云服务器。

步骤S03中，物联网终端设备云服务器与物联网终端设备连接，进行数据上传或数据配置，其具体为：物联网终端设备通过互联网或NB-Iot 物联网连接与云服务器相连接，其中，物联终端传感器将现场采集到的和云服务器发来的指令数据存入区块链数据库中运算并更新数据库，以太网中的物联网终端电动执行器调用自身区块链数据库中逻辑指令执行；物联网终端设备通过互联网或物联网将实时数据发送至云服务器；更换物联网终端设备后，利用智能移动设备调取云服务器上存储的数据并将该数据实时同步至更换后的节点设备中并存入区块链数据库中。

在本技术方案中，物联网终端传感器将采集到的数据通过切换至云计算控制方式后直接送到云服务器，通过云计算后将结果传回现场物联网终端电动执行器进行实时控制，实现现场设备云计算和云控制，所传输数据的实行严格加密和解密措施。

在本技术方案中，将上述的系统配置成与云服务器通信正常时系统为云计算和云控制方式，在通信中断时自动切换成以太网内区块链逻辑数据库控制。

本实用新型中，物联网终端设备包括环境监测的各种传感器、电动阀门执行器、各种开关、各种调光器、风机和水泵变频监控模块等，上述物联网终端设备中都包括有CPU、电力线宽带芯片、物联网无线芯片和蓝牙及NFC芯片，以及数据库存储芯片及外围元件。本实用新型另一特点是每个物联网终端设备都有一套相同结构的数据库，在某个物联网终端设备中经合法修改的参数所有终端设备中的参数自动同步并保存，由于各物联网终端设备根据终端设备性质都有固定的内嵌程序，其控制程序可在高速通信的电力线宽带以太网络内协调各终端设备间的逻辑联动，又能在有线互联网或NB-Iot无线通道物联网上与云端服务器进行逻辑联动，远端服务器云控制和就地智能逻辑控制方式可根据条件进行切换，其冗余功能和数据安全性及系统可靠性得到了提高，系统进行整个控制系统调试中,利用智能手机等智能移动设备及其APP软件对现场设备进行简单配置，不需调试人员具有很强的编程能力，应用上容易普及。

上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。