一种工厂内部环境低碳控制系统及方法与流程

1.本发明涉及建筑节能领域，尤其涉及一种工厂内部环境低碳控制系统及方法。

背景技术：

2.随着经济的发展和乡村振兴战略深入实施，乡村地区的大型工厂逐渐增多。工厂内部区域广大、分区众多、工人与生产设施混杂，例如奶制品加工厂一般包括原料储存区域、各类生产线、消毒设备区等，一些区域的工人很密集。这些设备和人员对环境的温度和光照条件都有一定的要求，例如牛奶存储设施对温度和光照的要求严格，工人希望冬暖夏凉，等等，且这类需求会随时变化。因此，工厂内的环境调节设备需要频繁加以控制，尽量满足环境需求，包括空调、窗户窗帘、照明灯设备等。
3.乡村工厂的特点是空间大但分隔少，因此环境调节设备耦合多，例如空调，不仅控制本区域的温度，还会扩散影响旁边区域的温度，又如高温天开启窗帘时，不仅增加光照，还会加热附近的空气；另一方面，工厂的环境调节设备一般都非常多。
4.上述条件给工厂内部环境的控制带来了很大困难：(1)首先是人们控制大空间工厂内的各种空调、采光、照明设备时很不方便，往往需要多人、长距离步行，逐个调整设备的参数，非常浪费人力。(2)其次是难以制定出合理的环境控制方案，工厂内的生产机器、物料设施、成品间、工人的环境需求等各不相同、动态变化，并且调节本区域的环境设备会传导影响周围区域，传统的环境控制几乎无法综合考虑各种需求和交叉影响的耦合。(3)此外，乡村工厂的环境控制较为粗放，导致无谓的电能浪费，碳排放高，因此，急需一种科学的工厂内部环境低碳控制系统及方法。

技术实现要素：

5.本发明提供一种工厂内部环境低碳控制系统及方法，以解决上述技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种工厂内部环境低碳控制系统，包括云端服务器、环境控制仪、末端执行器以及安装于工厂设施处的传感器组，
7.所述传感器组用于采集设施处的环境参数；
8.所述环境控制仪包括计算主板和与所述计算主板信号连接的第一通信模块、第二通信模块以及摄像头，所述摄像头用于获取人员调节需求；所述第一通信模块用于与所述传感器组以及所述末端执行器通信；所述第二通信模块用于与所述云端服务器通信；
9.所述云端服务器内存储有设施需求；
10.所述云端服务器基于所述设施需求、环境参数及人员调节需求，计算所有能够满足要求的备选方案，基于每种备选方案的碳排放量选取控制方案，基于所述控制方案控制所述末端执行器对环境进行调节。
11.较佳地，所述摄像头基于有权限的人员的动作手势采集所述人员需求。
12.较佳地，所述环境控制仪还包括指示灯，所述指示灯用于向人员发送信息。
13.较佳地，所述第一通信模块为5g模块；所述第二通信模块为wifi模块。
14.较佳地，所述末端执行器至少包括空调、智能窗帘以及照明灯。
15.较佳地，所述环境参数至少包括温度和照度。
16.本发明还提供了一种工厂内部环境低碳控制方法，应用于如上所述的控制系统中，包括如下步骤：
17.步骤10：建立工厂的数字化模型并测算各个所述末端执行器的环境影响矩阵m；
18.步骤20：基于所述设施需求和环境参数计算工厂内各个设施的设施调节需求，所述设施调节需求包括需要调节和无要求；
19.步骤30：利用所述环境控制仪获取所述人员调节需求；
20.步骤40：计算所有能够满足所述设施调节需求和所述人员调节需求的备选方案，分别计算每种备选方案的碳排放量，选择最低碳的备选方案作为控制方案，根据所述控制方案实施对所述末端执行器的控制。
21.较佳地，所述步骤20中，计算所述环境参数与所述设施需求之间的差值，当所述差值大于阈值时，所述设施调节需求记为需要调节。
22.较佳地，当所述设施调节需求和所述人员调节需求冲突时，以所述设施调节需求为准。
23.较佳地，所述步骤40包括：
24.步骤41：预先计量所述末端执行器的单位碳排放量，按顺序将各个所述单位碳排量拼接为向量c；
25.步骤42：把所述设施调节需求和所述人员调节需求拼接为需求向量t；
26.步骤43：解矩阵方程m*x＝t，得到备选方案；
27.步骤44：将单位碳排放的向量c点乘x，得到各备选方案的碳排放总量；选择最低碳的备选方案作为控制方案；按所述控制方案控制所述末端执行器，实现整体的环境控制。
28.与现有技术相比，本发明提供的工厂内部环境低碳控制系统及方法具有如下优点：
29.1、本发明可以定量测算所有可行备选方案的碳排放量，并实施碳排放最小的方案，可以节约电能，降低工厂的碳排放；
30.2、本发明利用云端服务器可以统筹计算出满足生产设施和工人的所有需求的环境调节备选方案，提升了环境调节的准确性；
31.3、本发明可以全自动地收集工厂设施的需求，工人和管理人员也可以方便地反馈个性化需求，然后自动调节末端执行器，无需手动干预，节省了人力成本。
附图说明
32.图1为本发明一具体实施方式中工厂内部环境低碳控制系统的框图；
33.图2为本发明一具体实施方式中环境控制仪的结构示意图；
34.图3为本发明一具体实施方式中工厂内部环境低碳控制方法的流程示意图。
35.图中：100-云端服务器、200-环境控制仪、201-计算主板、202-5g模块、203-wifi模块、204-摄像头、205-指示灯、206-开关、207-显示屏、301-空调、302-智能窗帘、303-照明灯、400-传感器组。
具体实施方式
36.为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。
37.本发明提供的工厂内部环境低碳控制系统，如图1所示，包括云端服务器100、环境控制仪200、末端执行器以及安装于工厂设施处的传感器组400。在一些实施例中，所述末端执行器至少包括空调301、智能窗帘302以及照明灯303，用于调节工厂内部的环境。当然，根据工厂的具体需求，还可以增加除/加湿器、空气净化器等用于环境控制的其他设备。
38.所述传感器组400用于采集设施处的环境参数。与所述末端执行器相对应，所述环境参数至少包括温度和照度。当然，还可以根据需求增加湿度、pm值、噪音值等参数。
39.所述环境控制仪200包括计算主板201和与所述计算主板201信号连接的第一通信模块、第二通信模块以及摄像头204，所述摄像头204用于获取人员调节需求；所述第一通信模块用于与所述传感器组400以及所述末端执行器通信；所述第二通信模块用于与所述云端服务器100通信。在一些实施例中，所述第一通信模块为5g模块202；所述第二通信模块为wifi模块203。
40.所述云端服务器100内存储有设施需求。换句话说，针对某些对温度或光照敏感、或有特殊需求的生产设施，需要将这些设施的最佳环境温度或光照度等信息，预先存储至云端服务器100内。
41.所述云端服务器100基于所述设施需求、环境参数及人员调节需求，计算所有能够满足要求的备选方案，基于每种备选方案的碳排放量选取控制方案，基于所述控制方案控制所述末端执行器对环境进行调节。
42.本发明可以全自动地收集工厂设施的需求，工人和管理人员也可以方便地反馈个性化需求，然后自动调节末端执行器，无需手动干预，节省了人力成本；还可以利用云端服务器100统筹计算出满足生产设施和工人的所有需求的环境调节备选方案，提升了环境调节的准确性；另外，本发明可以定量测算所有可行备选方案的碳排放量，并实施碳排放最小的方案，可以节约电能，降低工厂的碳排放。
43.在一些实施例中，所述摄像头204基于有权限的人员的动作手势采集所述人员需求。在一些实施例中，环境控制仪200可以通过摄像头204持续采集人脸信息，并与权限库内存在的人脸进行比对，以验证用户是否为有权限的人员。在一些实施例中，环境控制仪200可以采用人脸识别技术通过采集人脸图片或视频等数据进行身份识别和认证。在一些实施例中，可以事先约定手势信号代表的含义并存储在环境控制仪200内，通过摄像头204持续录制视频，检测到与事先约定好的手势信号匹配的动作手势后，转换为对应的人员调节需求。
44.在一些实施例中，所述环境控制仪200还包括指示灯205，所述指示灯205用于向人员发送信息，例如，摄像头204拍摄到人脸信息，经身份识别后被激活，可进行人员调节需求的采集，此时指示灯205亮绿灯。
45.请重点参考图2，在一些实施例中，所述环境控制仪200集成在一个壳体内，便于安装、检修。在一些实施例中，所述环境控制仪200还包括开关206，用于控制环境控制仪200的开启和关闭。在一些实施例中，所述环境控制仪200还包括显示屏207，用于显示传感器组400监测到的环境参数，便于人员直观地观察和了解当前的环境信息。
46.请重点参考图3，本发明还提供了一种工厂内部环境低碳控制方法，应用于如上所述的控制系统中，包括如下步骤：
47.步骤10：建立工厂的数字化模型并测算各个所述末端执行器的环境影响矩阵m。
48.具体包括：
49.步骤11：按工厂的设计图纸，在计算机软件中建立工厂的数字化模型，输入工厂的区域划分信息，例如，可以包括办公区域、工人作业区域、生产设备区域等。然后输入末端执行器的位置信息，例如，空调301、智能窗帘302、照明灯303的位置。
50.以某乡村奶制品加工厂作为实施例一，其包含有3个区域。末端执行器有两个空调301、两个智能窗帘302和两组照明灯303。
51.步骤12：根据空调301和智能窗帘302的位置，结合建筑空间几何数据，进行热环境模拟，计算每台空调301升高1度对每个区域的温度影响，以及每个智能窗帘302开启时对每个区域的温度影响。这些对应关系储存为二维矩阵mw。矩阵第i行第j列的元素为第i个区域的温度被第j个空调301或智能窗帘302影响的程度系数。照明灯303对温度没有影响，所以对应元素是0。
52.例如：经热环境模拟，mw有如下形式：
53.(1.00,0.20,0.00,0.10,0.00,0.00)
54.(0.20,1.00,0.10,0.10,0.00,0.00)
55.(0.50,0.50,0.10,0.10,0.00,0.00)。
56.步骤13：根据智能窗帘302和照明灯303的位置，结合建筑空间几何数据，进行光照环境模拟，计算每个智能窗帘302开启时对每个区域的照度影响，以及每台照明灯303开启时对每个区域的照度影响。这些对应关系储存为二维矩阵mg。矩阵第i行第j列的元素为第i个区域的照明被第j个智能窗帘302或照明灯303影响的程度系数。空调301对照度没有影响，所以对应元素是0。
57.例如：经光环境模拟，mg有如下形式：
58.(0.00,0.00,100,0.00,50,50)
59.(0.00,0.00,0.00,100,100,0.00)
60.(0.00,0.00,50,50,0.00,100)。
61.步骤14：将mw和mg竖向堆叠，即形成环境影响矩阵m。
62.例如：经过堆叠，组成m＝
63.(1.00,0.20,0.00,0.10,0.00,0.00)
64.(0.20,1.00,0.10,0.10,0.00,0.00)
65.(0.50,0.50,0.10,0.10,0.00,0.00)
66.(0.00,0.00,100,0.00,50,50)
67.(0.00,0.00,0.00,100,100,0.00)
68.(0.00,0.00,50,50,0.00,100)。
69.步骤20：基于所述设施需求和环境参数计算工厂内各个设施的设施调节需求，所述设施调节需求包括需要调节(包括调高和调低)和无要求。
70.具体包括：
71.步骤21：到对温度或光照敏感或有特殊需求的生产设施，将这些设施的最佳环
境温度或照度，预先存储至云端服务器100。
72.同样以实施例一为例，区域1的生产线的最佳温度为20度，区域3的储存设备的照度要求为低于200lx。
73.步骤22：在温度或光照敏感的生产设施旁，安装传感器组400，例如物联网传感器，监测设施附近的温度或光照变化情况并通过5g模块202实时发送至计算主板201。计算所述传感器组400监测到的环境参数与所述云端服务器100内存储的设施需求之间的差值，当所述差值大于阈值时，所述设施调节需求记为需要调节。在一些实施例中，所述阈值可以是温度差值大于2摄氏度，或照度差值大于10％。
74.同样以上述实施例一为例，上述区域1的生产线检测到环境温度为17度，由于区域1的生产线的最佳温度为20度，差值大于阈值(2摄氏度)，则设施调节需求为“温度+3”。上述区域3的储存设备的照度为280lx，而区域3的储存设备的照度要求为低于200lx，则设置调节需求为“照度-80”。
75.步骤30：利用所述环境控制仪200获取所述人员调节需求。
76.具体包括：
77.步骤31：当用户需要进行个性化控制时，需首先做出特定动作以唤起系统，经摄像头204识别后激活，此时指示灯205亮绿灯。
78.步骤32：摄像头204持续采集人脸信息，以验证用户是否为权限库内存在的人脸。通过认证后，绿指示灯205闪烁三次。
79.步骤33：摄像头204持续录制视频，此时用户通过动作手势输入控制信息，然后经视频识别，转换为人员调节需求。
80.同样以上述实施例一为例，区域2的工人感觉天阴沉，导致看不清包装袋上的文字，于是主管人员对环境控制仪200做双手握拳的唤起手势，经过验证有权限，闪烁绿灯后，再做大拇指向上手势，表示需要增加区域照度，则转换为人员调节需求是“照度+100”。
81.步骤34：在下班时间，摄像头204通过图像识别，辨认出本区域没有工人时，自动发出人员调节需求：“调整照度至零”以及“温度无要求”。进一步减低能源消耗。
82.需要说明的是：当所述设施调节需求和所述人员调节需求冲突时，以所述设施调节需求为准，同时可以通过指示灯205亮红灯，向人员提示“不可调整”。
83.步骤40：计算所有能够满足所述设施调节需求和所述人员调节需求的备选方案，分别计算每种备选方案的碳排放量，选择最低碳的备选方案作为控制方案，根据所述控制方案实施对所述末端执行器的控制。
84.所述步骤40包括：
85.步骤41：预先计量所述末端执行器的单位碳排放量，按顺序将各个所述单位碳排量拼接为向量c。其中空调301的单位碳排放量为特定温度下制冷/制热的实际电功率对应的碳排量；智能窗帘302开启一次的碳排量很小，可取0；照明灯303的单位碳排放量为额定功率对应的碳排量。
86.同样以实施例一为例：上述工厂的向量c＝(0.70,0.80,0.00,0.00,0.50,0.20)。
87.步骤42：把所述设施调节需求和所述人员调节需求拼接为需求向量t，向量t的第i个元素即对第i个区域的调节需求。
88.实施例一中：综合该实施例的前述要求，得到3个区域的温度要求分别是“+3、无要
求、无要求”，3个区域的照度要求分别是“无要求、-80、+100”，则向量t＝(3,null,null,null,-80,100)。
89.步骤43：解矩阵方程m*x＝t，得到备选方案。如果某个需求是“无要求”，则删除矩阵方程的该行，例如第5个区域的温度没有要求或没有限制，则删除矩阵的第5行和t的第5个元素。方程的每个可行解x即为一种备选方案，且x的每个元素xi即对应一个末端执行器。对空调301来说，xi是该空调301影响环境温度的目标值，对智能窗帘302来说，xi是窗帘的开启度，对照明灯303来说，xi是灯是否开启，0为关闭，1为开启。
90.实施例一中：有3个地方是无要求，则删除m对应的第2、3、4行，留下的矩阵方程是：
91.(1.00,0.20,0.00,0.10,0.00,0.00)
92.(0.00,0.00,0.00,100,100,0.00)*(x1,x2,x3,x4,x5,x6)
t
＝(3,-80,100)
t
93.(0.00,0.00,50,50,0.00,100)
94.该方程有无穷多组解，但实际上由于设施不能无限制调整，故最终解肯定是有范围的。例如该方程的两个在合理范围内的可行解分别是：
95.xa＝(2.7,1.0,0.0,1.0,-0.8,0.5)
96.xb＝(3.0,0.0,0.5,1.0,-1.05,0.5)
97.以第一个解为例，第2个设备是空调301，则x2＝4.5表示该空调301设为制热，且达到温度目标时，能耗相当于独自降低这个区域的温度4.5度。又例如第4个设备是智能窗帘302，则x4＝1.0表示该窗帘应开启100％的程度，即全开。又例如第5个设备是照明灯303，则x5＝-0.8表示该组照明灯应关闭80％的数量。
98.步骤44：将单位碳排放的向量c点乘x，得到各备选方案的碳排放总量；选择最低碳的备选方案作为控制方案；按所述控制方案控制所述末端执行器，实现整体的环境控制。
99.实施例一中：xa点乘c得到2.39碳排放当量，xb点乘c得到1.65碳排放当量，显然b方案为更优化。因此可以按b方案进行控制。
100.采用上述控制方法，能够低成本、高精度地选取出碳排放最小的方案，以节约电能。
101.综上所述，本发明提供的工厂内部环境低碳控制系统及方法，包括云端服务器100、环境控制仪200、末端执行器以及安装于工厂设施处的传感器组400；所述传感器组400用于采集设施处的环境参数。与所述末端执行器相对应，所述环境参数至少包括温度和照度；所述环境控制仪200包括计算主板201和与所述计算主板201信号连接的第一通信模块、第二通信模块以及摄像头204，所述摄像头204用于获取人员调节需求；所述第一通信模块用于与所述传感器组400以及所述末端执行器通信；所述第二通信模块用于与所述云端服务器100通信；所述云端服务器100内存储有设施需求；所述云端服务器100基于所述设施需求、环境参数及人员调节需求，计算所有能够满足要求的备选方案，基于每种备选方案的碳排放量选取控制方案，基于所述控制方案控制所述末端执行器对环境进行调节。本发明可以全自动地收集工厂设施的需求，工人和管理人员也可以方便地反馈个性化需求，然后自动调节末端执行器，无需手动干预，节省了人力成本；还可以利用云端服务器100统筹计算出满足生产设施和工人的所有需求的环境调节备选方案，提升了环境调节的准确性；另外，本发明可以定量测算所有可行备选方案的碳排放量，并实施碳排放最小的方案，可以节约电能，降低工厂的碳排放。
102.显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

技术特征：

1.一种工厂内部环境低碳控制系统，其特征在于，包括云端服务器、环境控制仪、末端执行器以及安装于工厂设施处的传感器组，所述传感器组用于采集设施处的环境参数；所述环境控制仪包括计算主板和与所述计算主板信号连接的第一通信模块、第二通信模块以及摄像头，所述摄像头用于获取人员调节需求；所述第一通信模块用于与所述传感器组以及所述末端执行器通信；所述第二通信模块用于与所述云端服务器通信；所述云端服务器内存储有设施需求；所述云端服务器基于所述设施需求、环境参数及人员调节需求，计算所有能够满足要求的备选方案，基于每种备选方案的碳排放量选取控制方案，基于所述控制方案控制所述末端执行器对环境进行调节。2.如权利要求1所述的工厂内部环境低碳控制系统，其特征在于，所述摄像头基于有权限的人员的动作手势采集所述人员需求。3.如权利要求1所述的工厂内部环境低碳控制系统，其特征在于，所述环境控制仪还包括指示灯，所述指示灯用于向人员发送信息。4.如权利要求1所述的工厂内部环境低碳控制系统，其特征在于，所述第一通信模块为5g模块；所述第二通信模块为wifi模块。5.如权利要求1所述的工厂内部环境低碳控制系统，其特征在于，所述末端执行器至少包括空调、智能窗帘以及照明灯。6.如权利要求1所述的工厂内部环境低碳控制系统，其特征在于，所述环境参数至少包括温度和照度。7.一种工厂内部环境低碳控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的控制系统中，包括如下步骤：步骤10：建立工厂的数字化模型并测算各个所述末端执行器的环境影响矩阵m；步骤20：基于所述设施需求和环境参数计算工厂内各个设施的设施调节需求，所述设施调节需求包括需要调节和无要求；步骤30：利用所述环境控制仪获取所述人员调节需求；步骤40：计算所有能够满足所述设施调节需求和所述人员调节需求的备选方案，分别计算每种备选方案的碳排放量，选择最低碳的备选方案作为控制方案，根据所述控制方案实施对所述末端执行器的控制。8.如权利要求7所述的工厂内部环境低碳控制方法，其特征在于，所述步骤20中，计算所述环境参数与所述设施需求之间的差值，当所述差值大于阈值时，所述设施调节需求记为需要调节。9.如权利要求7所述的工厂内部环境低碳控制方法，其特征在于，当所述设施调节需求和所述人员调节需求冲突时，以所述设施调节需求为准。10.如权利要求7所述的工厂内部环境低碳控制方法，其特征在于，所述步骤40包括：步骤41：预先计量所述末端执行器的单位碳排放量，按顺序将各个所述单位碳排量拼接为向量c；步骤42：把所述设施调节需求和所述人员调节需求拼接为需求向量t；步骤43：解矩阵方程m*x＝t，得到备选方案；
步骤44：将单位碳排放的向量c点乘x，得到各备选方案的碳排放总量；选择最低碳的备选方案作为控制方案；按所述控制方案控制所述末端执行器，实现整体的环境控制。

技术总结

本发明涉及一种工厂内部环境低碳控制系统及方法，该系统包括云端服务器、环境控制仪、末端执行器以及安装于工厂设施处的传感器组，传感器组用于采集设施处的环境参数；环境控制仪包括计算主板和与计算主板信号连接的第一通信模块、第二通信模块以及摄像头，摄像头用于获取人员调节需求；第一通信模块用于与传感器组以及末端执行器通信；第二通信模块用于与云端服务器通信；云端服务器内存储有设施需求；云端服务器基于设施需求、环境参数及人员调节需求，计算所有能够满足要求的备选方案，基于每种备选方案的碳排放量选取控制方案，基于控制方案控制末端执行器对环境进行调节。本发明能够精确控制工厂内部温度、照明，并尽可能做到节能减碳。能做到节能减碳。能做到节能减碳。