專利名稱：一種具有快速精確調(diào)溫特性的恒溫型燃?xì)鉄崴骺刂葡到y(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有快速精確調(diào)溫特性的恒溫型燃?xì)鉄崴骺刂葡到y(tǒng)及控制方法，用于燃?xì)饪焖贌崴鞯目焖倬_溫度調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
恒溫型燃?xì)鉄崴魍ǔ２捎萌細(xì)獗壤y實(shí)現(xiàn)火力調(diào)節(jié)和出熱水溫度穩(wěn)定，其溫度調(diào)節(jié)所需的燃?xì)饬恳话悴捎肞ID控制，可以用硬件或者軟件算法來實(shí)現(xiàn)。比如授權(quán)公告為 CN2218341Y的公告書涉及一種采用硬件電路實(shí)現(xiàn)PID控制的水溫調(diào)節(jié)控制方法，因?yàn)楦髟骷囊?guī)格是確定的，因此PID控制參數(shù)也是恒定不變的；而由普通的PID算法實(shí)現(xiàn)的控制方法，因?yàn)樗惴ú捎玫母黜?xiàng)系數(shù)也均為常量參數(shù)；根據(jù)PID調(diào)節(jié)的特性當(dāng)控制參數(shù)為常量時(shí)通常無法兼顧溫度控制精度和響應(yīng)時(shí)間，一般對于快速響應(yīng)的系統(tǒng)其溫度的穩(wěn)定性(控制精度)比較差，而溫度控制精確高的系統(tǒng)其響應(yīng)時(shí)間比較長。另外風(fēng)機(jī)的控制則通常比較簡單，只有單速或者雙速控制，而沒有與燃?xì)獗壤y實(shí)現(xiàn)全程同步調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于首先確保調(diào)溫精度的前提下，縮短啟動(dòng)時(shí)出熱水的響應(yīng)時(shí)間， 即具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、點(diǎn)火控制回路、 火焰檢測回路，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路、燃?xì)庵鏖y控制回路、燃?xì)獗壤y控制回路、水流脈沖信號(hào)輸入回路、用于冷熱水的水溫信號(hào)輸入回路、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋回路，溫度設(shè)定/顯示回路等。其中水流脈沖信號(hào)輸入回路、水溫度信號(hào)輸入回路和溫度設(shè)定回路分別將水流量、進(jìn)出水實(shí)際溫度和設(shè)定溫度實(shí)時(shí)輸送給單片機(jī)；燃?xì)庵鏖y用于燃?xì)馔返拈_閉控制、燃?xì)獗壤y實(shí)現(xiàn)燃?xì)馔返碾p重關(guān)閉或流量調(diào)節(jié)和溫度控制、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路可以通過控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)功能。在燃?xì)馊紵幕鹆φ{(diào)節(jié)范圍內(nèi)采用燃?xì)獗壤y和風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)全程同步比例調(diào)節(jié)，所謂的全程同步比例調(diào)節(jié)是指對應(yīng)燃?xì)獗壤y的整個(gè)可調(diào)節(jié)范圍，風(fēng)機(jī)與其全程對應(yīng)的進(jìn)行比例調(diào)節(jié)(不是單速或者多速調(diào)節(jié)，而是連續(xù)調(diào)節(jié))，即燃?xì)獗壤y開度與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步通過單片機(jī)發(fā)出的控制指令按比例變化，當(dāng)燃?xì)獗壤y開度最大時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高，當(dāng)燃?xì)獗壤y開度最小時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速最低。決定燃?xì)獗壤y開度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速所采用的PID算法，不僅根據(jù)水流量大小、設(shè)定溫度、和實(shí)際進(jìn)水溫度的變化確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)，同時(shí)還根據(jù)水流量大小、設(shè)定溫度和實(shí)際進(jìn)水溫度的差值，在不同的調(diào)節(jié)階段和狀態(tài)，采用快速動(dòng)態(tài)記憶方法進(jìn)行自學(xué)習(xí)得出動(dòng)態(tài)變化的PID調(diào)節(jié)系數(shù)，以修正最終的PID調(diào)節(jié)參數(shù)，從而在確保溫度控制精度的前提下提高快速相應(yīng)的能力。所謂的自學(xué)習(xí)是指單片機(jī)程序內(nèi)置了帶有自學(xué)習(xí)功能的軟件，在用戶使用熱水器的過程中軟件按照事前設(shè)置的條件進(jìn)行自學(xué)習(xí)并得到動(dòng)態(tài)變化的PID調(diào)節(jié)系數(shù)，快速動(dòng)態(tài)記憶方法是指程序以一定的時(shí)間片段為周期快速動(dòng)態(tài)的方式將自學(xué)習(xí)的結(jié)果進(jìn)行保存。上述所述的快速動(dòng)態(tài)記憶方法和自學(xué)習(xí)技術(shù)是單片機(jī)運(yùn)用程序領(lǐng)域的公知技術(shù)。本發(fā)明在燃?xì)鉄崴黝I(lǐng)域首次提出了動(dòng)態(tài)PID參數(shù)控制技術(shù)用于熱水器溫度控制，將單片機(jī)領(lǐng)域的上述技術(shù)應(yīng)用到熱水器的控制中，克服了熱水器領(lǐng)域難以同時(shí)保證溫度控制精度和響應(yīng)速度的難題，極大的提升了熱水器控制水平。本發(fā)明采用對燃?xì)獗壤y與風(fēng)機(jī)的全程同步比例調(diào)節(jié)，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。目前市場一般的燃?xì)鉄崴髟跐M負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠達(dá)到比較高的熱效率 (如二級(jí)能效要求88%以上)，但是在中、低負(fù)荷狀態(tài)下往往不能達(dá)到同樣的熱效率。采用全程同步比例調(diào)節(jié)可以突破這一技術(shù)難題，在全火力調(diào)節(jié)范圍內(nèi)確保滿足同樣的熱效率要求。本發(fā)明的核心技術(shù)是在火力調(diào)節(jié)過程中，用以調(diào)節(jié)燃?xì)獗壤y開度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)參數(shù)采用PID算法根據(jù)水流量大小、設(shè)定溫度和實(shí)際溫度的變化計(jì)算PID調(diào)節(jié)參數(shù)，同時(shí)還根據(jù)水流量大小、設(shè)定溫度和進(jìn)水溫度的差值，在不同的調(diào)節(jié)階段和狀態(tài)，采用快速動(dòng)態(tài)記憶方法進(jìn)行自學(xué)習(xí)得出動(dòng)態(tài)變化的PID調(diào)節(jié)系數(shù)，以修正最終的PID調(diào)節(jié)參數(shù)。修正的原則是在溫差和(或)流量變化較大時(shí)PID調(diào)節(jié)系數(shù)強(qiáng)調(diào)快速性為主，在溫差和(或)流量變化較小時(shí)PID調(diào)節(jié)系數(shù)強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性為主。采用這樣的調(diào)節(jié)方法可以克服普通PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身特有的系統(tǒng)性滯后缺點(diǎn)，從而加快出熱水的響應(yīng)速度，給用戶帶來使用上的舒適享受。采用本發(fā)明的燃?xì)饪焖贌崴?，熱水溫度的控制調(diào)節(jié)性能優(yōu)越，響應(yīng)快速溫度恒定，大大提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和檔次。


圖1是本發(fā)明內(nèi)容的控制系統(tǒng)模塊示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例
參見圖1，在本發(fā)明內(nèi)容的實(shí)施例中的控制系統(tǒng)，包括了常規(guī)燃?xì)鉄崴骺刂葡到y(tǒng)的單片機(jī)、點(diǎn)火控制回路、火焰檢測回路，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路、燃?xì)庵鏖y控制回路、燃?xì)獗壤y控制回路，溫度設(shè)定/顯示回路等，其中燃?xì)庵鏖y用于燃?xì)馔返拈_閉控制、燃?xì)獗壤y實(shí)現(xiàn)燃?xì)馔返碾p重關(guān)閉或流量調(diào)節(jié)和溫度控制、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路可以通過控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)功能；在上述常規(guī)的控制系統(tǒng)以外增加了水流脈沖信號(hào)輸入回路、冷熱水的水溫信號(hào)輸入回路、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋回路等，其中水流脈沖信號(hào)輸入回路將水流量轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)、冷熱水的水溫信號(hào)輸入回路將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋輸入回路將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)；單片機(jī)各輸入端口將上述信號(hào)和設(shè)定溫度一起轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)并保留在單片機(jī)內(nèi)。在燃?xì)鉄崴鞔龣C(jī)狀態(tài)下，主控板的單片機(jī)程序以一定的周期確認(rèn)外部各種傳感器和其他的輸入信號(hào)，當(dāng)內(nèi)部水流量達(dá)到點(diǎn)火流量以上時(shí)，控制電路先后啟動(dòng)風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火器并開啟燃?xì)庵鏖y和燃?xì)獗壤y，經(jīng)過火焰檢測回路的反饋信號(hào)確認(rèn)燃?xì)恻c(diǎn)著后進(jìn)入本發(fā)明所述的火力調(diào)整過程。火力調(diào)節(jié)過程以一定的時(shí)間片段為周期，每個(gè)周期開始先確認(rèn)各傳感器和其他的輸入信號(hào)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際水流量的大小、設(shè)定溫度和進(jìn)出水實(shí)際溫度的差值變化計(jì)算PID調(diào)節(jié)參數(shù)，并按照前后周期的數(shù)據(jù)變化狀態(tài)采用快速動(dòng)態(tài)記憶的方式進(jìn)行自學(xué)習(xí)得到動(dòng)態(tài)變化的PID調(diào)節(jié)系數(shù)，以修正PID調(diào)節(jié)參數(shù)。例如，在點(diǎn)火完成以后的初期調(diào)溫階段，當(dāng)進(jìn)水溫度較低并且水流量較大時(shí)，為了加快升溫速度，PID調(diào)節(jié)系數(shù)以強(qiáng)調(diào)快速性為主；而在連續(xù)燃燒階段當(dāng)水流量小幅波動(dòng)時(shí)，溫差和流量變化較小，PID 調(diào)節(jié)系數(shù)以強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性為主。將修正后的PID調(diào)節(jié)參數(shù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的燃?xì)獗壤y開度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并在相應(yīng)的火力調(diào)節(jié)周期內(nèi)完成調(diào)節(jié)。在一個(gè)調(diào)節(jié)周期完成以后進(jìn)入下一個(gè)調(diào)節(jié)周期，周而復(fù)始地進(jìn)行火力調(diào)節(jié)。在整個(gè)燃燒過程中，無論是穩(wěn)定燃燒期間還是火力可調(diào)節(jié)過程中，燃?xì)獗壤y開度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速均呈同步比例調(diào)節(jié)關(guān)系，以燃燒所需要的合理的空燃比，達(dá)到最好的燃燒效率并釋放出最大的熱能。本發(fā)明的控制系統(tǒng)還包括自診斷模塊，該模塊可以根據(jù)傳感器反饋的數(shù)據(jù)對燃?xì)鉄崴鞯倪\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自我診斷。一旦火力調(diào)節(jié)失效，造成出熱水溫度持續(xù)在高溫狀態(tài)(例如連續(xù)30seC以上高于75°C)時(shí)，其自帶的溫度保護(hù)模塊自動(dòng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，進(jìn)行故障報(bào)警并自動(dòng)停止燃燒。本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有快速精確調(diào)溫特性的恒溫型燃?xì)鉄崴骺刂品椒?，該熱水器的控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路、燃?xì)庵鏖y控制回路、燃?xì)獗壤y控制回路、冷熱水溫度水溫信號(hào)輸入回路、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋回路，溫度設(shè)定回路，其中燃?xì)庵鏖y用于燃?xì)馔返拈_閉控制，燃?xì)獗壤y實(shí)現(xiàn)燃?xì)馔返碾p重關(guān)閉、流量調(diào)節(jié)和溫度控制，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路可以通過控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)功能；其特征在于在燃?xì)馊紵目烧{(diào)火力范圍內(nèi)全程采用單片機(jī)PID控制，且燃?xì)獗壤y的開度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在PID控制下實(shí)現(xiàn)火力調(diào)節(jié)的全程同步比例調(diào)節(jié)，即燃?xì)獗壤y開度最大時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高，燃?xì)獗壤y開度最小時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速最低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于該控制系統(tǒng)還包括點(diǎn)火控制回路、火焰檢測回路、水流脈沖信號(hào)輸入回路、溫度顯示回路、燃?xì)庵鏖y反饋回路和燃?xì)獗壤y反饋回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制方法，其特征在于所述PID控制采用軟件算法實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制方法，其特征在于所述PID控制的調(diào)節(jié)參數(shù)根據(jù)水流量、設(shè)定溫度和進(jìn)出水實(shí)際溫度的差值變化確定，并通過快速動(dòng)態(tài)記憶的方法自學(xué)習(xí)得到的動(dòng)態(tài)變化的調(diào)節(jié)系數(shù)來修正。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制方法，其特征在于所述PID控制的調(diào)節(jié)參數(shù)，在初期調(diào)溫階段當(dāng)進(jìn)水溫度較低且水流量較大時(shí)，以強(qiáng)調(diào)快速性為主；在連續(xù)燃燒階段溫差和流量變化較小時(shí)，以強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性為主。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制方法，其特征在于上述控制系統(tǒng)還帶有一自診斷模塊和溫度保護(hù)模塊，當(dāng)自診斷模塊檢測到溫度控制失效，造成出熱水溫度持續(xù)在高溫狀態(tài)時(shí)，該溫度保護(hù)模塊可以根據(jù)溫度傳感器反饋的數(shù)據(jù)對燃?xì)鉄崴鞯倪\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障報(bào)警并自動(dòng)停止燃燒。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的控制方法，其特征在于上述控制系統(tǒng)還帶有一自診斷模塊和溫度保護(hù)模塊，當(dāng)自診斷模塊檢測到溫度控制失效，造成出熱水溫度持續(xù)在高溫狀態(tài)時(shí)，該溫度保護(hù)模塊可以根據(jù)溫度傳感器反饋的數(shù)據(jù)對燃?xì)鉄崴鞯倪\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障報(bào)警并自動(dòng)停止燃燒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于所述PID控制的調(diào)節(jié)參數(shù)，在初期調(diào)溫階段當(dāng)進(jìn)水溫度較低且水流量較大時(shí)，以強(qiáng)調(diào)快速性為主；在連續(xù)燃燒階段溫差和流量變化較小時(shí)，以強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性為主。
9.一種具有快速精確調(diào)溫特性的恒溫型燃?xì)鉄崴骺刂葡到y(tǒng)，其用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求 1-8所述的控制方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有快速精確調(diào)溫特性的恒溫型燃?xì)鉄崴骺刂葡到y(tǒng)及控制方法，其特征在于控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、點(diǎn)火控制回路、火焰檢測回路，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路、燃?xì)庵鏖y控制回路、燃?xì)獗壤y控制回路、水流脈沖信號(hào)輸入回路、冷熱水溫度的水溫信號(hào)輸入回路、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋回路，溫度設(shè)定回路和溫度顯示回路等。其中水流脈沖信號(hào)輸入回路、冷熱水溫度的水溫信號(hào)輸入回路和溫度設(shè)定回路分別將水流量、進(jìn)出水實(shí)際溫度和設(shè)定溫度實(shí)時(shí)輸送給單片機(jī)；燃?xì)庵鏖y用于燃?xì)馔返拈_閉控制、燃?xì)獗壤y實(shí)現(xiàn)燃?xì)馔返碾p重關(guān)閉或流量調(diào)節(jié)和溫度控制、風(fēng)機(jī)控制回路可以通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)功能。本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的燃?xì)鉄崴骺刂葡到y(tǒng)和方法不能同時(shí)兼顧調(diào)溫精度和響應(yīng)速度的不足，而提供的一種調(diào)溫精度高，溫度快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)和方法。
文檔編號(hào)F24H9/20GK102278820SQ20111017440
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者浦曦安, 高利見 申請人:浙江德意廚具有限公司