一種溫控裝置及溫控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采暖供熱溫控系統(tǒng)，具體說是一種溫控裝置及溫控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]集中供熱是北方取暖的必備措施，在建筑能源消耗上占較大比例，尤其是在當(dāng)前空氣品質(zhì)堪憂的地區(qū)，供熱采暖是城市大氣霧霾的主要元兇之一，因此，如何實現(xiàn)節(jié)能減排是國家關(guān)心的主要問題。
[0003]在當(dāng)前的集中供熱技術(shù)領(lǐng)域，需要解決如何對用戶的采暖進(jìn)行計量與收費的問題。根據(jù)國家新出臺的《供熱計量技術(shù)規(guī)程》，供熱計量方法主要分為如下四種:散熱器熱分配方法、戶用熱量表法、流量溫度法和通斷時間面積法，其實，從熱力公司的收費方式歸類，主要有分?jǐn)偸召M和熱計量收費兩種。
[0004]冬季采暖是北方居民的一項基本生活需求，事關(guān)千家萬戶，終端用戶首先關(guān)心的是供熱的舒適性和收費的合理性。
[0005]采用電子信息技術(shù)的最新發(fā)展成果，兼顧國家、公司和個人三者的利益，經(jīng)過幾年的研發(fā)和推廣，已經(jīng)形成了供暖領(lǐng)域目前最流行的兩種主要方式，即基于通斷時間面積分?jǐn)偡ǖ墓┡?jié)能溫控一體化系統(tǒng)和基于熱量表的供暖節(jié)能溫控一體化系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)相輔相成，得到了廣泛的應(yīng)用。由于供熱信息系統(tǒng)及節(jié)能溫控一體化系統(tǒng)的發(fā)展，我國北方開始告別傳統(tǒng)的供暖方式，向著節(jié)能降耗的目標(biāo)邁進(jìn)，這個大方向符合國家的發(fā)展戰(zhàn)略，既得到了行業(yè)的支持，也得到了供暖公司和采暖用戶的接受和認(rèn)可。從終端用戶使用的角度，用戶坐在家里，像操作空調(diào)一樣來控制采暖溫度；供熱公司在辦公室電腦上的供暖信息管理系統(tǒng)里，即可了解各個用戶的暖氣使用情況，也可以根據(jù)繳費情況來干預(yù)供暖過程。
[0006]但在供暖信息化管理及采暖溫控一體化系統(tǒng)的發(fā)展過程中，也暴露了諸多的問題。第一個問題是，基于“通斷時間面積分?jǐn)偡ā钡墓┡?jié)能溫控一體化系統(tǒng)，是從過去傳統(tǒng)的按照住房面積收費演變而來的，用戶容易接受，設(shè)備費用也低，但在這種系統(tǒng)中，由于采用的是通斷式工作方式，很容易造成供暖管道里的壓力的劇烈波動，影響系統(tǒng)的設(shè)備壽命，終端用戶的溫度舒適性也很差?；跓崃勘淼墓┡?jié)能溫控一體化系統(tǒng)，雖然設(shè)備投資大，但不會造成供暖管道里的壓力的劇烈波動，終端用戶的溫度舒適性也好。當(dāng)采用基于通斷時間面積分?jǐn)偡ǖ墓┡?jié)能溫控一體化系統(tǒng)的小區(qū)，要轉(zhuǎn)換為更好的基于熱量表的供暖節(jié)能溫控一體化系統(tǒng)的時候，原有的系統(tǒng)的硬件設(shè)備就會報廢，重新安裝新系統(tǒng)，不但會增加了成本，還要付出更大的設(shè)備拆除和安裝費用，目前還沒有能夠兼容這兩種供暖節(jié)能溫控一體化系統(tǒng)的產(chǎn)品。
[0007]第二個問題，這兩種系統(tǒng)從大的方面來看，結(jié)構(gòu)是一樣的，都屬于三級計算機(jī)集散系統(tǒng)，即熱力公司的上位機(jī)信息管理系統(tǒng)、樓棟或單元數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)以及分戶閥門與溫度的嵌入式控制系統(tǒng)。處于三級系統(tǒng)的最底端的是各個采暖用戶單元的采暖供熱溫控子系統(tǒng)，而這個系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)是溫控閥門的控制技術(shù)，目前，主要采用兩種閥門控制技術(shù)。
[0008]一種是“通斷時間面積法”中使用的通斷閥。這種閥門采用微型直流電機(jī)驅(qū)動普通的球閥結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)簡單的全開，全閉控制。它的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，可靠性好。其溫控過程是:當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度，控制電路就打開住戶熱力管上的閥門，反之，當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度，控制電路就關(guān)閉住戶熱力管上的閥門。顯然，這種溫控方式有兩個缺點:一座樓里的所有采暖用戶的供暖閥門頻繁開閉造成的疊加效果，會沖擊熱力管網(wǎng)的水力循環(huán)，造成壓力不穩(wěn)，也會縮短閥門的使用壽命；由于溫度的慣性很大，室內(nèi)溫度隨著閥門的開關(guān)而波動，大大降低了住戶的溫度舒適感。
[0009]另外一種是“熱計量溫控一體化法”中使用的溫控閥。這種閥門采用微型步進(jìn)電機(jī)，可根據(jù)設(shè)定溫度調(diào)節(jié)閥門開度，控溫效果較好。這種方式有兩個缺點:一是微型步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動力矩小，無法可靠的驅(qū)動普通球閥結(jié)構(gòu)，因此必須采用特殊閥門結(jié)構(gòu)，這就提高了閥門成本，可靠性低。第二，雖然步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)對應(yīng)一定的走步角度，但是從原理上還是開環(huán)控制，在閥門的長期工作中，經(jīng)常出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，使步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)無法和閥門的開度準(zhǔn)確對應(yīng)，這就加劇了閥門的調(diào)節(jié)頻度，縮短閥門的使用壽命，也降低了可靠性。
[0010]另外，供暖溫控節(jié)能一體化系統(tǒng)，是一個計算機(jī)信息控制與管理系統(tǒng)，在整個供暖季，系統(tǒng)都處于全天候連續(xù)工作狀態(tài)，不管系統(tǒng)的哪個節(jié)點出現(xiàn)故障而丟失數(shù)據(jù)，都會給熱力公司的收費帶來不便，也給用戶的采暖等帶來不便，由于目前已有的閥控器一般都沒有采暖數(shù)據(jù)存儲功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，就會丟失采暖用戶的采暖歷史數(shù)據(jù)。
[0011]通過以上分析可知，現(xiàn)有技術(shù)存在三大主要問題，一是溫控閥從驅(qū)動方式上，不能同時兼顧兩種供暖溫控節(jié)能一體化系統(tǒng)，二是溫控閥不能同時兼顧低成本、高可靠性和更好的舒適度，三是溫控閥不具備采暖數(shù)據(jù)備份功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明就是為了解決現(xiàn)有溫控閥不能同時兼顧兩種供暖溫控節(jié)能一體化系統(tǒng)，不能同時兼顧低成本、高可靠性和更好舒適度的技術(shù)問題，提供一種能夠同時兼顧兩種供暖溫控節(jié)能一體化系統(tǒng)，具有成本低、可靠性高、舒適度更好的溫控裝置及溫控方法。
[0013]為解決上述問題，本發(fā)明的思路是:硬件方面，在一般通斷閥的結(jié)構(gòu)上，設(shè)置兩套傳感器，一個是閥門全閉傳感器，一個是光電傳感器；在軟件方面，采用工業(yè)自動化領(lǐng)域的PID調(diào)節(jié)算法，形成了一個開度和溫度雙閉環(huán)的反饋系統(tǒng)；在控制電路板上設(shè)計一個用戶數(shù)據(jù)存儲器。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種溫控裝置，包括連接在一起的電機(jī)和輸出軸，還包括光電傳感器和閥門全閉傳感器；光電傳感器由碼盤和紅外光電對管組成，碼盤與輸出軸連接；閥門全閉傳感器由限位壓塊和微動開關(guān)組成，限位壓塊與輸出軸連接。
[0015]優(yōu)選地，還包括齒輪減速器和閥控器主控電路板，齒輪減速器連接于電機(jī)和輸出軸之間；微動開關(guān)與閥控器主控電路板連接，紅外光電對管與閥控器主控電路板連接；電機(jī)與閥控器主控電路板連接。
[0016]優(yōu)選地，閥控器主控電路板包括閥門控制單片機(jī)、存儲器、MBUS接口電路、閥控器電源電路、電機(jī)驅(qū)動電路、停電保護(hù)電路和閥控器無線模塊，存儲器、MBUS接口電路、閥控器電源電路、電機(jī)驅(qū)動電路、停電保護(hù)電路和閥控器無線模塊分別與閥門控制單片機(jī)連接；
[0017]電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動電路電連接，微動開關(guān)的信號輸出端與閥門控制單片機(jī)電連接，紅外光電對管的輸出端與閥門控制單片機(jī)電連接。
[0018]優(yōu)選地，電機(jī)為微型直流電機(jī)。
[0019]優(yōu)選地，還包括溫控器，溫控器包括溫度控制單片機(jī)、設(shè)定按鍵、液晶顯示器、溫度傳感器、溫控器電源電路和溫控器無線模塊，設(shè)定按鍵、液晶顯示器、溫度傳感器、溫控器電源電路和溫控器無線模塊分別與溫度控制單片機(jī)連接。
[0020]本發(fā)明還提供一種溫控方法，包括以下步驟:
[0021]步驟1，進(jìn)行初始化；
[0022]步驟2，查詢無線通信標(biāo)志，當(dāng)有無線接收標(biāo)志時，收到數(shù)據(jù)包，檢查握手字節(jié)，進(jìn)tx命令解碼和處理；
[0023]步驟3，當(dāng)接收到的命令是溫控命令時，先進(jìn)行校驗和ID地址識別，再依次進(jìn)行求溫度偏差、增量式PID運算、驅(qū)動電機(jī)，這些工作完成后，還要回復(fù)溫控器，表示此次溫控結(jié)束。
[0024]優(yōu)選地，增量式PID運算公式為:
[0025]Δ P (n) = Kp [e (n) -e (n-1) ] +K;e (n) +Kd [e (n) ~2e (n-1) +e (n-2)]
[0026]其中:
[0027]Δ P (n)為第n次采樣的增量式PID輸出表達(dá)式；
[0028]Kp為比例系數(shù)；
[0029]K1= K fT/%，為積分系數(shù)；
[0030]Kd= K p*Td/T，為微分系數(shù)；
[0031]T為采樣周期；
[0032]e (η)是第η次米樣的溫度偏差；
[0033]e (η-l)是第n_l次米樣的溫度偏差；
[0034]e (n-2)是第n_2次米樣的溫度偏差；
[0035]在Λ P(n)計算子程序中，首先要求出第η次的溫度偏差e (η)，分別刷新溫度偏差單元e(n)、e(n-l)、e (n_2)，進(jìn)行符號處理；然后進(jìn)入計算程序，以求部分和的方法，調(diào)用乘法子程序，分三步求出:
[0036]K;e (η)；
[0037]Kp [e (n) -e (n-1) ] +K；e (n)；
[0038]Kp [e (n) -e (n-1) ] +K;e (n) +Kd [e (n) ~2e (n-1) +e (n-2)]；
[0039]所得到的部分和即Λ P(n)，再轉(zhuǎn)換成單字節(jié)數(shù)據(jù)；
[0040]最后進(jìn)行控制方式的判斷，當(dāng)工作在通斷控制方式時，要對PID計算結(jié)果進(jìn)行修正；如果Λ Ρ (η)大于零，置開閥值；如果Λ Ρ (η)小于零，置關(guān)閥值；如果Λ Ρ (η)等于零，置不變標(biāo)志；
[0041]當(dāng)工作在閥門開度控制方式時，則直接保存Λ Ρ (η)的計算結(jié)果，結(jié)果中的符號決定了閥門的轉(zhuǎn)動方向，結(jié)果中的絕對值決定了閥門的轉(zhuǎn)動角度。
[0042]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的溫控裝置是一種適用于熱分?jǐn)偤蜔嵊嬃康碾p用途供熱采暖溫控系統(tǒng)，完全兼顧了國家、供熱公司和采暖用戶的