一种供暖阀门控制系统及其分段控制方法与流程

本发明属于城市供暖领域，尤其涉及一种供暖阀门控制系统及其分段控制方法。

背景技术

城市集中供暖系统已在我国北方城市中建设应用了数年。电动执行机构在调节过程中得到了越来越广泛的应用,电动执行器接收来自调节器的模拟信号(一般是4～20ma的电流信号)或上位机的数字信号，将其转换为电动执行器相对应的机械位移(转角、直线或多转)并自动改变操作变量(调节阀开度)，以达到对被调参数(温度)进行自动调节的目的，使生产过程按预定要求进行，电动执行器一般采用电动机。

现有的控制方式具体工作过程为，是采用附图3所示pid曲线调节方式(阀门开度随时间变化，最终趋于水平线表示的固定值)。用户需要的热量是固定的，若室内温度降低，同时根据供水温度和室外温度变化，需要提高供水量的时候；控制电动机将阀门打开到指定的开度，用户供水量上升，室内热量开始上升到指定值以上后，控制电动机将阀门关闭到指定的开度，用户供水量下降，室内热量开始下降到指定值以下，依据pid控制算法如此往复调节，阀门最终达到一个新的开度。

但受到当前各种技术的制约,导致目前仍然存在以下几方面问题：控制方法简单导致执行器调节方式单一，不论水温和室温下降到什么程度，阀门打开角度变化量是一个固定的很大的值(即阀门波动不会依据供水温度变化而变化，波动范围一直不变，既费时又费电)，按照上述开关方式，室温的偏差信号变化遵循附图3所示pid曲线，这种调节比较费时。阀门开度变化速度慢导致温控存在滞后性，执行机构调控幅度过大，调控周期过长。

技术实现要素：

本发明就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种供暖阀门控制系统及其分段控制方法，依据原有的控制系统和现有的pid调节机制，对pid调节模式进行调整，使得阀门开度波动范围依据供水温度范围变化而变化。通过对不同温况下的执行机构开度范围控制，可以减少执行机构调控周期，进而克服调控幅度过大，调控不及时的缺点，减少执行机构故障，延长执行机构寿命的目的。另一方面解决常规供暖条件下温度控制滞后性的问题，以达到节约能源的目的。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

1、一种供暖阀门控制系统,其特征是，包括控制器，与控制器相连的信息模块，执行模块，向系统供电的电源模块；所述的执行模块包括电动机，电动机驱动连接阀门，执行模块连接控制器；信息模块包括与供暖系统通讯的通讯模块以及传感器信号处理模块，所述的传感器信号处理模块通过导线连接供暖管道上的传感器，所述的传感器信号处理模块通过导线连接控制器。

一种供暖阀门控制系统的分段控制方法，将供水水温按阶段划分，每个阶段设置不同的阀门开度范围；具体步骤为：

步骤一、将水温分成30-60℃、60-80℃、80-90℃、90℃以上四个阶段；

步骤二、控制系统根据室内温度、供水水温、水流速度、室外温度这些因素规定阀门打开的开度范围；当水温为30-60℃时阀门开度定为0％-60％；当水温为60-80℃时阀门开度定为20％-70％；

当水温为80-90℃时阀门开度定为30％-80％；

当水温为90℃以上时阀门开度定为50％-95％；

此处定义为阀门关闭时阀门开度为0％，阀门完全打开的时候阀门开度为100％；

步骤三、设定控制系统依据公式

|e(t)|<ε时α＝1，β＝1，γ＝1

|e(t)|≥ε时β＝0，γ＝0，u(t)＝ε

u(t)：调节器输出信号(开度信号,当阀门为球阀或蝶阀的时候，其单位是度；当阀门为柱塞阀的时候，其单位为毫米)

e(t)：偏差信号

kp：比例系数

iτ：积分时间(单位:s)

td：微分时间(单位:s)

α：比例开关系数

β：积分开关系数

γ：微分开关系数

ε：偏差限定值

对阀门开度进行控制；

具体控制方法为：由于供暖系统阀门开度均为正值，所以偏差限定值ε为正值，e(t)也为正值；根据每个温度阶段的开度计算出相应开度的上下偏差限定值，上偏差限定值定义为εu下偏差值定义为εd，此处温度阶段不同，便会产生不同的εu、εd；

当εd<e(t)<εu时

调节输出信号按照公式1输出

此时α＝1，β＝1，γ＝1；

当e(t)≥εu时

调节输出信号按照公式2输出

u(t)＝εu···························2；

当e(t)≤εd时

调节输出信号按照公式3输出

u(t)＝εd····························3。

所述步骤一中四个阶段的温度范围内，下限温度值包括在相应范围内，即温度范围为30℃≤t<60℃、60℃≤t<80℃、80℃≤t<90℃、90℃≤t四个阶段。

本发明的有益效果是：

依据原有的控制系统和现有的pid调节机制，对pid调节模式进行调整，使得阀门开度波动范围依据供水温度范围变化而变化。通过对不同温况下的执行机构开度范围控制，可以减少执行机构调控周期，进而克服调控幅度过大，调控不及时的缺点，减少执行机构故障，延长执行机构寿命的目的。另一方面解决常规供暖条件下温度控制滞后性的问题，以达到节约能源的目的。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明某温度阶段更改后的pid调节图；

图3为本发明中传统控制的pid调节图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图及应用实例来详细解释本发明的具体实施方式。

原有pid调节模式为单一的阀门开度范围，采用的公式及如下,控制图形如图3：

u(t)：调节器输出信号

e(t)：偏差信号

kp：比例系数

iτ：积分时间

td：微分时间

即不论供水温度是多少，其调节的上下偏差均为同一固定值，会出现阀门调节幅度大，调控周期长导致温度控制滞后。

本发明提供的一种供暖阀门控制系统及其分段控制方法，将供水水温按阶段划分，每个阶段设置不同的阀门开度范围；具体步骤为：

步骤一、将水温分成30-60℃、60-80℃、80-90℃、90℃以上四个阶段；

步骤二、控制系统根据室内温度、供水水温、水流速度、室外温度这些因素规定阀门打开的开度范围；当水温为30-60℃时阀门开度定为0％-60％；当水温为60-80℃时阀门开度定为20％-70％；

当水温为80-90℃时阀门开度定为30％-80％；

当水温为90℃以上时阀门开度定为50％-95％；

此处定义为阀门关闭时阀门开度为0％，阀门完全打开的时候阀门开度为100％；

步骤三、设定控制系统依据公式

|e(t)|<ε时α＝1，β＝1，γ＝1

|e(t)|≥ε时β＝0，γ＝0，u(t)＝ε

u(t)：调节器输出信号

e(t)：偏差信号

kp：比例系数

iτ：积分时间

td：微分时间

α：比例开关系数

β：积分开关系数

γ：微分开关系数

ε：偏差限定值

对阀门开度进行控制；

具体控制方法为：由于供暖系统阀门开度均为正值，所以偏差限定值ε为正值，

e(t)也为正值；根据每个温度阶段的开度计算出相应开度的上下偏差限定值，上偏差限定值定义为εu下偏差值定义为εd，此处温度阶段不同，便会产生不同的εu、εd；

当εd<e(t)<εu时

调节输出信号按照公式1输出

此时α＝1，β＝1，γ＝1

当e(t)≥εu时

调节输出信号按照公式2输出

u(t)＝εu·····························2

当e(t)≤εd时

调节输出信号按照公式3输出

u(t)＝εd······························3。

步骤四、将步骤三得到的信号传递至执行机构进行阀门开闭动作。

所述步骤一中四个阶段的温度范围内，下限温度值包括在相应范围内，即温度范围为30℃≤t<60℃、60℃≤t<80℃、80℃≤t<90℃、90℃≤t四个阶段。

依据原有的控制系统和现有的pid调节机制，对pid调节模式进行调整，使得阀门开度波动范围依据供水温度范围变化而变化。通过对不同温况下的执行机构开度范围控制，可以减少执行机构调控周期

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。