一种温控装置及温控方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采暖供热温控系统，具体说是一种温控装置及温控方法。
【背景技术】
[0002]集中供热是北方取暖的必备措施，在建筑能源消耗上占较大比例，尤其是在当前空气品质堪忧的地区，供热采暖是城市大气雾霾的主要元凶之一，因此，如何实现节能减排是国家关心的主要问题。
[0003]在当前的集中供热技术领域，需要解决如何对用户的采暖进行计量与收费的问题。根据国家新出台的《供热计量技术规程》，供热计量方法主要分为如下四种:散热器热分配方法、户用热量表法、流量温度法和通断时间面积法，其实，从热力公司的收费方式归类，主要有分摊收费和热计量收费两种。
[0004]冬季采暖是北方居民的一项基本生活需求，事关千家万户，终端用户首先关心的是供热的舒适性和收费的合理性。
[0005]采用电子信息技术的最新发展成果，兼顾国家、公司和个人三者的利益，经过几年的研发和推广，已经形成了供暖领域目前最流行的两种主要方式，即基于通断时间面积分摊法的供暖节能温控一体化系统和基于热量表的供暖节能温控一体化系统，这两种系统相辅相成，得到了广泛的应用。由于供热信息系统及节能温控一体化系统的发展，我国北方开始告别传统的供暖方式，向着节能降耗的目标迈进，这个大方向符合国家的发展战略，既得到了行业的支持，也得到了供暖公司和采暖用户的接受和认可。从终端用户使用的角度，用户坐在家里，像操作空调一样来控制采暖温度；供热公司在办公室电脑上的供暖信息管理系统里，即可了解各个用户的暖气使用情况，也可以根据缴费情况来干预供暖过程。
[0006]但在供暖信息化管理及采暖温控一体化系统的发展过程中，也暴露了诸多的问题。第一个问题是，基于“通断时间面积分摊法”的供暖节能温控一体化系统，是从过去传统的按照住房面积收费演变而来的，用户容易接受，设备费用也低，但在这种系统中，由于采用的是通断式工作方式，很容易造成供暖管道里的压力的剧烈波动，影响系统的设备寿命，终端用户的温度舒适性也很差。基于热量表的供暖节能温控一体化系统，虽然设备投资大，但不会造成供暖管道里的压力的剧烈波动，终端用户的温度舒适性也好。当采用基于通断时间面积分摊法的供暖节能温控一体化系统的小区，要转换为更好的基于热量表的供暖节能温控一体化系统的时候，原有的系统的硬件设备就会报废，重新安装新系统，不但会增加了成本，还要付出更大的设备拆除和安装费用，目前还没有能够兼容这两种供暖节能温控一体化系统的产品。
[0007]第二个问题，这两种系统从大的方面来看，结构是一样的，都属于三级计算机集散系统，即热力公司的上位机信息管理系统、楼栋或单元数据采集处理系统以及分户阀门与温度的嵌入式控制系统。处于三级系统的最底端的是各个采暖用户单元的采暖供热温控子系统，而这个系统的关键技术环节是温控阀门的控制技术，目前，主要采用两种阀门控制技术。
[0008]一种是“通断时间面积法”中使用的通断阀。这种阀门采用微型直流电机驱动普通的球阀结构，可以实现简单的全开，全闭控制。它的优势在于结构简单，成本较低，可靠性好。其温控过程是:当室内温度低于设定温度，控制电路就打开住户热力管上的阀门，反之，当室内温度高于设定温度，控制电路就关闭住户热力管上的阀门。显然，这种温控方式有两个缺点:一座楼里的所有采暖用户的供暖阀门频繁开闭造成的叠加效果，会冲击热力管网的水力循环，造成压力不稳，也会缩短阀门的使用寿命；由于温度的惯性很大，室内温度随着阀门的开关而波动，大大降低了住户的温度舒适感。
[0009]另外一种是“热计量温控一体化法”中使用的温控阀。这种阀门采用微型步进电机，可根据设定温度调节阀门开度，控温效果较好。这种方式有两个缺点:一是微型步进电机的转动力矩小，无法可靠的驱动普通球阀结构，因此必须采用特殊阀门结构，这就提高了阀门成本，可靠性低。第二，虽然步进电机的脉冲数对应一定的走步角度，但是从原理上还是开环控制，在阀门的长期工作中，经常出现丢步现象，使步进电机的脉冲数无法和阀门的开度准确对应，这就加剧了阀门的调节频度，缩短阀门的使用寿命，也降低了可靠性。
[0010]另外，供暖温控节能一体化系统，是一个计算机信息控制与管理系统，在整个供暖季，系统都处于全天候连续工作状态，不管系统的哪个节点出现故障而丢失数据，都会给热力公司的收费带来不便，也给用户的采暖等带来不便，由于目前已有的阀控器一般都没有采暖数据存储功能，当系统出现故障时，就会丢失采暖用户的采暖历史数据。
[0011]通过以上分析可知，现有技术存在三大主要问题，一是温控阀从驱动方式上，不能同时兼顾两种供暖温控节能一体化系统，二是温控阀不能同时兼顾低成本、高可靠性和更好的舒适度，三是温控阀不具备采暖数据备份功能。
【发明内容】
[0012]本发明就是为了解决现有温控阀不能同时兼顾两种供暖温控节能一体化系统，不能同时兼顾低成本、高可靠性和更好舒适度的技术问题，提供一种能够同时兼顾两种供暖温控节能一体化系统，具有成本低、可靠性高、舒适度更好的温控装置及温控方法。
[0013]为解决上述问题，本发明的思路是:硬件方面，在一般通断阀的结构上，设置两套传感器，一个是阀门全闭传感器，一个是光电传感器；在软件方面，采用工业自动化领域的PID调节算法，形成了一个开度和温度双闭环的反馈系统；在控制电路板上设计一个用户数据存储器。
[0014]本发明的技术方案是，提供一种温控装置，包括连接在一起的电机和输出轴，还包括光电传感器和阀门全闭传感器；光电传感器由码盘和红外光电对管组成，码盘与输出轴连接；阀门全闭传感器由限位压块和微动开关组成，限位压块与输出轴连接。
[0015]优选地，还包括齿轮减速器和阀控器主控电路板，齿轮减速器连接于电机和输出轴之间；微动开关与阀控器主控电路板连接，红外光电对管与阀控器主控电路板连接；电机与阀控器主控电路板连接。
[0016]优选地，阀控器主控电路板包括阀门控制单片机、存储器、MBUS接口电路、阀控器电源电路、电机驱动电路、停电保护电路和阀控器无线模块，存储器、MBUS接口电路、阀控器电源电路、电机驱动电路、停电保护电路和阀控器无线模块分别与阀门控制单片机连接；
[0017]电机与电机驱动电路电连接，微动开关的信号输出端与阀门控制单片机电连接，红外光电对管的输出端与阀门控制单片机电连接。
[0018]优选地，电机为微型直流电机。
[0019]优选地，还包括温控器，温控器包括温度控制单片机、设定按键、液晶显示器、温度传感器、温控器电源电路和温控器无线模块，设定按键、液晶显示器、温度传感器、温控器电源电路和温控器无线模块分别与温度控制单片机连接。
[0020]本发明还提供一种温控方法，包括以下步骤:
[0021]步骤1，进行初始化；
[0022]步骤2，查询无线通信标志，当有无线接收标志时，收到数据包，检查握手字节，进tx命令解码和处理；
[0023]步骤3，当接收到的命令是温控命令时，先进行校验和ID地址识别，再依次进行求温度偏差、增量式PID运算、驱动电机，这些工作完成后，还要回复温控器，表示此次温控结束。
[0024]优选地，增量式PID运算公式为:
[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)为第n次采样的增量式PID输出表达式；
[0028]Kp为比例系数；
[0029]K1= K fT/%，为积分系数；
[0030]Kd= K p*Td/T，为微分系数；
[0031]T为采样周期；
[0032]e (η)是第η次米样的温度偏差；
[0033]e (η-l)是第n_l次米样的温度偏差；
[0034]e (n-2)是第n_2次米样的温度偏差；
[0035]在Λ P(n)计算子程序中，首先要求出第η次的温度偏差e (η)，分别刷新温度偏差单元e(n)、e(n-l)、e (n_2)，进行符号处理；然后进入计算程序，以求部分和的方法，调用乘法子程序，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)，再转换成单字节数据；
[0040]最后进行控制方式的判断，当工作在通断控制方式时，要对PID计算结果进行修正；如果Λ Ρ (η)大于零，置开阀值；如果Λ Ρ (η)小于零，置关阀值；如果Λ Ρ (η)等于零，置不变标志；
[0041]当工作在阀门开度控制方式时，则直接保存Λ Ρ (η)的计算结果，结果中的符号决定了阀门的转动方向，结果中的绝对值决定了阀门的转动角度。
[0042]本发明的有益效果是，本发明的温控装置是一种适用于热分摊和热计量的双用途供热采暖温控系统，完全兼顾了国家、供热公司和采暖用户的