一种燃气具多气源自适应控制方法及其系统与流程

本发明属于燃气具电路控制技术领域，尤其涉及一种燃气具多气源自适应控制方法及其系统。

背景技术：

现有技术中，燃气热水器正常燃烧时，采用程序中预设的使用基准气源得到的燃气比例阀电流值和与之对应的风机电流值，使燃气比例阀的开度与风机转速达到最佳配比。当在同种气源成分发生适量变化下也能保证正常燃烧，但当气源成分发生较大或本质上变化时，热水器全程各燃烧负荷段将出现各种异常现象，不能满足正常燃烧的技术要求，严重时将影响燃气热水器的正常工作，给用户生活带来不便，也增加了产品的使用故障率。

欧洲对燃气热水器的需求较为旺盛，出口至欧洲的燃气热水器，必须符合欧洲ce标准的各项指标的要求，然而欧洲ce标准对燃气热水器综合性能提出更高的要求：在基准气下测试nox排放满足严格规定要求，在界限气下测试也能够正常燃烧且稳定可靠运行，并且co排放指标要满足严格规定要求。一般燃气热水器的空燃比调节控制程序很难适应及满足欧洲ce标准要求，较多的对于燃烧的性能指标要求制约了国内多数厂家的出口。针对以上问题，对燃气具多种气源自适应燃烧控制方法进行了研究。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种燃气具多气源自适应控制方法及其系统，能够使燃气比例阀的开度与风机的转速达到最佳配比，以满足燃气具在不同气源下稳定、安全、可靠、节能地工作，提高燃气具对燃气的自适应能力，并减少产品的使用故障率。

为了解决上述技术问题，本发明的一个方面提供了一种燃气具多气源自适应控制方法，其包括如下步骤：

步骤1，通过主控制器实时采集进水温度、出水温度、水流量、风机电流、风机转速、以及燃气比例阀电流的数据；

步骤2，对步骤1所采集到的数据进行输出热负荷和基准热负荷以及燃气比例阀所需电流对应风机电流和转速的数据运算，计算出实时设定温度所需的燃气比例阀电流及风机电流和转速，以及所对应的输出热负荷的比例系数值，比例系数值＝(输出热负荷/基准热负荷)*100％，输出热负荷的比例系数值为50％～150％，基准气源在设定温度下所需的基准热负荷的比例系数值为80％～100％。

步骤3，将步骤2得到的输出热负荷的比例系数值与基准热负荷的比例系数值进行比较，判断输出热负荷的比例系数值是否达到基准热负荷的比例系数值；

如是，则燃气具进入正常燃烧所需燃气比例阀电流对应匹配基准风机电流及转速的正常工作模式，以达到恒温目的；

如否，则燃气具进入下一步骤；

步骤4，在检测时间内，通过步骤2的数据运算，计算出各个时间段实时所需的输出热负荷的比例系数值，并判断各个时间段实时所需的输出热负荷的比例系数值是否均在基准热负荷的比例系数值的设定范围值以内；

如是，则燃气具进入正常燃烧所需燃气比例阀电流对应匹配基准风机电流及转速的正常工作模式，以达到恒温目的；

如否，则燃气具进入下一步骤；

步骤5，判断输出热负荷的比例系数值与基准热负荷的比例系数值之间的差异是否达到量级变化值，量级变化值为±(10％～50％)，量级变化值＝(基准热负荷-输出热负荷)/基准热负荷*100％；

如是，则说明此时燃气具所使用的气源与基准气源的类型发生较大改变，燃气具进入燃气比例阀电流、风机电流、风机转速的调整模式，以达到恒温及烟气排风安全的目的；所述调整模式的调整幅度为±(10％～50％)的基准风机电流及转速；

如否，则说明此时燃气具所使用的气源与基准气源发生较小改变，燃气具进入正常燃烧所需燃气比例阀电流对应匹配基准风机电流、风机转速的正常工作模式，以达到恒温目的。

作为本发明提供的燃气具多气源自适应控制方法的优选方案，燃气具的气源包括甲烷、丙烷、液化石油气和丁烷中至少一种。

另外，本发明的另一个方面还提供了一种燃气具多气源自适应控制系统，其包括主控制器、操作面板、燃气比例阀、风机、水流量传感器、进水侧温度传感器和出水侧温度传感器，

所述操作面板与所述主控制器电连接，用户能在所述操作面板上输入设定温度；

所述水流量传感器通过水流量采集电路与所述主控制器电连接，所述水流量传感器通过水流量采集电路向所述主控制器发送水流量的数据；

所述进水侧温度传感器通过进水温度采集电路与所述主控制器电连接，所述进水侧温度传感器通过进水温度采集电路向所述主控制器发送进水温度的数据；

所述出水侧温度传感器通过出水温度采集电路与所述主控制器电连接，所述出水侧温度传感器通过出水温度采集电路向所述主控制器发出水温度的数据；

所述主控制器通过比例阀控制电路与所述燃气比例阀电连接，所述主控制器通过比例阀控制电路控制所述燃气比例阀的开度；

所述主控制器通过风机控制电路与所述风机电连接，所述主控制器通过风机控制电路控制所述风机的转速；

所述主控制器设有mcu微控制单元，所述mcu微控制单元能够根据采集到的进水温度、出水温度、水流量、风机电流、风机转速、以及燃气比例阀电流的数据，通过程序运算，计算出实时所需的输出热负荷的比例系数值，以及，基准气源在设定温度下所需的基准热负荷的比例系数值，并判断实时所需的输出热负荷的比例系数值相较于基准热负荷的比例系数值的差异变化，调整燃气比例阀的电流值和与之匹配的风机电流及转速的调整幅度，使燃气比例阀的开度与风机的转速达到最佳配比。

作为本发明提供的燃气具多气源自适应控制系统的优选方案，所述燃气比例阀通过比例阀电流反馈电路与所述主控制器电连接，所述比例阀电流反馈电路为所述主控制器实时反馈所述燃气比例阀的电流信号。

作为本发明提供的燃气具多气源自适应控制系统的优选方案，所述风机通过风机电流反馈电路与所述主控制器电连接，所述风机电流反馈电路为所述主控制器实时反馈所述风机的电流信号。

作为本发明提供的燃气具多气源自适应控制系统的优选方案，所述风机通过转速反馈电路与所述主控制器电连接，所述转速反馈电路为所述主控制器实时反馈所述风机的转速信号。

作为本发明提供的燃气具多气源自适应控制系统的优选方案，所述水流量传感器设置在燃气具的进水管或出水管上。

作为本发明提供的燃气具多气源自适应控制系统的优选方案，所述进水侧温度传感器设置在燃气具的进水管上。

作为本发明提供的燃气具多气源自适应控制系统的优选方案，所述出水侧温度传感器设置在燃气具的出水管上。

作为本发明提供的燃气具多气源自适应控制系统的优选方案，所述风机为直流调速风机。

实施本发明的一种燃气具多气源自适应控制方法及其系统，与现有技术相比较，具有如下有益效果：

本发明通过对进水温度、出水温度、水流量、风机电流、风机转速、以及燃气比例阀电流数据的采集，通过程序运算，计算出实时所需的输出热负荷的比例系数值，以及，基准气源在设定温度下所需的基准热负荷的比例系数值，并判断实时所需的输出热负荷的比例系数值相较于基准热负荷的比例系数值的差异变化，自动识别当前使用气源的类型，调整燃气比例阀的电流值和与之匹配的风机电流调整幅度，使燃气比例阀的开度与风机的转速达到最佳配比，以满足燃气具在不同气源下稳定、安全、可靠、节能地工作，提高燃气具对燃气的自适应能力，为用户带来舒适、方便的生活热水，并减少产品使用故障率，同时满足国内外烟气排放标准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明提供的燃气具多气源自适应控制系统的连接结构图；

图2为本发明提供的燃气具多气源自适应控制方法的工作流程图；

图3为本发明以甲烷为基准气源的热负荷的比例系数值和燃气比例阀电流示意图；

图4为本发明以丙烷为基准气源的热负荷的比例系数值和燃气比例阀电流示意图；

图5为本发明以丁烷为基准气源的热负荷的比例系数值和燃气比例阀电流示意图；

图6为甲烷、丙烷、液化石油气及丁烷气源之间的热负荷与风量及燃气量对应关系示意图。

图中，1为进水温度采集电路，2为出水温度采集电路，3为水流量采集电路，4为主控制器，5为比例阀控制电路，6为燃气比例阀，7为比例阀电流反馈电路，8为风机控制电路，9为转速反馈电路，10为风机电流反馈电路，11为风机，12为操作面板，13为水流量传感器，14为进水侧温度传感器，15为出水侧温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合参见图1和图2，本发明提供的一种燃气具多气源自适应控制方法的优选实施例，其包括如下步骤：

步骤1，通过主控制器实时采集进水温度、出水温度、水流量、风机电流、风机转速、以及燃气比例阀电流的数据；

步骤2，对步骤1所采集到的数据进行输出热负荷和基准热负荷以及燃气比例阀所需电流对应风机电流和转速的数据运算，计算出实时设定温度所需的燃气比例阀电流及风机电流和转速，以及所对应的输出热负荷的比例系数值，比例系数值＝(输出热负荷/基准热负荷)*100％，输出热负荷的比例系数值为50％～150％，基准气源在设定温度下所需的基准热负荷的比例系数值为80％～100％。

步骤3，将步骤2得到的输出热负荷的比例系数值与基准热负荷的比例系数值进行比较，判断输出热负荷的比例系数值是否达到基准热负荷的比例系数值；

如是，则燃气具进入正常燃烧所需燃气比例阀电流对应匹配基准风机电流及转速的正常工作模式，以达到恒温目的；

如否，则燃气具进入下一步骤；

步骤4，在检测时间内，通过步骤2的数据运算，计算出各个时间段实时所需的输出热负荷的比例系数值，并判断各个时间段实时所需的输出热负荷的比例系数值是否均在基准热负荷的比例系数值的设定范围值以内；

如是，则燃气具进入正常燃烧所需燃气比例阀电流对应匹配基准风机电流及转速的正常工作模式，以达到恒温目的；

如否，则燃气具进入下一步骤；

步骤5，判断输出热负荷的比例系数值与基准热负荷的比例系数值之间的差异是否达到量级变化值，量级变化值为±(10％～50％)，量级变化值＝(基准热负荷-输出热负荷)/基准热负荷*100％；

如是，则说明此时燃气具所使用的气源与基准气源的类型发生较大改变，燃气具进入燃气比例阀电流、风机电流、风机转速的调节模式，以达到恒温及烟气排风安全的目的；所述调节模式的调整幅度为±(10％～50％)的基准风机电流及转速；

如否，则说明此时燃气具所使用的气源与基准气源发生较小改变，燃气具进入正常燃烧所需燃气比例阀电流对应匹配基准风机电流及转速的正常工作模式，以达到恒温目的。

其中，燃气具的气源包括甲烷、丙烷、液化石油气和丁烷中至少一种。

可见，本发明通过对进水温度、出水温度、水流量、风机电流、风机转速、以及燃气比例阀电流数据的采集，通过程序运算，计算出实时所需的输出热负荷的比例系数值，以及，基准气源在设定温度下所需的基准热负荷的比例系数值，并判断实时所需的输出热负荷的比例系数值相较于基准热负荷的比例系数值的差异变化，自动识别当前使用气源的类型，调整燃气比例阀的电流值和与之匹配的风机电流调整幅度，使燃气比例阀的开度与风机的转速达到最佳配比，以满足燃气具在不同气源下稳定、安全、可靠、节能地工作，提高燃气具对燃气的自适应能力，为用户带来舒适、方便的生活热水，并减少产品使用故障率，同时满足国内外烟气排放标准。

另外，为便于实施上述控制方法，本发明还提供了一种燃气具多气源自适应控制系统，其包括主控制器4、操作面板12、燃气比例阀6、风机11、水流量传感器13、进水侧温度传感器14和出水侧温度传感器15。

所述操作面板12(如：触控屏)与所述主控制器4电连接，用户能在所述操作面板12上输入设定温度；具体的，所述操作面板12的输出端与所述主控制器4的输入端电连接。

所述水流量传感器13通过水流量采集电路3与所述主控制器4电连接，所述水流量传感器13通过水流量采集电路3所述主控制器4发送水流量的数据；具体的，所述水流量传感器13的输出端与所述水流量采集电路3的输入端电连接，所述水流量采集电路3的输出端与所述主控制器4的输入端电连接。

所述进水侧温度传感器14通过进水温度采集电路1与所述主控制器4电连接，所述进水侧温度传感器14通过进水温度采集电路1向所述主控制器4发送进水温度的数据；具体的，所述进水侧温度传感器14的输出端与所述进水温度采集电路1的输入端电连接，所述进水温度采集电路1的输出端与所述主控制器4的输入端电连接。

所述出水侧温度传感器15通过出水温度采集电路2与所述主控制器4电连接，所述出水侧温度传感器15通过出水温度采集电路2向所述主控制器4发出水温度的数据；具体的，所述出水侧温度传感器15的输出端与所述出水温度采集电路2的输入端电连接，所述出水温度采集电路2的输出端与所述主控制器4的输入端电连接。

所述主控制器4通过比例阀控制电路5与所述燃气比例阀6电连接，所述主控制器4通过比例阀控制电路5控制所述燃气比例阀6的开度，为实时燃烧所需负荷提供对应的燃气量需求；具体的，所述主控制器4的输出端与所述比例阀控制电路5的输入端电连接，所述比例阀控制电路5的输出端与所述燃气比例阀6的输入端电连接。

所述主控制器4通过风机控制电路8与所述风机11电连接，所述主控制器4通过风机控制电路8控制所述风机11的转速，为实时燃烧所需负荷提供对应的空气量需求；具体的，所述主控制器4的输出端与所述风机控制电路8的输入端电连接，所述风机控制电路8的输出端与所述风机11的输入端电连接。

所述主控制器4设有mcu微控制单元，所述mcu微控制单元能够根据采集到的进水温度、出水温度、水流量、风机电流、风机转速、以及燃气比例阀电流的数据，通过程序运算，计算出实时所需的输出热负荷的比例系数值，以及，基准气源在设定温度下所需的基准热负荷的比例系数值，并判断实时所需的输出热负荷的比例系数值相较于基准热负荷的比例系数值的差异变化，调整燃气比例阀的电流值和与之匹配的风机电流、风机转速，使燃气比例阀6的开度与风机11的转速达到最佳配比。

需要说明的是，mcu微控制单元可为8位或16位及32位单片机，mcu微控制单元内存储有同升数(一分钟的产热水量)产品燃气比例阀电流所对应基准气源下所需的基准热负荷的比例系数值，基准比例阀电流匹配风机电流及转速值；同升数产品基于基准气源下为满足燃气热水器标准要求所需测试的黄焰界限气、离焰界限气及回火界限气对应的比例阀电流档位值和风机电流及转速档位值；同升数产品基于某个基准气源下为满足甲烷、丙烷、液化石油气及丁烷不同气源之间互换所需的比例阀电流档位值和风机电流及转速档位值。

图3为以甲烷为基准气源以及对应界限气下，热水器的热负荷的比例系数值和燃气比例阀电流线性图；图4为以丙烷为基准气源以及对应界限气下，热水器的热负荷的比例系数值和燃气比例阀电流线性图；图5为以丁烷为基准气源以及对应界限气下，热水器热负荷的比例系数值和燃气比例阀电流线性图；图6为在某个热负荷需求区间内对所需燃气量和风量的需求关系。

示例性的，所述燃气比例阀6通过比例阀电流反馈电路7与所述主控制器4电连接，所述比例阀电流反馈电路7为所述主控制器4实时反馈所述燃气比例阀6的电流信号，从而对燃气比例阀6的工作电流进行实时监控。具体的，所述燃气比例阀6的输出端与所述比例阀电流反馈电路7的输入端电连接，所述比例阀电流反馈电路7的输出端与所述主控制器4的输入端电连接。

示例性的，所述风机11通过风机电流反馈电路10与所述主控制器4电连接，所述风机电流反馈电路10为所述主控制器4实时反馈所述风机11的电流信号，从而对风机11的工作电流进行实时监控。具体的，所述风机11的输出端与所述风机电流反馈电路10的输入端电连接，所述风机电流反馈电路10的输出端与所述主控制器4的输入端电连接。

示例性的，所述风机11通过转速反馈电路9与所述主控制器4电连接，所述转速反馈电路9为所述主控制器4实时反馈所述风机11的转速信号，从而对风机11的转速进行实时监控。具体的，所述风机11的输出端与所述转速反馈电路9的输入端电连接，所述转速反馈电路9的输出端与所述主控制器4的输入端电连接。

示例性的，所述水流量传感器13设置在燃气具的进水管或出水管上。

示例性的，所述进水侧温度传感器14设置在燃气具的进水管上。

示例性的，所述出水侧温度传感器15设置在燃气具的出水管上。

示例性的，所述风机11为直流调速风机。

还需要说明的是，直流调速风机11采用恒电流控制技术及脉宽调制驱动，为热水器燃烧提供风量；燃气比例阀6采用恒电流控制技术及脉宽调制驱动，为热水器燃烧提供燃气量。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。