一种供热管网系统智能流量调节控制器及其调控方法
【专利摘要】本发明涉及了一种管道流量智能调节控制器及其调控方法，其结构组成包括控制器CPU(1)、RS232接口(2)、RS485接口(3)、DS18B20传感器接口(4)、16路AD接口(5)、4-20mA输出接口(6)、键盘(7)、LCD显示(8)、GPRS网络接口(9)、电源开关(10)，稳压芯片(11)，压差传感器(12)，温度传感器(13)，电动调节阀(14)，控制器可灵活使用9-16V直流电源供电，通过16路AD接口(6)采集管道工程量信号，结合键盘(操作)设置控制参数，控制4-20mA输出接口(6)输出控制信号，驱动管道电动调节阀，采用PID调控方法，实现全自动控制流量，通过GPRS网络接口(9)可与因特网相连，实现远程监测和控制。所有的操作均可在LCD显示(8)上做同步显示。RS232接口(2)、RS485接口(3)、DS18B20传感器接口(4)可便于控制器的外围扩展。本发明相对于传统管道流量调节具有智能化程度高，可实现精确控制管道流量。
【专利说明】一种供热管网系统智能流量调节控制器及其调控方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于供暖系统管道流量调节的智能型控制器及其控制方法，用于供暖系统管网全自动水力平衡调节。
【背景技术】
[0002]在供暖系统中，水力平衡调节是必不可少的，水力平衡调节实质是通过调节管道上的水力平衡调节阀实现管道流量的调节。水力平衡调节阀分为手动调节阀和电动调节阀，手动调节阀需要工人使用扳手调节，电动调节阀使用4-20mA电流信号进行控制。电动调节阀相对于手动调节阀，优点就是可以使用电进行调节，工人在使用电动调节阀调节管道流量调节时，由于电动调节阀的开度与管道流量不是线性关系，这就需要工人不断的改变阀门开度值，直到管道流量值等于或接近于设定流量值，这种方式费时费力，而且需要工人在现场调试。水力平衡调节阀一般安装在楼栋的热力入口处，其空间较为狭小，工人在调节时，非常不方便。水力平衡的调节是针对一个供暖系统的供水回路流量调节，一个供暖系统回路中分布着多个调节阀，调节其中一个阀门时，会引起其他回路的流量变化，所以现场调试时，需要多个工人，协调进行调试，这样就大大提高了人力成本。所以传统的水力平衡调节，不仅耗费时费力，且调控精度低，故亟需一种控制器，能够根据设定流量值，自动控制电动调节阀动作，以调节管道流量，同时控制器具有远程控制功能，这样在整个系统回路上所有的控制器通过Internet连接到上位机上，由专业人员统一调试，可以大大提升工作效率和调控精度。
【发明内容】
[0003]为了克服上述传统【背景技术】的缺陷，本发明的目的是提供一种供热管网系统智能流量调节控制器及其调控方法。
[0004]为了实现上述目的，本发明专利的技术方案:
[0005]管道流量智能调节控制器包括用于实现运算控制的控制器CPU ;用于检测数字温度传感器DS18B20的接口 ；用于检测管道现场传感器的16路AD接口 ；用于控制管道阀门开度的4-20mA输出接口 ；用于设置控制参数的键盘；用于实时显示运行信息的LCD显示；用于连接Internet网络的GPRS网络接口 ；用于直接与上位机或下位机通信的RS233和RS485接口，并且支持标准Modbus通信协议；用于开关电源的电源开关；用于多范围供电电压的稳压芯片。
[0006]管道流量智能调节控制器实现管道流量调节有三种方式，分别为手动模式、自动模式、远程控制模式，三种控制模式的控制原理如下:
[0007]管道流量智能调节控制器手动模式原理:通过特定的键盘按键，进入到手动模式，通过键盘设定阀门类型和流量目标值，控制器CPU通过选择的阀门类型对应的阀门开度-流量曲线，计算出阀门开度目标值，控制器CPU通过选择的阀门类型对应的阀门开度-控制电流信号曲线，计算出阀门开度目标值对应的控制电流信号目标值，控制器CPU驱动4-20mA输出接口输出控制信号，控制阀门动作至目标开度，实现管道流量控制。
[0008]管道流量智能调节控制器自动模式原理:通过16路AD接口检测管道现场的传感器信号，具体为管道的供水压力和回水压力信号，通过键盘进入到自动模式，设置选择所用的阀门类型，PID控制算法参数，流量目标值。控制器CPU通过供水压力、回水压力的差值和阀门口径，根据流量计算公式，计算出管道当前流量值，控制器CPU根据PID控制算法，计算出阀门开度目标值，控制器CPU通过选择的阀门类型对应的阀门开度-控制电流信号曲线，计算出阀门开度目标值对应的控制电流信号目标值，控制器CPU驱动4-20mA输出接口输出控制信号，控制阀门动作至阀门开度目标值，控制器CPU比较当前流量值和设定流量值，如果误差范围在设定范围内，则停止调节，反之则继续调节管道阀门，直到当前管道流量值与设定管道流量值的误差满足设定的误差范围。
[0009]管道流量智能调节控制器远程控制模式原理:通过按键操作进入到远程控制模式，管道流量智能控制器通过GPRS网络接口连接到Internet网络，实现远程上位机与控制器的通信。控制器将采集到的管道压力、温度等信号、阀门口径、设定参数值传递到远程上位机进行显示，通过远程上位机发送设定流量值，控制器根据该设定流量值，以自动控制模式实现管道流量的调节。
[0010]管道流量智能调节控制器调控方法:
[0011]I)按照电动调节阀特定的开度-流量kv特性参数输入至控制器中，按照采集的实际压力，计算出该开度-压差下对应的流量，计算公式如下:
[0012]不同开度不同压差下对应的流量Qv
【权利要求】
1.一种供热管网系统智能流量调节控制器及其调控方法，其特征在于控制器由控制器CPU(I)、RS232 接口 ⑵、RS485 接口 (3)、DS18B20 传感器接口 (4)、16 路 AD 接口 (5)、4_20mA输出接口(6)、键盘(7)、LCD显示(8)、GPRS网络接口(9)、电源开关(10)，稳压芯片(11)，压差传感器(12)，温度传感器(13)，电动调节阀(14)组成。通过特殊的调控方法对供热管网系统的流量进行智能调控。
2.根据权利要求1所述智能流量调节控制器，其特征在于由于采用了稳压芯片(11)，使控制器能够灵活使用9-16V范围内电源供电。
3.根据权利要求1所述智能流量调节控制器，其特征在于具有RS232接口(2)、RS485接口(3)，与其他具有RS232接口或RS485接口的电脑或控制器相连进行通信时，支持标准Modbus通信协议。
4.根据权利要求1所述智能流量调节控制器，其特征在于具有DS18B20传感器接口(4)，可以同时连接2个DS18B20传感器接口，并且控制器能够自动识别和读取每一个DS18B20传感器ID和测量数值。
5.根据权利要求1所述智能流量调节控制器，其特征在于具有键盘(7)，键盘由5个按键组成，分别是RESET按键、KEY_UP按键、KEY_D0WN按键、KEY_LEFT按键、KEY_RIGHT按键，设计了单独按键和组合按键设置方式。
6.根据权利要求1所述智能流量调节控制器，其特征在于具有16路AD接口(5)，可以同时循环采集16路4-20mA标准电流信号，结合键盘设置电流信号到工程量信号的转换，可以在IXD显示(8)中实时的显示16路采集信号对应的工程量。
7.根据权利要求1所述智能流量调节控制器，其特征在于通过16路AD接口(5)采集管道电动调节阀前后压力参数，采用特定的压差-流量控制算法，结合键盘(7)操作，设置控制算法，通过4-20mA输出接口(6)控制管道调节阀动作，实现自动调节流量。
8.根据权利要求1所述智能流量调节控制器，其特征在于通过GPRS网络接口(9)，结合键盘(7)设置连接Internet网络参数，实现远程监测和设置控制器。
9.根据权利要求1所述智能流量调节控制器，其特征在于控制器具有3种控制模式，分别为手动控制模式、自动控制模式、远程控制模式，不同的控制模式，通过特定的按键组合选择和设直。
10.根据权利要求1所述调控方法，其特征在于控制器通过压差传感器(12)采集的实际压差信号，电动调节阀(14)反馈的开度信号，根据电动调节阀(14)特定的开度-流量KV特性参数，计算出该开度-压差对应的流量，使用PID控制算法实现对供热管网系统的流量控制。
【文档编号】F16K31/04GK103629414SQ201310705430
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】丁琦, 贾守强, 穆连波, 张迪 申请人:北京金房暖通节能技术股份有限公司