一种智慧调节阀的无线控制系统及方法与流程

本发明属于阀门控制领域，尤其是涉及一种智慧调节阀的无线控制系统及方法。

背景技术

目前，在城市集中供热管网系统中普遍存在水力失衡情况出现：因过热而开窗(近端用户)，因不热而放水(远端用户)，这时为了保证远端用户供热效果，大多数供热单位会采取提高供水温度、提高循环泵功率、加大管网循环流量等措施，造成供热能耗增加。据统计，用户室温每升高1℃，每天多增加供热量5.5％，企业不得不面对的一个现实问题是运行成本过高。

如今，城市集中供热“煤改燃”后，进一步增加了企业运行成本，据天津市近两年的供热耗气量统计，在一个完整的采暖期内(平均供热约150天)，大部分供热建筑面积每平方米的耗气量两年平均在9.5-11.5立方米范围甚至更高。如果以供热单位用天然气的价格1.97元/立方米来计算，一个采暖季天然气供热价格是供热建筑面积每平方米18.72-22.66元，造成企业年年亏损。

管网水力失调使近端用户水流量大于需求流量，远端用户水流量小于需求流量，产生近端用户过热，远端用户不热的现象，冷热不均主要是由管网水力失调造成的。管网水力平衡调节即通过调整管网系统中各调节设备(阀门)开度，改变管网的阻力特性，在满足管网最不利环路所需资用压头的情况下，将各热用户的运行流量调配至理想流量，即满足热用户实际热负荷需求的流量。目前供暖系统管网流量调节缺之有效的调节方法，缺少相应配套设备，一直以来管网水力失衡调节始终难以落实。以往只能靠管理人员根据用户的反应情况凭经验逐一去做调整单元入口阀门(调节阀或平衡阀)或带便携式流量计逐一检测调整，如此即费时又费力，往往是顾此失彼仍然无法从根本上解决系统失衡问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种解决供热管网水力失衡，可通过远程控制实现全网水力平衡的智慧调节阀的无线控制系统及方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种智慧调节阀的无线控制系统，包括阀体﹑阀杆、阀芯、智能控制装置、电动执行器以及移动终端，所述的阀体包括进液段、阀体腔和出液段，进液段、阀体腔及出液段依次连接，阀芯安装于阀体腔内，所述的阀杆与阀芯固定连接；

所述的智能控制装置包括流量传感器、温度传感器、控制器、电机伺服模块、无线通信模块和电池，所述的流量传感器及温度传感器均与控制器数据连接，电池的输出端与控制器线路连接，控制器分别与电机伺服模块、无线通信模块耦接，电机伺服模块与电动执行器驱动连接，无线通信模块与移动终端通信连接；

所述的电动执行器通过一连接盘与阀杆连接，流量传感器紧密连接在进液段的外壁上，温度传感器固定在出液段的内壁上。

进一步，所述的电池为锂聚合物充电电池。

进一步，所述的电池输入端连接一微型水流发电机。

进一步，所述的微型水流发电机上设有两根导流管，所述第一、第二导流管的一端管口均与微型水流发电机固定连接，第一导流管的另一端管口与阀体的进液段导通，第二导流管的另一端管口与阀体的出液段导通。

进一步，所述的第一、第二导流管上分别安装有微型开关，所述的微型开关与微型水流发电机连接。

进一步，所述的阀体腔的底端还设有一固定轴，所述的固定轴连接于阀芯的底部。

进一步，一种应用如智慧调节阀的无线控制系统的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)首先在若干个管网的一级分支节点位置安装所述的智慧调节阀；

(2)然后，在每个管网的二级末端节点安装所述的智慧调节阀；

(3)移动终端通过所述的无线通信模块传输的数据，根据每个智慧调节阀通过流量传感器和温度传感器所采集的瞬时流量及回水温度进行统计，然后与系统设定值进行比较；

(4)通过步骤(3)所述的数据比较后，分别生成出一级分支节点、二级末端节点的合理流量值，并通过所述的无线通信模块发送到每个智慧调节阀上；

(5)每个智慧调节阀接收到指令后进行初始调节；

(6)当初始调节结束后，移动终端根据一级分支节点的智慧调节阀所上传数据与系统设定值比较，发现某一级分支节点的智慧调节阀产生误差，发送智慧调节阀的调节指令，循环操作直到反馈数据的误差处于正常范围内，一级平衡调节结束；

(7)当一级平衡调节结束后，移动终端根据二级末端节点的智慧调节阀所上传数据与系统设定值比较，发现某二级末端节点的智慧调节阀产生误差，发送智慧调节阀的调节指令，循环操作直到反馈数据的误差处于正常范围内，二级平衡调节结束。

进一步，步骤(3)所述的无线通信模块为gprs通信模块或nb-iot物联网模块。

进一步，步骤(6)所述的一级分支节点上的智慧调节阀的反馈数据与系统设定值比较产生的误差正常范围为不大于5％。

进一步，步骤(7)所述的二级末端节点上的智慧调节阀的反馈数据与系统设定值比较产生的误差正常范围为不大于5％。

相对于现有技术，本发明所述的一种智慧调节阀的无线控制系统及方法具有以下优势：

本发明作为解决供热管网水力失衡而研发的新技术，通过互联网实现全覆盖自动采集原始运行数据(热量、流量、温度)，远程传输数据至移动终端，通过数据平台整体全面分析后再远传传输调节数据指令至各管网分流节点的智慧调节阀上，可通过在线数据精确调节管网各节点流量，全区域各节点同步调节，实现全网水力平衡；本发明所述的远程控制模块接收远端app发送的调节指令控制电动执行器调节阀门开度达到精准控制。

本发明广泛用于室外管网上水力控制，其优点低能耗，自身供电无需外接电源，集远程控制﹑数据采集为一体等功能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的模块示意图。

附图标记说明：

1、智能控制装置；11、流量传感器；12、温度传感器；2、阀体；21、进液段；22、阀体腔；23、出液段；3、阀芯；4、电动执行器；5、阀杆；6、微型水流发电机；61、第一导流管；62、第二导流管；63、微型开关；7、固定轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种智慧调节阀的无线控制系统，包括阀体2﹑阀杆5、阀芯3、智能控制装置1、电动执行器4以及移动终端，所述的阀体2包括进液段21、阀体腔22和出液段23，进液段21、阀体腔22及出液段23依次连接，阀芯3安装于阀体腔22内，所述的阀杆5与阀芯3固定连接；

所述的智能控制装置1包括流量传感器11、温度传感器12、控制器、电机伺服模块、无线通信模块和电池，所述的流量传感器11及温度传感器12均与控制器数据连接，电池的输出端与控制器线路连接，控制器分别与电机伺服模块、无线通信模块耦接，电机伺服模块与电动执行器4驱动连接，无线通信模块与移动终端通信连接；

所述的电动执行器4通过一连接盘与阀杆5连接，流量传感器11紧密连接在进液段21的外壁上，温度传感器12固定在出液段23的内壁上。

所述的电池为锂聚合物充电电池。

所述的电池输入端连接一微型水流发电机6。

所述的微型水流发电机6上设有两根导流管，所述第一61、第二导流管62的一端管口均与微型水流发电机6固定连接，第一导流管61的另一端管口与阀体2的进液段21导通，第二导流管62的另一端管口与阀体2的出液段23导通。

所述的第一61、第二导流管62上分别安装有微型开关63，所述的微型开关63与微型水流发电机6连接。

所述的阀体腔22的底端还设有一固定轴7，所述的固定轴7连接于阀芯3的底部。

本发明所述无线通信模块采用gprs通信方式用于接收指令和上传采集数据﹑所述流量传感器11安装在阀体2的进液段21用于采集瞬时流量，所述温度传感器12安装在出液段23，用于采集介质温度。

所诉微型水流发电机6采用微型永磁发电机，需要驱动压差小﹑发电功率大可达30w，可根据所需调节导流管上微型开关63，其安装在阀体2的一侧上，输出dc12v电压用于电池充电。

阀芯3安装在阀体2内部与阀体腔22形成密封组件。所述阀芯3为半球v型口式球芯，可精准调节流量，无线通信模块接收移动终端的调节指令控制电动执行器4调节阀门开度达到精准控制。

其中，所述阀芯3为半球状v型固定阀芯3，采用304不锈钢材质铸造，经过球面加工研磨﹑热处理﹑表面经过氮化处理等工艺，具有耐磨﹑流通阻力小，流量百分比调节等特性，流通压力稳定，其泄漏量为≦5％的非零泄漏设计；阀体2为本体直接加工阀座，采用20#碳素钢压铸焊接而成的，两端采用焊接连接进出水管，空间体积小，便于安装于管道上任何位置。

阀杆5采用耐腐蚀不锈钢材质，与固定轴7同心，密封性好、无泄漏﹑转动扭矩小，阀杆5采用底端及上部双层o型圈密封设计,整体静态扭矩≦50nm。

所述电池为10ah聚合物锂电池﹑电机伺服模块用于电机运转控制﹑驱动齿轮箱用于电机扭矩输出。

所述的流量传感器11为超声波外夹式流量传感器11，采用tds100超声波低能耗集成芯片，能耗低﹑体积小﹑精确度高﹑稳定性好。温度传感器12为带护套插入式温度传感器12，采用低功耗lora芯片，能耗低﹑体积小﹑精确度高﹑稳定性好。

所述水流发电机组件由微型永磁水流直流发电机及导流管组成，固定于阀体2一侧，与阀体2组成一体，输出电压dc12v﹑额定功率25w，用于锂电池的充电。

本发明采用的电动执行机构低功耗﹑大扭矩输出，可90°旋转调节。

一种应用如智慧调节阀的无线控制系统的方法，包括如下步骤：

(1)首先在若干个管网的一级分支节点位置安装所述的智慧调节阀；

(2)然后，在每个管网的二级末端节点安装所述的智慧调节阀；

(3)移动终端通过所述的无线通信模块传输的数据，根据每个智慧调节阀通过流量传感器11和温度传感器12所采集的瞬时流量及回水温度进行统计，然后与系统设定值进行比较；

(4)通过步骤(3)所述的数据比较后，分别生成出一级分支节点、二级末端节点的合理流量值，并通过所述的无线通信模块发送到每个智慧调节阀上；

(5)每个智慧调节阀接收到指令后进行初始调节；

(6)当初始调节结束后，移动终端根据一级分支节点的智慧调节阀所上传数据与系统设定值比较，发现某一级分支节点的智慧调节阀产生误差，发送智慧调节阀的调节指令，循环操作直到反馈数据的误差处于正常范围内，一级平衡调节结束；

(7)当一级平衡调节结束后，移动终端根据二级末端节点的智慧调节阀所上传数据与系统设定值比较，发现某二级末端节点的智慧调节阀产生误差，发送智慧调节阀的调节指令，循环操作直到反馈数据的误差处于正常范围内，二级平衡调节结束。

步骤(3)所述的无线通信模块为gprs通信模块或nb-iot物联网模块。信号稳定﹑传输距离不受限制。

步骤(6)所述的一级分支节点上的智慧调节阀的反馈数据与系统设定值比较产生的误差正常范围为不大于5％。

步骤(7)所述的二级末端节点上的智慧调节阀的反馈数据与系统设定值比较产生的误差正常范围为不大于5％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。