CN102095010A - 一种适用多种数字电子阀门的通用智能控制器设计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用多种数字电子阀门的通用智能控制器设计，通用智能控制器基于可编程技术，包括处理器和存储电路，模拟量和数字量采集电路，驱动电路，总线电路，人机交互电路和多种数字电子阀门切换电路等，通过数字电位器电路外部设定或程序设定，启动特定功能数字电子阀门电路，调用特定功能数字电子阀门程序和算法，进行相应的人机交互界面显示，从而实现特定功能数字电子阀门智能控制器功能。目前可以根据设置，实现下列几种数字电子阀门的通用智能控制器功能：根据压差来调节阀门开度的电子式压差旁通阀控制器、根据流量来调节阀门开度电子动态流量平衡阀控制器、根据温度来调节阀门开度的电子动态温度平衡阀控制器、用于冷却水系统旁通水量的调节电子式电动三通调节阀控制器。在通用智能控制器硬件电路支持下，可以通过的程序ISP在线升级功能对程序进行升级，从而实现除上述数字电子阀门的新型通用智能控制器的功能。

Description

一种适用多种数字电子阀门的通用智能控制器设计

技术领域

本发明涉及工业控制和楼宇智能控制领域中流量控制过程中应用功能研究，借鉴流量控制理论和应用，基于可编程技术，包括处理器和存储电路，模拟量和数字量采集电路，驱动电路，总线电路，人机交互电路和多种数字电子阀门切换电路等，通过数字电位器电路外部设定或程序设定，启动特定功能数字电子阀门电路，调用特定功能数字电子阀门程序和算法，进行相应的人机交互界面显示，从而实现特定功能数字电子阀门智能控制器功能。在通用智能控制器硬件电路支持下，可以通过的程序ISP在线升级功能对程序进行升级，从而实现除上述数字电子阀门的新型通用智能控制器的功能。有效的实现高工业控制和楼宇智能控制领域中流量智能控制，满足流量智能控制减少能耗要求，提高了流量智能控制效果和质量。

背景技术

工业控制和楼宇智能控制领域中，无论是空调或采暖工程中，一般地说供热、空调的管网都是闭路循环的管网，其水力工况是指系统各点的压力，各管段的流量、压差。由公式ΔP＝SG2

ΔP——压差或称阻力损失

S——管段或系统的阻力系数

G——管段或系统的流量

可知，流量和压力是相关参数，流量和压力的调控互为手段和目的。减压手段是减少上游管路的流量；减少流量也必湎是减少管路前点的压力或增加管路后点的压力。流量变化必然导致压力的变化；S值不变的系统，压差的变化必然起因于流量的改变。

水力工况平衡是指流理的合理分配。在供热和空调管网中，水是热载体介质，水流量的合理分配是热力工况平衡的基础。以供热系统为例，设计者在进行水力工况计算时在各分支流量为设计值的假想情况下进行的。由于管材及最高流速成的限制，设计上实现水力平衡几乎是不可能的。这样势必造成近端阻力系数不能达到设计理想状态，形成近端流量过大，远端流量不足的失调现象。阀门控制过程就是增加近端阻力，使近端支路S值增大至设计值，总S值增大至设计值。使远近流量分配均匀合理，达到节热、节电，提高供热质量的目的。

以前常规基于机械自力式原理实现的电动调节阀如图1所示，机械自力式原理存在疲劳寿命问题且结构复杂，特别是机械式压差平衡控制器中的薄膜膜片容易疲劳损坏。本质上也是流体阻力元件，且这个压差值至少占有动态平衡电动阀节点总压差P的50％左右。在流体输配管网任意节点上，这个近50％的能量消耗没有真正节约。

数字电子阀门是基于电子式原理，将信息技术、微电子技术、传感器技术、嵌入式软件和新型阀门技术进行机电一体化的集成创新实现全面高效的智能流量平衡理念。大型集中空调系统中，在空调设备(空气处理机及风机盘管)末端设置三通(或两通)阀门，通过阀门控制保证设备所需流量，实现水力工况调节。在冷热源，冷却塔、水泵等处当设计管线受限时。用来避免负荷偏载，保证设备的正常运行。现在应用的各种数字电子阀门，如根据压差来调节阀门开度的电子式压差旁通阀、根据流量来调节阀门开度电子动态流量平衡阀、根据温度来调节阀门开度的电子动态温度平衡阀、用于冷却水系统旁通水量的调节电子式电动三通调节阀。其控制过程基本类似，通过相应的传感器采集相对应的环境信息，转换成对应的模拟量和数字量信号，由电路进行采集和处理，通过处理器和存储电路调用对应的程序和算法进行计算，驱动电路进行相应数字电子阀门执行器的控制，但是数字电子阀门对应不同的控制器，不能进行互换和代替，提高了生产成本和维护成本，不便于系统的升级和更新。

发明内容

本发明的目的在于一种适用多种数字电子阀门的通用智能控制器设计，应用到工业控制和楼宇智能控制领域中流量控制过程中，保证设备所需流量，实现水力工况调节。在冷热源，冷却塔、水泵等处当设计管线受限时。用来避免负荷偏载，保证设备的正常运行。通过数字电位器电路外部设定或程序设定，启动特定功能数字电子阀门电路，调用特定功能数字电子阀门程序和算法，进行相应的人机交互界面显示，从而实现特定功能数字电子阀门智能控制器功能，有效的实现高工业控制和楼宇智能控制领域中流量智能控制，满足流量智能控制减少能耗要求，提高了流量智能控制效果和质量。

本发明的多种数字电子阀门的通用智能控制器，基于可编程技术，包括处理器和存储电路，模拟量和数字量采集电路，驱动电路，总线电路，人机交互电路和多种数字电子阀门切换电路等如图2所示，通过数字电位器电路外部设定或程序设定，启动特定功能数字电子阀门电路，调用特定功能数字电子阀门程序和算法，进行相应的人机交互界面显示，从而实现特定功能数字电子阀门智能控制器功能。其特定功能数字电子阀门功能启动过程如图3所示。

多种数字电子阀门的通用智能控制器通过数字电位器电路外部设定或程序设定，启动特定功能数字电子阀门电路，调用特定功能数字电子阀门程序和算法，进行相应的人机交互界面显示，从而实现特定功能数字电子阀门智能控制器功能。目前可以根据设置，实现下列几种数字电子阀门的通用智能控制器功能：根据压差来调节阀门开度的电子式压差旁通阀控制器如图4所示、根据流量来调节阀门开度电子动态流量平衡阀控制器如图5所示、根据温度来调节阀门开度的电子动态温度平衡阀控制器如图6所示，用于冷却水系统旁通水量的调节电子式电动三通调节阀控制器如图7所示。

多种数字电子阀门的通用智能控制器在其硬件电路支持下，包括4路模拟量和数字量采集电路，2路通用数字电子阀门执行器的驱动电路，1路485或SPI总线电路等，可以通过的程序ISP在线升级功能对程序进行升级，加载除上述数字电子阀门的新型通用智能控制器的人机交互界面，以及特定功能数字电子阀门程序和算法模块，从而实现新型数字电子阀门通用智能控制器的功能。

多种数字电子阀门的通用智能控制器借鉴用传统数字PID算法，引进模糊规则的算法和实现方式，包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊等，外部系统状态信息的输入，由模糊控制器对这些信息进行预处理，转换成模糊隶属函数的形式；模糊输入再经过规则估值，得到模糊输出，即规则强度，最后规则强度和隶属函数通过精确化的过程，给出精确的输出。模糊控制器的内部结构如图8所示，基于不同数字电子阀门的通用智能控制器模型，调用特定数字电子阀门的通用智能控制器耦合PID控制函数，计算特定数字电子阀门的通用智能控制器PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，进行特定数字电子阀门通用智能控制器的功能。

通过数字电位器电路外部设定或程序设定，启动特定功能数字电子阀门电路，调用特定功能数字电子阀门程序和算法，进行相应的人机交互界面显示，从而实现特定功能数字电子阀门智能控制器功能。实现下列几种数字电子阀门的通用智能控制器功能：电子式压差旁通阀控制器、电子动态流量平衡阀控制器、电子动态温度平衡阀控制器，电子式电动三通调节阀控制器。如图9所示ISP在线升级过程流程图，可以通过的程序ISP在线升级功能对程序进行升级，加载除上述数字电子阀门的新型通用智能控制器的人机交互界面，以及特定功能数字电子阀门程序和算法模块，从而实现新型数字电子阀门通用智能控制器的功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是基于机械自力式原理实现的电动调节阀；

图2是多种数字电子阀门的通用智能控制器电路框图；

图3是特定功能数字电子阀门功能启动过程；

图4是电子式压差旁通阀控制器控制原理；

图5是电子动态流量平衡阀控制器控制原理；

图6是电子动态温度平衡阀控制器控制原理；

图7是电子式电动三通调节阀控制器控制原理；

图8是模糊PID控制原理；

图9是ISP在线升级过程流程图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本实施例提供基于TI公司的M430通用处理芯片设计的处理器电路和基于Altra公司的EPM3128ATI64可编程器件，结合电源电路，输入采集电路，处理器和存储电路，模拟量和数字量采集电路，驱动电路，总线电路，人机交互电路和多种数字电子阀门切换电路组成多种数字电子阀门的通用智能控制器，并采用模糊控制器控制。

通过数字电位器电路外部设定或程序设定，启动特定功能数字电子阀门电路，调用特定功能数字电子阀门程序和算法，进行相应的人机交互界面显示，从而实现特定功能数字电子阀门智能控制器功能。基于不同数字电子阀门的通用智能控制器模型，调用特定数字电子阀门的通用智能控制器耦合PID控制函数，计算特定数字电子阀门的通用智能控制器PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，进行特定数字电子阀门通用智能控制器的功能。有效的实现高工业控制和楼宇智能控制领域中流量智能控制，满足流量智能控制减少能耗要求，提高了流量智能控制效果和质量。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用多种数字电子阀门的通用智能控制器设计，其特征在于：

多种数字电子阀门的通用智能控制器基于可编程技术，包括处理器和存储电路，模拟量和数字量采集电路，驱动电路，总线电路，人机交互电路和多种数字电子阀门切换电路等，通过数字电位器电路外部设定或程序设定，启动特定功能数字电子阀门电路，调用特定功能数字电子阀门程序和算法，进行相应的人机交互界面显示，从而实现特定功能数字电子阀门智能控制器功能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

多种数字电子阀门的通用智能控制器借鉴用传统数字PID算法，引进模糊规则的算法和实现方式，包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊等，外部系统状态信息的输入，由模糊控制器对这些信息进行预处理，转换成模糊隶属函数的形式；模糊输入再经过规则估值，得到模糊输出，即规则强度，最后规则强度和隶属函数通过精确化的过程，给出精确的输出。基于不同数字电子阀门的通用智能控制器模型，调用特定数字电子阀门的通用智能控制器耦合PID控制函数，计算特定数字电子阀门的通用智能控制器PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，进行特定数字电子阀门通用智能控制器的功能。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

多种数字电子阀门的通用智能控制器通过数字电位器电路外部设定或程序设定，启动特定功能数字电子阀门电路，调用特定功能数字电子阀门程序和算法，进行相应的人机交互界面显示，从而实现特定功能数字电子阀门智能控制器功能。目前可以根据设置，实现下列几种数字电子阀门的通用智能控制器功能：根据压差来调节阀门开度的电子式压差旁通阀控制器、根据流量来调节阀门开度电子动态流量平衡阀控制器、根据温度来调节阀门开度的电子动态温度平衡阀控制器、用于冷却水系统旁通水量的调节电子式电动三通调节阀控制器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

多种数字电子阀门的通用智能控制器在其硬件电路支持下，包括4路模拟量和数字量采集电路，2路通用数字电子阀门执行器的驱动电路，1路485或SPI总线电路等，可以通过的程序ISP在线升级功能对程序进行升级，加载除上述数字电子阀门的新型通用智能控制器的人机交互界面，以及特定功能数字电子阀门程序和算法模块，从而实现新型数字电子阀门通用智能控制器的功能。

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