CN104864151A - 物联网平衡阀及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平衡阀，具体涉及一种物联网平衡阀及其控制方法，物联网平衡阀包括平衡阀体、安装在平衡阀体上的电机支架以及通信检测控制模块；电机支架上安装有减速机构、电机、光电编码器、压差变送器以及通信检测控制模块；平衡阀体内部设置有阀芯以及与阀芯紧配结合的铜套，在铜套内设置有螺杆，在螺杆顶端设置有减速机构，减速机构上设置有电动和手动机构。本发明整个过程都是自动实现，现场系统通过无线自组网经无线网关与远程服务器通信，阀门的动作能够精确控制，整个管网水力平衡的评估为在线实时评估，因此实现管网自动快速水力平衡。

Description

物联网平衡阀及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种平衡阀，应用于供暖管网水力平衡系统，用于实现供暖系统的自动快速水力平衡，具体涉及一种物联网平衡阀及其控制方法。
背景技术
现有供暖管网中采用的平衡阀多为数字锁定平衡阀和自力式压差平衡阀，实际应用中，由于现场管网平衡阀大部分都安装在地下，如车库、楼栋入口管道井内等地方，经常这些地方没有无线信号，电源走线也很不方便。对管网的水力平衡都是手动调节，要对各个管网回路的参数测量很不方便，对平衡阀进行操作本身也很不方便，水力平衡平衡效果评估非常困难，要将一个换热站进行平衡要花大量的时间。因此，现有系统中安装的数字锁定平衡阀和自力式压差平衡阀基本都没有进行水力平衡的调节，很难起到调节系统水力平衡的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种物联网平衡阀及其控制方法，该物联网平衡阀能够解决现有供暖系统二次网水力平衡评估困难、调节困难、调节时间长、调节完成后很难确认是否调节平衡问题。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
物联网平衡阀，包括两端分别为进口和出口的平衡阀体、安装在平衡阀体上的电机支架以及用于采集平衡阀体温度和流量同时控制平衡阀体开度的通信检测控制模块；
所述的电机支架上安装有减速机构、电机、压差变送器、光电编码器以及通信检测控制模块；
所述的平衡阀体内部设置有阀芯以及与阀芯紧配结合的铜套，在铜套内设置有螺杆，在螺杆顶端设置有减速机构，在减速机构的齿轮中心轴上安装有光电编码器；
所述的通信检测控制模块与远程服务器相连，该远程服务器根据通信检测控制模块采集到的信息分析计算平衡阀体的目标流量，并将目标流量信号通过网络发送给通信检测控制模块；
所述的通信检测控制模块与电机、光电编码器、压差变送器、温度传感器相连；
所述的电机与电源相连。
所述的减速机构通过联轴器与螺杆连接。
所述的通信检测控制模块包括安装在平衡阀体底部的测压阀、安装在平衡阀体上的压差变送器、安装在平衡阀体侧边的温度测量探头以及安装在压差变送器和测压阀之间的测压铜管；所述的测压阀有两个，分别与平衡阀体的进口和出口连通，用于测量平衡阀体阀前阀后压差；
所述的温度测量探头与通信检测控制模块相连，所述的测压阀通过测压铜管与压差变送器相连，压差变送器与通信检测控制模块相连。
所述的电机支架通过螺丝与平衡阀体连接，且在电机支架与平衡阀体之间设置有密封垫。
所述的电源采用外接电源或者12-24V移动电源。
在减速机构的上端安装有电动手动机构。
所述的通信检测控制模块通过433M无线自组网与3G、4G、GPRS、网口网关相连，进而与远程服务器进行通信。
所述的通信检测控制模块包含电源网络模块、射频模块、MCU模块、基准电压模块、电机控制模块、继电器、压差变送器接口以及光电编码器接口电路；
其中，射频模块与MCU模块相连，MCU模块的输出端与电机控制模块相连，电机控制模块与继电器相连，继电器的输出端与电机相连；
所述的MCU模块还与基准电压模块、压差变送器接口及光电编码器接口电路相连。
所述的电源网络模块包括电源接口，电源接口通过DC-DC模块与LDO模块连接，LDO模块给MCU模块、基准电压模块、光电编码器接口电路、电机控制模块供电；电源接口通过BOOST电路给压差变送器接口供电，外接电源经过DC-DC模块给射频模块以及继电器线圈供电，同时也给LDO模块供电。
一种物联网平衡阀的控制方法，包括以下步骤：压差变送器通过测压阀测量阀前阀后的压差，将压差信号转成电信号送到通信检测控制模块，该通信检测控制模块查询存储在内部的Kv曲线计算阀门流量，通过其内部的无线组网通信模块将流量信号送到无线组网网关，然后将流量信号远传到服务器端，服务器端经过算法分析计算，计算出平衡阀的目标流量，将目标流量信息发送给无线组网网关，无线组网网关再通过无线自组网网络根据地址信息发送到通信检测控制模块，通信检测控制模块将流量信息转换成物联网平衡阀的行程参数，控制电机转动，同时通信检测控制模块检测光电编码器的脉冲数目，以此来确定阀芯的行程；当检测到的物联网平衡阀的实际流量值与目标值一致时，通信检测控制模块控制电机停转，完成一次控制过程。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明由于本发明自身具有检测压差计算流量、温度检测、检测阀门行程、无线组网通信、电机控制功能，极大的提高了水力平衡的效率，并且能够实时在线评估平衡效果，在后台系统配合下，现场的平衡过程简单高效，为广泛水力平衡创造条件。与现有技术相比，本发明解决现有供暖系统二次网水力平衡评估困难、调节困难、调节时间长、调节完成后很难确认是否调节平衡问题。使用时通过通信检测控制模块采集平衡阀体的温度和阀前阀后压差，再通过储存在通信检测控制模块中的Kv曲线计算阀门流量，将采集到的信息通过通信检测控制模块发送到无线组网网关，然后再发送给服务器端，服务器端经过算法分析计算，计算出平衡阀的目标流量，将目标流量信息发送给无线组网网关，无线组网网关再通过无线自组网地址信息发送到物联网阀门的通信检测控制模块，通信检测控制模块根据目标流量，开大或关小阀门，再根据阀门的开度，查表得到阀门的Kv值，通过检测压差，计算实际流量，进行负反馈，最终使实际流量与目标流量相等；
更进一步，具体通过设置在进口和出口的两个测压阀实现平衡阀体阀前阀后压差的采集。
更进一步，本发明的电源采用外接电源或者移动电源使得平衡阀体安装的位置更加灵活。
本发明控制方法整个过程都是自动实现，现场系统通过无线自组网经无线网关与远程服务器通信，阀门的动作能够精确控制，整个管网水力平衡的评估为在线实时评估，因此实现管网自动快速水力平衡。
附图说明
图1为本发明物联网平衡阀的整体框图；
图2为本发明的平衡阀体结构示意图；
图3为本发明的通信检测控制模块结构框图。
其中，1、平衡阀体；2、阀芯；3、铜套；4、螺杆；5、电机支架；6、通信检测控制模块；7、电动手动机构；8、光电编码器；9、压差变送器；10、测压铜管；11、减速机构；12、测压阀；13、温度测量探头；14、电源接口，15、DC-DC模块，16、LDO模块，17、BOOST电路，18、射频模块，19、MCU模块，20、基准电压模块，21、22为电机控制模块，23、光电编码器接口电路，24、25、继电器，26、压差变送器接口，27、电机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细说明：
参见图1和图2，本发明物联网平衡阀包括两端分别为进口和出口的平衡阀体1、通过螺丝安装在平衡阀体1上的电机支架5以及用于采集平衡阀体1温度和流量同时控制平衡阀体开度的通信检测控制模块；在电机支架5与平衡阀体1之间设置有密封垫，该通信检测控制模块包括安装在平衡阀体1的底部的用于测量平衡阀体1阀前阀后压差的测压阀12、安装在电机支架5上的压差变送器9、安装在平衡阀体1侧边的温度测量探头13以及安装在压差变送器9和测压阀12之间的测压铜管10；温度测量探头13与通信检测控制模块6相连，测压阀12通过测压铜管10与压差变送器9相连，压差变送器9与通信检测控制模块6相连。
电机支架5上安装有减速机构11、电机27、压差变送器9、光电编码器8以及通信检测控制模块6，在减速机构11的上端安装有电动手动机构7。
平衡阀体1内部设置有阀芯2以及与阀芯2紧配结合的铜套3，在铜套3内设置有螺杆4，在螺杆4顶端设置有减速机构11，减速机构11通过联轴器与螺杆4连接，在减速机构11的齿轮中心轴上安装有光电编码器8；通信检测控制模块6对平衡阀体1上的温度、流量等信息进行采集，然后通过无线自组网将信息传送到无线网关，最后将数据传送到远程服务器端，远程服务器端对数据进行分析计算得出平衡阀体1的目标流量，并将目标流量传到无线网关，无线网关根据无线自组网中的网络地址将阀门的流量信息发送给通信检测控制模块6，通信检测控制模块具有精确的阀门行程检测，同时通信检测控制模块能够精确的控制阀门的行程，从而使阀门实际流量与目标流量一致，进而实现对阀门的精确控制，实现快速水力平衡，通信检测控制模块6与电机及光电编码器8相连；电机27与电源相连。电机27的供电采用外接电源或者移动电源。
本发明的物联网平衡阀的联网是通过自主开发的433M无线组网系统来进行组网，最后通过无线网关——网口或者2G、3G、4G网络连接到服务器端。
参见图3，通信检测控制模块6包含电源网络模块、射频模块18、MCU模块19、基准电压模块20、电机控制模块21、22、继电器24、25、压差变送器接口26以及光电编码器接口电路23；
其中，射频模块18与MCU模块19相连，MCU模块19的输出端与电机控制模块21、22相连，电机控制模块21、22与继电器24、25相连，继电器24、25的输出端与电机相连；MCU模块19还与基准电压模块20、压差变送器接口26及光电编码器接口电路23相连。
电源网络模块包括电源接口14、电源接口14通过DC-DC模块15与LDO模块16连接，LDO给MCU模块19、电压基准20、光电编码器接口23、电机驱动电路供电。电源接口14通过BOOST电路17给压差变送器接口26供电，外接电源进来后经过DC-DC给射频模块18以及继电器线圈供电，同时也给LDO模块16供电。
MCU模块19为通信检测控制模块的主控制器，与射频模块18通过SPI相连；电压基准20为MCU模块19内部的ADC提供基准电压源，电压基准的输出连接到MCU模块19的VREF脚；压差变送器通过压差变送器接口电路26连接到MCU内部的ADC中；光电编码器通过光电编码器接口电路23接到MCU的GPIO口上，MCU通过电机控制电路控制继电器进而控制电机转动。
本发明的工作原理：通信检测控制模块通过压差变送器测量阀前阀后的压差，将压差转为4-20mA信号，在压差变送器接口电路转换成电压信号送给MCU的ADC进行采样，再根据阀体的KV曲线计算阀体流量；通信检测控制模块上的射频模块通过无线自组网，将阀门的测量信息通过无线自组网传到无线网关再送到远程服务器，同时再将远程服务器分析处理后的正确流量信息通过无线网关再根据无线自组网中设备的地址信息发给物联网阀门的通信检测控制模块，通信检测控制模块的MCU控制电机控制电路进而控制继电器控制电机的正反转，同时MCU会检测光电编码器的旋转脉冲数，以此来确定阀芯的行程，当检测到的阀门流量和目标值一致时，通信检测控制模块控制电机停转，从而实现对平衡阀的控制。
具体为：平衡阀体1的左端为进水口，右端为出水口，平衡阀体1通过左端进水，右端出水，压差变送器9通过测压铜管10测量2个测压阀12即阀前阀后的压差，将压差信号转成4-20mA信号，这个4-20mA信号送到通信检测控制模块6，该通信检测控制模块6查询存储在内部的KV曲线计算阀门流量，通过其内部的无线组网通信模块将流量信号送到无线组网网关，然后将流量信号远传到服务器端，服务器端经过算法分析计算，计算出平衡阀的目标流量，将目标流量信息发送给无线组网网关，无线组网网关再通过无线自组网网络根据地址信息发送到物联网阀门的通信检测控制模块6，通信检测控制模块6将流量信息转换成阀门的行程参数，精确控制电机转动，同时通信检测控制模块6检测光电编码器的脉冲数目，以此来确定阀芯的行程，当检测到的阀门的流量和目标值一致时，通信检测控制模块6控制电机27停转，一次调节过程完成。
由于本方案阀门本身具有检测压差计算流量、温度检测、检测阀门行程、无线组网通信、电机控制功能，极大的提高了水力平衡的效率，并且可以实时在线评估平衡效果，在后台系统配合下，现场的平衡过程简单高效，为广泛水力平衡创造条件。

Claims (10)

1.物联网平衡阀，其特征在于：包括两端分别为进口和出口的平衡阀体(1)、安装在平衡阀体(1)上的电机支架(5)以及用于采集平衡阀体(1)温度和流量同时控制平衡阀体开度的通信检测控制模块(6)；
所述的电机支架(5)上安装有减速机构(11)、电机(27)、压差变送器(9)、光电编码器(8)以及通信检测控制模块(6)；
所述的平衡阀体(1)内部设置有阀芯(2)以及与阀芯(2)紧配结合的铜套(3)，在铜套(3)内设置有螺杆(4)，在螺杆(4)顶端设置有减速机构(11)，在减速机构(11)的齿轮中心轴上安装有光电编码器(8)；
所述的通信检测控制模块(6)与远程服务器相连，该远程服务器根据通信检测控制模块(6)采集到的信息分析计算平衡阀体(1)的目标流量，并将目标流量信号通过网络发送给通信检测控制模块(6)；
所述的通信检测控制模块(6)与电机(27)、光电编码器(8)、压差变送器(9)、温度传感器(13)相连；
所述的电机(27)与电源相连。
2.根据权利要求1所述的物联网平衡阀，其特征在于：所述的减速机构(11)通过联轴器与螺杆(4)连接。
3.根据权利要求1所述的物联网平衡阀，其特征在于：所述的通信检测控制模块(6)包括安装在平衡阀体(1)的底部的测压阀(12)、安装在平衡阀体(1)上的压差变送器(9)、安装在平衡阀体(1)侧边的温度测量探头(13)以及安装在压差变送器(9)和测压阀(12)之间的测压铜管(10)；所述的测压阀(12)有两个，分别与平衡阀体(1)的进口和出口连通，用于测量平衡阀体(1)阀前阀后压差；
所述的温度测量探头(13)与通信检测控制模块(6)相连，所述的测压阀(12)通过测压铜管(10)与压差变送器(9)相连，压差变送器(9)与通信检测控制模块(6)相连。
4.根据权利要求1所述的物联网平衡阀，其特征在于：所述的电机支架(5)通过螺丝与平衡阀体(1)连接，且在电机支架(5)与平衡阀体(1)之间设置有密封垫。
5.根据权利要求1所述的物联网平衡阀，其特征在于：所述的电源采用外接电源或者12-24V移动电源。
6.根据权利要求1所述的物联网平衡阀，其特征在于：在减速机构(11)的上端安装有电动手动机构(7)。
7.根据权利要求1所述的物联网平衡阀，其特征在于：所述的通信检测控制模块(6)通过433M无线自组网与3G、4G、GPRS、网口网关相连，进而与远程服务器进行通信。
8.根据权利要求1所述的物联网平衡阀，其特征在于：所述的通信检测控制模块(6)包含电源网络模块、射频模块(18)、MCU模块(19)、基准电压模块(20)、电机控制模块(21、22)、继电器(24、25)、压差变送器接口(26)以及光电编码器接口电路(23)；
其中，射频模块(18)与MCU模块(19)相连，MCU模块(19)的输出端与电机控制模块(21、22)相连，电机控制模块(21、22)与继电器(24、25)相连，继电器(24、25)的输出端与电机相连；
所述的MCU模块(19)还与基准电压模块(20)、压差变送器接口(26)及光电编码器接口电路(23)相连。
9.根据权利要求8所述的物联网平衡阀，其特征在于：所述的电源网络模块包括电源接口(14)，电源接口(14)通过DC-DC模块(15)与LDO模块(16)连接，LDO模块(16)给MCU模块(19)、基准电压模块(20)、光电编码器接口电路(23)、电机控制模块(21、22)供电；电源接口(14)通过BOOST电路(17)给压差变送器接口(26)供电，外接电源经过DC-DC模块(15)给射频模块(18)以及继电器(24、25)线圈供电，同时也给LDO模块(16)供电。
10.一种物联网平衡阀的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：压差变送器(9)通过测压阀(12)测量阀前阀后的压差，将压差信号转成电信号送到通信检测控制模块(6)，该通信检测控制模块(6)查询存储在内部的Kv曲线计算阀门流量，通过其内部的无线组网通信模块将流量信号送到无线组网网关，然后将流量信号远传到服务器端，服务器端经过算法分析计算，计算出平衡阀的目标流量，将目标流量信息发送给无线组网网关，无线组网网关再通过无线自组网网络根据地址信息发送到通信检测控制模块(6)，通信检测控制模块(6)将流量信息转换成物联网平衡阀的行程参数，控制电机(27)转动，同时通信检测控制模块(6)检测光电编码器(8)的脉冲数目，以此来确定阀芯(2)的行程；当检测到的物联网平衡阀的实际流量值与目标值一致时，通信检测控制模块(6)控制电机(27)停转，完成一次控制过程。
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