CN105444425B - 远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器，所述恒温燃气热水器包括有一个冷水入水口和两个热水出水口，采用由水阀控制两路热水流量相对值的方法远程调节恒温燃气热水器的出口热水温度；当第一热水出水口的出口热水流量相对增大、第二热水出水口的出口热水流量相对减小时，提高出口热水温度，反之，降低出口热水温度。恒温燃气热水器的温度控制采用PID结合入口冷水温度前馈补偿的算法，减小了入口冷水温度变化对恒温燃气热水器的出口热水温度的干扰，提高了控制精度。所述方法无需有线或者无线遥控器，能够实现恒温燃气热水器热水温度的远程调节，控制结果稳定可靠。

Description

远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器

技术领域

本发明涉及一种恒温燃气热水器控制技术，尤其是一种远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器。

背景技术

恒温燃气热水器如果温度设定不合适，给人带来很大不便，特别是在淋浴时，不带无线遥控或者远距离线控的恒温燃气热水器温度无法调节，用混水阀添加冷水又容易导致恒温燃气热水器熄火。采用无线遥控调节恒温燃气热水器温度，受安装位置的限制，很多场合遥控器信号无法传送至恒温燃气热水器。采用远距离线控方式时，专用的防水有线遥控器成本高，需要预先埋线，长期在浴室等潮湿环境下工作，电子式的有线遥控器故障率高。

发明内容

本发明的目的是为远距离控制恒温燃气热水器的热水温度提供一种解决方案，即能够远距离调节温度的恒温燃气热水器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器，包括：

所述恒温燃气热水器包括有控制器、第一流量传感器、第二流量传感器、第一热水出水口、第二热水出水口、冷水进水口、热交换器、冷水温度传感器、热水温度传感器、燃气流量控制驱动模块。所述恒温燃气热水器由冷水管连接在冷水进水口和热交换器之间；第一热水管的一端连接至第一热水出水口，另外一端连通至主热水管出水端；第二热水管的一端连接至第二热水出水口，另外一端连通至主热水管出水端；主热水管的入水端连接至热交换器。

所述第一流量传感器安装在第一热水出水口之前，用于检测第一热水出水口的出口热水流量；所述第二流量传感器安装在第二热水出水口之前，用于检测第二热水出水口的出口热水流量；所述冷水温度传感器安装在冷水进水口之后，用于检测冷水进水口的入口冷水温度；所述热水温度传感器安装在热交换器之后，用于检测恒温燃气热水器的出口热水温度。

所述第一流量传感器与控制器之间有电连接，用于将第一热水出水口的出口热水流量信号传递至控制器；所述第二流量传感器与控制器之间有电连接，用于将第二热水出水口的出口热水流量信号传递至控制器；所述冷水温度传感器与控制器之间有电连接，用于将冷水进水口的入口冷水温度信号传递至控制器；所述热水温度传感器与控制器之间有电连接，用于将恒温燃气热水器的出口热水温度信号传递至控制器；所述燃气流量控制驱动模块与控制器之间有电连接，用于控制器通过燃气流量控制驱动模块控制改变燃气阀门的开度。

所述恒温燃气热水器调节温度的方法是：

恒温燃气热水器的温度设定值由第一热水出水口、第二热水出水口的出口热水流量的相对大小控制；当第一热水出水口的出口热水流量相对增大、第二热水出水口的出口热水流量相对减小时，增大温度设定值；当第一热水出水口的出口热水流量相对减小、第二热水出水口的出口热水流量相对增大时，减小温度设定值。

控制器中包括有温度控制器和补偿控制器。

温度控制器根据温度设定值与恒温燃气热水器的出口热水温度之间的偏差值计算得到燃气阀门的开度给定值，温度控制器的控制算法采用PID算法。

补偿控制器根据冷水进水口的入口冷水温度计算得到燃气阀门的开度补偿值，对燃气阀门的开度进行前馈补偿。

燃气阀门的开度控制值为开度给定值和开度补偿值之和；控制器根据开度控制值对燃气阀门的开度进行控制，从而改变热交换器的热交换功率，维持温燃气热水器的出口热水温度稳定。

所述第一热水出水口、第二热水出水口的出口热水流量由混水阀调节改变；所述混水阀的2个入水口分别由水管连接至恒温燃气热水器的第一热水出水口、第二热水出水口。

所述第一热水出水口、第二热水出水口的出口热水流量分别由第一调节阀、第二调节阀调节改变；所述第一调节阀的入水口经水管连接至恒温燃气热水器的第一热水出水口，第二调节阀的入水口经水管连接至恒温燃气热水器的第二热水出水口；所述第一调节阀、第二调节阀的出水口连通为一个出水端。

所述温度设定值按照式

进行计算，其中，T0是恒温燃气热水器的温度设定值，Q1、Q2分别是是第一热水出水口、第二热水出水口的出口热水流量，T1是中心温度设定值，K是温度调节范围系数。

所述控制器进行温度调节控制的方法是：

步骤S1，初始化；

步骤S2，对第一热水出水口、第二热水出水口的出口热水流量进行采样；对冷水进水口的入口冷水温度和恒温燃气热水器的出口热水温度进行采样；

步骤S3，计算温度设定值；

步骤S4，计算燃气阀门的开度给定值；计算燃气阀门的开度补偿值；计算燃气阀门的开度控制值；

步骤S5，根据燃气阀门的开度控制值改变燃气阀门的开度，控制恒温燃气热水器的出口热水温度；

步骤S6，其他处理及等待；下一次采样时刻到时，转到步骤S2。

所述恒温燃气热水器还包括水管，以及电源模块、风机控制驱动模块、点火控制与火焰检测模块。

本发明的有益效果是，无需有线或者无线遥控器，采用通过水阀控制两路热水流量改变温度设定值，实现恒温燃气热水器热水温度的远程调节；结合入口冷水温度补偿自动控制温度的方法，减小了入口冷水温度变化对恒温燃气热水器的出口热水温度的干扰，减轻了温度控制器的控制负担，提高了控制精度。

附图说明

图1为远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器的系统实施例1结构框图。

图2为远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器的系统实施例2结构框图。

图3为恒温燃气热水器检测控制电路原理框图。

图4为恒温燃气热水器的控制系统原理框图。

图5为温度调节控制流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器的系统实施例1结构框图如图1所示，其中，恒温燃气热水器包括热交换器101、第一流量传感器201、第二流量传感器202、第一热水出水口203、第二热水出水口204、冷水进水口205、冷水温度传感器206、热水温度传感器207、冷水管401、主热水管402、第一热水管403、第二热水管404；以及与恒温燃气热水器共同实现远程调节温度的混水阀301、第一连接水管405、第二连接水管406、混合热水管407、出水喷头302。

所述恒温燃气热水器有1个冷水进水口和2个热水出水口，冷水管401连接在冷水进水口205和热交换器101之间；第一热水管403的一端连接至第一热水出水口203，另外一端连通至主热水管402出水端；第二热水管404的一端连接至第二热水出水口204，另外一端连通至主热水管402出水端；主热水管402的入水端连接至热交换器101。

所述第一流量传感器201安装在第一热水出水口203之前，用于检测第一热水出水口的出口热水流量；所述第二流量传感器202安装在第二热水出水口204之前，用于检测第二热水出水口的出口热水流量；所述冷水温度传感器206安装在冷水进水口205之后；所述热水温度传感器207安装在热交换器101之后。具体来说，第一流量传感器201安装在第一热水管403上，第二流量传感器202安装在第二热水管404上，冷水温度传感器206安装在冷水管401上，热水温度传感器207安装在主热水管402上。

混水阀301的2个进水口分别由第一连接水管405、第二连接水管406连接至恒温燃气热水器的第一热水出水口203、第二热水出水口204；混水阀301的出水口由混合热水管407连接至出水喷头302。混水阀301为冷水、热水混水阀时，第一连接水管405连接至混水阀301的热水入水口，第二连接水管406连接至混水阀301的冷水入水口。

远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器的系统实施例2结构框图如图2所示，与实施例1的不同之处在于，使用第一调节阀303、第二调节阀304代替混水阀301；第一调节阀303的入水口经第一连接水管405连接至恒温燃气热水器的第一热水出水口203，第二调节阀304的入水口经第二连接水管406连接至恒温燃气热水器的第二热水出水口204。第一调节阀303、第二调节阀304的出水口连通为一个出水端与混合热水管407相连接。

所述恒温燃气热水器还包括有控制器210、燃气流量控制驱动模块211，恒温燃气热水器检测控制电路原理框图如图3所示。第一流量传感器201设有第一流量信号输出端OUT1，用于检测第一热水出水口203的出口热水流量，第一流量信号为电信号，信号类型是脉冲频率，或者是电压，又或者是电流。第二流量传感器202设有第二流量信号输出端OUT2，用于检测第二热水出水口204的出口热水流量，第二流量信号为电信号，信号类型是脉冲频率，或者是电压，又或者是电流。冷水温度传感器206设有冷水温度信号输出端OUT3，用于检测冷水进水口205的入口冷水温度，冷水温度信号为电信号，信号类型是数字信号，或者是电压，又或者是电流。热水温度传感器207设有热水温度信号输出端OUT5，用于检测恒温燃气热水器的出口热水温度，热水温度信号为电信号，信号类型是数字信号，或者是电压，又或者是电流。

燃气流量控制驱动模块211设有燃气阀驱动信号输入端IN4，用于驱动控制燃气阀门的开度，燃气阀驱动信号为电信号，信号类型是PWM脉冲，或者是电压，又或者是电流。

控制器210设有第一流量信号输入端IN1、第二流量信号输入端IN2、冷水温度信号输入端IN3、热水温度信号输入端IN5、燃气阀驱动信号输出端OUT4；第一流量信号输入端IN1、第二流量信号输入端IN2、冷水温度信号输入端IN3、热水温度信号输入端IN5分别连接至第一流量信号输出端OUT1、第二流量信号输出端OUT2、冷水温度信号输出端OUT3、热水温度信号输出端OUT5，燃气阀驱动信号输出端OUT4连接至燃气阀驱动信号输入端IN4。

所述恒温燃气热水器的控制系统原理框图如图4所示，控制原理如下：

温度设定值T0由第一热水出水口203、第二热水出水口204的出口热水流量的相对大小控制。设第一热水出水口203、第二热水出水口204的出口热水流量分别是Q1、Q2，则当Q1相对增大、Q2相对减小时，温度设定值T0增大；当Q1相对减小、Q2相对增大时，温度设定值T0减小。温度设定值T0按照式

进行计算，其中，T1是中心温度设定值，K是温度调节范围系数。热水器的水温控制区间通常是在30℃至80℃之间。例如选择T1＝55℃，K＝20，温度设定值T0被控制在35℃至75℃。温度设定值T0增大，则恒温燃气热水器的出口热水温度提高；温度设定值T0减小，则恒温燃气热水器的出口热水温度降低。

控制器210中的温度控制器根据温度设定值T0与热水温度T之间的偏差值E计算得到燃气阀门的开度给定值R1，温度控制器的控制算法采用PID算法。

控制器210中的补偿控制器根据冷水进水口205的入口冷水温度T2，计算得到燃气阀门的开度补偿值R2，对燃气阀门的开度进行前馈补偿。补偿控制的原理是：当冷水进水口205的入口冷水温度降低时，增大燃气阀门的开度补偿值R2；当冷水进水口205的入口冷水温度增大时，减小燃气阀门的开度补偿值R2。补偿控制减小了入口冷水温度变化对恒温燃气热水器的出口热水温度的干扰，减轻了温度控制器的控制负担，提高了控制精度。

开度补偿值R2按照式

R2＝K1·(T3-T2)

进行计算，其中，T3是补偿基准温度值，取值区间为30～40，典型值为35；K1是叠加补偿系数，取值区间为0～0.03，典型值为0.02。

燃气阀门的开度控制值R为开度给定值R1和燃气阀门的开度补偿值R2之和，控制器210根据开度控制值R对燃气阀门的开度进行控制，从而改变热交换器的热交换功率P，维持温燃气热水器的出口热水温度稳定。R按照式

进行计算，其中Rmin为燃气阀门的最小开度控制值，取值区间为0～0.5。

所述流量Q1、Q2的单位为L/min；温度设定值T0、中心温度设定值T1、热水温度T、入口冷水温度T2、补偿基准温度值T3的单位为℃。

所述控制器210由微控制器和外围电路组成。微控制器优选单片机，或者选择ARM、DSP等其他器件。

当第一流量信号、第二流量信号的信号类型为脉冲频率时，第一流量信号输入端IN1、第二流量信号输入端IN2为微控制器内部计数器的计数输入端。

当冷水温度传感器206输出的冷水温度信号和热水温度传感器207输出的热水温度信号为数字信号时，冷水温度信号输入端IN3、热水温度信号输入端IN5为微控制器内部与冷水温度传感器206、热水温度传感器207输出接口匹配的相应接口。

当第一流量信号、第二流量信号、冷水温度信号、热水温度信号中的部分或者全部为模拟信号，即为电压，或者是电流时，第一流量信号输入端IN1、第二流量信号输入端IN2、冷水温度信号输入端IN3、热水温度信号输入端IN5中相应的端口为A/D转换器的模拟信号输入端。所述A/D转换器受微控制器控制并由微控制器读取数据，优选地，所述A/D转换器包括在微控制器内部。

所述燃气流量控制驱动模块211由燃气比例阀和相关驱动电路组成，燃气阀驱动信号优选PWM脉冲。当燃气流量控制驱动模块211由PWM脉冲控制燃气阀门的开度时，PWM脉冲的占空比即为燃气阀门的开度控制值R；R＝1时，PWM脉冲的占空比为100％；R＝0.5时，PWM脉冲的占空比为50％。前述Rmin的作用一是避开燃气比例阀的控制死区；二是维持燃气的最小流量，避免燃气热水器熄火。

所述恒温燃气热水器还包括风机控制驱动模块、点火控制与火焰检测模块等。进一步地，所述恒温燃气热水器还选择性地包括温度值显示模块、风压检测模块、蜂鸣器模块中的部分模块或者全部模块。

所述恒温燃气热水器还包括有电源模块，用于向控制器210、第一流量传感器201、第二流量传感器202、冷水温度传感器206、热水温度传感器207、燃气流量控制驱动模块211以及其他模块供电。

控制器210进行温度调节控制的流程如图5所示，温度调节方法的步骤是：

步骤S1，初始化；

步骤S2，对第一热水出水口203、第二热水出水口204的出口热水流量Q1、Q2进行采样；对冷水进水口205的入口冷水温度T2和恒温燃气热水器的出口热水温度T进行采样；

步骤S3，计算温度设定值T0；

步骤S4，计算燃气阀门的开度给定值R1；计算燃气阀门的开度补偿值R2；计算燃气阀门的开度控制值R；

步骤S5，根据R改变燃气阀门的开度，改变热交换器功率，控制恒温燃气热水器的出口热水温度T；

步骤S6，其他处理及等待；下一次采样时刻到时，转到步骤S2。

控制器210除控制恒温燃气热水器的出口热水温度T外，还要进行其他控制。所述其他处理及等待，包括控制器210需要完成的风机控制驱动、点火控制等，以及等待。

所述下一次采样时刻到时的控制，控制器210采用软件延时，或者是定时器定时实现。

所述第一流量传感器201、第二流量传感器202优选同一类型、同一量程范围的水流量传感器。进一步地，所述第一流量传感器201、第二流量传感器202优选采用低成本的、输出信号类型为脉冲频率的霍尔水流量传感器。

所述热水温度传感器207优选带数字信号输出接口的集成一体化传感器。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器，其特征在于：

所述恒温燃气热水器包括有控制器、第一流量传感器、第二流量传感器、第一热水出水口、第二热水出水口、冷水进水口、热交换器、冷水温度传感器、热水温度传感器、燃气流量控制驱动模块；

所述第一流量传感器安装在第一热水出水口之前，用于检测第一热水出水口的出口热水流量；所述第二流量传感器安装在第二热水出水口之前，用于检测第二热水出水口的出口热水流量；所述冷水温度传感器安装在冷水进水口之后，用于检测冷水进水口的入口冷水温度；所述热水温度传感器安装在热交换器之后，用于检测恒温燃气热水器的出口热水温度；

所述第一流量传感器与控制器之间有电连接，用于将第一热水出水口的出口热水流量信号传递至控制器；所述第二流量传感器与控制器之间有电连接，用于将第二热水出水口的出口热水流量信号传递至控制器；所述冷水温度传感器与控制器之间有电连接，用于将冷水进水口的入口冷水温度信号传递至控制器；所述热水温度传感器与控制器之间有电连接，用于将恒温燃气热水器的出口热水温度信号传递至控制器；所述燃气流量控制驱动模块与控制器之间有电连接，用于控制器通过燃气流量控制驱动模块控制改变燃气阀门的开度；

所述恒温燃气热水器由冷水管连接在冷水进水口和热交换器之间；第一热水管的一端连接至第一热水出水口，另外一端连通至主热水管出水端；第二热水管的一端连接至第二热水出水口，另外一端连通至主热水管出水端；主热水管的入水端连接至热交换器；

所述第一热水出水口、第二热水出水口分别由的出口热水流量由混水阀调节改变，混水阀的2个入水口分别由水管连接至恒温燃气热水器的第一热水出水口、第二热水出水口；或者是，第一热水出水口、第二热水出水口的出口热水流量分别由第一调节阀、第二调节阀调节改变，第一调节阀的入水口经水管连接至恒温燃气热水器的第一热水出水口，第二调节阀的入水口经水管连接至恒温燃气热水器的第二热水出水口，第一调节阀、第二调节阀的出水口连通为一个出水端；

所述恒温燃气热水器调节温度的方法是：

恒温燃气热水器的温度设定值由第一热水出水口、第二热水出水口的出口热水流量的相对大小控制；当第一热水出水口的出口热水流量相对增大、第二热水出水口的出口热水流量相对减小时，增大温度设定值；当第一热水出水口的出口热水流量相对减小、第二热水出水口的出口热水流量相对增大时，减小温度设定值；

控制器中包括有温度控制器和补偿控制器；

温度控制器根据温度设定值与恒温燃气热水器的出口热水温度之间的偏差值计算得到燃气阀门的开度给定值，温度控制器的控制算法采用PID算法；

补偿控制器根据冷水进水口的入口冷水温度计算得到燃气阀门的开度补偿值，对燃气阀门的开度进行前馈补偿；

燃气阀门的开度控制值为开度给定值和开度补偿值之和；控制器根据开度控制值对燃气阀门的开度进行控制，从而改变热交换器的热交换功率，维持温燃气热水器的出口热水温度稳定。

2.如权利要求1所述的远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器，其特征在于：所述温度设定值按照式

进行计算，其中，T0是恒温燃气热水器的温度设定值，Q1、Q2分别是是第一热水出水口、第二热水出水口的出口热水流量，T1是中心温度设定值，K是温度调节范围系数。

3.如权利要求2所述的远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器，其特征在于：所述T1＝55℃，K＝20。

4.如权利要求2所述的远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器，其特征在于：所述控制器进行温度调节控制的方法是：

步骤S1，初始化；

步骤S2，对第一热水出水口、第二热水出水口的出口热水流量进行采样；对冷水进水口的入口冷水温度和恒温燃气热水器的出口热水温度进行采样；

步骤S3，计算温度设定值；

步骤S4，计算燃气阀门的开度控制值；计算燃气阀门的开度补偿值；计算燃气阀门的开度控制值；

步骤S5，根据燃气阀门的开度控制值改变燃气阀门的开度，控制恒温燃气热水器的出口热水温度；

步骤S6，其他处理及等待；下一次采样时刻到时，转到步骤S2。

5.如权利要求4所述的远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器，其特征在于：所述其他处理及等待，是控制器除进行恒温燃气热水器的温度调节外，还要进行的恒温燃气热水器的其他控制，以及等待。

6.如权利要求1所述的远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器，其特征在于：所述开度补偿值R2按照式

R2＝K1·(T3-T2)

进行计算，其中，R2为开度补偿值；T3是补偿基准温度值，取值区间为30～40℃；K1是叠加补偿系数，取值区间为0～0.03。

7.如权利要求6所述的远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器，其特征在于：所述燃气阀门的开度控制值为开度给定值和开度补偿值之和，开度控制值按照式

进行计算，其中，R为开度控制值；R1为开度给定值；Rmin为燃气阀门的最小开度控制值，取值区间为0～0.5。

8.如权利要求1所述的远程调节温度和带冷水温度补偿控制的恒温燃气热水器，其特征在于：所述恒温燃气热水器还包括水管，以及电源模块、风机控制驱动模块、点火控制与火焰检测模块。