CN107489800B - 一种物联网智能水力平衡阀 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种物联网智能水力平衡阀。是在带有温度传感器的阀体上加装无线自组网执行器，上电便自动自组形成局域无线通讯网络，使得每个执行器子节点通过路由的方式与自组网主模块通讯。执行器通过阀体上的温度传感器实时采集管道内流体的温度数据，然后执行器将此本地数据传输到无线自组网主模块，主模块通过RS485将数据传输至GPRS DTU模块。将数据传输至后台云计算服务器，将数据进行分析处理。并将分析处理的数据回传给无线自组网执行器，执行器接收到回传的数据后，控制阀体内阀芯转动，从而实现温度调节。本发明通过无线自组网模块的执行器实现温度和流量调节。适宜作为组网功能的水利平衡阀应用。

Description

一种物联网智能水力平衡阀

技术领域

本发明专利提出的是基于物联网云计算控制系统的一种物联网智能水力平衡阀。

背景技术

传统实现水力平衡的方法一般是在管路系统中加装平衡阀，使用专用测量设备和专业的测试人员对每个平衡阀进行测量，然后再依据特有的计算理论和调试方法将系统中的每个平衡阀调试到计算的位置，此种方法不仅要花费大量的时间和人力进行测量，而且系统中一旦发生变化则需要重新进行测量、计算和调试，调试过程繁琐，成本高。

另有水力平衡系统使用具有GPRS的物联网平衡阀，此种阀门是在每个执行机构上加装GPRS模块，可以通过移动通讯网络将数据传输并自动调试，但由于GPRS模块必须安装在信号较好的位置才能进行数据传输，而通常这种阀门应用的工况都在GPRS信号不稳定的地下室或者地井内，所以会出现数据无法传输，不能实时控制系统平衡的问题。

发明内容

针对目前水力平衡调试的缺点和难点，本发明提出了一种物联网智能水力平衡阀。该阀采用装有无线自组网模块的执行器与带有温度传感器的阀体相连接，通过温度传感器实时采集管道内流体的温度数据，然后利用本地自组网络将数据传送至GPRS_DTU，GPRS_DTU再将数据传送至云端服务器，云端服务器通过内部的平衡控制逻辑对数据进行分析处理，并将计算处理后的控制数据回传到每个装有无线自组网模块的执行器上，利用云端服务器实现对执行器的数据采集和智能控制，执行器接收到控制信号后，控制阀体内阀芯转动，进而调节阀体开度对管道进行流量调节，解决流量调节和温度调节的技术问题。

本发明解决技术问题采用的方案是：

物联网智能水力平衡阀是在带有温度传感器的阀体上加装无线自组网执行器，此无线自组网执行器一旦上电，便自动自组形成局域无线通讯网络，使得每个无线自组网执行器子节点通过路由的方式与自组网主模块通讯，每个无线自组网执行器子节点既是手机或电脑终端，作为中继设备转发信息；无线自组网执行器通过阀体上的温度传感器实时采集管道内流体的温度数据，然后无线自组网执行器将此本地数据传输到自组网主模块，自组网主模块通过RS485将数据传输至GPRS DTU模块，GPRS DTU模块将数据传输至后台云计算服务器，后台云计算服务器将数据进行分析处理，并将分析处理的数据回传给无线自组网执行器，无线自组网执行器接收到回传的数据后，控制阀体内阀芯转动，进而调节阀体开度对管道进行流量调节与温度调节。

在阀体内通过阀杆装有阀芯，在阀体上部装有阀盖组件，阀芯下部装有底盖组件，在阀芯一侧装有阀座组件，在阀体上设有螺纹孔，测温接头通过螺纹孔连接在阀体上，测温接头内部设有硅胶圆柱棒，温度传感器与测温接头连接。

在阀体上装有焊接配流盘，焊接配流盘装在阀芯上，在阀芯四方向分别设有限位挡块。

在阀座组件上设有阀座支座和阀座，其中阀座支座上设有凹槽，阀座置于阀座支座的凹槽内，阀座组件通过压紧螺母安装在阀体内。

无线自组网执行器通过执行器支架与阀盖组件连接，其中阀盖组件上具有定位销孔，执行器支架上具有与定位销孔配合的突起的定位轴，执行器主轴通过连接件与阀杆连接。

其中，阀座组件是将阀座放入到阀座支座的凹槽中，其端面与阀座支座的端面靠紧。在车床上使用滚压刀具，将阀座支座突出阀座的材料向阀座支座轴心滚压，直到将突出的材料滚压变形至阀座支座轴心垂直的状态。

阀芯通过阀杆入水口一侧的流道口安装到阀体的中心部分，底盖组件通过阀体下方的螺纹旋进阀体，并且从阀芯的下端圆孔内穿入，从阀体上方依次装入阀杆、阀盖组件，其中阀杆底侧圆轴穿入阀芯上端的圆孔之中，阀盖组件从阀杆上方穿入，通过螺栓与阀体连接；阀座组件放到压紧螺母内，通过压紧螺母外圆处的螺纹，整体旋紧固定在阀芯的一侧。测温接头内部具有加长的硅胶圆柱棒，通过螺纹与阀体连接，温度传感器插入到测温接头中，并用力刺穿硅胶圆柱棒，将温度传感器下端的探针深入到阀体的流道中，将温度传感器的电缆线通过无线自组网执行器的防水接头接在无线自组网执行器电路板中的温度采集端子上，实现管道温度的实时采集；当温度传感器下端的探针刺穿硅胶圆柱棒的中心后，由于硅胶圆柱棒具有回弹特性，从而起到密封作用，实现带压插拔的功能，用户可随时拆卸温度传感器；

阀芯采用半球式阀芯结构，阀门调节固有流量特性曲线的V形窗口采用铸造一体化结构，并且为了满足实际使用中不同固有流量特性曲线的需求，在阀芯内侧增加焊接配流盘零件。

阀体具有限位功能的限位挡块，阀芯具有限位功能的限位挡块，当阀芯回转90°时，阀芯的限位挡块会接触到阀体的限位挡块上，保证阀芯只在规定的角度内回转，以免安装时出现阀芯与阀体位置装错的问题。

无线自组网执行器的连接件内孔自上向下套在阀杆外侧，其中阀杆外形与连接件内孔的四面中有一面均为圆弧形状，所以阀杆与连接件的安装方向是唯一确定的。其中阀盖组件上具有定位销孔，执行器支架上具有突起的定位轴。执行器支架与阀盖组件连接时，将执行器支架上的定位轴插入到阀盖组件的定位销孔中，直到执行器支架与阀盖组件的端面贴合并用螺钉紧固，此时执行器的安装方向是唯一的。防止了安装无线自组网执行器时出现装反、装错的情况。

积极效果，本发明采用装有无线自组网模块的执行器与带有温度传感器的阀体相连接，通过温度传感器实时采集管道内流体的温度数据，然后利用本地自组网络将数据传送至GPRS DTU模块，再将数据传送至后台云计算服务器。适宜作为组网功能的水力平衡阀应用。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明中阀体的结构剖面示意图；

图3为本发明阀芯示意图；

图4为本发明阀体与执行器局部设置示意图。

图中，01.后台云计算服务器，02.GPRS DTU模块，03.无线自组网主模块，04.无线自组网执行器，05.手机或电脑终端，06.带有温度传感器的阀体，1.阀杆，2.阀芯，2A.焊接配流盘,3.阀体，3A.限位挡块，4.阀盖组件，5.底盖组件，6.阀座组件，6A.阀座支座，6B.阀座，7.温度传感器，8.测温接头，9.硅胶圆柱棒，10.压紧螺母，11.执行器支架，11A.定位轴，12.连接件。

实施方式

如图所示，物联网智能水力平衡阀是在带有温度传感器的阀体06上加装无线自组网执行器04，此无线自组网执行器04一旦上电，便自动自组形成局域无线通讯网络，使得每个无线自组网执行器04子节点通过路由的方式与自组网主模块03通讯，每个无线自组网执行器04子节点既是终端设备，又可以作为中继设备转发信息。无线自组网执行器04通过阀体上的温度传感器实时采集管道内流体的温度数据，然后无线自组网执行器04将此本地数据传输到无线自组网主模块03，无线自组网主模块03通过RS485将数据传输至GPRS DTU模块02。GPRS DTU模块02将数据传输至后台云计算服务器01，后台云计算服务器01将数据进行分析处理。并将分析处理的数据回传给无线自组网执行器04，无线自组网执行器04接收到回传的数据后，控制阀体3内阀芯2转动，进而调节阀体3开度对管道进行流量调节，从而实现温度调节。

其中无线自组网执行器即采用市电供电或锂电池供电。

在阀体3内通过阀杆1装有阀芯2，在阀体3上部装有阀盖组件4，阀芯2下部装有底盖组件5，在阀芯2一侧装有阀座组件6，在阀体3上设有螺纹孔，测温接头8通过螺纹孔连接在阀体3上，测温接头8内部设有硅胶圆柱棒9，温度传感器7与测温接头8连接。

在阀体3上装有焊接配流盘2A，焊接配流盘装在阀芯2上，在阀芯2四方向分别设有限位挡块。

在阀座组件6上设有阀座支座6A和阀座6B，其中阀座支座6A上设有凹槽，阀座6B置于阀座支座6A的凹槽内，阀座组件6通过压紧螺母10安装在阀体3内。

无线自组网执行器通过执行器支架11与阀盖组件4连接，其中阀盖组件4上具有定位销孔，执行器支架11上具有与定位销孔配合的突起的定位轴11A，执行器主轴通过连接件12与阀杆1连接。

其中GPRS DTU模块02采用外置安装方式，保证了信号传输的稳定性。彻底避免了执行器对GPRS信号的依赖。云计算服务器提供http协议访问接口，方便电脑和移动设备对云端服务器的访问，使水力平衡调试更智能、更灵活、更可靠。

其中无线自组网执行器04具备RS485总线通讯功能，采用标准Modbus协议，利用RS485通讯接口可远程对执行器参数读取和设制。此外，无线自组网执行器04还具有NFC近场通讯功能，可通过手机APP执行器的参数读取和设置。

其中阀座组件6是将阀座6B放入到阀座支座6A的凹槽中，其端面与阀座支座6A的端面靠紧。在车床上使用滚压刀具，将阀座支座6A突出阀座6B的材料向阀座支座6A轴心滚压，直到将突出的材料滚压变形至阀座支座6A轴心垂直的状态。

阀芯2通过阀杆1入水口一侧的流道口安装到阀体3的中心部分，底盖组件5通过阀体3下方的螺纹旋进阀体3，并且从阀芯2的下端圆孔内穿入。从阀体3上方依次装入阀杆1、阀盖组件4，其中阀杆1底侧圆轴穿入阀芯2上端的圆孔之中，阀盖组件4从阀杆1上方穿入，通过螺栓与阀体3连接。阀座组件6放到压紧螺母10内，通过压紧螺母10外圆处的螺纹，整体旋紧固定在阀芯2的一侧。测温接头8内部具有加长的硅胶圆柱棒9，通过螺纹与阀体3连接，温度传感器7插入到测温接头8中，并用力刺穿硅胶圆柱棒9，将温度传感器7下端的探针深入到阀体3的流道中，将温度传感器7的电缆线通过无线自组网执行器04的防水接头接在无线自组网执行器04电路板中的温度采集端子上，实现管道温度的实时采集。由于硅胶圆柱棒9具有一定的弹性，当温度传感器7下端的探针刺穿硅胶圆柱棒9的中心后，由于硅胶圆柱棒9具有回弹特性，从而起到密封作用，实现带压插拔的功能，用户可随时拆卸温度传感器7。

阀芯2采用半球式阀芯结构。阀门调节固有流量特性曲线的V形窗口采用铸造一体化结构。并且为了满足实际使用中不同固有流量特性曲线的需求，可以在阀芯2内侧增加焊接配流盘2A零件。

阀体3具有限位功能的限位挡块3A，阀芯2具有限位功能的限位挡块，当阀芯2回转90°时，阀芯2的限位挡块2A会接触到阀体3的限位挡块3A上，保证阀芯2只在规定的角度内回转，以免安装时出现阀芯2与阀体3位置装错的问题。

无线自组网执行器04的连接件12内孔自上向下套在阀杆1外侧，其中阀杆1外形与连接件12内孔的四面中有一面均为圆弧形状，所以阀杆1与连接件12的安装方向是唯一确定的。其中阀盖组件4上具有定位销孔，执行器支架11上具有突起的定位轴11A。执行器支架11与阀盖组件4连接时，将执行器支架11上的定位轴插入到阀盖组件4的定位销孔中，直到执行器支架11与阀盖组件4的端面贴合并用螺钉紧固，此时执行器04的安装方向是唯一的。防止了安装无线自组网执行器04时出现装反、装错的情况。

本发明的工作过程：

本发明的工作过程概述来讲是执行器通过无线自组网络将数据传输至无线自组网主模块03，无线自组网主模块03通过RS485将数据传输至GPRS DTU模块02，GPRS DTU模块02将数据传送至后台云计算服务器01，后台云计算服务器01将数据解析存储，并通过内部的平衡控制逻辑对每个无线自组网执行器04进行轮询控制，从而实现了GPRS物联网通讯控制无线自组网执行器。

无线自组网执行器04与带有温度传感器的阀体06相连接，当无线自组网执行器04接收到后台云计算服务器01传来的控制命令时，无线自组网执行器04的连接件12将通过与其连接的阀杆1带动阀芯2转动，进行阀门开度调节，通过调节管路流量来达到调节温度的目的。

具体来说可分为以下几个过程：

无线自组网执行器04即可采用市电供电，又可用锂电池供电，在一些特殊的工况，由于市电布线的难度大，则可以根据需要采用锂电池供电。此无线自组网执行器04可接收温度传感器、压力变送器以及液位传感器的信号，采集供回水温度、压力以及液位信息。在执行器上电后，便自动自组形成局域无线通讯网络，使得每个无线自组网执行器04子节点通过路由的方式可以与无线自组网主模块03通讯，每个无线自组网执行器04子节点既是终端设备，又可以作为中继设备转发信息。最终实现后台云计算服务器01对无线自组网执行器04的数据采集和逻辑控制。

后台云计算服务器01一直保持监听状态，可随时接收从GPRS DT模块02终端发送过来的握手包、心跳包和参数信息，其中参数信息包括：无线自组网执行器04的开度范围、供/回水端温度、供/回水端压力、液位信息、当前开度、电池电量，如果是锂电池供电，则会显示出当前锂电池的电量状态、控制模式判断无线自组网执行器04是否由后台云计算服务器01控制。如果GPRS DTU模块02发送过来的是握手包，后台云计算服务器01则会登记此握手包中信息，并且会根据此信息里的ID定位到指定的GPRS DTU模块02，此时后台云计算服务器01和GPRS DTU模块02建立了通讯连接。为了保持这个连接，GPRS DTU模块02会每隔一段时间向后台云计算服务器01发送心跳指令包。

同时也可根据现场实际需求自由选择后台云计算服务器01的内部控制逻辑。其中包括：比例调节法、补偿调节法、回水温度调解法、模拟调节法等。后台云计算服务器01根据设定的轮询周期对系统中的每个物联网智能水力平衡阀进行调试，直至系统达到平衡。

手机或电脑终端需要根据后台管理员提供的用户名和密码进行服务器登录，登录成功后，用户可以查询工程信息、工程下每个GPRS DTU模块02的信息，以及GPRS DTU模块02下每个阀门的参数和配置信息。除此之外，还可以通过手机或电脑终端建立新的工程，每个工程里面均可以添加GPRS_DTU模块02的信息；手机或电脑终端可以远程更改无线自组网执行器04的控制方式，即如无需后台云计算服务器01的自动控制，则可将无线自组网执行器04的控制模式切换为手动控制模式，此时无线自组网执行器04的开度将由手机终端远程的发送开度命令进行控制，实现远程控制无线自组网执行器04的实时开度；通过手机或电脑终端可以修改后台云计算服务器01的控制逻辑参数，即在启用后台云计算服务器01自动控制时，可以根据不同的工况做相应的参数调整。

本发明的优点：

1.免调试，更智能：由后台服务器进行大量的逻辑运算操作，使系统的水力平衡无需人工调试过程，更智能、更简单。

2.可扩展性强：由于水平平衡控制逻辑由后台服务器自由的选择和调整，极大地增强了调试的自由度和可拓展性。

3.可视性强，更直观：通过手机或电脑终端可以随时访问后台服务器，可直观的查看到系统中每个执行器的全部信息。

4.成本低、易操作：后台服务器通过GPRS DTU通讯网络远程控制无线自组网执行器，省去大量的人工和时间成本，从而降低调试成本。

5.安装无限制：无线自组网执行器既是终端设备，又可以作为中继设备转发信息，不受安装位置信号限制，传输更可靠。

6.阀体采用半球阀芯结构，V形窗口采用铸造一体化结构，大大提高阀芯加工效率；采用补充焊接V形调节窗口的方法，使用起来更加灵活，可根据不同的工况，来更换不同的配流盘实现更改阀门固有流量特性的目的

7.装配效率高：阀芯与阀体配合处具有限位挡块，可以保证阀芯只在规定角度内回转，避免安装时出现阀芯装错问题，提高装配效率。

8.执行器与阀体安装方便，具有防装错设计，执行器与阀体安装方向唯一。

9.传感器拆卸方便：测温接头采用自密封方式，传感器可带压插拔，用户可随时拆卸。

Claims (1)

1.一种物联网智能水力平衡阀，其特征是：

物联网智能水力平衡阀是在带有温度传感器的阀体（3）上加装无线自组网执行器（04），此无线自组网执行器（04）一旦上电，便自动自组形成局域无线通讯网络，使得每个无线自组网执行器（04）子节点通过路由的方式与自组网主模块（03）通讯，每个无线自组网执行器（04）子节点是手机或电脑终端（05），又作为中继设备转发信息；无线自组网执行器（04）通过阀体（3）上的温度传感器（7）实时采集管道内流体的温度数据，然后无线自组网执行器（04）将此本地数据传输到自组网主模块（03），自组网主模块（03）通过RS485将数据传输至GPRS DTU模块（02），GPRS DTU模块（02）将数据传输至后台云计算服务器（01），后台云计算服务器（01）将数据进行分析处理，并将分析处理的数据回传给无线自组网执行器（04），无线自组网执行器（04）接收到回传的数据后，控制阀体（3）内阀芯（2）转动，进而调节阀体（3）开度对管道进行流量调节与温度调节；

在阀体（3）内通过阀杆（1）装有阀芯（2），在阀体（3）上部装有阀盖组件（4），阀芯（2）下部装有底盖组件（5），在阀芯（2）一侧装有阀座组件（6），在阀体（3）上设有螺纹孔，测温接头（8）通过螺纹孔连接在阀体（3）上，测温接头（8）内部设有硅胶圆柱棒（9），温度传感器（7）与测温接头（8）连接；

在阀体（3）上装有焊接配流盘（2A），焊接配流盘（2A）装在阀芯（2）上，在阀芯（2）四方向分别设有限位挡块；

在阀座组件（6）上设有阀座支座（6A）和阀座（6B），其中阀座支座（6A）上设有凹槽，阀座（6B）置于阀座支座（6A）的凹槽内，阀座组件（6）通过压紧螺母（10）安装在阀体（3）内；

无线自组网执行器（04）通过执行器支架（11）与阀盖组件（4）连接，其中阀盖组件（4）上具有定位销孔，执行器支架（11）上具有与定位销孔配合的突起的定位轴（11A），执行器主轴通过连接件（12）与阀杆（1）连接；

测温接头（8）内部具有加长的硅胶圆柱棒（9），通过螺纹与阀体（3）连接，温度传感器（7）插入到测温接头（8）中，并用力刺穿硅胶圆柱棒（9），将温度传感器（7）下端的探针深入到阀体（3）的流道中，将温度传感器（7）的电缆线通过无线自组网执行器（04）的防水接头接在无线自组网执行器（04）电路板中的温度采集端子上，实现管道温度的实时采集；当温度传感器（7）下端的探针刺穿硅胶圆柱棒（9）的中心后，由于硅胶圆柱棒（9）具有回弹特性，从而起到密封作用，实现带压插拔的功能，用户可随时拆卸温度传感器（7）；

无线自组网执行器（04）的连接件（12）内孔自上向下套在阀杆（1）外侧，其中阀杆（1）外形与连接件（12）内孔的四面中有一面均为圆弧形状，其中阀盖组件（4）上具有定位销孔，执行器支架（11）上具有突起的定位轴（11A），执行器支架（11）连接时，将执行器支架（11）上的定位轴（11A）插入到阀盖组件（4）的定位销孔中，直到执行器支架（11）与阀盖组件（4）的端面贴合并用螺钉紧固。