CN107728685A - 一种智能恒温水控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于加热设备技术领域，提供了一种智能恒温水控制方法，包括以下步骤：S1，控制器获取当前热水水温并控制所述加热装置的工作状态；S2，所述控制器获取设定水温和设定流量；S3，所述控制器控制第一冷水阀打开；根据所述设定流量控制所述流量调节器调节水流量；根据设定温度和当前出水水温控制所述调温装置的开度；S4，当所述当前出水水温等于所述设定水温时，所述控制器控制所述调温装置停止工作；S5，所述控制器根据所述当前热水水温、所述设定水温和初始冷水水温进行计算，并根据计算结果控制第一热水阀打开和第一冷水阀关闭。本发明能实现恒温水的持续供应，且本系统减少了水资源的浪费，水温调节快，水温调节和水流量调节精度高。

Description

一种智能恒温水控制方法

技术领域

本发明属于加热设备技术领域，具体涉及一种智能恒温水控制方法。

背景技术

现有厨房、卫生间供热水的方案主要有二种：

第一种方案，无终端加热设备，热水源距离厨房用水终端距离较远，存在以下问题：

1、放掉前段冷水，不仅会造成浪费，且等待热水的时间较长；

2、在单次用水较少时(如洗手)，热水还未到达用水终端，就已经停止使用，造成热水在水管中自然散热，导致浪费；

3、同时频繁启动热水源加热设备会降低该加热设备的寿命。

第二种方案，具有终端加热设备，例如现有的小厨宝，存在以下问题：

1、现有市面上通用的小厨宝容量都偏小导致使用时热水温度变化快，因此需要不断调节出水温度；

2、手动调节出水温度，精确度低，还会由于调节温度不合适造成浪费；

3、不能精确的调节出水的流量；

4、温度调节后反馈慢，导致需要频繁调整，用户体验较差。

发明内容

针对以上问题的不足，本发明提供了一种智能恒温水控制方法，通过在用水终端安装本系统，在单次用水较少时本系统即可满足要求，在单次用水较多时通过后端热水源补充供给，从而实现恒温水的持续供应；且本系统减少了水资源的浪费，水温调节快，水温调节和流量调节精度高。

为实现上述目的，本发明一种智能恒温水控制方法，包括以下步骤：

S1，控制器获取加热温度传感器采集的加热装置内的当前热水水温，并根据所述当前热水水温控制所述加热装置的工作状态；冷水源、第一冷水阀、加热装置、调温装置、流量调节装置和用水终端依次通过管道连接，所述冷水源还通过管道连接调温装置，热水源通过设有第一热水阀的管道连接加热装置；

S2，所述控制器通过输入显示装置获取用户输入的设定水温和设定流量；

S3，所述控制器控制第一冷水阀打开；根据所述设定流量控制所述流量调节器调节水流量；根据设定温度和出水温度传感器采集的调温装置输出的当前出水水温控制所述调温装置的开度，使所述当前出水水温接近所述设定水温；

S4，当所述当前出水水温等于所述设定水温时，所述控制器控制所述调温装置停止工作，所述调温装置维持原开度；

S5，所述控制器根据所述当前热水水温、所述设定水温和所述出水温度传感器采集的初始冷水水温采用人工智能算法进行计算，并根据计算得到的计算结果控制第一热水阀打开和第一冷水阀关闭，从而实现为用水终端持续供应恒温水的目的。

优选地，所述S5还包括控制第二冷水阀关闭和第二热水阀打开，所述第二冷水阀设在所述冷水源连接所述调温装置的管道上，所述热水源还通过设有第二热水阀的管道连接所述调温装置。

优选地，所述步骤还包括S6，所述控制器获取进水温度传感器采集的当前进水水温，当所述当前进水水温达到温度阈值时，控制所述第二冷水阀打开和所述第二热水阀关闭，所述进水温度传感器采集热水源的热水到达加热装置处的当前进水水温。

优选地，所述S3中根据设定温度和出水温度传感器采集的调温装置输出的当前出水水温控制所述调温装置的开度的具体包括如下步骤：

S3a，根据所述设定水温和所述当前出水水温计算当前温差；

S3b，根据所述当前温差进行PID运算，得到旋转角度；

S3c，根据所述旋转角度控制所述调温装置中的混水阀开度，从而控制所述调温装置的开度，返回步骤S3a。

优选地，所述S3a中采用如下计算公式计算所述当前温差：

T_err＝T_set-T_out

其中：T_set表示设定水温；

T_out表示当前出水水温；

T_err表示当前温差。

优选地，所述S3b中采用如下计算公式计算所述旋转角度：

P_OUT＝KP*(T_err)

其中：P_OUT为比例项，KP为比例系数；

I_OUT＝KI*∑(err)

其中：I_OUT为积分项，KI是积分系数，∑(err)含义为由当前算起前面N次采样温差的和，N为设置的正整数；

D_OUT＝KD*Δerr

D_OUT为微分项，KD为微分系数，Δerr＝当前温差-上次温差；

Rad＝P_OUT+I_OUT+D_OUT

其中：Rad为旋转角度，正值顺时针，热水量增大、冷水量减小；负值逆时针，热水量减小、冷水量增大。

优选地，所述输入显示装置为触控液晶显示屏。

优选地，所述调温装置包括二进一出的混水阀和设置于所述混水阀上用于控制所述混水阀开度的控制电机，所述控制电机与所述控制器电连接。

优选地，所述流量调节器包括设于管道上的流量计、流量阀以及设于所述流量阀上用于驱动所述流量阀工作的比例电机，所述流量计和所述比例电机分别与所述控制器电连接。

由上述方案可知，本发明的有益效果为：通过在用水终端安装本系统，在单次用水较少时本系统即可满足要求，在单次用水较多时通过后端热水源补充供给，从而实现恒温水的持续供应；且本系统减少了水资源的浪费，水温调节快，水温调节和流量调节精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实施例中智能恒温水控制系统的结构图一；

图2为本实施例中智能恒温水控制方法的流程图一；

图3为本实施例中智能恒温水控制系统的结构图二；

图4为本实施例中智能恒温水控制方法的流程图二。

附图标记：

1-热水接口、2-冷水接口、3-出水接口、4-加热装置、5-调温装置、6-流量调节器、7-触控液晶显示屏、8-第一热水阀、9-第二热水阀、10-第一冷水阀、11-第二冷水阀、12-热水温度传感器、13-出水温度传感器、14-进水温度传感器、15-第一热水管道、16-第二热水管道、17-第一冷水管道、18-第二冷水管道、19-中间管道、20-出水管道、21-控制器

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的产品，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例：

本发明实施例提供的一种智能恒温水控制系统，如图1所示，包括连接热水源的热水接口1、连接冷水源的冷水接口2、连接水龙头的出水接口3、加热装置4、调温装置5、温度采集装置、输入显示装置和控制器21；

所述热水接口1通过设有第一热水阀8的第一热水管道15连接所述加热装置4的进水口，所述冷水接口2通过设有第一冷水阀10的第一冷水管道17连接所述加热装置4的进水口；

所述加热装置4的出水口通过中间管道19连接所述调温装置5的热水进水口，所述冷水接口2通过第二冷水管道18连接所述调温装置5的冷水进水口；

所述调温装置5的出水口通过出水管道20连接所述出水接口3，所述出水管道20上设有流量调节器6；

所述温度采集装置包括采集所述加热装置4内的当前热水水温的热水温度传感器12和采集所述调温装置5输出的当前出水水温的出水温度传感器13。

所述输入显示装置、所述第一热水阀8、所述第一冷水阀10、所述热水温度传感器12、所述冷水温度传感器、所述加热装置4和所述调温装置5分别与所述控制器21电连接。

本实施例中的所述输入显示装置为设置于水龙头上的触控液晶显示屏7，方便用户操作使用，本实施例的所述调温装置5包括二进一出的混水阀和设置于所述混水阀上控制所述混水阀开度的控制电机，所述控制电机与所述控制器21电连接。控制器21通过控制电机进一步控制冷水热水混水阀的开度。本实施例的所述流量调节器6包括设于所述出水管道20上的流量计、流量阀以及设于所述流量阀上用于驱动所述流量阀工作的比例电机，所述流量计和所述比例电机分别与所述控制器21电连接。流量计检测出水管道20上的当前水流量并反馈给控制器21，控制器21根据所述当前水流量控制流量阀的旋转进而控制水流量。

对本实施例的系统进行控制的智能恒温水控制方法，如图2所示，包括以下五个步骤：

S1，控制器21获取加热温度传感器采集的加热装置4内的当前热水水温，并根据所述当前热水水温控制所述加热装置4的工作状态。加热装置4平常处于保温状态或加热状态，例如当温度低于50摄氏度就加热到65摄氏度停止，时刻保证加热器中的水温在50-65度之间。

S2，所述控制器21通过输入显示装置获取用户输入的设定水温和设定流量；本实施例中通过触控液晶显示屏7输入设定水温和设定流量。例如用户设定水温为40°。

用户设定好相关参数后，S3，所述控制器21控制第一冷水阀10打开；根据所述设定流量控制所述流量调节器6调节水流量；根据设定温度和出水温度传感器13采集的调温装置5输出的当前出水水温控制所述调温装置5的开度，使所述当前出水水温接近所述设定水温。例如，调温装置5通过控制调温装置5中的混水阀的开度来调节热水和冷水的混合比例，使当前出水水温逐步接近用户的设定水温40°。

S4，当所述当前出水水温等于所述设定水温时，所述控制器21控制所述调温装置5停止工作，所述调温装置5维持原开度。本加热装置4内的热水比较少一般只有6升左右，只洗手之类的少量用水可以满足要求，大量用水三分钟左右热水就没有了，因而临时加热又来不及，所以需要远端热水源补充热水，保证正常使用。

S5，所述控制器21根据所述当前热水水温、所述设定水温和所述出水温度传感器13采集的初始冷水水温采用人工智能算法进行计算，并根据计算得到的计算结果控制第一热水阀8打开和第一冷水阀10关闭，从而实现为用水终端持续供应恒温水的目的。用户用水量较大时，为了让远端热水源及时补充热水，使用水终端可以有持续的40°的恒温水供用户使用。本实施例中根据当前热水温度、初始冷水水温、热水源到加热装置之间的管路长度、管路材质及做保温情况、环境温度与湿度等参数，采用人工智能算法计算开启时间，开启时间到达后就打开第一热水阀8和关闭第一冷水阀10。

在本实施例中，用水量较小时，加热装置4供热水，当用水量较大时，远端热水源补给热水，且通过调温装置5，是用水终端有持续的恒温水。本实施例中所述S3中根据设定温度和出水温度传感器13采集的调温装置5输出的当前出水水温控制所述调温装置5的开度的具体包括如下三个步骤：

S3a，根据所述设定水温和所述当前出水水温计算当前温差，计算公式如下：

T_err＝T_set-T_out

其中：T_set表示设定水温；

T_out表示当前出水水温；

T_err表示当前温差。

S3b，根据所述当前温差进行PID运算，得到旋转角度，计算公式如下：

P_OUT＝KP*(T_err)

其中：P_OUT为比例项，比例项的作用是纠正偏差，KP为比例系数；

I_OUT＝KI*∑(err)

其中：I_OUT为积分项，积分项用于消除系统稳态误差，KI是积分系数，∑(err)含义为由当前算起前面N次采样温差的和，N为设置的正整数；

D_OUT＝KD*Δerr

D_OUT为微分项，微分项用于减小系统超调量，增加系统稳定性，KD为微分系数，Δerr＝当前温差-上次温差；

Rad＝P_OUT+I_OUT+D_OUT

其中：Rad为旋转角度，正值顺时针，热水量增大、冷水量减小；负值逆时针，热水量减小、冷水量增大。本实施例中冷水全开为0，热水全开为90，因而Rad的取值范围就确定为0-90。

S3c，根据所述旋转角度控制所述调温装置5中的混水阀开度，从而控制所述调温装置5的开度，返回步骤S3a，根据下一时刻采集的相关水温数据进行下一次PID的运算，得到下一次的旋转角度，进行下一轮控制。

实施例二：本实施中的智能恒温水控制系统，如图3所示，与实施一的不同之处在于，所述热水接口1通过设有第二热水阀9的第二热水管道16连接所述调温装置5的冷水进水口，所述第二冷水管道18上设有第二冷水阀11，所述温度采集装置还包括设置于所述加热装置4的进水口的进水温度传感器14，所述第二热水阀9、所述第二冷水阀11和所述进水温度传感器14分别与所述控制器21电连接。

本实施例中，远端的热水源设备与本系统的加热装置4较远，在这较远的管道中存留了上次使用后冷却的冷水，因而为了增加本系统的效率，为了将这段距离内的冷水迅速排掉，让远端热水尽快到达加热装置4，本实施例增加了第二热水管道16，打开第一热水阀8和第二热水阀9，关闭第一冷水阀10和第二冷水阀11，这较远管道内的冷水可通过第二热水管道16到达调温装置5的混水阀的冷水端。

对本实施例的系统进行控制的智能恒温水控制方法，如图4所示，包括以下六个步骤：

S1，控制器21获取加热温度传感器采集的加热装置4内的当前热水水温，并根据所述当前热水水温控制所述加热装置4的工作状态。加热装置4平常处于保温状态或加热状态，例如当温度低于50摄氏度就加热到65摄氏度停止，时刻保证加热器中的水温在50-65度之间。

S2，所述控制器21通过输入显示装置获取用户输入的设定水温和设定流量；本实施例中通过触控液晶显示屏7输入设定水温和设定流量。例如用户设定水温为40°。

用户设定好相关参数后，S3，所述控制器21控制第一冷水阀10打开；根据所述设定流量控制所述流量调节器6调节水流量；根据设定温度和出水温度传感器13采集的调温装置5输出的当前出水水温控制所述调温装置5的开度，使所述当前出水水温接近所述设定水温。例如，调温装置5通过控制调温装置5中的混水阀的开度来调节热水和冷水的混合比例，使当前出水水温逐步接近用户的设定水温40°。

S4，当所述当前出水水温等于所述设定水温时，所述控制器21控制所述调温装置5停止工作，所述调温装置5维持原开度。本加热装置4内的热水比较少一般只有6升左右，只洗手之类的少量用水可以满足要求，大量用水三分钟左右热水就没有了，因而临时加热又来不及，所以需要远端热水源补充热水，保证正常使用。

S5，所述控制器21根据所述当前热水水温、所述设定水温和所述出水温度传感器13采集的初始冷水水温采用人工智能算法进行计算，并根据计算得到的计算结果控制所述第一热水阀8和第二热水阀9打开，控制第一冷水阀10和第二冷水阀11关闭，从而实现为用水终端持续供应恒温水的目的。用户用水量较大时，为了让远端热水源及时补充热水，使用水终端可以有持续的40°的恒温水供用户使用。本实施例中根据当前热水温度、初始冷水水温、热水源到加热装置之间的管路长度、管路材质及做保温情况、环境温度与湿度等参数，采用人工智能算法计算开启时间，开启时间到达后就打开第一热水阀8和第二热水阀9并关闭第一冷水阀10和第二冷水阀11。

当热水源设备到加热装置4之间的管道内的冷水排出后，热水到达加热装置4后。

S6，所述控制器21获取进水温度传感器14采集的当前进水水温，当所述当前进水水温达到温度阈值时，控制所述第二冷水阀11打开和所述第二热水阀9关闭，所述进水温度传感器14采集热水源的热水到达加热装置4处的当前进水水温。此时通过第一热水管道15补给供应热水、通过第二冷水管道18供应冷水，通过调温装置5调节后，实现持续供应恒温水的目的。

综上所述本实施例一和实施例二的智能恒温水控制系统和方法具有以下优点：人工智能算法保证热水充足；出水速热，用户体验佳；单次用水较少时(如洗手)，杜绝了远端热水供应在用户使用结束时由于热水还未到达用水终端，造成热水在水管中自然散热，导致浪费；不用频繁的启动远端热水源加热设备，提高了远端热水源加热设备的寿命；小功率加热装置4，不会对电网负荷造成影响；出水速热，全程恒温，用户体验好；微电脑控制快速恒温，减少用户操作，降低浪费；液晶屏幕显示出水温度等信息，可视化强；该产品开关采用脉冲电磁阀，能耗极低等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种智能恒温水控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，控制器获取加热温度传感器采集的加热装置内的当前热水水温，并根据所述当前热水水温控制所述加热装置的工作状态；冷水源、第一冷水阀、加热装置、调温装置、流量调节装置和用水终端依次通过管道连接，所述冷水源还通过管道连接调温装置，热水源通过设有第一热水阀的管道连接加热装置；

S2，所述控制器通过输入显示装置获取用户输入的设定水温和设定流量；

S3，所述控制器控制第一冷水阀打开；根据所述设定流量控制所述流量调节器调节水流量；根据设定温度和出水温度传感器采集的调温装置输出的当前出水水温控制所述调温装置的开度，使所述当前出水水温接近所述设定水温；

S4，当所述当前出水水温等于所述设定水温时，所述控制器控制所述调温装置停止工作，所述调温装置维持原开度；

S5，所述控制器根据所述当前热水水温、所述设定水温和所述出水温度传感器采集的初始冷水水温采用人工智能算法进行计算，并根据计算得到的计算结果控制第一热水阀打开和第一冷水阀关闭，从而实现为用水终端持续供应恒温水的目的。

2.根据权利要求1所述的一种智能恒温水控制方法，其特征在于，所述S5还包括控制第二冷水阀关闭和第二热水阀打开，所述第二冷水阀设在所述冷水源连接所述调温装置的管道上，所述热水源还通过设有第二热水阀的管道连接所述调温装置。

3.根据权利要求2所述的一种智能恒温水控制方法，其特征在于，所述步骤还包括S6，所述控制器获取进水温度传感器采集的当前进水水温，当所述当前进水水温达到温度阈值时，控制所述第二冷水阀打开和所述第二热水阀关闭，所述进水温度传感器采集热水源的热水到达加热装置处的当前进水水温。

4.根据权利要求2或3所述的一种智能恒温水控制方法，其特征在于，所述S3中根据设定温度和出水温度传感器采集的调温装置输出的当前出水水温控制所述调温装置的开度的具体包括如下步骤：

S3a，根据所述设定水温和所述当前出水水温计算当前温差；

S3b，根据所述当前温差进行PID运算，得到旋转角度；

S3c，根据所述旋转角度控制所述调温装置中的混水阀开度，从而控制所述调温装置的开度，返回步骤S3a。

5.根据权利要求4所述的一种智能恒温水控制方法，其特征在于，所述S3a中采用如下计算公式计算所述当前温差：

T_err＝T_set-T_out

其中：T_set表示设定水温；

T_out表示当前出水水温；

T_err表示当前温差。

6.根据权利要求5所述的一种智能恒温水控制方法，其特征在于，所述S3b中采用如下计算公式计算所述旋转角度：

P_OUT＝KP*(T_err)

其中：P_OUT为比例项，KP为比例系数；

I_OUT＝KI*∑(err)

其中：I_OUT为积分项，KI是积分系数，∑(err)含义为由当前算起前面N次采样温差的和，N为设置的正整数；

D_OUT＝KD*Δerr

D_OUT为微分项，KD为微分系数，Δerr＝当前温差-上次温差；

Rad＝P_OUT+I_OUT+D_OUT

其中：Rad为旋转角度，正值顺时针，热水量增大、冷水量减小；负值逆时针，热水量减小、冷水量增大。

7.根据权利要求1所述的一种智能恒温水控制方法，其特征在于，所述输入显示装置为触控液晶显示屏。

8.根据权利要求1所述的一种智能恒温水控制方法，其特征在于，所述调温装置包括二进一出的混水阀和设置于所述混水阀上用于控制所述混水阀开度的控制电机，所述控制电机与所述控制器电连接。

9.根据权利要求1所述的一种智能恒温水控制方法，其特征在于，所述流量调节器包括设于管道上的流量计、流量阀以及设于所述流量阀上用于驱动所述流量阀工作的比例电机，所述流量计和所述比例电机分别与所述控制器电连接。