CN108931992A - 在边界值下对压力控制器的控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流动网络的控制方法，该流动网络包括压力控制装置，该压力控制装置适于根据压力设定来调节流动网络中的两个位置处的流体的压力差，控制器，该控制器适于调节压力设定和跟踪系统中的物理值，该方法用于该控制器以操作在正常负载模式下和不稳定负载控制模式下，其中，在正常负载模式下，当物理值在第一阈值范围内时，压力控制装置被设定为基本压力设定，不稳定负载控制模式包括当物理值超出所述第一阈值范围之外时，将压力设定变为不稳定负载压力设定。本发明还涉及适于相应操作的控制器本身。

Description

在边界值下对压力控制器的控制

技术领域

本发明涉及一种当控制阀在将影响流体流动系统的整体操作的条件下操作时，通过改变流体流动系统中的系统参数来影响控制阀的操作的方法。这通过引入适于使系统参数平衡于可调节的设定值的平衡系统来完成，其中，平衡系统包括设定致动器，该设定致动器能够响应于控制阀的操作值来调节对设定值的设定。在本发明的主要但非限制性的实施例中，流体流动系统是连接到区域供热源的供热系统，其中，流体流动通过控制阀控制，并且其中，平衡系统是压差控制器，该压差控制器包括影响平衡阀的压差阀致动器，并且其中，设定值是设定压差，该设定压差可受到可选择地远程低控制的设定致动器的影响。

背景技术

众所周知，在例如用于区域供热的供热系统中，其中，远程供应的加热流体加热生活用水和将供给供热设备(诸如地板供热系统和暖气片)的水，运行良好(无振荡和噪音)控制的一个前提条件是使用压差控制器来控制整个系统(例如供热系统)的压差。

如果压差选择不正确，则风险是诸如系统中的压力振荡和噪音的故障。压差控制器用于维持系统中的压差，而不考虑供热网络中的压差和系统消耗的变化。压差控制器还被用于在网络中建立液压平衡。

在供热站和区域供热网络中使用压差控制器将在网络中保持液压平衡，保证水在供热网络中的良好分布，并实现网络中所需的压力水平，从而在网络中实现充足的供热。正确的平衡保证可以限制网络中的循环水量，从而降低水循环的成本。由于网络的平衡，例如供热站或控制阀上的压降总是设计压降，压力泵不需要多余的能量。

大部分的问题出现在当控制阀几乎关闭、只留下小的通流时，其中，控制变得困难，并且可能导致振荡。

发明内容

本发明的目的首先是提高系统的控制性能，即使在当连接到流动系统的控制阀在影响流动系统的整体操作的条件下(例如当阀几乎关闭时)操作时的流量下。

该目的通过权利要求中给出的技术来解决。

在一个实施例中，该技术包括流动网络的控制方法，该流动网络可能构成较大的流动系统的一部分，例如连接到像区域供热系统那样的供热源，并且包括压力控制装置，该压力控制装置适于根据压力设定来调节流动网络中的两个位置处的流体的压力差，该控制器适于调节压力设定和跟踪系统中的物理值，该方法用于控制器以

-在正常负载模式下操作，其中，当物理值在第一阈值内时，压力控制装置被设定为基本压力设定，和

-在不稳定负载控制模式下操作，不稳定负载控制模式包括当物理值超出所述第一阈值之外时，将压力设定变为不稳定负载压力设定。

在第一阈值内可以意味着第一阈值包括上限值和下限值，并且当物理参数在这两个值之间时，则控制器在正常负载模式下操作，但是当该物理参数在任一值之外时，控制器变成不稳定负载控制模式。在一个可替代的实施例中，定义了单个下限值或上限值，其中，第一阈值是下限阈值，其中，当物理值分别低于或高于所述第一阈值时，控制器变为不稳定负载控制模。

这使得在定义的正常负载(其中诸如连接的流量控制阀的部件适于最有效地操作)期间，系统操作在大致基本压力设定下。然而，如果负载处于的水平中，诸如流量控制阀的部件操作在极限值下或甚至超出其被设计为最有效操作的极限值，例如不稳定负载(控制阀的阀门开度几乎关闭)，则它变成不稳定负载压力设定。当系统以这种方式在不稳定负载下操作时，风险是物理值(例如由流量控制阀定义的流量)中发生振荡。在一个实施例中，不稳定负载压力设定可以被选择成，在不稳定负载(例如低流量)下或大致在低负载(由小的阀门开度定义)下，防止或降低物理值中发生的振荡的值。然而，可替代地，其可以在高负载下。

可以根据可以是一个预定义的值来选择不稳定负载压力设定，其可以是根据测试或通过其它方式来测量和/或计算，以找到一个或多个振荡被防止或至少显著降低的值，或可以作为向不稳定负载模式变化的一部分通过一些算法估计。

在一个实施例中，当物理值在第二阈值内时，控制器从不稳定负载模式变为正常负载，其中，“内”可以具有与对于第一阈值相同的含义，定义上限和下限之间的范围，或是单个值，例如，第二阈值是下限或上限阈值，其中，当物理值高于或低于所述第二阈值时，控制器变为不稳定负载控制模式。

在一个实施例中，不稳定负载模式包括跟踪物理值的振荡、并且在观察到振荡时将压力设定从基本压力设定变为不稳定负载压力设定的过程。

在一个实施例中，在变为不稳定负载模式的时刻，压力设定被改变以从基本压力设定变为不稳定负载压力设定。

在一个实施例中，物理值是以下各项中的任一项或任意项的组合：流量控制阀(5)的位置或开度、和/或控制阀致动器(8)的位置、和/或系统中的温度、和/或系统中的流量、和/或系统中的压力和/或能量流量(功率)、和/或通过数据交换连接(7)通讯的控制信号。

在一个实施例中，流动网络还包括流量控制阀，该流量控制阀通过可调节的阀门开度限定所述流动网络中的流量，其中，所述开度限定所述物理值。

本发明还涉及一种压力控制装置的控制器，该压力控制装置适于根据压力设定来调节流动网络中的两个位置处的流体的压力差，其中，所述控制器适于调节压力设定和跟踪系统中的物理值，并且其中，控制器还适于在正常负载模式下操作和在不稳定负载控制模式下操作，其中在正常负载模式下，当物理值高于第一阈值时，压力控制装置被设定为基本压力设定，不稳定负载控制模式包括当物理值低于所述第一阈值时，将压力设定变为不稳定负载压力设定。

在一个实施例中，所述流动网络还包括流量控制阀，该流量控制阀通过可调节的阀门开度来限定所述流动网络中的流量，其中，所述开度限定所述物理值。

附图说明

图1是一个示例性流动供热系统。

图2是示出了根据第一实施例的操作模式的变化的曲线图。

图3是示出了根据第二实施例的操作模式的变化的曲线图。

具体实施方式

图1示出了包括流体连通网络(1)或回路的系统，例如它们出现在供热系统中，像用于家用供热的供热系统。它们可以连接到例如区域供热网络或其它供热装置，例如太阳能电池等。所示的示例性网络(1)公开了具有入口管线(2)的流体连通，该入口管线(2)将加热流体供给到热交换装置(3)，例如暖气片、地板供热HVAC系统等。加热流体随后通过返回管线(4)返回。流量控制阀(5)、传感器、控制器和其它装置可以连接到系统，以控制和调节。所示的示例中的控制阀(5)可以被调节，以输送满足供热需求的流体流，并且由控制器(6)操作，该控制器(6)通过引导打开一个或多个阀门的阀门设定来限定流量。控制器(6)可以与连接到外部或网络(1)以及连接到致动器(8)的任何种类的传感器进行数据交换连接(7)，该致动器(8)连接到阀(5)，以调节阀门开度。可选择地或附加地，控制器(6)可以集成到一个或多个致动器(8)中。

其它的压力控制装置(10)被连接到网络(1)，以使压力等于给定的设定。这可以以多种不同的方式完成，但是通常包括连接到致动装置(11)的平衡阀(10)，该致动装置(11)具有连接到阀元件的膜，连接的方式为使得膜的偏转影响流速。膜的相对的侧面与网络(1)的两个不同的流动位置压力连通连接(12、13)。这两个位置处的压力差由此使膜偏转，以改变流量以及由此改变压力差。

在本系统中，可以使用任何种类的压力控制装置(10)，关键的方面在于，它包括调节给定压力设定的装置(14)。可以在例如欧洲专利公开3093729中发现一个这种示例性阀(10)。

流量控制阀(5)给出了其操作最有效的流量范围，然而，例如已知的在阀门开度很小时的低流量问题可能随着流量调节而出现。这例如可能导致流量调节中的振荡。

本系统的基础是控制器(6)可以在操作压力控制装置(10)的两种模式之间变换，一种是正常负载操作模式，第二种是不稳定负载操作模式。

图2示出了调节压力控制装置(10)以保证流量控制阀(5)的更好性能的方法的第一实施例。

两个曲线图中下面的一个显示了给定的基本压力设定(20)随时间的变化，上面的曲线图显示了一些系统参数随时间的变化，例如流量控制阀(5)中的流量、流量中的温度或其它与控制有关的参数。在正常负载模式下，控制器(6)将压力控制装置(10)的压力设定设定为基本压力设定(20)。

控制器(6)跟踪系统中的一些物理值，例如流量控制阀(5)的位置或开度值和/或控制阀致动器(8)的位置和/或系统中的温度和/或系统中的流量和/或系统中的压力和/或能量流量(功率)和/或系统中的控制信号，诸如通过数据交换连接(7)通讯到控制器(6)或从控制器(6)通讯的控制信号。如果物理值低于定义的第一阈值(21)，则控制器(6)首先进入不稳定负载操作模式，包括开始跟踪物理值的可能的振荡(22)的过程的步骤。当观察到振荡时(24)，开始将压力平衡装置(10)的压力设定调节到不稳定负载压力设定值(25)，例如防止或至少显著减小振荡(2)的值(25)。该值(25)可以是一个预定义的值，但是也可以是根据多个不同的参数(像网络(1)中的温度、环境条件等)通过算法计算出的值。当物理值增加到第二阈值(26)(可选地与第一阈值(21)相同)以上时，将压差控制器的设定设定回标称值压力设定(20)。压力设定(20)和/或第一(21)和/或第二阈值(26)可以手动设定，或通过计划或预测或来自于网络或系统操作员的输入来动态/自动设定。

图3示出了与图2相似的曲线图，但是使用了替代的调节方法。再次，该方法包括正常负载操作模式，其中，压力设定被设定在压力控制装置(10)的基本压力设定(20)，通过改变至(31)不稳定负载操作模式由压差控制器(10)的操作来稳定振荡，并且当物理值高于第二阈值(29)时，通过改变至基本压力设定(20)，将压力控制装置(10)的设定恢复到正常负载操作。

控制器(6)跟踪流量控制阀(5)的位置或开度和/或控制阀致动器(8)的位置和/或系统中的温度和/或系统中的流量和/或系统中的压力和/或能量流量(功率)和/或通过数据交换连接(7)通讯的控制信号的物理单位值。如果物理单位值低于定义的第一阈值(27)，则控制器(6)开始将压力控制装置(10)的设定调节为不稳定负载压力设定(28)，例如防止或至少显著减小振荡(2)的压力设定(28)。当物理单位值增加到第二阈值(29)以上时，将压差控制装置(10)的设定(30)设定回基本压力设定(20)。

以与图2的第一实施例相同的方式，基本压力设定(20)、不稳定负载压力设定(28)、第一(27)和/或第二阈值(29)可以被预先设定、手动设定或通过计划或预测或来自于网络或系统的输入来动态设定、通过算法计算或从表中查出。

根据两个实施例的第二阈值(26、29)可以与第一阈值(21、27)相同或不同。如果是单个值，则它可以更高或可替代地更低。

Claims (12)

1.一种流动网络(1)的控制方法，所述流动网络(1)包括：

压力控制装置(10)，所述压力控制装置(10)适于根据压力设定来调节所述流动网络(1)中的两个位置上的流体的压力差，

控制器(6)，所述控制器(6)适于调节所述压力设定和跟踪所述系统中的物理值，所述方法用于所述控制器(6)以

-在正常负载模式下操作，其中，当所述物理值在第一阈值(21、27)范围内时，所述压力控制装置(10)被设定为基本压力设定(20)，和

-在不稳定负载控制模式下操作，所述不稳定负载控制模式包括当所述物理值超出所述第一阈值(21、27)范围之外时，将所述压力设定变为不稳定负载压力设定(25、28)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述物理值进入第二阈值(26、29)中时，所述控制器(6)从所述不稳定负载模式变为所述正常负载。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一阈值(21、27)是下限阈值，其中，当所述物理值低于所述第一阈值(21、27)时，所述控制器(6)变为不稳定负载控制模式。

4.根据权利要求2和3所述的方法，其中，所述第二阈值(26、29)是这样的阈值，其中，当所述物理值高于所述第二阈值(26、29)时，所述控制器(6)变为不稳定负载控制模式。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，所述不稳定负载模式包括跟踪所述物理值的振荡、并且在观察到振荡时将所述压力设定从所述基本压力设定(20)变为所述不稳定负载压力设定(25)的过程。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，在变为所述不稳定负载模式的时刻(31)，所述压力设定(20)被改变以从所述基本压力设定(20)变为所述不稳定负载压力设定(28)。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述物理值是以下各项中的任一项或任意项的组合：流量控制阀(5)的位置或开度、和/或控制阀致动器(8)的位置、和/或所述系统中的温度、和/或所述系统中的流量、和/或所述系统中的压力和/或能量流量(功率)、和/或通过数据交换连接(7)通讯的控制信号。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述不稳定负载压力设定(20)是在不稳定负载下防止或降低发生在所述物理量中的振荡(25、28)的值。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述流动网络(1)还包括流量控制阀(5)，所述流量控制阀(5)通过可调节的阀门开度限定所述流动网络(1)中的流量，并且其中，所述开度限定所述物理值。

10.一种压力控制装置(10)的控制器(6)，所述压力控制装置(10)适于根据压力设定来调节流动网络(1)中的两个位置上的流体的压力差，其中，所述控制器(6)适于调节所述压力设定和跟踪所述系统中的物理值，并且其中，所述控制器(6)还适于在正常负载模式下操作和在不稳定负载控制模式下操作，其中在正常负载模式下，当所述物理值高于第一阈值(21、27)时，所述压力控制装置(10)被设定为基本压力设定(20)，而所述不稳定负载控制模式包括当所述物理值低于所述第一阈值(21、27)时，将所述压力设定变为不稳定负载压力设定(25、28)。

11.根据权利要求8所述的控制器(6)，其中，所述流动网络(1)还包括流量控制阀(5)，所述流量控制阀(5)通过可调节的阀门开度限定所述流动网络(1)中的流量，并且其中，所述开度限定所述物理值。

12.根据权利要求10或11所述的流量控制器(6)，所述流量控制器(6)适于根据权利要求1至9中任一项所述的方法操作。