CN109237798B - 一种燃气燃烧装置的控制方法及燃气燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃气燃烧装置的控制方法及燃气燃烧装置，控制方法用于对燃气燃烧装置的出水温度进行调节，燃气燃烧装置包括控制器和与控制器相连的加热装置，在控制器接收到用水信号后，控制器计算获得加热装置的初始输出功率P_初始并控制加热装置以初始输出功率P_初始运行第一预定时长，接着，控制器获取燃气燃烧装置的出水管路的实时出水温度T_实时出水，并根据预设的出水管路的目标出水温度T_目标出水和实时出水温度T_实时出水的关系调节加热装置的输出功率P_输出，以对出水进行快速加热，缩短用户从发出使用需求至使用到热水的时间，节约了水资源和燃气资源的同时，还提升了用户的使用舒适度，适合大规模推广使用。

Description

一种燃气燃烧装置的控制方法及燃气燃烧装置

技术领域

本发明涉及控制技术领域，具体涉及一种燃气燃烧装置的控制方法及使用该控制方法进行控制的燃气燃烧装置。

背景技术

燃气燃烧装置具有加热速度快、节约能源等优点，在日常生活中受到越来越多用户的青睐。现有的燃气燃烧装置在使用过程中，主要是通过检测实际出水温度与用户设置温度之间的温差来调节燃烧加热模块的输出功率。当实际出水温度低于用户设置温度时，提高燃烧加热模块的输出功率，从而提高实际出水温度；当实际出水温度高于用户设置温度时，降低燃烧加热模块的输出功率，从而降低实际出水温度。在燃气燃烧装置工作过程中，不断将实际出水温度和用户设置温度进行比对，进而进行调节，最终实现实际出水温度与用户设置温度相同，达到用户的使用需求。

但上述出水温度调节方法由于需要经过多次反复比对、调节，造成调节时间较长，在用户有了热水使用需求后需要较长时间才能够使实际出水温度与用户设置温度相同，用户体验差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种加热速度快、节约能源、用户体验好的燃气燃烧装置的控制方法及燃气燃烧装置，以解决现有的燃气燃烧装置在使用过程中存在的为了使实时出水温度与目标出水温度一致而对燃烧加热模块进行反复调节，造成调节耗时长、用户体验差的问题。

为达到上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种燃气燃烧装置的控制方法，用于对燃气燃烧装置的出水温度进行调节，所述燃气燃烧装置包括控制器和与所述控制器相连的加热装置，在所述控制器接收到用水信号后，所述控制器计算获得所述加热装置的初始输出功率P_初始并控制所述加热装置以所述初始输出功率P_初始运行第一预定时长，

接着，所述控制器获取所述燃气燃烧装置的出水管路的实时出水温度T_实时出水，并根据预设的所述出水管路的目标出水温度T_目标出水和所述实时出水温度T_实时出水的关系调节所述加热装置的输出功率P_输出；

所述控制器计算获得所述加热装置的初始输出功率P_初始的方法包括：

所述控制器获取所述燃气燃烧装置的实时进水温度T_实时进水和所述出水管路的实时出水流量V_实时出水，所述控制器中预存有恒温状态下的出水控制参数，所述控制器根据所述实时进水温度T_实时进水、所述实时出水流量V_实时出水、所述目标出水温度T_目标出水以及所述恒温状态下的出水控制参数并通过分段比例调节算法计算获得所述初始输出功率P_初始；

其中，所述恒温状态下的出水控制参数包括恒温状态下的所述出水管路的出水温度T_恒出水、所述出水管路的出水流量V_恒出水、所述加热装置的输出功率P_恒、所述燃气燃烧装置的进水温度T_恒进水，

所述分段比例调节算法的数学表达式为：

其中，K_出水温度—出水温度比例常数，

K_流量—水流量比例常数，

K_进水温度—进水温度比例常数。

优选地，当所述控制器获取的所述实时出水温度T_实时出水与所述目标出水温度T_目标出水相等且持续第二预定时长时，所述控制器将实时的出水控制参数作为新的所述恒温状态下的出水控制参数并进行存储。

优选地，当所述控制器获取的所述实时出水温度T_实时出水与所述目标出水温度T_目标出水相等且持续第二预定时长时，所述控制器每间隔第三预定时长将实时的出水控制参数作为新的所述恒温状态下的出水控制参数并进行存储，直至所述控制器接收到停止用水信号。

优选地，根据预设的所述出水管路的目标出水温度T_目标出水和所述实时出水温度T_实时出水的关系调节所述加热装置的输出功率P_输出的方法包括：

获取所述目标出水温度T_目标出水和所述实时出水温度T_实时出水的温度差值E_x，所述温度差值E_x＝T_目标出水-T_实时出水，根据PID算法利用所述温度差值E_x获取所述加热装置的输出功率的调节量ΔP，进而获得所述输出功率P_输出。

优选地，所述燃气燃烧装置包括设置在所述出水管路上的温度检测单元，所述温度检测单元每间隔第四预定时长采集所述出水管路上的所述实时出水温度T_实时出水。

优选地，所述控制器获取至少连续三次所述温度检测单元采集的所述实时出水温度T_实时出水并分别计算其对应的所述温度差值E_x，根据多个所述温度差值E_x获取所述加热装置的输出功率的调节量ΔP。

优选地，根据PID算法利用所述温度差值E_x获取所述加热装置的输出功率的调节量的控制方法包括：

ΔP＝E₁*(K_p+K_i+K_d)-E₂(K_p+2*K_d)+E₃*K_d；

其中，K_p—比例系数，

K_i—积分系数，

K_d—微分系数，

E₁、E₂、E₃分别为根据所述温度检测单元连续三次采集的所述实时出水温度T_实时出水计算得到的所述温度差值。

为达上述目的，另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种燃气燃烧装置，包括控制器，根据如上所述的燃气燃烧装置的控制方法对其出水温度进行控制。

优选地，所述燃气燃烧装置包括燃气热水器、燃气采暖炉。

本申请中的燃气燃烧装置的控制方法及使用该控制方法进行控制的燃气燃烧装置在用户发出热水使用需求后，能够对出水进行快速加热，缩短用户从发出使用需求至使用到热水的时间，节约了水资源和燃气资源的同时，还提升了用户的使用舒适度，适合大规模推广使用。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本发明具体实施方式提供的燃气燃烧装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

说明：本申请中的涉及到的时间长度值仅为了说明控制方法的具体控制过程，只是示意性参数，不对本申请的保护范围构成影响。

本申请提供了一种燃气燃烧装置的控制方法，用于对燃气燃烧装置进行控制，以调节燃气燃烧装置的出水温度，实现在用户发出热水使用需求后，能够快速使用到热水。在不对燃气燃烧装置进行硬件改进的前提下，节约更多的水资源和燃气资源，提升用户的使用体验。

燃气燃烧装置包括控制器和与控制器相连的加热装置，控制器能够控制加热装置的输出功率，以加快或降低加热装置对水的加热效率，进而调节燃气燃烧装置的出水温度。控制器的内部具有存储单元，或者是外界有存储部件，以对预存在控制器中或是后期存储至控制器中的运行数据进行存储。控制器中还可以包括通信单元，通信单元能够将存储至控制器中的运行数据传输至服务器上，以供后期研发使用。燃气燃烧装置包括出水管路和进水管路，在出水管路和进水管路上均设置有温度检测单元，以分别检测出水管路中的实时出水温度T_实时出水和进水管路中的实时进水温度T_实时进水。在出水管路中还设置有流量检测装置，以检测出水管路中的实时出水流量V_实时出水。控制器中存储有出水管路的目标出水温度T_目标出水以及恒温状态下的出水控制参数。其中，恒温状态下的出水控制参数包括恒温状态下的出水管路的出水温度T_恒出水、出水管路的出水流量V_恒出水、加热装置的输出功率P_恒、燃气燃烧装置的进水温度T_恒进水。

在此需要说明的是，当用户第一使用燃气燃烧装置时，恒温状态下的出水控制参数为存储在控制器中的与用户设定的目标出水温度T_目标出水对应的默认值，比如用户设定目标出水温度T_目标出水为40℃，那么预存在控制器中的恒温状态下的出水控制参数是燃气燃烧装置出厂时存储在控制器中的当实时出水温度T_实时出水为40℃时的经验值。在具体设置时，可以是每个目标出水温度T_目标出水对应一组恒温状态下的出水控制参数，也可以是多个目标出水温度T_目标出水对应一组恒温状态下的出水控制参数。当用户不是第一次使用燃气燃烧装置时，恒温状态下的出水控制参数是用户上一次使用燃气燃烧装置时，当实时出水温度T_实时出水与目标出水温度T_目标出水相等并稳定出水一段时间后的燃气燃烧装置的出水控制参数的值，以实现燃气燃烧装置在工作过程中不断实现自学习过程，进一步完善控制方法。

在控制器接收到用户发出的用水信号后，控制器计算获得加热装置的初始输出功率P_初始并控制加热装置以初始输出功率P_初始运行第一预定时长。接着，控制器获取燃气燃烧装置的出水管路的实时出水温度T_实时出水，并根据用户预设的存储在控制器中的出水管路的目标出水温度T_目标出水和实时出水温度T_实时出水的关系调节加热装置的输出功率P_输出。优选地，第一预定时长为3s至6s。由于先通过计算获得加热装置的初始输出功率P_初始，已经将加热装置的工作功率调整至一个比较接近输出功率P_输出(后面有详细介绍)的数值，再比对实时出水温度T_实时出水和目标出水温度T_目标出水进而对加热装置的输出功率进行调节，从而缩短了调节时间，用户能够更快的使用到温度稳定的热水，提升了用户的使用舒适度。

进一步地，控制器计算获得加热装置的初始输出功率P_初始的方法包括：

控制器获取燃气燃烧装置的实时进水温度T_实时进水和出水管路的实时出水流量V_实时出水，控制器中预存有恒温状态下的出水控制参数，控制器根据实时进水温度T_实时进水、实时出水流量V_实时出水、目标出水温度T_目标出水以及恒温状态下的出水控制参数计算获得初始输出功率P_初始。

更进一步地，通过分段比例调节算法计算获得初始输出功率P_初始。分段比例调节算法的数学表达式为：

其中，K_出水温度—出水温度比例常数，、

K_流量—水流量比例常数，

K_进水温度—进水温度比例常数。

上述K_出水温度、K_流量、K_进水温度均为比例常数，在实际运用过程中，上述比例常数不是固定的值，是根据具体情况不断发生变化的。具体地，其数值是根据T_目标出水-T_恒出水、V_实时出水-V_恒出水、T_实时进水-T_恒进水的差值不断变化的，可以先确定可能出现的差值的数值范围，然后查表的方式确定具体的比例常数，并存储至控制器中，以在具体控制过程中使用。

在本控制方法中，当控制器获取的实时出水温度T_实时出水与目标出水温度T_目标出水相等且持续第二预定时长时，控制器将实时的出水控制参数作为新的恒温状态下的出水控制参数并进行存储。进一步地，当控制器获取的实时出水温度T_实时出水与目标出水温度T_目标出水相等且持续第二预定时长时，控制器每间隔第三预定时长将实时的出水控制参数作为新的恒温状态下的出水控制参数并进行存储，直至控制器接收到停止用水信号。优选地，第二预定时长为1s至3s，第三预定时长为10s至30s。将上述实时的出水控制参数作为新的恒温状态下的出水控制参数并存储至控制器中，以在下次使用燃气燃烧装置时使用，进一步提高控制可靠性和稳定性，以保证用户下次以与本次的相同的目标出水温度T_目标出水使用燃气燃烧装置，能够更加快速地使用到热水，减少用户等待的时间，进一步节约水资源和燃气资源，进一步提升用户的使用舒适度。

进一步地，当加热装置以初始输出功率P_初始运行第一预定时长后，如果出水管路的目标出水温度T_目标出水和实时出水温度T_实时出水相等时，则不再对加热装置的输出功率进行调节，当出水管路的目标出水温度T_目标出水和实时出水温度T_实时出水不相等时，本控制方法中的根据预设的出水管路的目标出水温度T_目标出水和实时出水温度T_实时出水的关系调节加热装置的输出功率P_输出的方法包括：

获取目标出水温度T_目标出水和实时出水温度T_实时出水的温度差值E_x，温度差值E_x＝T_目标出水-T_实时出水，根据PID算法利用温度差值E_x获取加热装置的输出功率的调节量ΔP，进而获得输出功率P_输出。

更进一步地，温度检测单元每间隔第四预定时长采集出水管路上的实时出水温度T_实时出水。控制器获取至少连续三次温度检测单元采集的实时出水温度T_实时出水并分别计算其对应的温度差值E_x，根据多个温度差值E_x获取加热装置的输出功率的调节量ΔP。优选地，第四预定时长为5ms至10ms。

在一个优选的实施例中，在获取加热装置的输出功率的调节量ΔP时，根据PID算法利用温度差值E_x获取加热装置的输出功率的调节量的控制方法包括：

ΔP＝E₁*(K_p+K_i+K_d)-E₂(K_p+2*K_d)+E₃*K_d；

其中，K_p—比例系数，

K_i—积分系数，

K_d—微分系数，

E₁、E₂、E₃分别为根据温度检测单元连续三次采集的实时出水温度T_实时出水计算得到的温度差值。

在获得输出功率的调节量ΔP后，在初始输出功率P_初始的基础上，增加或减去输出功率的调节量ΔP以获得输出功率P_输出。当实时出水温度T_实时出水大于目标出水温度T_目标出水时，在初始输出功率P_初始的基础上减去输出功率的调节量ΔP后获得输出功率P_输出。当实时出水温度T_实时出水小于目标出水温度T_目标出水时，在初始输出功率P_初始的基础上加上输出功率的调节量ΔP后获得输出功率P_输出。

当然，可以理解的是，在根据PID算法利用上述算式计算加热装置的输出功率调节量时，可以采集连续六次或连续九次的实时出水温度T_实时出水计算得到的相应的六个或九个温度差值，并相应地分成两组或三组利用上述公式进行计算后求平均值，进而获得加热装置的输出功率的调节量ΔP，以进一步提高调节可靠性和精确度。

使用上述控制方法对燃气燃烧装置的出水过程进行控制，相比现有的控制方法，从用户发出用水需求至用户使用到热水的时间缩短了30％，对水资源的浪费降低了30％，对燃气资源的浪费降低了10％。

本申请还提供了一种燃气燃烧装置，包括控制器、出水管路和进水管路，出水管路和进水管路上设置有温度检测单元，出水管路上还设置有流量检测装置。燃气燃烧装置采用上述控制方法对其出水温度进行控制。本申请中的燃气燃烧装置包括燃气热水器、燃气采暖炉。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理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保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃气燃烧装置的控制方法，用于对燃气燃烧装置的出水温度进行调节，所述燃气燃烧装置包括控制器和与所述控制器相连的加热装置，其特征在于，在所述控制器接收到用水信号后，所述控制器计算获得所述加热装置的初始输出功率P_初始并控制所述加热装置以所述初始输出功率P_初始运行第一预定时长，

所述控制器获取所述燃气燃烧装置的出水管路的实时出水温度T_实时出水，并根据预设的所述出水管路的目标出水温度T_目标出水和所述实时出水温度T_实时出水的关系调节所述加热装置的输出功率P_输出；

所述控制器计算获得所述加热装置的初始输出功率P_初始的方法包括：

所述控制器获取所述燃气燃烧装置的实时进水温度T_实时进水和所述出水管路的实时出水流量V_实时出水，所述控制器中预存有恒温状态下的出水控制参数，所述控制器根据所述实时进水温度T实时进水、所述实时出水流量V_实时出水、所述目标出水温度T_目标出水以及所述恒温状态下的出水控制参数并通过分段比例调节算法计算获得所述初始输出功率P_初始；

其中，所述恒温状态下的出水控制参数包括恒温状态下的所述出水管路的出水温度T_恒出水、所述出水管路的出水流量V_恒出水、所述加热装置的输出功率P_恒、所述燃气燃烧装置的进水温度T_恒进水，

所述分段比例调节算法的数学表达式为：

其中，K_出水温度—出水温度比例常数，

K_流量—水流量比例常数，

K_进水温度—进水温度比例常数。

2.根据权利要求1所述的燃气燃烧装置的控制方法，其特征在于，当所述控制器获取的所述实时出水温度T_实时出水与所述目标出水温度T_目标出水相等且持续第二预定时长时，所述控制器将实时的出水控制参数作为新的所述恒温状态下的出水控制参数并进行存储。

3.根据权利要求2所述的燃气燃烧装置的控制方法，其特征在于，当所述控制器获取的所述实时出水温度T_实时出水与所述目标出水温度T_目标出水相等且持续第二预定时长时，所述控制器每间隔第三预定时长将实时的出水控制参数作为新的所述恒温状态下的出水控制参数并进行存储，直至所述控制器接收到停止用水信号。

4.根据权利要求1所述的燃气燃烧装置的控制方法，其特征在于，根据预设的所述出水管路的目标出水温度T_目标出水和所述实时出水温度T_实时出水的关系调节所述加热装置的输出功率P_输出的方法包括：

获取所述目标出水温度T_目标出水和所述实时出水温度T_实时出水的温度差值E_x，所述温度差值E_x＝T_目标出水-T_实时出水，根据PID算法利用所述温度差值E_x获取所述加热装置的输出功率的调节量ΔP，进而获得所述输出功率P输出。

5.根据权利要求4所述的燃气燃烧装置的控制方法，其特征在于，所述燃气燃烧装置包括设置在所述出水管路上的温度检测单元，所述温度检测单元每间隔第四预定时长采集所述出水管路上的所述实时出水温度T_实时出水。

6.根据权利要求5所述的燃气燃烧装置的控制方法，其特征在于，所述控制器获取至少连续三次所述温度检测单元采集的所述实时出水温度T_实时出水并分别计算其对应的所述温度差值E_x，根据多个所述温度差值E_x获取所述加热装置的输出功率的调节量ΔP。

7.根据权利要求6所述的燃气燃烧装置的控制方法，其特征在于，根据PID算法利用所述温度差值E_x获取所述加热装置的输出功率的调节量的控制方法包括：

ΔP＝E₁*(K_p+K_i+K_d)-E₂(K_p+2*K_d)+E₃*K_d；

其中，K_p—比例系数，

K_i—积分系数，

K_d—微分系数，

E₁、E₂、E₃分别为根据所述温度检测单元连续三次采集的所述实时出水温度T_实时出水计算得到的所述温度差值。

8.一种燃气燃烧装置，包括控制器，其特征在于，根据权利要求1至7之一所述的燃气燃烧装置的控制方法对其出水温度进行控制。

9.根据权利要求8所述的燃气燃烧装置，其特征在于，所述燃气燃烧装置包括燃气热水器、燃气采暖炉。

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