CN110081607A - 一种燃气热水器控制方法、控制系统及燃气热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气热水器控制方法、控制系统及燃气热水器，该燃气热水器控制方法包括如下步骤：感测燃气热水器所处的实际环境温度t；根据第一线性方程式得出实际环境温度t下的最大电流Imax，且根据第二线性方程式得出实际环境温度t下的最小电流Imin；主控器对范围在Imin和Imax之间的电流进行PWM控制，以实现比例阀开度的控制；第一线性方程式表示在最大二次压不变时最大电流与环境温度之间存在线性关系，第二线性方程式表示在最小二次压不变时最小电流与环境温度之间存在线性关系。本发明考虑环境温度对比例阀二次压（即开度）的影响，降低比例阀二次压受环境温度影响而产生的偏移，提高燃气热水器加热效率。

Description

一种燃气热水器控制方法、控制系统及燃气热水器

技术领域

本发明属于热水器技术领域，具体涉及一种燃气热水器控制方法、控制系统及燃气热水器。

背景技术

燃气二次压指燃气热水器内部通过比例阀调整后的燃气压力，是燃气热水器的一个重要参数，现有热水器通过控制输入至比例阀的电流调节其开度，以调节进入燃烧室的燃气量，并且配合风机输出的相应空气量进行燃烧。由于输入至比例阀的电流与其开度（或二次压）成正相关，因此燃气热水器一般采用电流PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）控制比例阀，出厂前需要调试比例阀在最大开度和最小开度下的二次压，然后主控器根据相应的最大电流和最小电流进行PWM分割控制。但是燃气比例阀由于自身结构导致其开度会受环境温度的影响，且燃气热水器在实际运行环境下与实验调试环境不同，导致出厂前调试正常的热水器在不同环境温度下二次压出现偏移，特别是实际温度与调试时环境温度相差较大时，使得比例阀不能输出相应正确的燃气量，造成燃烧不充分、水温达不到、一氧化碳增多，甚至熄火、爆燃等问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种燃气热水器控制方法，考虑环境温度对比例阀二次压（即开度）的影响，降低比例阀二次压受环境温度影响而产生的偏移，提高燃气热水器加热效率。

为了解决上述技术问题，本发明所提出的控制方法采用如下技术方案予以实现：

一种燃气热水器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：感测燃气热水器所处的实际环境温度t；根据第一线性方程式得出实际环境温度t下的最大电流Imax，且根据第二线性方程式得出实际环境温度t下的最小电流Imin；主控器对范围在Imin和Imax之间的电流进行PWM分割控制，以实现比例阀开度的控制；其中所述第一线性方程式表示在最大二次压不变时输入至燃气热水器的比例阀的最大电流与环境温度之间存在线性关系，所述第二线性方程式表示在最小二次压不变时输入至燃气热水器的比例阀的最小电流与环境温度之间存在线性关系。

在如上所述的控制方法运行之前需要对燃气热水器进行调试，以便获取第一线性方程式和第二线性方程式，其中获取第一线性方程式和第二线性方程式的步骤包括：选择至少两个不同的环境温度；在各环境温度下分别调整二次压至最大二次压，并存储各环境温度下最大二次压对应的至少两个最大电流，各环境温度与对应的最大电流形成第一组参数；根据至少两个第一组参数，统计最大电流与环境温度之间线性关系的系数，得出第一线性方程式；在各环境温度下分别调整二次压至最小二次压，并存储各环境温度下最小二次压对应的至少两个最小电流，各环境温度与对应的最小电流形成第二组参数；根据至少两个第二组参数，统计最小电流与环境温度之间线性关系的系数，得出第二线性方程式。

如上所述的控制方法，为了更好地体现环境温度与电流之间的关系，各环境温度之间的差值处于15℃至40℃之间。

在环境温差变化较小时，对应的二次差变化不会相差很大，因此如上所述的控制方法，为了提升热水器控制效率，所述燃气热水器控制方法还包括如下步骤：存储所感测到的不同实际环境温度t、各实际环境温度t下对应的最大电流Imax和各实际环境温度t下对应的最小电流Imin；将感测到当前的实际环境温度t与所存储的环境温度依次比较，如果两者之差的绝对值在预设温度值内，将所存储的环境温度下的最大电流和最小电流作为当前实际环境温度t下的最大电流和最小电流。

如上所述的燃气热水器控制方法，为保证温度对比例阀开度的影响精度，实际环境温度t为所述比例阀附近环境的温度。

作为对电流PWM分割控制比例阀开度的一个实现方式，所述主控器对范围在Imin和Imax之间的电流进行PWM分割控制，以实现比例阀开度的控制的步骤包括：分别采集主控器输出的用于控制比例阀最大开度的第一PWM值A和用于控制比例阀最小开度的第二PWM值B；计算比例阀调节范围C=A-B；以及将调节范围C分割成N份，每一个调节单位C*1/N对应比例阀的1/N开度，比例阀全开时开度为1，其中N为大于1的正整数。

如上所述燃气热水器控制方法，考虑环境温度对比例阀开度（即二次压）的影响，通过环境温度与比例阀开度对应的最大电流和最小电流之间的线性关系，在环境温度变化时，计算新的最大电流和最小电流，从而根据该最大电流和最小电流进行PWM分割控制，实现燃气热水器随环境温度变化相应调节比例阀的输入电流，降低二次压受温度变化影响而产生的偏移，提高燃气热水器加热效率。

本发明的目的之二是提供了一种燃气热水器的控制系统，利用该控制系统降低环境温度对比例阀二次压的影响，提高燃气热水器加热效率。

为实现上述发明目的，本发明所提出的控制系统采用如下技术方案予以实现：

一种燃气热水器的控制系统，包括主控器、比例阀、以及用于感测燃气热水器所处的环境温度的温度传感器，所述温度传感器与所述主控器通信连接，所述主控器包括：系数计算单元，用于计算输入至所述比例阀的最大电流和最小电流分别与环境温度之间线性关系的系数，得出表示最大电流与环境温度之间线性关系的第一线性方程式以及表示最小电流与环境温度之间线性关系的第二线性方程式；电流计算单元，用于根据第一线性方程式得出当前环境温度下的最大电流Imax，且根据第二线性方程式得出当前环境温度t下的最小电流Imin；并且所述主控器根据最大电流Imax和最小电流Imin对所述比例阀的开度进行PWM分割控制。

如上所述的控制系统，为保证温度对比例阀开度的影响精度，所述温度传感器设置在靠近所述比例阀的位置处。

进一步地，为了提升热水器控制效率，所述控制系统还包括与所述主控器通信连接的存储器，用于存储所感测到的环境温度，以及与所述环境温度对应的最大电流和最小电流。

此外，本发明还提供一种具有上述控制系统的燃气热水器。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：本发明在二次压保持不变时，通过环境温度与最大电流之间的第一线性方程式以及环境温度与最小电流之间的第二线性方程式，可以得出实际环境温度下用于调整比例阀开度的最大电流和最小电流，进而通过PWM分割控制比例阀的开度，本发明考虑环境温度因素对比例阀开度的影响，降低二次压受环境温度影响而产生的偏移，保证二次压正常稳定，提供准确的燃气量进入燃烧室，实现稳定有效燃烧，提高燃气热水器的燃烧效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简要介绍，显而易见地，下面描述的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为针对本发明的燃气热水器测试的在电流不变的情况下最大二次压和最小二次压分别与环境温度的关系图；

图2为针对本发明的燃气热水器测试的在二次压不变的情况下最大电流和最小电流分别与环境温度的关系图；

图3为本发明的燃气热水器的控制系统的一种实施例的结构框图；

图4为对本发明燃气热水器在出厂前调试的流程图；

图5为本发明的燃气热水器控制方法的一种实施例的流程图；

图6为本发明的燃气热水器控制方法的另一种实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有燃气热水器的比例阀的控制方式是电流PWM分割控制的方式，但是由于比例阀自身结构的影响，在比例阀所处的环境温度变化时，内部弹簧力和皮膜硬度的变化会导致二次压发生偏移，如图1给出实测热水器电流不变时最大二次压随温度变化的关系图（线1）以及最小二次压随温度变化的关系图（线2），可以看出二次压从10℃变化至40℃时降低了几十Pa，按照既定的电流PWM控制比例阀时不能得到相应正确的燃气量，导致燃烧不充分、水温达不到、一氧化碳增多等问题。因此，针对上述问题，寻找环境温度、输入至比例阀的电流与二次压的关系，在（最大或最小）二次压保持不变时，通过改变环境温度，记录对应的电流，实际测量结果如图2所示，从图2中可以看出，在最大二次压保持不变时，环境温度与最大电流Imax成线性关系（线1）且在最小二次压保持不变时，环境温度与最小电流Imin成线性关系（线2），区别在于线性系数不同。基于电流与环境温度的线性关系，本发明提供一种燃气热水器控制方法及控制系统。

实施例一

请参考图3，图3所示为本发明燃气热水器的控制系统的一种实施例的结构框图。

如图3所示，该控制系统的结构以及各结构之间的连接关系如下：温度传感器2，用于感测燃气热水器所处的环境温度t，将感测到的环境温度t反馈至主控器1，优选地，可以将温度传感器2靠近比例阀设置，便于有效反应环境温度对比例阀开度的影响；系数计算单元3，在根据实测的最大电流Imax和最小电流Imin均与环境温度t成线性关系的前提下，通过主控器1接收到温度传感器2反馈的环境温度t，在不同的环境温度t下，通过主控器1记录最大电流Imax和最小电流Imin，计算最大电流Imax与环境温度t之间线性关系的系数，得出第一线性方程式eq1:Imax=k_maxt+b_max，且计算最小电流Imin与环境温度t之间线性关系的系数，得出第二线性方程式eq2:Imin=k_mint+b_min；电流计算单元4，主控器1根据温度传感器2反馈的实际环境温度，根据第一线性方程式和第二线性方程式，计算当前实际环境温度对应的最大电流和最小电流，主控器1根据最大电流和最小电流对比例阀开度进行PWM分割控制。

上述实施例的控制系统应用在燃气热水器中，用于降低二次压受环境温度影响而产生的偏移，保证二次压正常稳定，提供准确的燃气量进入燃烧室，实现稳定有效燃烧，提高燃气热水器的燃烧效率。

上述结构的控制系统的具体控制过程可以参考图5和图6所示的流程图及下面对这两个流程图的描述。

实施例二

请参考图5，图5示出了本发明燃气热水器的控制方法的一种实施例的流程图，该实施例的流程基于图3所示的控制系统和图4所示的燃气热水器的出厂前调试流程对燃气热水器进行控制。

如图4所示，出厂前调试：在第一环境温度t1下燃气热水器上电开机稳定燃烧，并记录第一环境温度t1；（例如通过调整主控板上的电位器）手动调节最大二次压和最小二次压到规定参数，主控器1检测并记录此时输入至比例阀的最大电流Imax1和最小电流Imin1，然后关机；在第二环境温度t2下燃气热水器上电开机稳定燃烧，并记录第二环境温度t2；手动调节最大二次压和最小二次压到规定参数，主控器1检测并记录此时输入至比例阀的最大电流Imax2和最小电流Imin2；根据eq1和eq2，得方程组Imax1=k_maxt1+b_max，Imin1==k_mint1+b_min，Imax2=k_maxt2+b_max，Imin2=k_mint1+b_min,计算得到系数k_max、b_max、k_min和b_min，进而得到eq1:Imax=k_maxt+b_max，eq2:Imin=k_mint+b_min。

优选地，在本实施例中，可以选择多于两个的环境温度，记录下多于两个的最大电流和最小电流，通过统计得到k_max、b_max、k_min和b_min，例如选择五个不同的环境温度t1-t5，在将如上所述的最大二次压调节至规定参数后，主控器1分别检测并记录t1-t5下对应的最大电流Imax1-Imax5,形成五个第一组参数（t1,Imax1）,（t2,Imax2）,（t3,Imax3）（t4,Imax4）（t5,Imax5）, 以环境温度t为自变量且以该环境温度t对应的最大电流Imax为函数，拟合环境温度t和最大电流Imax之间的直线，得到k_max和b_max；在将如上所述的最小二次压调节至规定参数后，主控器1分别检测并记录t1-t5下对应的最小电流Imin1-Imin5,形成五个第二组参数（t1,Imin1）,（t2,Imin2）,（t3,Imin3）（t4,Imin4）（t5,Imin5）,以环境温度t为自变量且以该环境温度t对应的最小电流Imin为函数，拟合环境温度t和最小电流Imin之间的直线，得到k_min和b_min。在本实施例中，为了保证环境温度与电流之间线性关系的精确性，两环境温度的值应不应太接近，温差可以保持在15℃到40℃之间，当然，不局限于此温度范围。

如图5所示，本实施例对燃气热水器进行控制的具体过程如下：燃气热水器上电开机运行至稳定燃烧；检测当前实际环境温度t_curt，根据eq1和eq2得出温度t_curt下的Imax_curt和Imin_curt；然后主控板1对该电流范围进行PWM分割控制以控制比例阀开度。

具体地，主控板1对电流PWM分割控制以实现比例阀开度控制的实现过程如下：采集主控器1输出的与最大电流Imax_curt（即对应比例阀的最大开度）对应的第一PWM值A，采集主控器1输出的与最小电流Imin_curt（即对应比例阀的最小开度）对应的第二PWM值B；计算比例阀开度调节范围C=A-B；将调节范围C分割成N份，每一个调节单位C*1/N对应比例阀的1/N开度，比例阀全开时开度为1，其中N为大于1的正整数。N可以根据主控器1的实际运算能力设置，例如对于具有255位运算能力的单片机，可以将N设置为255。

实施例三

请参考图6，图6示出了本发明燃气热水器的控制方法的另一种实施例的流程图。

如图6所示，基于对燃气热水器在出厂前调试模式的基础上，对燃气热水器控制方法进行改进，由于环境温度差别不大时二次压相差较小，为简化主控器1计算频率，提升热水器控制效率，如图3所示的控制系统还包括存储器5，用于存储温度传感器2检测到的不同的环境温度，以及在不同环境温度下对应的最大电流和最小电流，如上所述的燃气热水器控制方法的运行过程：燃气热水器上电开机运行至稳定燃烧；检测当前实际环境温度t_curt，根据eq1和eq2得出温度t_curt下的Imax_curt和Imin_curt；主控板1对该电流范围进行PWM分割以控制比例阀开度，同时存储t_curt、Imax_curt和Imin_curt；实时检测燃气热水器运行时的实际温度t’，当|t’-t_curt|≤Δt，不利用eq1和eq2更新计算最大电流和最小电流，此时将Imax_curt和Imin_curt作为当前的最大电流和最小电流并进行PWM分割控制,其中Δt为预设温度值，例如5℃。当然，也可能会存在两个t_curt都满足条件|t’-t_curt|≤Δt的情况，此时，选择使用最先匹配到t’的t_curt下的最大电流和最小电流，以节省运算和匹配时间。

实施例四

本发明还提供一种具有上述控制系统且利用上述燃气热水器控制方法进行二次压稳定的燃气热水器，其参见图3至图5具体描述了工作过程，在此不做赘述。

本发明在二次压保持不变时，通过环境温度与最大电流之间的第一线性方程式eq1以及环境温度与最小电流之间的第二线性方程式eq2，可以得出实际环境温度下用于调整比例阀开度的最大电流和最小电流，进而通过PWM分割控制比例阀的开度，本发明考虑环境温度因素对比例阀开度的影响，降低二次压受环境温度影响而产生的偏移，保证二次压正常稳定，提供准确的燃气量进入燃烧室，实现稳定有效燃烧，提高燃气热水器的燃烧效率。

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：其依然可以对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精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃气热水器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

感测燃气热水器所处的实际环境温度t；

根据第一线性方程式得出实际环境温度t下的最大电流Imax，且根据第二线性方程式得出实际环境温度t下的最小电流Imin；

主控器对范围在Imin和Imax之间的电流进行PWM分割控制，以实现比例阀开度的控制；

其中所述第一线性方程式表示在最大二次压不变时输入至燃气热水器的比例阀的最大电流与环境温度之间存在线性关系，所述第二线性方程式表示在最小二次压不变时输入至燃气热水器的比例阀的最小电流与环境温度之间存在线性关系。

2.根据权利要求1所述的燃气热水器控制方法，其特征在于，其中获取所述第一线性方程式和第二线性方程式的步骤包括：

选择至少两个不同的环境温度；

在各环境温度下分别调整二次压至最大二次压，并存储各环境温度下最大二次压对应的至少两个最大电流，各环境温度与对应的最大电流形成第一组参数：；

根据至少两个第一组参数，统计最大电流与环境温度之间线性关系的系数，得出第一线性方程式；并且

在各环境温度下分别调整二次压至最小二次压，并存储各环境温度下最小二次压对应的至少两个最小电流，各环境温度与对应的最小电流形成第二组参数；

根据至少两个第二组参数，统计最小电流与环境温度之间线性关系的系数，得出第二线性方程式。

3.根据权利要求2所述的燃气热水器控制方法，其特征在于，各环境温度之间的差值处于15℃至40℃之间。

4.根据权利要求1所述的燃气热水器控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

存储所感测到的不同实际环境温度t、各实际环境温度t下对应的最大电流Imax和各实际环境温度t下对应的最小电流Imin；

将感测到当前的实际环境温度t与所存储的环境温度依次比较，如果两者之差的绝对值在预设温度值内，将所存储的环境温度下的最大电流和最小电流作为当前实际环境温度t下的最大电流和最小电流。

5.根据权利要求1所述的燃气热水器控制方法，其特征在于，实际环境温度t为所述比例阀附近环境的温度。

6.根据权利要求1所述的燃气热水器控制方法，其特征在于，所述主控器对范围在Imin和Imax之间的电流进行PWM分割控制，以实现比例阀开度的控制的步骤包括：

分别采集主控器输出的用于控制比例阀最大开度的第一PWM值A和用于控制比例阀最小开度的第二PWM值B；

计算比例阀开度的调节范围C=A-B；以及，

将调节范围C分割成N份，每一个调节单位C*1/N对应比例阀的1/N开度，比例阀全开时开度为1，其中N为大于1的正整数。

7.一种燃气热水器的控制系统，包括主控器和比例阀，其特征在于，还包括用于感测燃气热水器所处的环境温度的温度传感器，所述温度传感器与所述主控器通信连接，所述主控器包括：

系数计算单元，用于计算输入至所述比例阀的最大电流和最小电流分别与环境温度之间线性关系的系数，得出表示最大电流与环境温度之间线性关系的第一线性方程式以及表示最小电流与环境温度之间线性关系的第二线性方程式；

电流计算单元，用于根据第一线性方程式得出当前环境温度下的最大电流Imax，且根据第二线性方程式得出当前环境温度t下的最小电流Imin；并且，

所述主控器根据最大电流Imax和最小电流Imin对所述比例阀的开度进行PWM分割控制。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述温度传感器设置在靠近所述比例阀的位置处。

9.根据权利要求7或8所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述主控器通信连接的存储器，用于存储所感测到的环境温度，以及与所述环境温度对应的最大电流和最小电流。

10.一种燃气热水器，其特征在于，所述燃气热水器具有如上权利要求7至9中任一项所述的控制系统。