CN112178944A - 速热水机的极速恒温调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及速热水机的极速恒温调控方法，包括通过PID控制将出口水温稳定到设定温度时，保存当前设定温度所需的加热管功率，以得到设定功率；对速热水机进行开机时，以水泵功率启动水泵，加热管全功率加热，当出口水温度临至设定温度时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，引入PID控制调温。本发明通过获取水泵功率及出口水温与设定温度相同时的加热管功率，当出口水温过低，加热管以全功率加热，当出口水温临近设定温度时，加热管切换为出口水温与设定温度相同时的加热管功率进行加热，再引入PID控制调节水温，实现从开机到输出设定温度的水所消耗的时间短，且能平稳过渡到设定温度，水温波动幅度小，调温更为灵活，自适应能力强。

Description

速热水机的极速恒温调控方法

技术领域

本发明涉及水温调控方法，更具体地说是指速热水机的极速恒温调控方法。

背景技术

目前简易型速热水机一般因如夏冬季水温差异大、地区输入电压的差异等外部环境因素造成速热水机出口水温与设定温度的偏差大，上下波动幅度也大，用户使用体验差；复杂型速热水机在电路设计应用上又比较复杂、成本较高，开发周期长。

刚开机时，速热水机的出口水温在稳定到设定温度之前，温度先上升得偏高，之后又降得较多，上下波动大，且速热水机出口水温上升至设定温度的过程中，若响应时间快时，实测水温在设定温度附近波动很大，需要长时间的调节，才能稳定在设定温度允许的误差范围内；当外部环境因素变动时，水温波动性更大；也有一些速热水机达到设定温度，但是出口水温上升至设定温度的过程，耗时很长，用户使用体验差，且需要增加了部分用于监测外部环境变化的外围电路所需成本。

因此，有必要设计一种新的方法，实现从开机到输出设定温度的水所消耗的时间短，且又能平稳的过渡到设定温度，水温波动幅度小，在调温这方面更为灵活，自适应能力强。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供速热水机的极速恒温调控方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：速热水机的极速恒温调控方法，包括：

通过PID控制将出口水温稳定到设定温度时，保存当前设定温度所需的加热管功率，以得到设定功率；

对速热水机进行开机时，以水泵功率启动水泵，加热管全功率加热，当出口水温临至设定温度时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，引入PID控制调温。

其进一步技术方案为：所述通过PID控制将出口水温稳定到设定温度时，保存当前设定温度所需的加热管功率，以得到设定功率，包括：

检测当前出口水温；

获取设定温度与出口水温的温度差符合要求时所对应的加热管功率，以得到当前设定温度所需的加热管功率；

保存当前设定温度所需的加热管功率，以得到设定功率。

其进一步技术方案为：所述通过PID控制将出口水温稳定到设定温度时，保存当前设定温度所需的加热管功率，以得到设定功率之前，还包括：

确定水泵功率。

其进一步技术方案为：所述确定水泵功率，包括：

检测当前入口水温；

在确保出口水温满足设定温度的前提下，根据设定温度与当前入口水温的温度差确定水泵功率，以得到水泵功率。

其进一步技术方案为：所述对速热水机进行开机时，以水泵功率启动水泵，加热管全功率加热，当出口水温度临至设定温度时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，引入PID控制调温，包括：

对速热水机进行开机时，以水泵功率启动水泵，当出口水温度与设定温度之差满足第一设定条件时，进行加热管全功率加热，当出口水温度与设定温度之差满足第二设定条件时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，并引入PID控制进行调温。

其进一步技术方案为：所述对速热水机进行开机时，以水泵功率启动水泵，当出口水温度与设定温度之差满足第一设定条件时，进行加热管全功率加热，当出口水温度与设定温度之差满足第二设定条件时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，并引入PID控制进行调温，包括：

对速热水机进行开机处理；

判断入口水温是否不小于设定温度；

若入口水温不小于设定温度，则对水泵进行全功率启动，加热管停止加热，并执行所述判断入口水温是否不小于设定温度；

若入口水温小于设定温度，则当出口水温度与设定温度之差满足第一设定条件时，进行加热管全功率加热，当出口水温度与设定温度之差满足第二设定条件时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，并引入PID控制进行调温。

其进一步技术方案为：所述当出口水温度与设定温度之差满足第一设定条件时，进行加热管全功率加热，当出口水温度与设定温度之差满足第二设定条件时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，并引入PID控制进行调温，包括：

判断设定温度与出口水温差是否大于第一设定值；

若设定温度与出口水温差大于第一设定值，则进行加热管全功率加热，并执行所述判断设定温度与出口水温差是否大于第一设定值；

若设定温度与出口水温差不大于第一设定值，则将加热管的功率切换为设定功率，并以水泵功率启动水泵；

判断加热的时间是否大于阈值；

若加热的时间大于阈值，则通过PID控制算法调节加热管的功率。

其进一步技术方案为：所述第一设定值为10℃。

其进一步技术方案为：所述阈值为6s。

其进一步技术方案为：所述通过PID控制算法调节加热管的功率，包括：

获取设定温度和出口水温差稳定在-1℃至1℃内的加热管功率，以得到恒温功率；

将获取的恒温功率进行保存，且更新加热管的功率为恒温功率。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过预先获取水泵功率以及出口水温与设定温度相同时的加热管功率，当出口水温过低时，加热管以全功率加热，当出口水温临近设定温度时，加热管切换为出口水温与设定温度相同时的加热管功率进行加热，再引入PID控制调节水温，确保出口水温更加稳定，实现从开机到输出设定温度的水所消耗的时间短，且又能平稳的过渡到设定温度，水温波动幅度小，在调温这方面更为灵活，自适应能力强。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明具体实施例提供的速热水机的极速恒温调控方法的流程示意图；

图2为本发明具体实施例提供的速热水机的极速恒温调控方法的子流程示意图；

图3为本发明具体实施例提供的速热水机的极速恒温调控方法的子流程示意图；

图4为本发明具体实施例提供的速热水机的极速恒温调控方法的子流程示意图；

图5为本发明具体实施例提供的速热水机的极速恒温调控方法的子流程示意图；

图6为本发明具体实施例提供的速热水机的极速恒温调控方法的子流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

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，所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1～6所示的具体实施例，本实施例提供的速热水机的极速恒温调控方法，可以运用在热水机、热水器等需要加热水的设备中。

请参阅图1，上述的速热水机的极速恒温调控方法，包括步骤S110～S130。

S110、确定水泵功率。

在本实施例中，水泵功率也将影响水温的控制，比如在入口水温低时，水泵功率大的情况会出现即使全功率加热出口水温都达不到设定温度。

在一实施例中，请参阅图2，上述的步骤S110可包括步骤S111～S112。

S111、检测当前入口水温；

S112、在确保出口水温满足设定温度的前提下，根据设定温度与当前入口水温的温度差确定水泵功率，以得到水泵功率。

设定温度与入口水温差越小，水泵功率越大，水泵出水量就越大。

具体地，通过进水口NTC热敏电阻器，检测当前入口水温，结合设定温度，计算两者的差值；在确保出口水温满足设定温度的前提下，即出口水温与设定温度值相等时，设定温度与入口水温差越小，水泵功率越大，水泵出水量就越大，因此，可以确定设定温度与入口水温差时的水泵功率。

S120、通过PID控制将出口水温稳定到设定温度时，保存当前设定温度所需的加热管功率，以得到设定功率。

在本实施例中，设定功率是指当出口水温稳定到设定温度时加热管对应的功率。

在一实施例中，请参阅图3，上述的步骤S120可包括步骤S121～S123。

S121、检测当前出口水温；

S122、获取设定温度与出口水温的温度差符合要求时所对应的加热管功率，以得到当前设定温度所需的加热管功率；

S123、保存当前设定温度所需的加热管功率，以得到设定功率。

通过获取设定温度和出口水温的温度差在-1℃～1℃等依据实际情况设定的差距值内所对应的加热管功率，以此确定设定功率。

S130、对速热水机进行开机时，以水泵功率启动水泵，加热管全功率加热，当出口水温度临至设定温度时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，引入PID控制调温。

在本实施例中，对速热水机进行开机时，以水泵功率启动水泵，当出口水温度与设定温度之差满足第一设定条件时，进行加热管全功率加热，当出口水温度与设定温度之差满足第二设定条件时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，并引入PID控制进行调温。

在一实施例中，请参阅图4，上述的步骤S130可包括步骤S131～S134。

S131、对速热水机进行开机处理；

S132、判断入口水温是否不小于设定温度；

S133、若入口水温不小于设定温度，则对水泵进行全功率启动，并执行所述S132。

在此步骤中，并不会启动加热管进行加热。

S134、若入口水温小于设定温度，则当出口水温度与设定温度之差满足第一设定条件时，进行加热管全功率加热，当出口水温度与设定温度之差满足第二设定条件时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，并引入PID控制进行调温。

在一实施例中，请参阅图5，上述的步骤S134可包括步骤S1341～S1345。

S1341、判断设定温度与出口水温差是否大于第一设定值；

S1342、若设定温度与出口水温差大于第一设定值，则进行加热管全功率加热，并执行步骤S1341；

S1343、若设定温度与出口水温差不大于第一设定值，则将加热管的功率切换为设定功率，并以水泵功率启动水泵；

S1344、判断加热的时间是否大于阈值；

S1345、若加热的时间大于阈值，则通过PID控制算法调节加热管的功率。

在一实施例中，请参阅图6，上述的步骤S1345可包括步骤S13451～S13452。

S13451、获取设定温度和出口水温差稳定在-1℃至1℃内的加热管功率，以得到恒温功率。

在本实施例中，恒温功率是指设定温度和出口水温差稳定在-1℃至1℃内的加热管功率。

S13452、将获取的恒温功率进行保存，且更新加热管的功率为恒温功率。

若判断加热的时间不大于阈值，则执行所述步骤S1344。

在本实施例中，所述第一设定值为10℃。所述阈值为6s。

具体地，当加热时间未到达阈值时，每隔20ms更新检测到的温度差：第n-2次温差值＝第n-1次温差值；第n-1次温差值＝第n次温差值；第n次温差值＝与出口水温的温度差；调整量＝Ka*第n次温差值–Kb*第n-1次温差值+Kc*第n-2次温差值，其中，Ka＝Kp+Ki+Kd；Kb＝Kp+2*Kd；Kc＝Kd；Kp为比例，Ki为积分，Kd为微分；Ka、Kb、Kc为系数；此时加热管的功率为调整量，加热管以调整后的功率加热，影响出口水温，当与出口水温的温差不在-1℃至1℃内时，温度稳定时间设置为零，当与出口水温的温差在-1℃至1℃内时而温度稳定时间小于5s时，温度稳定时间加1，当与出口水温的温差在-1℃至1℃内时温度稳定时间不小于5s时，将获取的恒温功率进行保存，且更新加热管的功率为恒温功率。

先以全功率加热，临近设定温度时，切换以设定功率加热，这样既能有效的缩短加热时间，又能平稳的过渡到设定温度，即不会造成出口水温上下波动幅度大的情况，温度曲线更为平滑；在确保出口水温满足设定温度的前提下，水泵出水量尽可能的大，减少用户等待时间，提升了用户使用体验。当外部环境因素(水温、输入电压)发生变化时，不需要借助外围检测电路，通过上述控制流程，可以有效的更新并保存当前设定温度所需的加热管功率，便于后续调用；即增强了自适应调节功能，同时也节省了检测输入电压模块所需的成本。

通过PID控制，将出口水温稳定到设定温度时，保存当前设定温度所需的加热管功率；后续开机时，先全功率加热，临至设定温度时，迅速切换为之前保存的加热管功率，后续引入PID控制调温。这样实现了从开机到出设定温度的水，耗时短，且又能平稳的过渡到设定温度，水温波动幅度小，同时在PID控制下，使得水温更加稳定。若外部环境发生变化时，可通过PID控制自动更新和保存当前的加热管功率，在调温这方面变得更为灵活，自适应能力更强。

当监测到温度过低时，加热管先以全功率加热，临至设定温度时，迅速切换为设定温度所需的加热功率，既能有效缩短加热响应时间，同时出口水温又能平稳的过渡到设定温度，引入PID控制调节水温，确保出口水温更加稳定；同时，当外部环境发生变化时，可以实时更新设定温度所需的加热功率，这样既节省部分检测电路所需成本，同时调节也变得更为灵活。解决出口水温达到设定温度过程中的响应时间长的问题；可以有效解决出口水温上下波动幅度大的问题；节省检测外部环境所造成的成本问题，即无需设置输入电压检测模块。

上述的速热水机的极速恒温调控方法，通过预先获取水泵功率以及出口水温与设定温度相同时的加热管功率，当出口水温过低时，加热管以全功率加热，当出口水温临近设定温度时，加热管切换为出口水温与设定温度相同时的加热管功率进行加热，再引入PID控制调节水温，确保出口水温更加稳定，实现从开机到输出设定温度的水所消耗的时间短，且又能平稳的过渡到设定温度，水温波动幅度小，在调温这方面更为灵活，自适应能力强。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.速热水机的极速恒温调控方法，其特征在于，包括：

通过PID控制将出口水温稳定到设定温度时，保存当前设定温度所需的加热管功率，以得到设定功率；

对速热水机进行开机时，以水泵功率启动水泵，加热管全功率加热，当出口水温度临至设定温度时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，引入PID控制调温。

2.根据权利要求1所述的速热水机的极速恒温调控方法，其特征在于，所述通过PID控制将出口水温稳定到设定温度时，保存当前设定温度所需的加热管功率，以得到设定功率，包括：

检测当前出口水温；

获取设定温度与出口水温的温度差符合要求时所对应的加热管功率，以得到当前设定温度所需的加热管功率；

保存当前设定温度所需的加热管功率，以得到设定功率。

3.根据权利要求2所述的速热水机的极速恒温调控方法，其特征在于，所述通过PID控制将出口水温稳定到设定温度时，保存当前设定温度所需的加热管功率，以得到设定功率之前，还包括：

确定水泵功率。

4.根据权利要求3所述的速热水机的极速恒温调控方法，其特征在于，所述确定水泵功率，包括：

检测当前入口水温；

在确保出口水温满足设定温度的前提下，根据设定温度与当前入口水温的温度差确定水泵功率，以得到水泵功率。

5.根据权利要求1至4任一项所述的速热水机的极速恒温调控方法，其特征在于，所述对速热水机进行开机时，以水泵功率启动水泵，加热管全功率加热，当出口水温度临至设定温度时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，引入PID控制调温，包括：

对速热水机进行开机时，以水泵功率启动水泵，当出口水温度与设定温度之差满足第一设定条件时，进行加热管全功率加热，当出口水温度与设定温度之差满足第二设定条件时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，并引入PID控制进行调温。

6.根据权利要求5所述的速热水机的极速恒温调控方法，其特征在于，所述对速热水机进行开机时，以水泵功率启动水泵，当出口水温度与设定温度之差满足第一设定条件时，进行加热管全功率加热，当出口水温度与设定温度之差满足第二设定条件时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，并引入PID控制进行调温，包括：

对速热水机进行开机处理；

判断入口水温是否不小于设定温度；

若入口水温不小于设定温度，则对水泵进行全功率启动，加热管停止加热，并执行所述判断入口水温是否不小于设定温度；

若入口水温小于设定温度，则当出口水温度与设定温度之差满足第一设定条件时，进行加热管全功率加热，当出口水温度与设定温度之差满足第二设定条件时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，并引入PID控制进行调温。

7.根据权利要求6所述的速热水机的极速恒温调控方法，其特征在于，所述当出口水温度与设定温度之差满足第一设定条件时，进行加热管全功率加热，当出口水温度与设定温度之差满足第二设定条件时，将加热管的功率切换为设定功率进行加热，并引入PID控制进行调温，包括：

判断设定温度与出口水温差是否大于第一设定值；

若设定温度与出口水温差大于第一设定值，则进行加热管全功率加热，并执行所述判断设定温度与出口水温差是否大于第一设定值；

若设定温度与出口水温差不大于第一设定值，则将加热管的功率切换为设定功率，并以水泵功率启动水泵；

判断加热的时间是否大于阈值；

若加热的时间大于阈值，则通过PID控制算法调节加热管的功率。

8.根据权利要求7所述的速热水机的极速恒温调控方法，其特征在于，所述第一设定值为10℃。

9.根据权利要求8所述的速热水机的极速恒温调控方法，其特征在于，所述阈值为6s。

10.根据权利要求7所述的速热水机的极速恒温调控方法，其特征在于，所述通过PID控制算法调节加热管的功率，包括：

获取设定温度和出口水温差稳定在-1℃至1℃内的加热管功率，以得到恒温功率；

将获取的恒温功率进行保存，且更新加热管的功率为恒温功率。

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