CN112555489B - 一种电池供电的智能减压阀控制装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种电池供电的智能减压阀控制装置与方法，控制装置包括通信模块、模拟量采集模块、存储模块、控制模块、电磁阀驱动模块、电池模块以及电磁阀模块，通信模块、模拟量采集模块、存储模块、电磁阀驱动模块、电池模块均与控制模块电连接，电磁阀模块与电磁阀驱动模块电连接；本发明，可以实现管网压力的动态智能调整，无需专人值守，稳定可靠，通过通信模块与控制端进行通讯来获取参数，无需现场设置，能够及时、有效的实现管网压力的动态智能调整，并且，控制装置的各个部件如电池、电磁阀等元器件现场布置更加灵活化、合理化，对现场安装环境的要求较低，安装更加方便、便捷，降低了安装成本。

Description

一种电池供电的智能减压阀控制装置与方法

技术领域

本发明涉及减压阀控制技术领域，尤其涉及一种电池供电的智能减压阀控制装置与方法。

背景技术

漏损是每个城市供水管网都会面临的重要挑战，而压力管理是漏损控制中一项快速有效的方法。在保证正常用水的前提下，通过减压阀等调压设备将管网系统中的压力降低到一个较低的合理水平，可以大大减少管网中由于压力过高导致的漏损，特别是无法避免的背景渗漏，同时，还可以有效减少爆管事故的发生和不必要的水泵能耗。而在进口压力或者出口流量发生变化的时候，减压阀需要调整阀门开度来维持或者调整出口压力。

现在的减压阀控制装置通常通过电机进行驱动，其参数需要现场设置，对安装环境及供电等条件要求较高，不利于大面积推广，往往还需要人员前往现场进行手动调节。此外，无法根据实际用水情况进行调节，导致后端管网压力往往超出实际需要，增加了背景渗漏和水泵能耗。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种电池供电的智能减压阀控制装置与方法，通过采集减压阀后端的压力，并根据设定的目标压力，配合先导式减压阀，可以实现管网压力的智能动态调整，无需专人值守，稳定可靠，通过通信模块与通讯端进行通讯来获取参数，无需现场设置，能够及时、有效的实现管网压力的智能动态调整，并且，控制装置的各个部件如电池、电磁阀等元器件现场布置更加灵活化、合理化，对现场安装环境的要求较低，安装更加方便、便捷，降低了安装成本。

一种电池供电的智能减压阀控制装置，包括通信模块、模拟量采集模块、存储模块、控制模块、电磁阀驱动模块、电池模块以及电磁阀模块，所述通信模块、模拟量采集模块、存储模块、电磁阀驱动模块、电池模块均与控制模块电连接，所述电磁阀模块与所述电磁阀驱动模块电连接；

模拟量采集模块，用于采集模拟量数据，模拟量数据包括阀后压力数据；

通信模块，能够与通讯端进行通讯，发送模拟量数据至通讯端并获取通讯端下发的设置参数，设置参数包括目标压力参数；

存储模块，能够存储设置参数；

控制模块，用于将模拟量数据与设置参数并进行比较，生成控制指令；

电磁阀模块，用于控制减压阀的阀门开度；

电磁阀驱动模块，用于根据主控模块的控制指令控制电磁阀模块中的电磁阀结构的导通时间。

本技术方案，通过采集减压阀后端的压力，并根据设定的目标压力，配合先导式减压阀，可以实现管网压力的智能动态调整，无需专人值守，稳定可靠，通过通信模块与通讯端进行通讯来获取参数，无需现场设置，能够及时、有效的实现管网压力的智能动态调整，并且，控制装置的各个部件如电池、电磁阀等元器件现场布置更加灵活化、合理化，对现场安装环境的要求较低，安装更加方便、便捷，降低了安装成本。

优选的，所述控制模块以一定频率间歇式打开模拟量采集模块进行数据采集。

优选的，所述通信模块以一定频率间歇式与通讯端进行通讯，获取设置参数并保存。

优选的，所述设置参数为多个时间段或者流量区间所对应的目标压力范围。

优选的，所述电磁阀结构包括用于和减压阀的先导阀相连接的进水导水电磁阀和排水导水电磁阀，分别用于调大减压阀的阀门开度与调小减压阀的阀门开度。

优选的，所述模拟量数据还包括阀前压力数据、流量数据。

一种根据上述电池供电的智能减压阀控制装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤1，通信模块获取通讯端下发的设置参数；

步骤2，模拟量采集模块采集实时数据；

步骤3，控制模块将实时数据与设置参数进行对比，在实时数据处于目标压力参数的范围值之外时，生成控制指令；

步骤4，电磁阀驱动模块根据控制指令对电磁阀模块进行阀控调节；

步骤5，延时等待，并在等待时间结束后继续步骤2。

优选的，步骤3中，当实时阀后压力大于当前时间或者流量区间对应的目标压力上限时，控制装置生成减压指令，控制电磁阀动作减少减压阀的阀门开度。

优选的，步骤3中，当实时阀后压力小于当前时间或者流量区间对应的目标压力下限时，控制模块生成增压指令，控制电磁阀动作增大减压阀的阀门开度。

综上所述，本发明具有以下有益效果：通过采集减压阀后端的压力，并根据设定的目标压力，配合先导式减压阀，可以实现管网压力的智能动态调整，无需专人值守，稳定可靠，通过通信模块与通讯端进行通讯来获取参数，无需现场设置，能够及时、有效的实现管网压力的智能动态调整，并且，控制装置的各个部件如电池、电磁阀等元器件现场布置更加灵活化、合理化，对现场安装环境的要求较低，安装更加方便、便捷，降低了安装成本。

附图说明

图1为本发明实施例所述的电池供电的智能减压阀控制装置原理框图；

图2为本发明实施例所述的电池供电的智能减压阀控制装置安装网络参考图；

图3为本发明实施例所述的电池供电的智能减压阀控制装置控制方法流程图；

图4为本发明实施例所述的电池供电的智能减压阀控制装置主控模块电路图。

具体实施方式

下面将结合附图，通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-4所示，一种电池供电的智能减压阀控制装置，其中，减压阀为先导式减压阀，该控制装置包括通信模块、模拟量采集模块、存储模块、控制模块、电磁阀驱动模块、电池模块以及电磁阀模块，所述通信模块、模拟量采集模块、存储模块、电磁阀驱动模块、电池模块均与控制模块电连接，所述电磁阀模块与所述电磁阀驱动模块电连接，电池模块作为供电电源为整个减压阀控制装置提供电量。

其中，模拟量采集模块，用于采集模拟量数据，模拟量数据包括阀后压力数据，其可以采用模拟量采集器；当模拟量采集模块与设置在减压阀后端的压力传感器电连接时，模拟量采集模块获得实时数据----即阀后压力数据；

通信模块，能够与通讯端进行通讯，发送模拟量数据至通讯端并获取通讯端下发的设置参数，设置参数包括目标压力参数，该目标压力参数为压力范围值，通讯端可以为手机端、电脑端等，具体地，通信模块可以采用4G无线模块及蓝牙模块，通讯端可以为电脑端、手机端等，实现了无线远程通讯，无需现场设置参数；

存储模块，能够存储设置参数，当通信模块获得通讯端下发的设置参数后，由控制模块进行处理将该设置参数存储在存储模块中，存储模块具体可以采用存储器或者寄存器；

控制模块，能够将模拟量数据与设置参数并进行比较，生成控制指令，其一般采用单片机，如附图4中的STM32单片机，当阀后压力小于设置参数中的目标压力参数时，控制指令为增压指令，当阀后压力大于设置参数中的目标压力参数时，控制指令为减压参数；

电磁阀模块，内部设置有电磁阀结构，用于控制减压阀的阀门开度；并且，电磁阀结构的出口端连接到先导式减压阀的先导阀上后，通过调节流经电磁阀结构的流体流量来调节先导阀中的弹簧压力，达到控制减压阀的阀门开度的目的；

电磁阀驱动模块，用于根据主控模块的控制指令控制电磁阀模块中的电磁阀结构的导通时间；众所周知，电磁阀模块开始调节控制后，减压阀阀后压力的调节或者调整是一个需要一定时间的调节过程，而非一蹴而就式的调节，所以，阀后压力与目标压力参数之间的差值越大，电磁阀模块中的电磁阀结构的导通时间越长，阀后压力与目标压力参数之间的差值越小，电磁阀模块中的电磁阀结构的导通时间越小。

该减压阀控制装置，工作时，按照以下步骤进行：

步骤1：通信模块获取通讯端下发的设置参数，该设置参数包括目标压力参数；

步骤2：模拟量采集模块采集实时数据；

步骤3：控制模块将实时数据与设置参数进行对比，在实时数据处于目标压力参数的范围值之外时，生成控制指令；

步骤4：电磁阀驱动模块根据控制指令对电磁阀模块进行阀控调节，电磁阀模块中的电磁阀在调控时调节减压阀的阀门开度；

步骤5：延时等待，并在等待时间结束后继续步骤2。这是因为，在步骤4的阀控调节之后，阀后压力的稳定需要一定的时间，通过目标压力与阀后压力的差值及阀门口径计算得到该时间，在该等待时间内，控制装置将进入休眠状态，以实现调节效率与功耗控制最优，尽可能延长电池使用寿命，等待时间结束之后，再从步骤2开始执行。

本实施例中的减压阀控制装置，通过采集减压阀后端的压力，并根据设定的目标压力，配合先导式减压阀，可以实现管网压力的智能动态调整，无需专人值守，稳定可靠，通过通信模块与通讯端进行通讯来获取参数，无需现场设置，能够及时、有效的实现管网压力的智能动态调整，并且，控制装置的各个部件如电池、电磁阀等元器件现场布置更加灵活化、合理化，对现场安装环境的要求较低，安装更加方便、便捷，降低了安装成本。

具体地，在步骤3中，当实时阀后压力大于当前时间或者流量区间对应的目标压力上限时，控制装置生成减压指令，控制电磁阀动作减少减压阀的阀门开度。当实时阀后压力小于当前时间或者流量区间对应的目标压力下限时，控制模块生成增压指令，控制电磁阀动作增大减压阀的阀门开度。

本实施例，较佳地，所述控制模块以一定频率间歇式打开模拟量采集模块进行数据采集，实现调节效率与功耗控制最优，尽可能延长电池使用寿命。

本实施例，较佳地，所述通信模块以一定频率间歇式与通讯端进行通讯，获取设置参数并保存，进一步实现调节效率与功耗控制最优，尽可能延长电池使用寿命。

本实施例，较佳地，所述设置参数为多个时间段或者流量区间所对应的目标压力范围，这样针对时间段以及流量段的设置参数，减少了设置参数的数量，提升了控制模块的数据采集效率，及时对管网压力进行智能调整。

对于电磁阀结构，其可以为单个电磁阀，也可以如附图2中所示，所述电磁阀结构包括用于和减压阀的先导阀相连接的进水导水电磁阀和排水导水电磁阀，分别用于调大减压阀的阀门开度与调小减压阀的阀门开度。在将进水导水电磁阀和排水导水电磁阀连接在一起，并通过管道与减压阀的先导阀相连接后，该减压阀控制装置与减压阀实现连接，当需要增大减压阀阀后压力时，通过间歇式导通进水导水电磁阀来增大执行器腔体中的压力，从而增大先导阀中的弹簧压力，进而增大调压阀的阀门开度，当需要减小减压阀阀后压力时，通过间歇式导通排水导水电磁阀来减小执行器腔体中的压力，从而减小先导阀中的弹簧压力，进而减小调压阀的阀门开度。该技术方案中，通过两个电磁阀配合调节，效率更高、使用寿命更长。

所述模拟量数据还包括阀前压力数据、流量数据，这些数据在传送到通讯端后，有利于用户综合判定管网水压，参见附图2所示，其可以通过设置在减压阀前端的阀前压力传感器以及流量传感器获得。

上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (8)

1.一种电池供电的智能减压阀控制装置，其特征在于，包括通信模块、模拟量采集模块、存储模块、控制模块、电磁阀驱动模块、电池模块以及电磁阀模块，所述通信模块、模拟量采集模块、存储模块、电磁阀驱动模块、电池模块均与控制模块电连接，所述电磁阀模块与所述电磁阀驱动模块电连接；

模拟量采集模块，用于采集模拟量数据，模拟量数据包括阀后压力数据；

通信模块，能够与通讯端进行通讯，发送模拟量数据至通讯端并获取通讯端下发的设置参数，设置参数包括目标压力参数；

存储模块，能够存储设置参数；

控制模块，用于将模拟量数据与设置参数并进行比较，生成控制指令；

电磁阀模块，用于控制减压阀的阀门开度；

电磁阀驱动模块，用于根据主控模块的控制指令控制电磁阀模块中的电磁阀结构的导通时间；

该智能减压阀控制装置的控制方法：包括如下步骤：

步骤1，通信模块获取通讯端下发的设置参数；

步骤2，模拟量采集模块采集实时数据；

步骤3，控制模块将实时数据与设置参数进行对比，在实时数据处于目标压力参数的范围值之外时，生成控制指令；

步骤4，电磁阀驱动模块根据控制指令对电磁阀模块进行阀控调节；

步骤5，延时等待，并在等待时间结束后继续步骤2。

2.根据权利要求1所述的一种电池供电的智能减压阀控制装置，其特征在于，所述控制模块以一定频率间歇式打开模拟量采集模块进行数据采集。

3.根据权利要求1所述的一种电池供电的智能减压阀控制装置，其特征在于，所述通信模块以一定频率间歇式与通讯端进行通讯，获取设置参数并保存。

4.根据权利要求1所述的一种电池供电的智能减压阀控制装置，其特征在于，所述设置参数为多个时间段或者流量区间所对应的目标压力范围。

5.根据权利要求1所述的一种电池供电的智能减压阀控制装置，其特征在于，所述电磁阀结构包括用于和减压阀的先导阀相连接的进水导水电磁阀和排水导水电磁阀，分别用于调大减压阀的阀门开度与调小减压阀的阀门开度。

6.还包括根据权利要求1所述的一种电池供电的智能减压阀控制装置，其特征在于，所述模拟量数据还包括阀前压力数据、流量数据。

7.根据权利要求1所述的一种电池供电的智能减压阀控制装置，其特征在于，步骤3中，当阀后压力大于当前时间或者流量区间对应的目标压力上限时，控制装置生成减压指令，控制电磁阀动作减少减压阀的阀门开度。

8.根据权利要求7所述的一种电池供电的智能减压阀控制装置，其特征在于，步骤3中，当实时阀后压力小于当前时间或者流量区间对应的目标压力下限时，控制模块生成增压指令，控制电磁阀动作增大减压阀的阀门开度。

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