CN213119305U - 供热单元平衡阀控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种供热单元平衡阀控装置，包括阀体以及用于控制阀体阀门角度的阀控器，阀体安装在单元供暖管道的回水管上，阀控器包括主芯片以及分别与主芯片连接的进水温度采集模块、回水温度采集模块、阀体电机控制模块、阀门位置采集模块。进水温度采集模块用于采集用户供水管道的温度，回水温度采集模块用于采集用户回水管道的温度，阀体电机控制模块用于控制阀体电机的转动，阀门位置采集模块用于读取阀体阀门的位置。本实用新型通过进、回水温度的监控以及阀体的流量调节，可实时监测单元管道的进回水温度，实时调节阀门角度，使二级管网的前端和末端都可以达到供热平衡，既满足了全部用户的供热需求，又节约了供热公司的成本。

Description

供热单元平衡阀控装置

技术领域

本实用新型涉及一种供热单元平衡阀控装置，属于常规居民供热系统二次管网平衡控制领域。

背景技术

目前在供热系统中二级管网的平衡基本靠管网自身的设计或根据经验手动调节，现场一般是安装一个手动调节阀门，热力公司的相关人员根据室外温度及自身多年经验，去现场对阀门角度进行粗调，导致供热系统二级管网难以达到平衡，尤其是在二级管网较长或供热区域地势相差较大的区域，造成距离换热站近的住户供暖过剩，二管网末端的住户供暖不足温度过低，不能灵活的根据实际情况调节阀门角度，只能根据经验粗调，调节次数有限。而且发生气温突变时无法及时的调节，所以在二级管网不平衡时既无法准确的满足用户对于供暖的要求，又会造成企业供热成本高居不下的情况。

实用新型内容

本实用新型提供一种供热单元平衡阀控装置，可实时监测单元管道的进回水温度，实时调节阀门角度，提高阀门调节的准确性，实现二级管网的供热平衡，降低企业供热成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：

供热单元平衡阀控装置，包括若干安装在单元供暖管道的回水管上的阀体，其特征在于：还包括与阀体一一对应、用于控制阀体阀门角度的阀控器，所述阀控器包括主芯片以及分别与主芯片连接的进水温度采集模块、回水温度采集模块、阀体电机控制模块、阀门位置采集模块；所述进水温度采集模块用于采集用户供水管道的温度，所述回水温度采集模块用于采集用户回水管道的温度，所述阀体电机控制模块用于控制阀体电机的转动，所述阀门位置采集模块用于读取阀体阀门的位置。

作为本实用新型的进一步改进，所述进水温度采集模块包括用于检测用户供水管道温度的进水温度传感器以及与进水温度传感器电联接的进水温度采集电路，所述进水温度采集电路与主芯片电联接。

作为本实用新型的进一步改进，所述回水温度采集模块包括用于检测用户回水管道温度的回水温度传感器以及与回水温度传感器电联接的回水温度采集电路，所述回水温度采集电路与主芯片电联接。

作为本实用新型的进一步改进，所述阀体电机控制模块包括电机控制芯片、与电机控制芯片电联接的电机控制电路以及与电机控制电路电联接的阀体电机，所述电机控制芯片与主芯片电联接；所述阀体电机用于控制阀体阀门的开合角度。

作为本实用新型的进一步改进，所述阀门位置采集模块包括用于检测阀体阀门位置的阀门位置电位器以及与阀门位置电位器电联接的阀门位置读取电路，所述阀门位置读取电路与主芯片电联接。

作为本实用新型的进一步改进，所述阀控器还包括与主芯片连接的电源模块，所述电源模块包括系统电源电路以及与系统电源电路电联接的系统电源稳压电路，所述系统电源稳压电路与主芯片电联接。

作为本实用新型的进一步改进，供热单元平衡阀控装置还包括与主芯片连接的数据传输模块，所述数据传输模块包括485通信模块、GPRS通信模块以及微功率无线通信模块，所述485通信模块包括RS485通讯芯片以及与RS485通讯芯片电联接的RS485通讯电路，所述RS485通讯芯片与主芯片电联接，所述RS485通讯电路用于与上行采集设备连接，所述上行采集设备用于与服务器通信。

作为本实用新型的进一步改进，所述GPRS通信模块包括分别与主芯片电联接的4G通信模块和2G通信模块，所述4G通信模块和2G通信模块用于与服务器通讯。

作为本实用新型的进一步改进，所述微功率无线通信模块与主芯片电联接，用于与服务器通讯。

作为本实用新型的进一步改进，所述阀控器设有两路三线制温度采集接口，用于与安装在用户进水管道和回水管道上的温度传感器连接。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型通过进、回水温度的监控以及阀体的流量调节，可实时监测单元管道的进回水温度，然后根据进、回水温差或进、回水平均温度等调控策略实时调节阀门角度，使二级管网的前端和末端都可以达到供热平衡，控制更精确，既满足了全部用户的供热需求，又可以节约供热公司的成本。

2、本实用新型可以根据情况现场灵活选配485、2G或4G等数据传输方式，将现场数据传输至服务器，使工作人员可在远端获取到现场的供热数据，并对现场进行控制；

3、本实用新型可以通过进回水温差法、进回水平均温度法、回水温度法等多种调节策略，有效、快速地对阀体阀门进行调节，实现单元立管内的流量调节，适用性广；

4、本实用新型中每个485通信模块可连接多个阀控器，所有阀控器可通过485通信模块或微功率无线通信模块接到同一个上行采集设备上，所有阀控器的数据及平台对现场设备的操作都可通过该上行采集设备完成，这种传输方式可减少GPRS通信模块的使用，降低了现场硬件成本；

5、本实用新型可通过RS485通讯芯片或选配的微功率无线通信模块与上行采集设备通信，通过上行采集设备与服务器连接，也可以通过GPRS通信模块选配的2G、4G模块连接到远端的服务器，使工作人员可在任意地方通过网络读取到现场的温度、阀门开度等状态，并可通过网络对现场进行自动调节或人为干预的调节，提高了本实用新型的实用性。

附图说明

图1是本实用新型的拓扑结构示意图；

图2是本实用新型中的供热二级网流程图；

图3是本实用新型中主芯片的电路图；

图4是本实用新型中进水温度采集电路的电路图；

图5是本实用新型中电机控制电路的电路图；

图6是本实用新型中阀门位置读取电路的电路图；

图7是本实用新型中系统电源稳压电路的电路图；

图8是本实用新型中RS485通讯电路的电路图；

图9是本实用新型中4G模块电源控制电路的电路图；

图10是本实用新型中4G模块232口对接电路的电路图。

其中：1、主芯片，2、系统电源稳压电路，3、系统电源电路，4、4G通信模块，5、2G通信模块，6、微功率无线通信模块，7、服务器，8、上行采集设备，9、RS485通讯芯片，10、RS485通讯电路，11、回水温度传感器，12、回水温度采集电路，13、进水温度传感器，14、进水温度采集电路，15、阀门位置读取电路，16、阀门位置电位器，17、电机控制芯片，18、电机控制电路，19、阀体电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。

如图1和图2所示，本实施例为一种供热单元平衡阀控装置，包括阀体以及用于控制阀体阀门角度的阀控器，所述阀控器包括主芯片1以及分别与主芯片1连接的进水温度采集模块、回水温度采集模块、阀体电机控制模块、阀门位置采集模块。所述进水温度采集模块用于采集用户供水管道的温度，所述回水温度采集模块用于采集用户回水管道的温度，所述阀体电机控制模块用于控制阀体电机19的转动，所述阀门位置采集模块用于读取阀体阀门的位置。

具体的，本实施例中所述主芯片1如图3所示，主芯片1的型号为STM32F103VCT6。此主芯片1拥有内置的ARM核心，与所有的ARM工具和软件兼容，拥有64K或128K字节的内置闪存存储器，用于存放程序和数据。主芯片1支持三种低功耗模式，包括睡眠模式、停机模式和待机模式，这三种模式可以在要求低功耗、短启动时间和多种唤醒事件之间达到最佳的平衡，在睡眠模式中，只有CPU停止，所有外设处于工作状态并可在发生中断/事件时唤醒CPU。在停机模式中，在保持SRAM和寄存器内容不丢失的情况下，停机模式可以达到最低的电能消耗，在停机模式下，停止所有内部1.8V部分的供电，PLL、HSI的RC振荡器和HSE晶体振荡器被关闭，调压器可以被置于普通模式或低功耗模式，可以通过任一配置成EXTI的信号把微控制器从停机模式中唤醒，EXTI信号可以是16个外部I/O口之一、PVD的输出、RTC闹钟或USB的唤醒信号。在待机模式下可以达到最低的电能消耗，内部的电压调压器被关闭，因此所有内部1.8V部分的供电被切断，PLL、HSI的RC振荡器和HSE晶体振荡器也被关闭，进入待机模式后，SRAM和寄存器的内容将消失，但后备寄存器的内容仍然保留，待机电路仍工作，从待机模式退出的条件是：NRST上的外部复位信号、IWDG复位、WKUP引脚上的一个上升边沿或RTC的闹钟到时。

具体的，本实施例中所述阀体安装在单元供暖管道的回水管上，阀控器通过有线的方式与阀体连接，一般安装到阀体的周围。

进一步地，所述进水温度采集模块包括用于检测用户供水管道的进水温度传感器13以及与进水温度传感器13电联接的进水温度采集电路14，所述进水温度采集电路14与主芯片1电联接。具体的，本实施例中进水温度采集电路14如图4所示。

进一步地，所述回水温度采集模块包括用于检测用户回水管道的回水温度传感器11以及与回水温度传感器11电联接的回水温度采集电路12，所述回水温度采集电路12与主芯片1电联接。

具体的，本实施例中所述进水温度传感器13和回水温度传感器11均为高精度PT100温度传感器，每个阀控器设有两路三线制温度采集接口，可同时接入同一用户的进水管以及回水管上安装的2路三线制高精度PT100温度传感器。且阀控器包括接线端子及其绝缘部件组成端子排，所述端子排用于与温度传感器、压力传感器、通讯线等部件的接线端子连接。阀控器经过接线端子连接对外的连接线，强电端子和弱电端子分开排列，具备有效的绝缘隔离。强电出线端子的结构应与截面为1.5～2.5mm2的引出线配合。阀体在正常工作中可能被接触的金属部分连接到独立的保护接地端子上，接地端子应有清楚的接地符号，接地端子的截面积应不小于20mm2。

进一步地，所述阀体电机控制模块包括电机控制芯片17、与电机控制芯片17电联接的电机控制电路18以及与电机控制电路18电联接的阀体电机19，所述电机控制芯片17与主芯片1电联接。所述阀体电机19用于控制阀体阀门的开合角度。具体的，本实施例中所述电机控制电路18如图5所示。

进一步地，所述阀门位置采集模块包括用于检测阀体阀门位置的阀门位置电位器16以及与阀门位置电位器16电联接的阀门位置读取电路15，所述阀门位置读取电路15与主芯片1电联接。具体的，本实施例中所述阀门位置读取电路15如图6所示。

进一步地，本实施例还包括与主芯片1连接的电源模块，所述电源模块包括系统电源电路3以及与系统电源电路3电联接的系统电源稳压电路2，所述系统电源稳压电路2与主芯片1电联接，具体的，本实施例中系统电源稳压电路2如图7所示。所述阀控器的工作电源额定电压为220V，允许偏差-20％～+20％，频率为50Hz，允许偏差－6％～+2％。在非通信状态下，阀体消耗的视在功率不大于5VA、有功功率不大于3W，其上行通信信道能支持RS485总线。RS485接口传输速率为1200—19200bps，默认值为2400bps，偶校验。

进一步地，本实施例还包括与主芯片1连接的数据传输模块，所述数据传输模块包括485通信模块、GPRS通信模块以及微功率无线通信模块6，所述485通信模块包括RS485通讯芯片9以及与RS485通讯芯片9电联接的RS485通讯电路10，所述RS485通讯芯片9与主芯片1电联接，所述RS485通讯电路10用于与上行采集设备8连接，所述上行采集设备8用于与服务器7通信。具体的，本实施例中RS485通讯电路10如图8所示，RS485通讯电路10中采用小功率、限斜率驱动、半双工芯片，在传输速率为1200bps条件下，有效传输距离不小于1000m。

当现场存在多个阀控器时，每个485通信模块可连接多个阀控器，所有阀控器可通过485通信模块或微功率无线通信模块6接到同一个上行采集设备8上，所有阀控器的数据及平台对现场设备的操作都可通过该上行采集设备8完成，这种传输方式可减少GPRS通信模块的使用，降低了现场硬件成本。

所述GPRS通信模块包括分别与主芯片1电联接的4G通信模块4和2G通信模块5，所述4 G通信模块和2G通信模块5用于与服务器7通讯。所述4G通信模块4包括与主芯片1电联接的4G模块232口对接电路以及控制4G模块电源供电的4G模块电源控制电路。具体的，4G模块电源控制电路如图9所示，4G模块232口对接电路如图10所示。

所述微功率无线通信模块6与主芯片1电联接，用于与服务器7通讯。本实施例可根据现场地形或用户要求扩展工业用微功率无线模块，微功率无线通信模块6直接由阀控器直接供电，不需要另接电源，微功率无线在空旷地带有效传输距离可达2公里以上。

具体的，本实施例中阀体具有断电保存功能，断电不丢失参数和数据，在设定好目标值后，即使意外断电，重新上电后也不需要重新设置。

本实施例通过调节阀体阀门角度可以有效、快速的调节流经单元立管的流量，达到平衡后可以锁定当前状态，保持平衡。调节方式包括（1）、远程调节：控制阀通过阀体电机控制模块可远程控制调节阀门任意角度，设置角度后阀体锁定，可防止当地居民用户私自调节阀体，影响全局供热；（2）、本地调节：本地断电情况下，阀体可使用特制扳手进行本地手动调节任意角度，阀体本身可显示当前角度值；（3）、进回水温差法自动调节：设置进回水温差后，阀控器可根据进回水温度传感器11的温差，通过PID调节控制自动调节阀体角度；（4）、进回水平均温度法自动调节：设置进回水平均温度后，阀控器可根据进回水温度传感器11的测量的进回水平均温度，通过PID调节控制自动调节阀体角度；（5）、回水温度法自动调节：设置回水温度后，阀控器可根据回水温度传感器11的测量的回水平均温度，通过PID调节控制自动调节阀体角度。

本实施例中阀控器可通过阀门位置采集模块检测阀门的开度，当设置好阀门开关角度后，阀体会在阀控器的控制下转动到设定的开度，然后停在该位置，当用户私自开关阀后，阀控器会马上检测到当前角度与设置角度不符，然后阀控器控制阀门转动到设置的角度，保证阀门一直处于设置的角度，当受极强力的外力因素或阀门内部堵塞等外界因素导致阀门一直转动不到设置的角度时，阀控器会上传阀门异常数据至服务器7，向服务器7报警，通知相关人员到现场查看异常情况。

本实施例的具体使用步骤为：

本实用新型使用AC220V市电供电，通过电源模块将AC220V市电转换为DC24V、DC5V、DC3.3V等各模块所需的电源，主芯片1STM32F103通过进水温度采集电路14和回水温度采集电路12分别采集单元进水管和单元回水管的温度，通过对现场采集到的进回水温度与用户设定的目标值进行比较，进而得出阀门应该打开的角度，主芯片1STM32F103通过控制电机控制芯片17和电机控制电路18驱动阀门电机的转动，同时主芯片1STM32F103不断通过阀门位置读取电路15得到阀门当前的打开角度，最终控制阀门打开到目标位置，进而控制进回水温度达到设定的目标值，从而达到控制用户室内温度及调节二网平衡的目的。本实用新型可通过RS485通讯芯片9或选配的微功率无线通信模块6与上行采集设备8通信，通过上行采集设备8的2G、4G、以太网模块等连接到远端的服务器7，也可以通过GPRS通信模块选配的2G、4G模块连接到远端的服务器7，使工作人员可在任意地方通过网络读取到现场的温度、阀门开度等状态，并可通过网络对现场进行自动调节或人为干预的调节。

当设定为统一的目标值温度时，供暖前端的阀控器会由于温度高、压力大而降低阀门开度，减少热水流量进而减少前端供热过多，用热浪费的情况的发生，同时前端节省下来的热量，会由于管道末端供水温度低、压力小等情况而增加阀门开度，这部分热量会用于后端，补偿后端供热不足的情况，这样就达到了“削峰填谷”的效果，可以使同一换热站下的二级供热管网达到水利平衡和供热平衡，从根本上解决由于管网过长、地势相差较大导致的供热不平衡问题，既保证了所有供暖用户最终达到统一的供暖效果，达到了二网平衡的目的，同时又节约了能源，达到了为节能减排的目的。

Claims (10)

1.供热单元平衡阀控装置，包括若干安装在单元供暖管道的回水管上的阀体，其特征在于：还包括与阀体一一对应、用于控制阀体阀门角度的阀控器，所述阀控器包括主芯片（1）以及分别与主芯片（1）连接的进水温度采集模块、回水温度采集模块、阀体电机控制模块、阀门位置采集模块；所述进水温度采集模块用于采集用户供水管道的温度，所述回水温度采集模块用于采集用户回水管道的温度，所述阀体电机控制模块用于控制阀体电机（19）的转动，所述阀门位置采集模块用于读取阀体阀门的位置。

2.如权利要求1所述的供热单元平衡阀控装置，其特征在于：所述进水温度采集模块包括用于检测用户供水管道温度的进水温度传感器（13）以及与进水温度传感器（13）电联接的进水温度采集电路（14），所述进水温度采集电路（14）与主芯片（1）电联接。

3.如权利要求1所述的供热单元平衡阀控装置，其特征在于：所述回水温度采集模块包括用于检测用户回水管道温度的回水温度传感器（11）以及与回水温度传感器（11）电联接的回水温度采集电路（12），所述回水温度采集电路（12）与主芯片（1）电联接。

4.如权利要求1所述的供热单元平衡阀控装置，其特征在于：所述阀体电机控制模块包括电机控制芯片（17）、与电机控制芯片（17）电联接的电机控制电路（18）以及与电机控制电路（18）电联接的阀体电机（19），所述电机控制芯片（17）与主芯片（1）电联接；所述阀体电机（19）用于控制阀体阀门的开合角度。

5.如权利要求1所述的供热单元平衡阀控装置，其特征在于：所述阀门位置采集模块包括用于检测阀体阀门位置的阀门位置电位器（16）以及与阀门位置电位器（16）电联接的阀门位置读取电路（15），所述阀门位置读取电路（15）与主芯片（1）电联接。

6.如权利要求1所述的供热单元平衡阀控装置，其特征在于：所述阀控器还包括与主芯片（1）连接的电源模块，所述电源模块包括系统电源电路（3）以及与系统电源电路（3）电联接的系统电源稳压电路（2），所述系统电源稳压电路（2）与主芯片（1）电联接。

7.如权利要求1所述的供热单元平衡阀控装置，其特征在于：供热单元平衡阀控装置还包括与主芯片（1）连接的数据传输模块，所述数据传输模块包括485通信模块、GPRS通信模块以及微功率无线通信模块（6），所述485通信模块包括RS485通讯芯片（9）以及与RS485通讯芯片（9）电联接的RS485通讯电路（10），所述RS485通讯芯片（9）与主芯片（1）电联接，所述RS485通讯电路（10）用于与上行采集设备（8）连接，所述上行采集设备（8）用于与服务器（7）通信。

8.如权利要求7所述的供热单元平衡阀控装置，其特征在于：所述GPRS通信模块包括分别与主芯片（1）电联接的4G通信模块（4）和2G通信模块（5），所述4G通信模块（4）和2G通信模块（5）用于与服务器（7）通讯。

9.如权利要求7所述的供热单元平衡阀控装置，其特征在于：所述微功率无线通信模块（6）与主芯片（1）电联接，用于与服务器（7）通讯。

10.如权利要求1至9中任一所述的供热单元平衡阀控装置，其特征在于：所述阀控器设有两路三线制温度采集接口，用于与安装在用户进水管道和回水管道上的温度传感器连接。

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