一种供热系统管路分时分区自动控制系统的制作方法

1.本发明属于温度控制技术领域，尤其涉及一种供热系统管路分时分区自动控制系统。


背景技术：

2.目前：热交换系统使用了粗放的设计方法。无论小区面积大小，均采用了出水回水控制系统，导致小区内出现较多受热不均现象，靠近换热站的地板，冬天需要开窗保证室内温度正常，否则会太热，离换热站远的地板，室内温度只能是整个冬天的前几天比较热，其他时间段基本只能达到国标温度的下限。设计不合理造成能源浪费和用户供暖制冷不均。近年来，一些较大的社区对分时分区供水系统进行了部分改造。在一定情况下，解决了能源浪费和供冷不均的现象。但是，由于系统在设计之初无法考虑，无论管径、水量、压力等都没有很好的匹配，所以仍然不是很完整。针对这种情况，换热器厂商迫切需要提供一种可以独立工作的智能换热机组。充分考虑换热面积、室外温度、距离、距离、建筑结构等，一次性解决冷热能耗问题。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(1)目前的热交换系统出现较多受热不均现象。
5.(2)目前的供热系统管路大多无法独立工作。
6.(3)目前的供热系统管路能耗较高。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种供热系统管路分时分区自动控制系统。
8.本发明是这样实现的，一种供热系统管路分时分区自动控制系统，所述的包括方形框架和温度传感器，所述温度传感器设置在所述方形框架上，所述方形框架上设置有电机支架，所述电机支架上方设有电机，所述方形框架侧板上设置有一组圆孔，所述圆孔的下部设置有挡板，其中一个所述圆孔一侧配合有手动调节块，所述手动调节块铰接在螺杆一端，所述螺杆另一端设置有把手，其余每个所述圆孔一侧分别设置有电动调节块，每个所述电动调节块均固定在圆柱的一端，所述圆柱穿过所述方形框架且另一端固定在横梁上，所述横梁固定在齿条上，所述齿条啮合有齿轮，所述齿轮固定在所述电机的输出轴上。
9.进一步所述的所述通孔的数量为1个。
10.进一步所述的一种供热系统管路分时分区自动控制系统，所述的螺杆与所述方形支架上侧壁为螺纹连接。
11.进一步所述的供热系统管路分时分区自动控制系统，所述温度传感器将检测信号传输到所述全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到所述进汽控制调节阀；所述总回水分配检测系统的压力检测信号传输到所述全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到变频器，由变频器调节频率来控制所述循环
水泵系统的运行状态并维持系统回水压力的稳定；当水压偏低时，所述定压补水系统启动运行；所述总出水分配调节系统将二次侧温度检测信号传输到所述全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到所述分时分区控制系统的电动调节阀，对每路分别进行调控，分时分区的调节供水供热。
12.进一步所述的供热系统管路分时分区自动控制系统，所述的信号以4
‑
20ma的形式进行传输。
13.进一步所述的供热系统管路分时分区自动控制系统，所述的pid内置在plc中。
14.本发明的另一目的在于提供一种供热系统管路分时分区自动控制方法，包括：
15.建立数据库，对所监测数据上传统计，形成记忆库，对所监测数据进行统计整理，可实时监测数据情况对能源使用情况作出调整。
16.将建筑设备信息传输至设备进行分析数据统计将其上传至数据库进行储存可随时查看能源使用情况；
17.还包括：
18.温度传感器将能源使用情况检测信号传输到全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到进汽控制调节阀；
19.总回水分配检测系统的压力检测信号传输到所述全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到变频器，由变频器调节频率来控制循环水泵系统的运行状态并维持系统回水压力的稳定；
20.当水压偏低时，定压补水系统启动运行；
21.总出水分配调节系统将二次测温度检测信号传输到全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到分时分区控制系统的电动调节阀，对每路分别进行调控，分时分区的调节供水供热；
22.所述全自动控制系统的进汽、压力控制调节方法包括：
23.运用进汽控制调节阀瞬时流量计，水压压力传感器，水压液位计对电动调节阀返出的回水进行实时监控；利用相关测量装置采集总出水分配调节系统内压力、温度和流体体积；根据总出水分配调节系统内压力、温度、流体体积综合分析；通过对相关数据的测量和计算，及时判断是否发生了水压偏低，达到对早期水压偏低进行实时监测；
24.基于瞬时流量进行早期水压偏低实时监测的方法包括以下步骤：
25.(a)在进汽控制调节阀安装一个回水返出瞬时流量计，将水压循环池连接一水压泵，水压泵配套安装一水压压力传感器、一水压液位计，用来实时计量水压泵排量的变化；
26.(b)启动水压泵，使水压开始循环，在循环过程中，通过水压压力传感器采集的数据和水压液位计液位的变化，实时对水压泵的排量进行监测。
27.进一步，通过水压泵冲数、泵容积和泵排量系数等参数建立模型，得到水压泵排量；水压泵分为单作用泵和双作用泵，设实际平均排量为q，
28.单作用泵的实际平均排量为：
29.q＝βmnls1；
30.双作用泵的实际平均排量为：
[0031][0032]
式中：
[0033]
s1───
泵活塞横断面积，s1＝πd2/4,分米2；
[0034]
s2───
拉杆横断面积，s2＝πd2/4,分米2；
[0035]
l
───
活塞冲程，分米；
[0036]
n
───
活塞冲次数，冲/分；
[0037]
m
───
水压泵缸数；
[0038]
β
───
水压泵排量系数，一般β＝0.8～0.96；
[0039]
q
───
水压泵排量，升/分；
[0040]
d
───
泵活塞宽度，m；
[0041]
d
───
拉杆宽度，m。
[0042]
通过水压压力传感器采集的数据，水压液位计液位的变化，实时对水压泵的排量进行监测；根据水压泵排量计算模型计算出泵排量q，用q
入
和q
出
分别表示水压泵在指定相同的时间段内泵入的流量和泵出的流量；
△
q＝q
出
‑
q
入
，
△
q表示泵出和泵入的水压的差值；根据流体热膨胀模型计算出流体热膨胀量q
热
；
[0043]
建立由于回水热膨胀效应引发的流体体积变化量为：
[0044][0045]
式中：
[0046]
表征温度影响因素的被称为等压热膨胀系数，℃
‑1，表示流体在所受压强一定的情况下，温度每升高1℃，流体体积的相对膨胀率；
[0047]
q
热
───
流体热膨胀量，m3；
[0048]
v
───
流体初始体积，m3；
[0049]
δt
───
水压温度变化量，℃；
[0050]
t0───
水压地面温度，℃，假设为入口温度；
[0051]
t2───
地层温度，℃；
[0052]
c
───
水压比热容，j/(kg
·
℃)；
[0053]
m
───
环空水压质量，kg；
[0054]
r2───
管路环空外径，m；
[0055]
r1───
管路环空内径，m；
[0056]
λ
───
物质的导热系数，w/(m
·
℃)；
[0057]
l
───
井段长度，m；
[0058]
当q
热
＝0时，即没有流体热膨胀的干扰，此时若
△
q＝0，则说明瞬时流量不存在异常增大，即没有发生早期水压偏低。
[0059]
进一步，所述pid计算方法包括：
[0060]
pid控制参数的模糊矩阵表按下式计算得到：
[0061]
k
p
＝k
p0
k
p*
；k
i
＝k
i0
k
i*
；k
d
＝k
d0
k
d*
；
[0062]
其中，k
p0
、k
i0
、k
d0
为pid控制参数的初始设计值，由传统pid控制器的参数整定方法设定；k
p*
、k
i*
及k
d*
分别为所述三个模糊控制器的输出值，可根据被控对象的状态自动调整pid三个控制参数的取值。
[0063]
模糊控制器采用重心法对模糊子集反模糊化，以控制作用论域上的点对控制作用模糊子集隶属度函数为权系数进行加权平均求得反模糊化结果；
[0064]
传统pid控制是根据被控对象的数学模型，传统pid控制的效果基于数学模型建立的准确程度；由于很多被控制的对象的特性难以掌握，使在建立模型的时候将被控对象的数学模型进行简化或近似，被控制的对象在实际的操作中很难达到理想化的要求。
[0065]
进一步，所述的信号以4
‑
20ma的形式进行传输；所述的pid内置在plc中。
[0066]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的供热系统管路分时分区自动控制方法。
[0067]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的供热系统管路分时分区自动控制方法。
[0068]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
[0069]
本发明效果温度传感器将不同时段的温度数据传输到现场控制器，由现场控制器采集温度传感器测量的末端室温，通过与控制器设定好的温度比较来控制电动调节块的开度，现场控制器控制电机启动，带动齿轮转动，带动与其啮合的齿条上下移动，从而带动圆柱上下移动，带动电动调节块上下移动，当检测温度低于设定温度，控制器就控制电机逆时针转动，带动齿轮转动，带动与其啮合的齿条向上移动，从而带动圆柱向上移动，带动电动调节块向上移动，从而加大供热通道的开度，当检测温度高于设定温度，控制器就控制电机顺时针转动，带动齿轮转动，带动与其啮合的齿条向下移动，从而带动圆柱向下移动，带动电动调节块向下移动，从而减小供水通道的开度，最终通过调节供热流量来控制室内温度，根据预先设定的数据调节好流量后，电机在现场控制器的作用下关闭，在不同的区域，可以通过手动调试手动调节块来调节供水流量，使用时手动转动把手，带动螺杆转动，螺杆上下移动带动手动调节块上下移动，手动调节块上移时，供热通道变大，供热流量加大，温度提高，手动调节块下移时，供水通道变小，供水流量变小，温度降低。可以针对热用户，在无人使用的时间段通过控制装置适当降低室内温度，以避免能源浪费。
[0070]
本发明提供的供热系统管路分时分区自动控制方法，温度传感器将检测信号传输到全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到进汽控制调节阀；总回水分配检测系统的压力检测信号传输到所述全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到变频器，由变频器调节频率来控制循环水泵系统的运行状态并维持系统回水压力的稳定；当水压偏低时，定压补水系统启动运行；总出水分配调节系统将二次测温度检测信号传输到全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到分时分区控制系统的电动调节阀，对每路分别进行调控，分时分区的调节供水供热；所
述全自动控制系统的进汽、压力控制调节方法包括：运用进汽控制调节阀瞬时流量计，水压压力传感器，水压液位计对电动调节阀返出的回水进行实时监控；利用相关测量装置采集总出水分配调节系统内压力、温度和流体体积；根据总出水分配调节系统内压力、温度、流体体积综合分析；通过对相关数据的测量和计算，及时判断是否发生了水压偏低，达到对早期水压偏低进行实时监测。通过上述控制方法，实现了智能控制。
附图说明
[0071]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
[0072]
图1是本发明实施例提供的供热系统管路分时分区自动控制系统的正视图。
[0073]
图2是本发明实施例提供的供热系统管路分时分区自动控制系统的结构示意图。
[0074]
图3是本发明实施例提供的供热系统管路分时分区自动控制系统的工作流程图。
[0075]
图中：1、横梁；2、齿条；3、圆柱；4、方形框架；5、电动调节块；6、挡板；7、圆孔；8、螺杆；9、电机支架；10、齿轮；11、把手；12、电机。
具体实施方式
[0076]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅
[0077]
仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0078]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种供热系统管路分时分区自动控制系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0079]
如图1
‑
图3所示，提供一种供热系统管路分时分区自动控制系统，包括横梁1、齿条2、圆柱3、方形框架4、电动调节块5、挡板6、圆孔7、螺杆8、电机支架9、齿轮10、把手11、电机12。
[0080]
所述温度传感器设置在所述方形框架4上，所述方形框架上设置有电机支架，所述电机支架上方设有电机，所述方形框架侧板上设置有一组圆孔，所述圆孔的下部设置有挡板，其中一个所述圆孔一侧配合有手动调节块，所述手动调节块铰接在螺杆一端，所述螺杆另一端设置有把手，其余每个所述圆孔一侧分别设置有电动调节块，每个所述电动调节块均固定在圆柱的一端，所述圆柱穿过所述方形框架且另一端固定在横梁上，所述横梁固定在齿条上，所述齿条啮合有齿轮，所述齿轮固定在所述电机的输出轴上。
[0081]
所述的所述通孔的数量为1个。
[0082]
所述的螺杆与所述方形支架上侧壁为螺纹连接。
[0083]
所述温度传感器将检测信号传输到所述全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到所述进汽控制调节阀；所述总回水分配检测系统的压力检测信号传输到所述全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到变频器，由变频器调节频率来控制所述循环水泵系统的运行状态并维持系统回水压力的稳定；当水压偏低时，所述定压补水系统启动运行；所述总出水分配调节系统将二次侧温度检测信号
传输到所述全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到所述分时分区控制系统的电动调节阀，对每路分别进行调控，分时分区的调节供水供热。
[0084]
所述的信号以4
‑
20ma的形式进行传输。
[0085]
所述的pid内置在plc中。
[0086]
本发明解决了热交换系统出现较多受热不均现象。解决了供热系统管路大多无法独立工作。改善了目前的供热系统管路能耗较高的问题。
[0087]
本发明温度传感器将不同时段的温度数据传输到现场控制器，由现场控制器采集温度传感器测量的末端室温，通过与控制器设定好的温度比较来控制电动调节块的开度，现场控制器控制电机启动，带动齿轮转动，带动与其啮合的齿条上下移动，从而带动圆柱上下移动，带动电动调节块上下移动，当检测温度低于设定温度，控制器就控制电机逆时针转动，带动齿轮转动，带动与其啮合的齿条向上移动，从而带动圆柱向上移动，带动电动调节块向上移动，从而加大供热通道的开度，当检测温度高于设定温度，控制器就控制电机顺时针转动，带动齿轮转动，带动与其啮合的齿条向下移动，从而带动圆柱向下移动，带动电动调节块向下移动，从而减小供水通道的开度，最终通过调节供热流量来控制室内温度，根据预先设定的数据调节好流量后，电机在现场控制器的作用下关闭，在不同的区域，可以通过手动调试手动调节块来调节供水流量，使用时手动转动把手，带动螺杆转动，螺杆上下移动带动手动调节块上下移动，手动调节块上移时，供热通道变大，供热流量加大，温度提高，手动调节块下移时，供水通道变小，供水流量变小，温度降低。可以针对热用户，在无人使用的时间段通过控制装置适当降低室内温度，以避免能源浪费。
[0088]
在本发明一优选实施例中，本发明提供一种供热系统管路分时分区自动控制方法，包括：
[0089]
建立数据库，对所监测数据上传统计，形成记忆库，对所监测数据进行统计整理，可实时监测数据情况对能源使用情况作出调整。
[0090]
将建筑设备信息传输至设备进行分析数据统计将其上传至数据库进行储存可随时查看能源使用情况；
[0091]
还包括：
[0092]
温度传感器将能源使用情况检测信号传输到全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到进汽控制调节阀；
[0093]
总回水分配检测系统的压力检测信号传输到所述全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到变频器，由变频器调节频率来控制循环水泵系统的运行状态并维持系统回水压力的稳定；
[0094]
当水压偏低时，定压补水系统启动运行；
[0095]
总出水分配调节系统将二次测温度检测信号传输到全自动控制系统，通过pid计算并将计算出的适合的控制信号传输到分时分区控制系统的电动调节阀，对每路分别进行调控，分时分区的调节供水供热；
[0096]
所述全自动控制系统的进汽、压力控制调节方法包括：
[0097]
运用进汽控制调节阀瞬时流量计，水压压力传感器，水压液位计对电动调节阀返出的回水进行实时监控；利用相关测量装置采集总出水分配调节系统内压力、温度和流体体积；根据总出水分配调节系统内压力、温度、流体体积综合分析；通过对相关数据的测量
和计算，及时判断是否发生了水压偏低，达到对早期水压偏低进行实时监测；
[0098]
基于瞬时流量进行早期水压偏低实时监测的方法包括以下步骤：
[0099]
(a)在进汽控制调节阀安装一个回水返出瞬时流量计，将水压循环池连接一水压泵，水压泵配套安装一水压压力传感器、一水压液位计，用来实时计量水压泵排量的变化；
[0100]
(b)启动水压泵，使水压开始循环，在循环过程中，通过水压压力传感器采集的数据和水压液位计液位的变化，实时对水压泵的排量进行监测。
[0101]
通过水压泵冲数、泵容积和泵排量系数等参数建立模型，得到水压泵排量；水压泵分为单作用泵和双作用泵，设实际平均排量为q，
[0102]
单作用泵的实际平均排量为：
[0103]
q＝βmnls1；
[0104]
双作用泵的实际平均排量为：
[0105][0106]
式中：
[0107]
s1───
泵活塞横断面积，s1＝πd2/4,分米2；
[0108]
s2───
拉杆横断面积，s2＝πd2/4,分米2；
[0109]
l
───
活塞冲程，分米；
[0110]
n
───
活塞冲次数，冲/分；
[0111]
m
───
水压泵缸数；
[0112]
β
───
水压泵排量系数，一般β＝0.8～0.96；
[0113]
q
───
水压泵排量，升/分；
[0114]
d
───
泵活塞宽度，m；
[0115]
d
───
拉杆宽度，m。
[0116]
通过水压压力传感器采集的数据，水压液位计液位的变化，实时对水压泵的排量进行监测；根据水压泵排量计算模型计算出泵排量q，用q
入
和q
出
分别表示水压泵在指定相同的时间段内泵入的流量和泵出的流量；
△
q＝q
出
‑
q
入
，
△
q表示泵出和泵入的水压的差值；根据流体热膨胀模型计算出流体热膨胀量q
热
；
[0117]
建立由于回水热膨胀效应引发的流体体积变化量为：
[0118][0119]
式中：
[0120]
表征温度影响因素的被称为等压热膨胀系数，℃
‑1，表示流体在所受压强一定的情况下，温度每升高1℃，流体体积的相对膨胀率；
[0121]
q
热
───
流体热膨胀量，m3；
[0122]
v
───
流体初始体积，m3；
[0123]
δt
───
水压温度变化量，℃；
[0124]
t0───
水压地面温度，℃，假设为入口温度；
[0125]
t2───
地层温度，℃；
[0126]
c
───
水压比热容，j/(kg
·
℃)；
[0127]
m
───
环空水压质量，kg；
[0128]
r2───
管路环空外径，m；
[0129]
r1───
管路环空内径，m；
[0130]
λ
───
物质的导热系数，w/(m
·
℃)；
[0131]
l
───
井段长度，m；
[0132]
当q
热
＝0时，即没有流体热膨胀的干扰，此时若
△
q＝0，则说明瞬时流量不存在异常增大，即没有发生早期水压偏低。
[0133]
进一步，所述pid计算方法包括：
[0134]
pid控制参数的模糊矩阵表按下式计算得到：
[0135]
k
p
＝k
p0
k
p*
；k
i
＝k
i0
k
i*
；k
d
＝k
d0
k
d*
；
[0136]
其中，k
p0
、k
i0
、k
d0
为pid控制参数的初始设计值，由传统pid控制器的参数整定方法设定；k
p*
、k
i*
及k
d*
分别为所述三个模糊控制器的输出值，可根据被控对象的状态自动调整pid三个控制参数的取值。
[0137]
模糊控制器采用重心法对模糊子集反模糊化，以控制作用论域上的点对控制作用模糊子集隶属度函数为权系数进行加权平均求得反模糊化结果；
[0138]
传统pid控制是根据被控对象的数学模型，传统pid控制的效果基于数学模型建立的准确程度；由于很多被控制的对象的特性难以掌握，使在建立模型的时候将被控对象的数学模型进行简化或近似，被控制的对象在实际的操作中很难达到理想化的要求。
[0139]
所述的信号以4
‑
20ma的形式进行传输；所述的pid内置在plc中。
[0140]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。