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5G物聯網平衡閥及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種平衡閥，應用于供暖管網水力平衡系統，用于實現供暖系統的自動快速水力平衡，具體涉及一種物聯網平衡閥及其控制方法。
【背景技術】
[0002]現有供暖管網中采用的平衡閥多為數字鎖定平衡閥和自力式壓差平衡閥，實際應用中，由于現場管網平衡閥大部分都安裝在地下，如車庫、樓棟入口管道井內等地方，經常這些地方沒有無線信號，電源走線也很不方便。對管網的水力平衡都是手動調節，要對各個管網回路的參數測量很不方便，對平衡閥進行操作本身也很不方便，水力平衡平衡效果評估非常困難，要將一個換熱站進行平衡要花大量的時間。因此，現有系統中安裝的數字鎖定平衡閥和自力式壓差平衡閥基本都沒有進行水力平衡的調節，很難起到調節系統水力平衡的作用。
 
【發明內容】
 
[0003]本發明的目的在于克服上述現有技術中存在的不足，提供一種物聯網平衡閥及其控制方法，該物聯網平衡閥能夠解決現有供暖系統二次網水力平衡評估困難、調節困難、調節時間長、調節完成后很難確認是否調節平衡問題。
[0004]為解決上述問題，本發明采取的技術方案為:
[0005]物聯網平衡閥，包括兩端分別為進口和出口的平衡閥體、安裝在平衡閥體上的電機支架以及用于采集平衡閥體溫度和流量同時控制平衡閥體開度的通信檢測控制模塊；
[0006]所述的電機支架上安裝有減速機構、電機、壓差變送器、光電編碼器以及通信檢測控制模塊；
[0007]所述的平衡閥體內部設置有閥芯以及與閥芯緊配結合的銅套，在銅套內設置有螺桿，在螺桿頂端設置有減速機構，在減速機構的齒輪中心軸上安裝有光電編碼器；
[0008]所述的通信檢測控制模塊與遠程服務器相連，該遠程服務器根據通信檢測控制模塊采集到的信息分析計算平衡閥體的目標流量，并將目標流量信號通過網絡發送給通信檢測控制模塊；
[0009]所述的通信檢測控制模塊與電機、光電編碼器、壓差變送器、溫度傳感器相連；
[0010]所述的電機與電源相連。
[0011]所述的減速機構通過聯軸器與螺桿連接。
[0012]所述的通信檢測控制模塊包括安裝在平衡閥體底部的測壓閥、安裝在平衡閥體上的壓差變送器、安裝在平衡閥體側邊的溫度測量探頭以及安裝在壓差變送器和測壓閥之間的測壓銅管；所述的測壓閥有兩個，分別與平衡閥體的進口和出口連通，用于測量平衡閥體閥前閥后壓差；
[0013]所述的溫度測量探頭與通信檢測控制模塊相連，所述的測壓閥通過測壓銅管與壓差變送器相連，壓差變送器與通信檢測控制模塊相連。
[0014]所述的電機支架通過螺絲與平衡閥體連接，且在電機支架與平衡閥體之間設置有密封墊。
[0015]所述的電源采用外接電源或者12-24V移動電源。
[0016]在減速機構的上端安裝有電動手動機構。
[0017]所述的通信檢測控制模塊通過433M無線自組網與5G、4G、GPRS、網口網關相連，進而與遠程服務器進行通信。
[0018]所述的通信檢測控制模塊包含電源網絡模塊、射頻模塊、MCU模塊、基準電壓模塊、電機控制模塊、繼電器、壓差變送器接口以及光電編碼器接口電路；
[0019]其中，射頻模塊與MCU模塊相連，MCU模塊的輸出端與電機控制模塊相連，電機控制模塊與繼電器相連，繼電器的輸出端與電機相連；
[0020]所述的MCU模塊還與基準電壓模塊、壓差變送器接口及光電編碼器接口電路相連。
[0021]所述的電源網絡模塊包括電源接口，電源接口通過DC-DC模塊與LDO模塊連接，LDO模塊給MCU模塊、基準電壓模塊、光電編碼器接口電路、電機控制模塊供電；電源接口通過BOOST電路給壓差變送器接口供電，外接電源經過DC-DC模塊給射頻模塊以及繼電器線圈供電，同時也給LDO模塊供電。
[0022]一種物聯網平衡閥的控制方法，包括以下步驟:壓差變送器通過測壓閥測量閥前閥后的壓差，將壓差信號轉成電信號送到通信檢測控制模塊，該通信檢測控制模塊查詢存儲在內部的Kv曲線計算閥門流量，通過其內部的無線組網通信模塊將流量信號送到無線組網網關，然后將流量信號遠傳到服務器端，服務器端經過算法分析計算，計算出平衡閥的目標流量，將目標流量信息發送給無線組網網關，無線組網網關再通過無線自組網網絡根據地址信息發送到通信檢測控制模塊，通信檢測控制模塊將流量信息轉換成物聯網平衡閥的行程參數，控制電機轉動，同時通信檢測控制模塊檢測光電編碼器的脈沖數目，以此來確定閥芯的行程；當檢測到的物聯網平衡閥的實際流量值與目標值一致時，通信檢測控制模塊控制電機停轉，完成一次控制過程。
[0023]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0024]本發明由于本發明自身具有檢測壓差計算流量、溫度檢測、檢測閥門行程、無線組網通信、電機控制功能，提高了水力平衡的效率，并且能夠實時在線評估平衡效果，在后臺系統配合下，現場的平衡過程簡單高效，為廣泛水力平衡創造條件。與現有技術相比，本發明解決現有供暖系統二次網水力平衡評估困難、調節困難、調節時間長、調節完成后很難確認是否調節平衡問題。使用時通過通信檢測控制模塊采集平衡閥體的溫度和閥前閥后壓差，再通過儲存在通信檢測控制模塊中的Kv曲線計算閥門流量，將采集到的信息通過通信檢測控制模塊發送到無線組網網關，然后再發送給服務器端，服務器端經過算法分析計算，計算出平衡閥的目標流量，將目標流量信息發送給無線組網網關，無線組網網關再通過無線自組網地址信息發送到物聯網閥門的通信檢測控制模塊，通信檢測控制模塊根據目標流量，開大或關小閥門，再根據閥門的開度，查表得到閥門的Kv值，通過檢測壓差，計算實際流量，進行負反饋，*終使實際流量與目標流量相等；
[0025]更進一步，具體通過設置在進口和出口的兩個測壓閥實現平衡閥體閥前閥后壓差的采集。
[0026]更進一步，本發明的電源采用外接電源或者移動電源使得平衡閥體安裝的位置更加靈活。
[0027]本發明控制方法整個過程都是自動實現，現場系統通過無線自組網經無線網關與遠程服務器通信，閥門的動作能夠精確控制，整個管網水力平衡的評估為在線實時評估，因此實現管網自動快速水力平衡。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明物聯網平衡閥的整體框圖；
[0029]圖2為本發明的平衡閥體結構示意圖；
[0030]圖3為本發明的通信檢測控制模塊結構框圖。
[0031]其中，1、平衡閥體；2、閥芯；3、銅套；4、螺桿；5、電機支架；6、通信檢測控制模塊；
7、電動手動機構；8、光電編碼器；9、壓差變送器；10、測壓銅管；11、減速機構；12、測壓閥；13、溫度測量探頭;14、電源接口，15、DC-DC模塊，16、LDO模塊，17、BOOST電路，18、射頻模塊，19、MCU模塊，20、基準電壓模塊，21,22為電機控制模塊，23、光電編碼器接口電路，24、25、繼電器，26、壓差變送器接口，27、電機。
【具體實施方式】
[0032]以下結合附圖對本發明做進一步詳細說明:
[0033]參見圖1和圖2，本發明物聯網平衡閥包括兩端分別為進口和出口的平衡閥體1、通過螺絲安裝在平衡閥體I上的電機支架5以及用于采集平衡閥體I溫度和流量同時控制平衡閥體開度的通信檢測控制模塊；在電機支架5與平衡閥體I之間設置有密封墊，該通信檢測控制模塊包括安裝在平衡閥體I的底部的用于測量平衡閥體I閥前閥后壓差的測壓閥12、安裝在電機支架5上的壓差變送器9、安裝在平衡閥體I側邊的溫度測量探頭13以及安裝在壓差變送器9和測壓閥12之間的測壓銅管10 ;溫度測量探頭13與通信檢測控制模塊6相連，測壓閥12通過測壓銅管10與壓差變送器9相連，壓差變送器9與通信檢測控制模塊6相連。
[0034]電機支架5上安裝有減速機構11、電機27、壓差變送器9、光電編碼器8以及通信檢測控制模塊6，在減速機構11的上端安裝有電動手動機構7。
[0035]平衡閥體I內部設置有閥芯2以及與閥芯2緊配結合的銅套3，在銅套3內設置有螺桿4，在螺桿4頂端設置有減速機構11，減速機構11通過聯軸器與螺桿4連接，在減速機構11的齒輪中心軸上安裝有光電編碼器8 ;通信檢測控制模塊6對平衡閥體I上的溫度、流量等信息進行采集，然后通過無線自組網將信息傳送到無線網關，*后將數據傳送到遠程服務器端，遠程服務器端對數據進行分析計算得出平衡閥體I的目標流量，并將目標流量傳到無線網關，無線網關根據無線自組網中的網絡地址將閥門的流量信息發送給通信檢測控制模塊6，通信檢測控制模塊具有精確的閥門行程檢測，同時通信檢測控制模塊能夠精確的控制閥門的行程，從而使閥門實際流量與目標流量一致，進而實現對閥門的精確控制，實現快速水力平衡，通信檢測控制模塊6與電機及光電編碼器8相連；電機27與電源相連。電機27的供電采用外接電源或者移動電源。
[0036]本發明的物聯網平衡閥的聯網是通過自主開發的433M無線組網系統來進行組網，*后通
過無線網關一一網口或者5G、4G網絡連接到服務器端。
[0037]參見圖3，通信檢測控制模塊6包含電源網絡模塊、射頻模塊18、M⑶模塊19、基準電壓模塊20、電機控制模塊21、22、繼電器24、25、壓差變送器接口 26以及光電編碼器接口電路23 ；
[0038]其中，射頻模塊18與MCU模塊19相連，MCU模塊19的輸出端與電機控制模塊21、22相連，電機控制模塊21、22與繼電器24、25相連，繼電器24、25的輸出端與電機相連；MCU模塊19還與基準電壓模塊20、壓差變送器接口 26及光電編碼器接口電路23相連。
[0039]電源網絡模塊包括電源接口 14、電源接口 14通過DC-DC模塊15與LDO模塊16連接，LDO給MCU模塊19、電壓基準20、光電編碼器接口 23、電機驅動電路供電。電源接口 14通過BOOST電路17給壓差變送器接口 26供電，外接電源進來后經過DC-DC給射頻模塊18以及繼電器線圈供電，同時也給LDO模塊16供電。
[0040]MCU模塊19為通信檢測控制模塊的主控制器，與射頻模塊18通過SPI相連；電壓基準20為MCU模塊19內部的ADC提供基準電壓源，電壓基準的輸出連接到MCU模塊19的VREF腳；壓差變送器通過壓差變送器接口電路26連接到MCU內部的ADC中；光電編碼器通過光電編碼器接口電路23接到MCU的GP1 口上，MCU通過電機控制電路控制繼電器進而控制電機轉動。
[0041]本發明的工作原理:通信檢測控制模塊通過壓差變送器測量閥前閥后的壓差，將壓差轉為4-20mA信號，在壓差變送器接口電路轉換成電壓信號送給MCU的ADC進行采樣，再根據閥體的KV曲線計算閥體流量；通信檢測控制模塊上的射頻模塊通過無線自組網，將閥門的測量信息通過無線自組網傳到無線網關再送到遠程服務器，同時再將遠程服務器分析處理后的正確流量信息通過無線網關再根據無線自組網中設備的地址信息發給物聯網閥門的通信檢測控制模塊，通信檢測控制模塊的MCU控制電機控制電路進而控制繼電器控制電機的正反轉，同時MCU會檢測光電編碼器的旋轉脈沖數，以此來確定閥芯的行程，當檢測到的閥門流量和目標值一致時，通信檢測控制模塊控制電機停轉，從而實現對平衡閥的控制。
[0042]具體為:平衡閥體I的左端為進水口，右端為出水口，平衡閥體I通過左端進水，右端出水，壓差變送器9通過測壓銅管10測量2個測壓閥12即閥前閥后的壓差，將壓差信號轉成4-20mA信號，這個4-20mA信號送到通信檢測控制模塊6，該通信檢測控制模塊6查詢存儲在內部的KV曲線計算閥門流量，通過其內部的無線組網通信模塊將流量信號送到無線組網網關，然后將流量信號遠傳到服務器端，服務器端經過算法分析計算，計算出平衡閥的目標流量，將目標流量信息發送給無線組網網關，無線組網網關再通過無線自組網網絡根據地址信息發送到物聯網閥門的通信檢測控制模塊6，通信檢測控制模塊6將流量信息轉換成閥門的行程參數，精確控制電機轉動，同時通信檢測控制模塊6檢測光電編碼器的脈沖數目，以此來確定閥芯的行程，當檢測到的閥門的流量和目標值一致時，通信檢測控制模塊6控制電機27停轉，一次調節過程完成。
[0043]由于本方案閥門本身具有檢測壓差計算流量、溫度檢測、檢測閥門行程、無線組網通信、電機控制功能，上海明精提高了水力平衡的效率，并且可以實時在線評估平衡效果，在后臺系統配合下，現場的平衡過程簡單高效，為廣泛水力平衡創造條件。
【主權項】
1.物聯網平衡閥，其特征在于:包括兩端分別為進口和出口的平衡閥體(1)、安裝在平衡閥體⑴上的電機支架(5)以及用于采集平衡閥體⑴溫度和流量同時控制平衡閥體開度的通信檢測控制模塊(6); 所述的電機支架(5)上安裝有減速機構(11)、電機(27)、壓差變送器(9)、光電編碼器(8)以及通信檢測控制模塊(6); 所述的平衡閥體⑴內部設置有閥芯⑵以及與閥芯⑵緊配結合的銅套⑶，在銅套(3)內設置有螺桿(4)，在螺桿(4)頂端設置有減速機構(11)，在減速機構(11)的齒輪中心軸上安裝有光電編碼器(8); 所述的通信檢測控制模塊(6)與遠程服務器相連，該遠程服務器根據通信檢測控制模塊(6)采集到的信息分析計算平衡閥體(I)的目標流量，并將目標流量信號通過網絡發送給通信檢測控制模塊(6); 所述的通信檢測控制模塊(6)與電機(27)、光電編碼器(8)、壓差變送器(9)、溫度傳感器(13)相連; 所述的電機(27)與電源相連。
2.根據權利要求1所述的物聯網平衡閥，其特征在于:所述的減速機構(11)通過聯軸器與螺桿(4)連接。
3.根據權利要求1所述的物聯網平衡閥，其特征在于:所述的通信檢測控制模塊(6)包括安裝在平衡閥體⑴的底部的測壓閥(12)、安裝在平衡閥體⑴上的壓差變送器(9)、安裝在平衡閥體⑴側邊的溫度測量探頭(13)以及安裝在壓差變送器(9)和測壓閥(12)之間的測壓銅管(10);所述的測壓閥(12)有兩個，分別與平衡閥體(I)的進口和出口連通，用于測量平衡閥體(I)閥前閥后壓差； 所述的溫度測量探頭(13)與通信檢測控制模塊(6)相連，所述的測壓閥(12)通過測壓銅管(10)與壓差變送器(9)相連，壓差變送器(9)與通信檢測控制模塊(6)相連。
4.根據權利要求1所述的物聯網平衡閥，其特征在于:所述的電機支架(5)通過螺絲與平衡閥體(I)連接，且在電機支架(5)與平衡閥體(I)之間設置有密封墊。
5.根據權利要求1所述的物聯網平衡閥，其特征在于:所述的電源采用上海明精外接電源或者12-24V移動電源。
6.根據權利要求1所述的物聯網平衡閥，其特征在于:在減速機構(11)的上端安裝有電動手動機構(7)。
7.根據權利要求1所述的物聯網平衡閥，其特征在于:所述的通信檢測控制模塊(6)通過433M無線自組網與3G、4G、GPRS,網口網關相連，進而與遠程服務器進行通信。
8.根據權利要求1所述的物聯網平衡閥，其特征在于:所述的通信檢測控制模塊(6)包含電源網絡模塊、射頻模塊(18)、MCU模塊(19)、基準電壓模塊(20)、電機控制模塊(21、22)、繼電器(24、25)、壓差變送器接口(26)以及光電編碼器接口電路(23)； 其中，射頻模塊(18)與MCU模塊(19)相連，MCU模塊(19)的輸出端與電機控制模塊(21,22)相連，電機控制模塊(21,22)與繼電器(24,25)相連，繼電器(24,25)的輸出端與電機相連； 所述的MCU模塊(19)還與基準電壓模塊(20)、壓差變送器接口(26)及光電編碼器接口電路(23)相連。
9.根據權利要求8所述的物聯網平衡閥，其特征在于:所述的電源網絡模塊包括電源接口(14)，電源接口 (14)通過DC-DC模塊(15)與LDO模塊(16)連接，LDO模塊(16)給MCU模塊(19)、基準電壓模塊(20)、光電編碼器接口電路(23)、電機控制模塊(21、22)供電；電源接口(14)通過BOOST電路(17)給壓差變送器接口(26)供電，外接電源經過DC-DC模塊(15)給射頻模塊(18)以及繼電器(24、25)線圈供電，同時也給LDO模塊(16)供電。
10.—種物聯網平衡閥的控制方法，其特征在于，包括以下步驟:壓差變送器(9)通過測壓閥(12)測量閥前閥后的壓差，將壓差信號轉成電信號送到通信檢測控制模塊(6)，該通信檢測控制模塊(6)查詢存儲在內部的Kv曲線計算閥門流量，通過其內部的無線組網通信模塊將流量信號送到無線組網網關，然后將流量信號遠傳到服務器端，服務器端經過算法分析計算，計算出平衡閥的目標流量，將目標流量信息發送給無線組網網關，無線組網網關再通過無線自組網網絡根據地址信息發送到通信檢測控制模塊(6)，通信檢測控制模塊(6)將流量信息轉換成物聯網平衡閥的行程參數，控制電機(27)轉動，同時通信檢測控制模塊(6)檢測光電編碼器⑶的脈沖數目，以此來確定閥芯⑵的行程；當檢測到的物聯網平衡閥的實際流量值與目標值一致時，通信檢測控制模塊(6)控制電機(27)停轉，完成一次控制過程。
【專利摘要】本發明涉及一種平衡閥，具體涉及一種物聯網平衡閥及其控制方法，物聯網平衡閥包括平衡閥體、安裝在平衡閥體上的電機支架以及通信檢測控制模塊；電機支架上安裝有減速機構、電機、光電編碼器、壓差變送器以及通信檢測控制模塊；平衡閥體內部設置有閥芯以及與閥芯緊配結合的銅套，在銅套內設置有螺桿，在螺桿頂端設置有減速機構，減速機構上設置有電動和手動機構。本發明整個過程都是自動實現，現場系統通過無線自組網經無線網關與遠程服務器通信，閥門的動作能夠精確控制，整個管網水力平衡的評估為在線實時評估，因此實現管網自動快速水力平衡。
【IPC分類】F16K37-00, F16K31-04