室內(nèi)暖氣智能調(diào)溫器的研究

陳方俊 王海波

摘 要：本文介紹了一種集中供暖的自動調(diào)溫技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用無線通信技術(shù)和微控制器技術(shù)，研究設(shè)計(jì)出了一套可實(shí)現(xiàn)智能自動調(diào)溫的水暖溫控閥控制系統(tǒng)。它集溫度檢測、邏輯控制、無線通信技術(shù)于一體，動作快速、節(jié)約能源、操作方便，可以根據(jù)用戶需要調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，節(jié)約能源，而且能滿足不同用戶的舒適度要求。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對家庭供暖系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測、分房定溫、遠(yuǎn)程控制等功能，充分體現(xiàn)了智能調(diào)溫器的人性化、自動化，具有重要的社會意義和經(jīng)濟(jì)意義。

關(guān)鍵詞：自動調(diào)溫暖氣閥；PLC控制系統(tǒng)；無線通信

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.133

1 引言

在寒冷的冬天，供暖公司決定了北方地區(qū)人民室內(nèi)的溫度。為了補(bǔ)償供暖過程中熱量散失，供暖公司會將供暖水溫適當(dāng)升高，以保證溫度。而傳統(tǒng)的供暖氣管不能根據(jù)個(gè)人喜好實(shí)現(xiàn)智能調(diào)溫。溫度完全由供暖公司決定，供暖公司勢必?zé)o法滿足每個(gè)家庭對溫度的要求，因此部分家庭會因供暖水溫溫度升高，導(dǎo)致室內(nèi)溫度過高，給人民生活造成不適的同時(shí)還造成巨大的資源浪費(fèi)。

2 背景技術(shù)

現(xiàn)在百分之九十的家庭所用的暖氣片暖氣閥都是那種傳統(tǒng)的機(jī)械式的，非地?zé)崾郊彝ド踔吝B機(jī)械式的旋鈕的沒有，基本都沒有智能調(diào)溫的功能，都是通過手動旋轉(zhuǎn)閥門控制暖氣管熱水流量大小來調(diào)節(jié)室溫。這完全是基于人工操作，調(diào)節(jié)溫度全憑主觀感受，只要水溫和室內(nèi)環(huán)境發(fā)生變化，就需要時(shí)刻調(diào)節(jié)閥門，十分繁瑣。

3 PLC的硬件組成

此調(diào)溫器的硬件組成由溫度檢測模塊、溫度控制模塊、執(zhí)行模塊以及人機(jī)界面模塊構(gòu)成。如下圖：

（1）系統(tǒng)硬件及原理。PLC采用日本三菱公司的FX2N–**MT型號，為了獲得快速性能輸出采用晶體管輸出；選擇FX2N–4AD/TC型溫度傳感器；選擇三菱FX2N–4DA型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它有四通道的D/A輸出，轉(zhuǎn)換速度2.1ms，總體精度+1%。人機(jī)界面是為了顯示和設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，例如溫度、時(shí)間及報(bào)警提示等，選用三菱GT1000型觸摸屏；選擇J型熱電偶溫度傳感器。

（2）調(diào)溫原理。熱電偶將檢測到的溫度通過轉(zhuǎn)換變成PLC可以處理的數(shù)字量輸入到PLC。PLC將所檢測到的溫度與溫度設(shè)定值進(jìn)行比較并按某種控制規(guī)律對誤差值進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算之后的結(jié)果送給模擬量輸出模塊，通過D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬量信號，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)溫閥門動作。從而實(shí)現(xiàn)對溫度的閉環(huán)控制。

（3）控制規(guī)律。FX系列PLC的PID指令采用的是位置式輸出的增量式PID算法，為了使得該指令比普通的PID算法具有更優(yōu)的控制效果，在這里我們采用PID指令與模擬量輸入/輸出模塊結(jié)合使用，并且在控制算法中使用了反饋量的一階慣性濾波、反饋量微分和不完全微分等措施。

4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

程序的第一步是進(jìn)行初始化。接著是檢查特殊功能模塊是否正常。然后根據(jù)目標(biāo)溫度、偏置溫度、確認(rèn)時(shí)間和滯回帶的設(shè)置。當(dāng)目標(biāo)溫度（溫度設(shè)定值sv）與偏置溫度之和小于等于室內(nèi)溫度（溫度當(dāng)前值pv），并且這種狀態(tài)持續(xù)1分鐘時(shí)，PID調(diào)節(jié)輸出數(shù)字量，再經(jīng)過D/A模塊將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量驅(qū)動調(diào)溫閥關(guān)閉；當(dāng)目標(biāo)溫度sv與偏置溫度之和再減去滯回帶溫度的值大于室內(nèi)溫度pv，同樣這種狀態(tài)持續(xù)1分鐘時(shí)，PID調(diào)節(jié)輸出數(shù)字量，經(jīng)D/A模塊轉(zhuǎn)換成模擬量控制調(diào)溫閥打開。

5 人機(jī)交互界面

人機(jī)交互界面是用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和室內(nèi)溫度的監(jiān)控。人機(jī)界面觸摸屏可以選擇三菱GT1000，不僅適應(yīng)于三菱產(chǎn)品的PLC，還與歐姆龍等產(chǎn)品通用。

6 無線通信

發(fā)射器和接收器是紅外遙控器的兩個(gè)組成部分。發(fā)射器的組成分別是指令鍵、指令信號發(fā)生電路、調(diào)制電路、驅(qū)動電路和紅外發(fā)射器；接收器的組成是紅外線接收器件、前置放大電路、解調(diào)電路、信號檢出電路、記憶及驅(qū)動電路和執(zhí)行電路。一旦紅外線接收器件接收到發(fā)射器的紅外指令信號時(shí)，它將紅外信號轉(zhuǎn)換成電信號并輸送到前置放大電路進(jìn)行放大，又經(jīng)過解調(diào)電路后，通過信號檢出電路把指令信號檢出，最后實(shí)現(xiàn)各種操作由記憶電路和驅(qū)動及執(zhí)行電路完成。

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作者簡介：陳方?。?994-），男，安徽安慶人，本科，電氣工程及其自動化專業(yè)。