智能供暖除雜裝置設(shè)計(jì)和實(shí)物搭建

閆泳琪，孫 幸，張華兵，豆國(guó)豪，田 杰，張澤琨

(寶雞文理學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 寶雞 721016)

0 引言

我國(guó)北方城市冬季大多采用集中供暖，調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前集中供暖存在如下問(wèn)題：①集中供暖熱水中經(jīng)常含泥沙和一些水垢，這些泥沙和水垢如果不及時(shí)有效地清除，會(huì)積聚在暖氣管道內(nèi)，短期可導(dǎo)致集中供暖熱水在循環(huán)過(guò)程中出現(xiàn)噪聲，影響人們的正常工作和休息，長(zhǎng)期就會(huì)導(dǎo)致供暖設(shè)備堵塞或暖氣片損壞；②供暖存在不公平，由于過(guò)濾網(wǎng)堵塞，個(gè)別用戶冬季供暖溫度低，特別在家里有小孩或者老人的情況下，冬季供暖室內(nèi)溫度過(guò)低可能導(dǎo)致小孩或者老人生病；③目前市場(chǎng)上集中供暖除沙裝置大部分采用人工更換過(guò)濾網(wǎng)的方式，這種方式在過(guò)濾網(wǎng)堵塞的時(shí)候不易被人察覺(jué)，直到用戶暖氣出現(xiàn)不再循環(huán)或堵死的情況下才能被用戶發(fā)現(xiàn)，久而久之非常容易引起用戶入戶管道產(chǎn)生高壓使管道脹裂，像這樣因?yàn)榕瘹夤艿蓝氯芤l(fā)的事故排查過(guò)程非常繁瑣；④過(guò)濾網(wǎng)更換不方便，需要給用戶停暖才能維修，嚴(yán)重影響供暖質(zhì)量和供暖設(shè)備的壽命。

1 集中供暖熱水自動(dòng)除雜裝置工作原理

集中供暖熱水自動(dòng)除雜裝置控制原理簡(jiǎn)圖如圖1所示。圖1中，進(jìn)口開(kāi)關(guān)電磁閥1為主開(kāi)關(guān)，用于在特殊情況下控制進(jìn)入除沙裝置熱水的通和斷；壓力檢測(cè)傳感器2和流量檢測(cè)傳感器3用于檢測(cè)熱水的流量和壓力；換向電磁閥4用于在過(guò)濾器堵塞情況下，將熱水切換到新的過(guò)濾器；沖洗電磁閥5用于定期對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行反向沖洗；水箱6用于儲(chǔ)存沖洗產(chǎn)生的廢水；過(guò)濾器7用于對(duì)熱水中的沙子進(jìn)行過(guò)濾；出口開(kāi)關(guān)電磁閥8用于在對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行沖洗過(guò)程中關(guān)閉系統(tǒng)的出水口；節(jié)流閥9用于提高沖洗過(guò)程中的系統(tǒng)壓力；控制器10用于處理檢測(cè)到的參數(shù)，并根據(jù)檢測(cè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)是否正常工作出判斷，在過(guò)濾器堵塞時(shí)候切換到新的過(guò)濾器；顯示器11用來(lái)顯示流量、壓力等參數(shù)，并在特殊情況下對(duì)過(guò)濾器堵塞故障顯示報(bào)警提示。通信模塊用于在過(guò)濾器堵塞情況下將堵塞信息傳給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。

1-進(jìn)口開(kāi)關(guān)電磁閥；2-壓力檢測(cè)傳感器；3-流量檢測(cè)傳感器；4-換向電磁閥；5-沖洗電磁閥；6-水箱；7-過(guò)濾器；8-出口開(kāi)關(guān)電磁閥；9-節(jié)流閥；10-控制器；11-顯示器

正常工作工況如下：集中供熱的熱水進(jìn)入進(jìn)口開(kāi)關(guān)電磁閥1，經(jīng)過(guò)流量和壓力傳感器檢查點(diǎn)，通過(guò)換向電磁閥4進(jìn)入回路對(duì)熱水中的雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾，當(dāng)換向電磁閥在圖1所示位置，熱水進(jìn)入換向電磁閥4的左位，在過(guò)濾器7中對(duì)熱水中的雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾，然后再經(jīng)過(guò)出口開(kāi)關(guān)電磁閥8進(jìn)入暖氣片循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行供熱。

當(dāng)過(guò)濾器7長(zhǎng)時(shí)間工作造成過(guò)濾器堵塞時(shí)，系統(tǒng)在控制器10的控制下，定期對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行反向沖洗。反向沖冼工作過(guò)程如下：控制器10控制換向電磁閥4運(yùn)動(dòng)到中位，控制出口開(kāi)關(guān)電磁閥8處于關(guān)閉位置，此時(shí)，高壓熱水經(jīng)節(jié)流閥9提高壓力之后反向沖洗過(guò)濾器7，并將沖洗之后的雜質(zhì)和熱水儲(chǔ)存在水箱6當(dāng)中，然后控制器繼續(xù)控制出口開(kāi)關(guān)電磁閥8處于打開(kāi)位置，控制換向閥4繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到左位[1,2]。

報(bào)警工況：當(dāng)左位過(guò)濾器發(fā)生故障時(shí)，控制器10控制環(huán)線電磁閥4運(yùn)動(dòng)到右位，右位備用系統(tǒng)進(jìn)行工作，此時(shí)，控制器10控制系統(tǒng)報(bào)警，在顯示器11上提示更換左位過(guò)濾器。另外，壓力檢測(cè)傳感器2和流量檢測(cè)傳感器3的檢測(cè)參數(shù)實(shí)時(shí)由控制器10進(jìn)行處理，并顯示在顯示器11上。

2 實(shí)物搭建

集中供暖熱水自動(dòng)除沙裝置控制器部分選用目前主流的Arduino控制板，實(shí)物所使用的電磁閥為12 V兩位兩通電磁閥和12 V兩位三通電磁閥，兩位兩通電磁閥的作用是控制流體的通斷，兩位三通電磁閥的作用是對(duì)流體的方向進(jìn)行控制[3,4]。

由于電磁閥的輸入電壓12 V和控制器的輸出電壓5 V不匹配，因此，使用了5 V 8路繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥的控制，8路指的是8個(gè)引腳均可被控制器分別控制，顯示屏采用I2CLCD12864。智能供暖除雜裝置的控制器和實(shí)物模型如圖2和圖3所示。集中供暖熱水自動(dòng)除沙裝置壓力傳感器選取德國(guó)Hesmor公司壓力傳感器，型號(hào)為DST標(biāo)準(zhǔn)型，主要參數(shù)如表1所示[5,6]。

圖2 除雜裝置控制器 圖3 除雜裝置實(shí)物模型

表1 DST壓力傳感器參數(shù)

溫度傳感器選用德國(guó)Hesmor公司溫度傳感器，型號(hào)為 TCT，主要參數(shù)如表2所示[7,8]。

表2 TCT溫度傳感器參數(shù)

3 部分控制程序代碼

(1) 屏幕初始化及水流傳感器的主函數(shù)部分代碼如下：

digitalWrite(JB,HIGH);

RSCG12864B.print_string_12_xy(0,0,BT);

RSCG12864B.print_string_12_xy(0,16,f1);

RSCG12864B.print_string_12_xy(0,32,f2);

RSCG12864B.print_string_12_xy(0,48,f3);

char waterFlow2[5];

{dtostrf(waterFlow,5,2,waterFlow2);//dtostrf。

RSCG12864B.print_string_12_xy(58,48,waterFlow2);

RSCG12864B.print_string_12_xy(92,49,"ml"); }

(2) 水溫傳感器的主函數(shù)部分代碼如下：

float temperature = getTemp();

char temperature2[5];

{dtostrf(temperature,5,2,temperature2);//dtostrf

RSCG12864B.print_string_12_xy(58,16,temperature2);

RSCG12864B.print_string_12_xy(92,16,f4);}

P =analogRead(A0)*20e-3+0.8; //Calculate water pressure

char P2[5];

{ dtostrf(P,5,2,P2);//dtostrf

RSCG12864B.print_string_12_xy(58,32,P2);

RSCG12864B.print_string_12_xy(92,32,"KPa"); }

4 結(jié)論

本文為解決集中供暖熱水除沙、除雜的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)除雜裝置。該裝置具有智能化和自動(dòng)化程度高、對(duì)熱水除沙效果好等優(yōu)勢(shì)，本裝置投入使用后，將徹底解決供熱管道結(jié)垢和堵塞問(wèn)題，管道免洗，流量增大，從而使室溫提升。