燃?xì)鉄崴魉疁刂悄芸刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析

【摘 ?要】本文對(duì)燃?xì)鉄崴魉疁乜刂颇Ｐ瓦M(jìn)行研究，依據(jù)燃?xì)鉄崴骺刂圃?，設(shè)計(jì)水溫智能控制系統(tǒng)。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行效率較高，溫差較小，能夠充分利用水資源，經(jīng)過(guò)二次加熱處理，使得水資源利用率提高至100%。

【關(guān)鍵詞】燃?xì)鉄崴?智能控制;節(jié)約資源

一、燃?xì)鉄崴魉疁乜刂颇Ｐ?/p>

1、出水溫度控制模型

依據(jù)公式（2）中的關(guān)系可知，水流量決定了水加熱耗時(shí)，當(dāng)熱水器出水溫度發(fā)生變化時(shí)，即熱水器熱平衡狀態(tài)發(fā)生改變，從當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另外一種狀態(tài)，容易受到多種因素影響，導(dǎo)致耗時(shí)差異性較大。其中，影響因素可以是熱變換效率、機(jī)殼尺寸、環(huán)境溫度等。

2、出水溫度控制特性

當(dāng)前設(shè)計(jì)的燃?xì)鉄崴魉疁乜刂撇捎萌斯た刂品?，通過(guò)直接觀測(cè)采集水溫信息，調(diào)節(jié)閥門工作狀態(tài)，對(duì)冷水進(jìn)行加溫處理，在閥門控制上出現(xiàn)延后或者提前情況，導(dǎo)致出水溫度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，浪費(fèi)了大量水資源[3]。這種操控特性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）人工操控成本較高，缺少智能化控制。（2）出水溫度控制精準(zhǔn)度較低，水資源浪費(fèi)較為嚴(yán)重。

二、智能水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文采用智能控制技術(shù)，提出智能水溫控制系統(tǒng)，依據(jù)燃?xì)鉄崴鳒囟瓤刂圃恚瑢?duì)外圍水路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并提出系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)方案。

1、系統(tǒng)組成

本文設(shè)計(jì)的智能水溫控制系統(tǒng)由液晶顯示屏、人機(jī)交互、按鍵模塊、傳感器、溫度控制模塊5部分構(gòu)成。如圖1所示為智能水溫控制系統(tǒng)框架。

在圖1中，人機(jī)交互指的是計(jì)算機(jī)操控終端，按照管理人員需求，下達(dá)水溫控制命令;按鍵模塊是操控命令的輸入端;傳感器主要用于采集水溫信息;溫度控制模塊是本系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)水溫控制需求，利用恒溫控制裝置設(shè)置需要加熱的溫度值，啟動(dòng)加熱器開(kāi)始加熱，與此同時(shí)，利用微控制器調(diào)節(jié)水管中冷水回流溫度，使得出口端水溫度均能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，提高水資源利用率[4]。

2、控制原理及操控規(guī)則

本系統(tǒng)的控制原理是根據(jù)用戶給定溫度值，啟動(dòng)溫度控制模塊，一次加熱是按照溫度給定值加熱冷水管中的冷水，如果測(cè)得溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則從出口流出，反之，采取二次加熱處理[5]。二次加熱是對(duì)冷水回流中的溫水進(jìn)行加熱，利用加熱器進(jìn)行二次加熱，通過(guò)調(diào)節(jié)氣閥控制加熱狀態(tài)，當(dāng)水溫達(dá)到給定值時(shí)，關(guān)閉閥門停止加熱。以下為水溫控制操控規(guī)則：

（1）如果水溫未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)得水溫較低，則首先采取調(diào)氣處理，啟動(dòng)調(diào)氣閥門，加熱水溫;

（2）如果水溫未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)得水溫較高，則首先采取調(diào)水處理，調(diào)節(jié)冷水管回流溫度控制，向當(dāng)前水箱中加入冷水，以達(dá)最佳溫度。

3、外圍水路設(shè)計(jì)

與普通的燃?xì)鉄崴飨啾?，本文設(shè)計(jì)的智能化控制系統(tǒng)在天然氣接入管道和水管連通兩個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)?？紤]到壓力變化導(dǎo)致冷水回流問(wèn)題，本系統(tǒng)通過(guò)STM32微控制器控制閥門調(diào)控。如圖2所示為智能化水溫控制系統(tǒng)外圍水路設(shè)計(jì)圖。

（1）天然氣接入管道改造設(shè)計(jì)

在天然氣管道出口安裝氣閥，用于調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，利用模糊PID算法對(duì)進(jìn)氣量進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果下達(dá)氣閥控制命令，這樣可能節(jié)省一部分燃?xì)赓Y源，以保水溫控制燃?xì)赓Y源充足[6]。

（2）水管連通改造設(shè)計(jì)

對(duì)于水管通道的改進(jìn)，本系統(tǒng)將多個(gè)水管道連接到一起，采用并聯(lián)方式接通，形成家庭用水管道回路，便于冷水加熱集中控制。

4、系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)流程

本系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)建立在模糊PID算法基礎(chǔ)上，根據(jù)水溫操控需求，對(duì)此算法加以修改，得到燃?xì)鉄崴魉疁乜刂扑惴ā?/p>

第一步：對(duì)STM32微控制器進(jìn)行上電初始化處理，設(shè)定溫度值，通過(guò)信息采集模塊采集水管中溫度值;

第二步：判斷當(dāng)前水溫是否需要加熱或者降溫，如果需要加熱，則執(zhí)行第三步，如果需要降溫，則執(zhí)行第五步，如果溫度達(dá)到了設(shè)定值，則執(zhí)行第六步;

第三步：運(yùn)行恒溫算法，計(jì)算需要升高的溫度;

第四步：采取調(diào)氣處理，啟動(dòng)調(diào)氣閥門，加熱水溫，返回第二步;

第五步：采取調(diào)水處理，調(diào)節(jié)冷水管回流溫度控制，向當(dāng)前水箱中加入冷水，返回第二步。

第六步：從出水管中流出熱水。

三、系統(tǒng)測(cè)試分析

本文選取手動(dòng)控制作為對(duì)照組，智能控制作為實(shí)驗(yàn)組，對(duì)水溫控制性能進(jìn)行對(duì)比，得出相應(yīng)結(jié)論，測(cè)試性能指標(biāo)及結(jié)果如表1所示。

通過(guò)觀察表1中的測(cè)試結(jié)果可知，智能控制在初始溫度調(diào)節(jié)時(shí)間耗費(fèi)方面優(yōu)勢(shì)較大，升溫與降溫調(diào)節(jié)溫差穩(wěn)定在1℃，較手動(dòng)控制更為穩(wěn)定。另外，智能控制系統(tǒng)可以充分利用水資源，通過(guò)二次加熱處理，不浪費(fèi)水資源，而手動(dòng)控制水資源利用率僅有78%。

總結(jié)

本文圍繞燃?xì)鉄崴魉疁乜刂茊?wèn)題展開(kāi)研究，選取手工控制為對(duì)照組，以本文設(shè)計(jì)的智能溫度控制系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)組，通過(guò)對(duì)比水溫控制性能，驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可靠性。測(cè)試結(jié)果表明，智能控制系統(tǒng)運(yùn)行效率較高，溫差較小，能夠充分利用水資源。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

陽(yáng)悠悠 ? ? ? 學(xué)歷：本科

（作者單位：廣東萬(wàn)家樂(lè)燃?xì)饩哂邢薰荆?/p>