智能電動平衡閥軟件設(shè)計(jì)方案

一、 智能電動平衡閥軟件設(shè)計(jì)方案主動上報(bào)功能：
每次開機(jī)之后，待無線數(shù)據(jù)建立連接,平衡閥將會上傳寄存器0x00～0x07數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包含了電池電壓、閥門開度、進(jìn)回水溫度、溫差、進(jìn)回水壓力、壓差等信息，用戶根據(jù)需要取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。華能邯鄲供熱有限責(zé)任公司鼓山豪庭小區(qū)供熱智能改造遠(yuǎn)傳智能平衡閥采購項(xiàng)目將使用于邯鄲市峰峰礦區(qū)鼓山豪庭小區(qū)供熱智能改造。鼓山豪庭小區(qū)建筑面積約13萬平米。其中一期入網(wǎng)面積66798㎡，居民樓6棟共計(jì)702戶，于2019年12月開始集中供熱；二期入網(wǎng)面積48336㎡，居民樓7棟共計(jì)481戶，計(jì)劃于2020年11月實(shí)施集中供熱；三期入網(wǎng)面積12790㎡，居民樓1棟共計(jì)160戶，計(jì)劃于2021年11月實(shí)施集中供熱，該小區(qū)均為新建節(jié)能建筑，采暖形式均為地暖。目前入網(wǎng)供熱建筑13棟，單元數(shù)量及單元立管管徑情況詳見 ：表一· 鼓山豪庭樓棟單元一覽表。
二、 智能電動平衡閥軟件設(shè)計(jì)方案采暖期工作時(shí)間的設(shè)定：
通過“開始工作月份”、“開始工作日期”、“停止工作月份”、“停止工作日期”，四個(gè)值決定平衡閥采暖期的工作時(shí)段，在此周期之外，平衡閥處于休眠狀態(tài)，但每月會自動喚醒一次進(jìn)行自檢（此功能僅針對電池供電形式的低功耗運(yùn)行狀態(tài)）。 例如，供暖季為10月15日到次年3月1日，相應(yīng)的設(shè)置為將“開始工作月份”設(shè)定為10，“開始工作日期”設(shè)定為15，“停止工作月份”設(shè)定為3，“停止工作日期”設(shè)定為1。
三、 智能電動平衡閥軟件設(shè)計(jì)方案電池供電低功耗運(yùn)行模式的設(shè)定：
當(dāng)采用電池供電時(shí)，考慮低功耗運(yùn)行，5年不更換電池，所以需要對平衡閥的運(yùn)行時(shí)間加以設(shè)定。平衡閥采用間隙式工作，“重啟間隔時(shí)間”（默認(rèn)20分鐘）決定喚醒工作的周期，“運(yùn)行時(shí)間”（默認(rèn)60秒）決定每次工作的時(shí)長，在此時(shí)間內(nèi)進(jìn)行無線通訊、傳感器測量、閥門調(diào)整等工作，然后平衡閥進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)。根據(jù)默認(rèn)值計(jì)算，電池電量可以確保超過5年的使用周期。用戶可以自定義工作周期，但應(yīng)注意電池使用壽命。“電池電壓值”用于電池監(jiān)測的工作狀態(tài)，若電池電壓低于4.8V,應(yīng)立即更換電池，否則平衡閥將進(jìn)入自我停機(jī)狀態(tài)。
使用外部電源供電時(shí)，可關(guān)閉低功耗模式，此時(shí)將重啟間隔時(shí)間設(shè)置成0即可。嚴(yán)禁向電池供電的設(shè)備重啟間隔時(shí)間寫0，否則將大大降低電池使用壽命。
遠(yuǎn)傳智能平衡閥技術(shù)要求
3.1遠(yuǎn)傳智能平衡閥（帶回水測溫傳感器，調(diào)節(jié)型，回水安裝、NB-IoT傳輸、適用口徑DN65、DN80、DN100），*內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，小開度下具有高阻力調(diào)節(jié)特性，全開狀態(tài)具有低阻力特性，高可靠性；
3.2工作電壓：DC10V-24V；
3.3閥門結(jié)構(gòu)形式：V型球芯，具備線性調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度二百分之一，球芯采用304不銹鋼，壽命10萬次以上；
3.1.4閥體規(guī)格：DN65、DN80、DN100, 兩通；優(yōu)質(zhì)球墨鑄鐵；
3.5閥體泄漏率低于KV值的0.03%；
3.6額定扭矩：20N.M, 30N.M，關(guān)閉壓差＞5bar；
3.7法蘭連接（供貨含反法蘭、金屬墊、螺栓等附件）；
3.8具備本地LCD顯示，方便觀察執(zhí)行器運(yùn)行狀態(tài)；
3.9同時(shí)具備機(jī)械手動功能和電手動（本地控制）功能；
3.10具備RS485總線通訊接口、MBUS接口，支持ModBus協(xié)議，支持NB-IoT網(wǎng)絡(luò)無線通訊，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集、控制。閥門通過現(xiàn)場總線傳輸信號至數(shù)據(jù)采集集中器或通過NB-IoT無線網(wǎng)絡(luò)直接上傳到中心管理平臺；
控制信號：0~10VDC； 閥位反饋信號：0~10VDC； 防護(hù)等級：IP67；
3.11閥門具有定時(shí)自動開關(guān)防銹防垢功能；
3.12閥門具有行程自檢功能，開關(guān)不到位具備報(bào)警功能；
3.13耐久性試驗(yàn):當(dāng)開關(guān)次數(shù)達(dá)10萬次時(shí)，閥門運(yùn)行*、無外漏、無損壞；
3.14閥門斷電或通訊失聯(lián)后監(jiān)控中心可發(fā)出報(bào)警，且閥門保持原位。
3.15遠(yuǎn)傳智能平衡閥安裝在供熱采暖管網(wǎng)樓棟（或單元）入口處，是對供熱管網(wǎng)中供熱采暖系統(tǒng)樓棟入口或樓棟單元入口閥門的回水溫度和閥門開度，進(jìn)行采集、存儲、分析并依據(jù)二網(wǎng)平衡控制策略進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)；具備管理相關(guān)設(shè)備、采集、存儲、分析、控制等功能。
3.16標(biāo)的物資須在華能邯鄲供熱有限責(zé)任公司的數(shù)據(jù)管理中心安裝上位機(jī)管理軟件，并建立基于4G或以太網(wǎng)通信的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳集抄及遠(yuǎn)程控制功能。
3.17系統(tǒng)具有強(qiáng)大的信息管理功能，建立基礎(chǔ)信息庫儲存熱用戶、采集集中器的基礎(chǔ)信息，并且對系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并且具備獨(dú)立打印輸出功能，便于熱力公司進(jìn)行管理。
3.18上位機(jī)軟件可實(shí)現(xiàn)對全部運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，可以按區(qū)域、按用戶性質(zhì)的不同對故障設(shè)備進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析，并將設(shè)備故障率分別以圖、表的形式進(jìn)行展示。軟件通過采集的信息與換熱站進(jìn)行聯(lián)動控制，指導(dǎo)換熱站的運(yùn)行控制策略。
3.19賣方須現(xiàn)場指導(dǎo)遠(yuǎn)傳智能平衡閥全程安裝，并負(fù)責(zé)標(biāo)的物資的調(diào)試、試運(yùn)行和質(zhì)保期內(nèi)的維保工作。

四、智能電動平衡閥軟件設(shè)計(jì)方案 執(zhí)行器有八種運(yùn)行模式可選，運(yùn)行模式分別如下：
Ⅰ、工作模式及設(shè)置：
0：現(xiàn)場手動模式   1：遠(yuǎn)程控制閥位   2：回水控溫   3：溫差控制   4：壓差控制  
5：壓差兼回溫雙回路控制   6：壓差兼溫差雙回路控制  8：時(shí)序模式
用戶根據(jù)需求通過對地址0x0F的值進(jìn)行修改以達(dá)到修改運(yùn)行模式目的。
例如，用戶需運(yùn)行在回水溫度控制模式，則對地址0x0F寫入0x02（數(shù)值2）即可。
Ⅱ、具體功能說明：
 0、現(xiàn)場手動模式：該模式下閥門開度不受遠(yuǎn)程控制，但能讀取執(zhí)行器采集到的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，用戶可手動驅(qū)動閥門，此模式只需向地址0x0F寫入0x00即可。可用于前期調(diào)試測試。
1、遠(yuǎn)程閥位：閥位由上位機(jī)發(fā)出指令，直接控制閥門開度，相應(yīng)設(shè)置如下：
先將地址0x0F設(shè)置成模式1，執(zhí)行器就運(yùn)行在遠(yuǎn)程閥位控制模式，再對地址0x1E寫入開度值即可。
例如，將開度設(shè)置成50.0%，則向地址0x1E寫入0x01F4（50.0%）。
若用戶根據(jù)測量值自己判斷后給定閥位，可選此模式。
2、回水控溫：平衡閥根據(jù)設(shè)定的回水溫度值和傳感器測得的溫度值進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)閥位開度。根據(jù)“回水溫度設(shè)定值”、“溫度偏離值”、“溫度死區(qū)值”、“單次步進(jìn)調(diào)整開度”和“調(diào)整間隔時(shí)間”值以及“開閥限制角度”“關(guān)閥限制角度”進(jìn)行分段調(diào)控。
 3、溫差控制：平衡閥根據(jù)設(shè)定的溫差值和傳感器測得的進(jìn)水溫度與回水溫度之差進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)閥位開度。調(diào)控方式如模式2，設(shè)定值由原來設(shè)置模式2中的“回水溫度設(shè)定值”改為設(shè)置“溫差設(shè)定值”。同時(shí)配合“溫度偏離值”、“溫度死區(qū)值”、“單次步進(jìn)調(diào)整開度”和“調(diào)整間隔時(shí)間”以及“開閥限制角度”“關(guān)閥限制角度”進(jìn)行分段調(diào)控。
 4、壓差控制：平衡閥根據(jù)設(shè)定的壓差值和傳感器測得的進(jìn)水壓力與回水壓力之差進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)閥位開度。根據(jù)“壓差設(shè)定值”、“壓差偏離值”、“壓差死區(qū)值”配合“單次步進(jìn)調(diào)整開度”、“調(diào)整間隔時(shí)間”以及“開閥限制角度”、“關(guān)閥限制角度”進(jìn)行分段+限制控制。
 5、壓差兼回溫雙回路控制：在首先滿足壓差控制的前提下，控制回水溫度趨近與設(shè)定值。根據(jù)“壓差設(shè)定值”、“壓差偏離值”、“壓差死區(qū)值”、“回水溫度設(shè)定值”、“溫度偏離值”、“溫度死區(qū)值”配合“單次步進(jìn)調(diào)整開度”、“調(diào)整間隔時(shí)間”以及“開閥限制角度”、“關(guān)閥限制角度”進(jìn)行分段+限制控制。
 6、壓差兼溫差雙回路控制：在首先滿足壓差控制的前提下，控制進(jìn)回水溫差趨近與設(shè)定值。根據(jù)“壓差設(shè)定值”、“壓差偏離值”、“壓差死區(qū)值”、“溫差設(shè)定值”、“溫度偏離值”、“溫度死區(qū)值”配合“單次步進(jìn)調(diào)整開度”、“調(diào)整間隔時(shí)間”以及“開閥限制角度”、“關(guān)閥限制角度”進(jìn)行分段+限制控制。
 8、時(shí)序模式：平衡閥可在0～24小時(shí)之內(nèi)設(shè)置5個(gè)運(yùn)行時(shí)段，每個(gè)時(shí)段可以設(shè)置不同的運(yùn)行模式。
設(shè)置每段時(shí)間指令：時(shí)段1時(shí)間為從0點(diǎn)-“時(shí)段1設(shè)置”，時(shí)段2時(shí)間為從“時(shí)段1設(shè)置”-“時(shí)段2設(shè)置”，時(shí)段3時(shí)間為從“時(shí)段2設(shè)置”-“時(shí)段3設(shè)置”，時(shí)段4時(shí)間為從“時(shí)段3設(shè)置”-“時(shí)段4設(shè)置”，時(shí)段5時(shí)間為從“時(shí)段4設(shè)置”-24點(diǎn)。如0-7，7-12，12-17,17-22,22-24，如果某段時(shí)間段的值直接為24，則時(shí)間段編輯即終止。
若設(shè)置了時(shí)序模式，則分別對應(yīng)上述運(yùn)行時(shí)段的工作模式需單獨(dú)設(shè)置，同樣設(shè)置成上述1-6的工作模式之一。五、 運(yùn)行參數(shù)調(diào)整功能
A.溫度(溫差)死區(qū)值：默認(rèn)值為1.0℃，在設(shè)定溫度±1.0℃范圍之內(nèi)不做閥門開度調(diào)整
B.溫度（溫差）偏離值：默認(rèn)值為5.0℃，在設(shè)定溫度死區(qū)之外的溫度偏離值，在偏離值范圍內(nèi)閥門采用步進(jìn)調(diào)整的方式改變閥門開度，每一次步進(jìn)改變閥門的角度值由“單次步進(jìn)調(diào)整開度”決定，閥門調(diào)整的頻率由“調(diào)整間隔時(shí)間決定”。
C.壓差死區(qū)值：默認(rèn)值為3KP,在設(shè)定壓差±3KP的范圍內(nèi)不做閥門開度調(diào)整。
D.壓差偏離值：默認(rèn)值為10KP,在設(shè)定壓差死區(qū)之外的壓差偏離值。在偏離值范圍內(nèi)閥門采用步進(jìn)調(diào)整的方式改變閥門開度，每一次步進(jìn)改變值由“單次步進(jìn)調(diào)整開度”決定，閥門調(diào)整的頻率由“調(diào)整間隔時(shí)間”決定。
E.單次步進(jìn)調(diào)整開度和調(diào)整間隔時(shí)間:由于熱網(wǎng)水力平衡是個(gè)多元擾動系統(tǒng)，有壓力、壓差的即時(shí)響應(yīng)因子，也有溫度、溫差的時(shí)滯響應(yīng)因子，因此IBV平衡閥采用分段控制模式：在偏離區(qū)之外采用連續(xù)調(diào)節(jié)的策略，即閥門開度連續(xù)改變，直至傳感器反饋值進(jìn)入目標(biāo)值的偏離區(qū)；在偏離區(qū)之內(nèi)采用間歇步進(jìn)調(diào)節(jié)的策略，單次步進(jìn)調(diào)整開度決定步進(jìn)的角度大?。J(rèn)值2%），調(diào)整間隔時(shí)間決定步進(jìn)的頻率（默認(rèn)值20分鐘），直至傳感器反饋值進(jìn)入目標(biāo)值的死區(qū)。
例如，將回水溫的設(shè)定為35℃，允許的溫度死區(qū)1℃，溫度偏離值5℃，單次步進(jìn)調(diào)整開度為2.0%，調(diào)整間隔1200秒（20分鐘），則向地址0x14寫入0x015E（35.0℃），向地址0x17寫入0x0A（1.0℃），向地址0x16寫入0x32（5.0℃），向地址0x10寫入0x14（2.0%），向地址0x11寫入0x04B0（1200秒/20分鐘）。
按照上述設(shè)置，回水溫度在35.0℃上下1.0℃范圍內(nèi)閥門不動作，當(dāng)溫度在29.0℃到34.0℃范圍內(nèi)或溫度在36.0℃到41.0℃范圍內(nèi)，閥門以單次步進(jìn)2.0%開度調(diào)整，每20分鐘調(diào)整一次。

六、智能電動平衡閥軟件設(shè)計(jì)方案軟件的應(yīng)用建議
在供暖系統(tǒng)中，二次管網(wǎng)的調(diào)節(jié)首先要滿足水力的匹配，即各路支管分配的流量應(yīng)該不大于設(shè)計(jì)流量，其次考慮節(jié)能因素減小支路的實(shí)際流量。在供暖管路設(shè)計(jì)中，為了保證每個(gè)用暖設(shè)備運(yùn)行在設(shè)計(jì)流量，需對管路進(jìn)行水力計(jì)算，其原理是根據(jù)每段管路的理論流量與管路的流阻系數(shù)計(jì)算出該管段的壓損值（即資用水頭），然后多個(gè)同級支管之間的壓損值進(jìn)行評估，各支路壓損值相差不應(yīng)大于15%，如果壓損過小，應(yīng)該在該支路設(shè)置阻力元件人為加大壓損，以滿足同級支管的壓損接近，這樣只要在該區(qū)域的供回水之間滿足足夠的壓差（即資用水頭），就能確保各支路的水力達(dá)到設(shè)計(jì)流量。因此在一個(gè)設(shè)計(jì)好的供暖系統(tǒng)上進(jìn)行流量匹配自動化控制時(shí)，我們可以采用壓差控制的方法就可以很方便的達(dá)到流量控制的目的。
壓差控制模式的原理其實(shí)是通過平衡閥自身的阻力變化（即壓損）來抵消該區(qū)域外的資用水頭變化和區(qū)域內(nèi)的壓損變化（因流量變化引起），從而確保該區(qū)域內(nèi)的資用水頭不變。當(dāng)區(qū)域內(nèi)壓差不變時(shí)，區(qū)域內(nèi)各支路流量確保不大于設(shè)計(jì)流量。
在供熱管網(wǎng)經(jīng)過初期運(yùn)行后，運(yùn)行流量往往要小于設(shè)計(jì)流量，此時(shí)壓差不變時(shí)，各支路的流量可能會大于實(shí)際需要的流量，為了考慮節(jié)能，我們需要減少流量，所以可以采用溫差或者回水溫度控制的方式來進(jìn)一步降低流量。當(dāng)流量大于實(shí)際需求的流量時(shí)，進(jìn)回水之間的溫差就會縮小，出現(xiàn)大流量小溫差的現(xiàn)象，國家規(guī)范要求溫差達(dá)到15℃，因此可以采用溫差控制模式進(jìn)行流量控制，確保溫差不小于15℃。為了節(jié)省投資，我們也可以采用回水溫度控制模式，因?yàn)檫M(jìn)水溫度是基本恒定的，所以回水溫度也是可以算出來的。采用回水溫度模式同樣可以進(jìn)行流量節(jié)能控制。壓差控制可以確保支路滿足設(shè)計(jì)流量，即每個(gè)支路流量不會大于設(shè)計(jì)流量，也就保證了每個(gè)支路都會分配到所需流量。溫差或者回溫控制可以進(jìn)一步加大溫差減少流量分配。當(dāng)壓差和溫差（回溫）雙回路同時(shí)作用時(shí)，就可以將每個(gè)支路的流量控制在工作狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)支路關(guān)小閥門時(shí)，肯定會影響到周邊支路的流量情況，體現(xiàn)在周邊支路的壓差會提高，但是由于周邊的支路有壓差控制平衡閥，就可以自動地調(diào)整閥門開度，將多余的壓損消耗掉，從而保持周邊支路的原有壓差不變。在投資條件許可的情況下建議采用壓差和溫差（或者回水溫度）控制模式。