智能电动平衡阀软件设计方案

一、 智能电动平衡阀软件设计方案主动上报功能：
每次开机之后，待无线数据建立连接,平衡阀将会上传寄存器0x00～0x07数据，该数据包含了电池电压、阀门开度、进回水温度、温差、进回水压力、压差等信息，用户根据需要取相应的数据。华能邯郸供热有限责任公司鼓山豪庭小区供热智能改造远传智能平衡阀采购项目将使用于邯郸市峰峰矿区鼓山豪庭小区供热智能改造。鼓山豪庭小区建筑面积约13万平米。其中一期入网面积66798㎡，居民楼6栋共计702户，于2019年12月开始集中供热；二期入网面积48336㎡，居民楼7栋共计481户，计划于2020年11月实施集中供热；三期入网面积12790㎡，居民楼1栋共计160户，计划于2021年11月实施集中供热，该小区均为新建节能建筑，采暖形式均为地暖。目前入网供热建筑13栋，单元数量及单元立管管径情况详见 ：表一· 鼓山豪庭楼栋单元一览表。
二、 智能电动平衡阀软件设计方案采暖期工作时间的设定：
通过“开始工作月份”、“开始工作日期”、“停止工作月份”、“停止工作日期”，四个值决定平衡阀采暖期的工作时段，在此周期之外，平衡阀处于休眠状态，但每月会自动唤醒一次进行自检（此功能仅针对电池供电形式的低功耗运行状态）。 例如，供暖季为10月15日到次年3月1日，相应的设置为将“开始工作月份”设定为10，“开始工作日期”设定为15，“停止工作月份”设定为3，“停止工作日期”设定为1。
三、 智能电动平衡阀软件设计方案电池供电低功耗运行模式的设定：
当采用电池供电时，考虑低功耗运行，5年不更换电池，所以需要对平衡阀的运行时间加以设定。平衡阀采用间隙式工作，“重启间隔时间”（默认20分钟）决定唤醒工作的周期，“运行时间”（默认60秒）决定每次工作的时长，在此时间内进行无线通讯、传感器测量、阀门调整等工作，然后平衡阀进入低功耗休眠状态。根据默认值计算，电池电量可以确保超过5年的使用周期。用户可以自定义工作周期，但应注意电池使用寿命。“电池电压值”用于电池监测的工作状态，若电池电压低于4.8V,应立即更换电池，否则平衡阀将进入自我停机状态。
使用外部电源供电时，可关闭低功耗模式，此时将重启间隔时间设置成0即可。严禁向电池供电的设备重启间隔时间写0，否则将大大降低电池使用寿命。
远传智能平衡阀技术要求
3.1远传智能平衡阀（带回水测温传感器，调节型，回水安装、NB-IoT传输、适用口径DN65、DN80、DN100），*内部结构设计，小开度下具有高阻力调节特性，全开状态具有低阻力特性，高可靠性；
3.2工作电压：DC10V-24V；
3.3阀门结构形式：V型球芯，具备线性调节，调节精度二百分之一，球芯采用304不锈钢，寿命10万次以上；
3.1.4阀体规格：DN65、DN80、DN100, 两通；优质球墨铸铁；
3.5阀体泄漏率低于KV值的0.03%；
3.6额定扭矩：20N.M, 30N.M，关闭压差＞5bar；
3.7法兰连接（供货含反法兰、金属垫、螺栓等附件）；
3.8具备本地LCD显示，方便观察执行器运行状态；
3.9同时具备机械手动功能和电手动（本地控制）功能；
3.10具备RS485总线通讯接口、MBUS接口，支持ModBus协议，支持NB-IoT网络无线通讯，可实现远程采集、控制。阀门通过现场总线传输信号至数据采集集中器或通过NB-IoT无线网络直接上传到中心管理平台；
控制信号：0~10VDC； 阀位反馈信号：0~10VDC； 防护等级：IP67；
3.11阀门具有定时自动开关防锈防垢功能；
3.12阀门具有行程自检功能，开关不到位具备报警功能；
3.13耐久性试验:当开关次数达10万次时，阀门运行*、无外漏、无损坏；
3.14阀门断电或通讯失联后监控中心可发出报警，且阀门保持原位。
3.15远传智能平衡阀安装在供热采暖管网楼栋（或单元）入口处，是对供热管网中供热采暖系统楼栋入口或楼栋单元入口阀门的回水温度和阀门开度，进行采集、存储、分析并依据二网平衡控制策略进行平衡调节；具备管理相关设备、采集、存储、分析、控制等功能。
3.16标的物资须在华能邯郸供热有限责任公司的数据管理中心安装上位机管理软件，并建立基于4G或以太网通信的数据远传系统，实现远传集抄及远程控制功能。
3.17系统具有强大的信息管理功能，建立基础信息库储存热用户、采集集中器的基础信息，并且对系统的运行数据进行存储，并且具备独立打印输出功能，便于热力公司进行管理。
3.18上位机软件可实现对全部运行数据的采集和数据统计分析，可以按区域、按用户性质的不同对故障设备进行分类统计分析，并将设备故障率分别以图、表的形式进行展示。软件通过采集的信息与换热站进行联动控制，指导换热站的运行控制策略。
3.19卖方须现场指导远传智能平衡阀全程安装，并负责标的物资的调试、试运行和质保期内的维保工作。

四、智能电动平衡阀软件设计方案 执行器有八种运行模式可选，运行模式分别如下：
Ⅰ、工作模式及设置：
0：现场手动模式   1：远程控制阀位   2：回水控温   3：温差控制   4：压差控制  
5：压差兼回温双回路控制   6：压差兼温差双回路控制  8：时序模式
用户根据需求通过对地址0x0F的值进行修改以达到修改运行模式目的。
例如，用户需运行在回水温度控制模式，则对地址0x0F写入0x02（数值2）即可。
Ⅱ、具体功能说明：
 0、现场手动模式：该模式下阀门开度不受远程控制，但能读取执行器采集到的管网数据，用户可手动驱动阀门，此模式只需向地址0x0F写入0x00即可。可用于前期调试测试。
1、远程阀位：阀位由上位机发出指令，直接控制阀门开度，相应设置如下：
先将地址0x0F设置成模式1，执行器就运行在远程阀位控制模式，再对地址0x1E写入开度值即可。
例如，将开度设置成50.0%，则向地址0x1E写入0x01F4（50.0%）。
若用户根据测量值自己判断后给定阀位，可选此模式。
2、回水控温：平衡阀根据设定的回水温度值和传感器测得的温度值进行自动化调节阀位开度。根据“回水温度设定值”、“温度偏离值”、“温度死区值”、“单次步进调整开度”和“调整间隔时间”值以及“开阀限制角度”“关阀限制角度”进行分段调控。
 3、温差控制：平衡阀根据设定的温差值和传感器测得的进水温度与回水温度之差进行自动化调节阀位开度。调控方式如模式2，设定值由原来设置模式2中的“回水温度设定值”改为设置“温差设定值”。同时配合“温度偏离值”、“温度死区值”、“单次步进调整开度”和“调整间隔时间”以及“开阀限制角度”“关阀限制角度”进行分段调控。
 4、压差控制：平衡阀根据设定的压差值和传感器测得的进水压力与回水压力之差进行自动化调节阀位开度。根据“压差设定值”、“压差偏离值”、“压差死区值”配合“单次步进调整开度”、“调整间隔时间”以及“开阀限制角度”、“关阀限制角度”进行分段+限制控制。
 5、压差兼回温双回路控制：在首先满足压差控制的前提下，控制回水温度趋近与设定值。根据“压差设定值”、“压差偏离值”、“压差死区值”、“回水温度设定值”、“温度偏离值”、“温度死区值”配合“单次步进调整开度”、“调整间隔时间”以及“开阀限制角度”、“关阀限制角度”进行分段+限制控制。
 6、压差兼温差双回路控制：在首先满足压差控制的前提下，控制进回水温差趋近与设定值。根据“压差设定值”、“压差偏离值”、“压差死区值”、“温差设定值”、“温度偏离值”、“温度死区值”配合“单次步进调整开度”、“调整间隔时间”以及“开阀限制角度”、“关阀限制角度”进行分段+限制控制。
 8、时序模式：平衡阀可在0～24小时之内设置5个运行时段，每个时段可以设置不同的运行模式。
设置每段时间指令：时段1时间为从0点-“时段1设置”，时段2时间为从“时段1设置”-“时段2设置”，时段3时间为从“时段2设置”-“时段3设置”，时段4时间为从“时段3设置”-“时段4设置”，时段5时间为从“时段4设置”-24点。如0-7，7-12，12-17,17-22,22-24，如果某段时间段的值直接为24，则时间段编辑即终止。
若设置了时序模式，则分别对应上述运行时段的工作模式需单独设置，同样设置成上述1-6的工作模式之一。五、 运行参数调整功能
A.温度(温差)死区值：默认值为1.0℃，在设定温度±1.0℃范围之内不做阀门开度调整
B.温度（温差）偏离值：默认值为5.0℃，在设定温度死区之外的温度偏离值，在偏离值范围内阀门采用步进调整的方式改变阀门开度，每一次步进改变阀门的角度值由“单次步进调整开度”决定，阀门调整的频率由“调整间隔时间决定”。
C.压差死区值：默认值为3KP,在设定压差±3KP的范围内不做阀门开度调整。
D.压差偏离值：默认值为10KP,在设定压差死区之外的压差偏离值。在偏离值范围内阀门采用步进调整的方式改变阀门开度，每一次步进改变值由“单次步进调整开度”决定，阀门调整的频率由“调整间隔时间”决定。
E.单次步进调整开度和调整间隔时间:由于热网水力平衡是个多元扰动系统，有压力、压差的即时响应因子，也有温度、温差的时滞响应因子，因此IBV平衡阀采用分段控制模式：在偏离区之外采用连续调节的策略，即阀门开度连续改变，直至传感器反馈值进入目标值的偏离区；在偏离区之内采用间歇步进调节的策略，单次步进调整开度决定步进的角度大小（默认值2%），调整间隔时间决定步进的频率（默认值20分钟），直至传感器反馈值进入目标值的死区。
例如，将回水温的设定为35℃，允许的温度死区1℃，温度偏离值5℃，单次步进调整开度为2.0%，调整间隔1200秒（20分钟），则向地址0x14写入0x015E（35.0℃），向地址0x17写入0x0A（1.0℃），向地址0x16写入0x32（5.0℃），向地址0x10写入0x14（2.0%），向地址0x11写入0x04B0（1200秒/20分钟）。
按照上述设置，回水温度在35.0℃上下1.0℃范围内阀门不动作，当温度在29.0℃到34.0℃范围内或温度在36.0℃到41.0℃范围内，阀门以单次步进2.0%开度调整，每20分钟调整一次。

六、智能电动平衡阀软件设计方案软件的应用建议
在供暖系统中，二次管网的调节首先要满足水力的匹配，即各路支管分配的流量应该不大于设计流量，其次考虑节能因素减小支路的实际流量。在供暖管路设计中，为了保证每个用暖设备运行在设计流量，需对管路进行水力计算，其原理是根据每段管路的理论流量与管路的流阻系数计算出该管段的压损值（即资用水头），然后多个同级支管之间的压损值进行评估，各支路压损值相差不应大于15%，如果压损过小，应该在该支路设置阻力元件人为加大压损，以满足同级支管的压损接近，这样只要在该区域的供回水之间满足足够的压差（即资用水头），就能确保各支路的水力达到设计流量。因此在一个设计好的供暖系统上进行流量匹配自动化控制时，我们可以采用压差控制的方法就可以很方便的达到流量控制的目的。
压差控制模式的原理其实是通过平衡阀自身的阻力变化（即压损）来抵消该区域外的资用水头变化和区域内的压损变化（因流量变化引起），从而确保该区域内的资用水头不变。当区域内压差不变时，区域内各支路流量确保不大于设计流量。
在供热管网经过初期运行后，运行流量往往要小于设计流量，此时压差不变时，各支路的流量可能会大于实际需要的流量，为了考虑节能，我们需要减少流量，所以可以采用温差或者回水温度控制的方式来进一步降低流量。当流量大于实际需求的流量时，进回水之间的温差就会缩小，出现大流量小温差的现象，国家规范要求温差达到15℃，因此可以采用温差控制模式进行流量控制，确保温差不小于15℃。为了节省投资，我们也可以采用回水温度控制模式，因为进水温度是基本恒定的，所以回水温度也是可以算出来的。采用回水温度模式同样可以进行流量节能控制。压差控制可以确保支路满足设计流量，即每个支路流量不会大于设计流量，也就保证了每个支路都会分配到所需流量。温差或者回温控制可以进一步加大温差减少流量分配。当压差和温差（回温）双回路同时作用时，就可以将每个支路的流量控制在工作状态。当一个支路关小阀门时，肯定会影响到周边支路的流量情况，体现在周边支路的压差会提高，但是由于周边的支路有压差控制平衡阀，就可以自动地调整阀门开度，将多余的压损消耗掉，从而保持周边支路的原有压差不变。在投资条件许可的情况下建议采用压差和温差（或者回水温度）控制模式。