智能電動平衡閥軟件設計方案

一、 智能電動平衡閥軟件設計方案主動上報功能：
每次開機之后，待無線數據建立連接,平衡閥將會上傳寄存器0x00～0x07數據，該數據包含了電池電壓、閥門開度、進回水溫度、溫差、進回水壓力、壓差等信息，用戶根據需要取相應的數據。華能邯鄲供熱有限責任公司鼓山豪庭小區供熱智能改造遠傳智能平衡閥采購項目將使用于邯鄲市峰峰礦區鼓山豪庭小區供熱智能改造。鼓山豪庭小區建筑面積約13萬平米。其中一期入網面積66798㎡，居民樓6棟共計702戶，于2019年12月開始集中供熱；二期入網面積48336㎡，居民樓7棟共計481戶，計劃于2020年11月實施集中供熱；三期入網面積12790㎡，居民樓1棟共計160戶，計劃于2021年11月實施集中供熱，該小區均為新建節能建筑，采暖形式均為地暖。目前入網供熱建筑13棟，單元數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計方案采暖期工作時間的設定：
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”，四個值決定平衡閥采暖期的工作時段，在此周期之外，平衡閥處于休眠狀態，但每月會自動喚醒一次進行自檢（此功能僅針對電池供電形式的低功耗運行狀態）。 例如，供暖季為10月15日到次年3月1日，相應的設置為將“開始工作月份”設定為10，“開始工作日期”設定為15，“停止工作月份”設定為3，“停止工作日期”設定為1。
三、 智能電動平衡閥軟件設計方案電池供電低功耗運行模式的設定：
當采用電池供電時，考慮低功耗運行，5年不更換電池，所以需要對平衡閥的運行時間加以設定。平衡閥采用間隙式工作，“重啟間隔時間”（默認20分鐘）決定喚醒工作的周期，“運行時間”（默認60秒）決定每次工作的時長，在此時間內進行無線通訊、傳感器測量、閥門調整等工作，然后平衡閥進入低功耗休眠狀態。根據默認值計算，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，但應注意電池使用壽命。“電池電壓值”用于電池監測的工作狀態，若電池電壓低于4.8V,應立即更換電池，否則平衡閥將進入自我停機狀態。
使用外部電源供電時，可關閉低功耗模式，此時將重啟間隔時間設置成0即可。嚴禁向電池供電的設備重啟間隔時間寫0，否則將大大降低電池使用壽命。
遠傳智能平衡閥技術要求
3.1遠傳智能平衡閥（帶回水測溫傳感器，調節型，回水安裝、NB-IoT傳輸、適用口徑DN65、DN80、DN100），*內部結構設計，小開度下具有高阻力調節特性，全開狀態具有低阻力特性，高可靠性；
3.2工作電壓：DC10V-24V；
3.3閥門結構形式：V型球芯，具備線性調節，調節精度二百分之一，球芯采用304不銹鋼，壽命10萬次以上；
3.1.4閥體規格：DN65、DN80、DN100, 兩通；優質球墨鑄鐵；
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，方便觀察執行器運行狀態；
3.9同時具備機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協議，支持NB-IoT網絡無線通訊，可實現遠程采集、控制。閥門通過現場總線傳輸信號至數據采集集中器或通過NB-IoT無線網絡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； 防護等級：IP67；
3.11閥門具有定時自動開關防銹防垢功能；
3.12閥門具有行程自檢功能，開關不到位具備報警功能；
3.13耐久性試驗:當開關次數達10萬次時，閥門運行*、無外漏、無損壞；
3.14閥門斷電或通訊失聯后監控中心可發出報警，且閥門保持原位。
3.15遠傳智能平衡閥安裝在供熱采暖管網樓棟（或單元）入口處，是對供熱管網中供熱采暖系統樓棟入口或樓棟單元入口閥門的回水溫度和閥門開度，進行采集、存儲、分析并依據二網平衡控制策略進行平衡調節；具備管理相關設備、采集、存儲、分析、控制等功能。
3.16標的物資須在華能邯鄲供熱有限責任公司的數據管理中心安裝上位機管理軟件，并建立基于4G或以太網通信的數據遠傳系統，實現遠傳集抄及遠程控制功能。
3.17系統具有強大的信息管理功能，建立基礎信息庫儲存熱用戶、采集集中器的基礎信息，并且對系統的運行數據進行存儲，并且具備獨立打印輸出功能，便于熱力公司進行管理。
3.18上位機軟件可實現對全部運行數據的采集和數據統計分析，可以按區域、按用戶性質的不同對故障設備進行分類統計分析，并將設備故障率分別以圖、表的形式進行展示。軟件通過采集的信息與換熱站進行聯動控制，指導換熱站的運行控制策略。
3.19賣方須現場指導遠傳智能平衡閥全程安裝，并負責標的物資的調試、試運行和質保期內的維保工作。

四、智能電動平衡閥軟件設計方案 執行器有八種運行模式可選，運行模式分別如下：
Ⅰ、工作模式及設置：
0：現場手動模式   1：遠程控制閥位   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：時序模式
用戶根據需求通過對地址0x0F的值進行修改以達到修改運行模式目的。
例如，用戶需運行在回水溫度控制模式，則對地址0x0F寫入0x02（數值2）即可。
Ⅱ、具體功能說明：
 0、現場手動模式：該模式下閥門開度不受遠程控制，但能讀取執行器采集到的管網數據，用戶可手動驅動閥門，此模式只需向地址0x0F寫入0x00即可。可用于前期調試測試。
1、遠程閥位：閥位由上位機發出指令，直接控制閥門開度，相應設置如下：
先將地址0x0F設置成模式1，執行器就運行在遠程閥位控制模式，再對地址0x1E寫入開度值即可。
例如，將開度設置成50.0%，則向地址0x1E寫入0x01F4（50.0%）。
若用戶根據測量值自己判斷后給定閥位，可選此模式。
2、回水控溫：平衡閥根據設定的回水溫度值和傳感器測得的溫度值進行自動化調節閥位開度。根據“回水溫度設定值”、“溫度偏離值”、“溫度死區值”、“單次步進調整開度”和“調整間隔時間”值以及“開閥限制角度”“關閥限制角度”進行分段調控。
 3、溫差控制：平衡閥根據設定的溫差值和傳感器測得的進水溫度與回水溫度之差進行自動化調節閥位開度。調控方式如模式2，設定值由原來設置模式2中的“回水溫度設定值”改為設置“溫差設定值”。同時配合“溫度偏離值”、“溫度死區值”、“單次步進調整開度”和“調整間隔時間”以及“開閥限制角度”“關閥限制角度”進行分段調控。
 4、壓差控制：平衡閥根據設定的壓差值和傳感器測得的進水壓力與回水壓力之差進行自動化調節閥位開度。根據“壓差設定值”、“壓差偏離值”、“壓差死區值”配合“單次步進調整開度”、“調整間隔時間”以及“開閥限制角度”、“關閥限制角度”進行分段+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定值。根據“壓差設定值”、“壓差偏離值”、“壓差死區值”、“回水溫度設定值”、“溫度偏離值”、“溫度死區值”配合“單次步進調整開度”、“調整間隔時間”以及“開閥限制角度”、“關閥限制角度”進行分段+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，控制進回水溫差趨近與設定值。根據“壓差設定值”、“壓差偏離值”、“壓差死區值”、“溫差設定值”、“溫度偏離值”、“溫度死區值”配合“單次步進調整開度”、“調整間隔時間”以及“開閥限制角度”、“關閥限制角度”進行分段+限制控制。
 8、時序模式：平衡閥可在0～24小時之內設置5個運行時段，每個時段可以設置不同的運行模式。
設置每段時間指令：時段1時間為從0點-“時段1設置”，時段2時間為從“時段1設置”-“時段2設置”，時段3時間為從“時段2設置”-“時段3設置”，時段4時間為從“時段3設置”-“時段4設置”，時段5時間為從“時段4設置”-24點。如0-7，7-12，12-17,17-22,22-24，如果某段時間段的值直接為24，則時間段編輯即終止。
若設置了時序模式，則分別對應上述運行時段的工作模式需單獨設置，同樣設置成上述1-6的工作模式之一。五、 運行參數調整功能
A.溫度(溫差)死區值：默認值為1.0℃，在設定溫度±1.0℃范圍之內不做閥門開度調整
B.溫度（溫差）偏離值：默認值為5.0℃，在設定溫度死區之外的溫度偏離值，在偏離值范圍內閥門采用步進調整的方式改變閥門開度，每一次步進改變閥門的角度值由“單次步進調整開度”決定，閥門調整的頻率由“調整間隔時間決定”。
C.壓差死區值：默認值為3KP,在設定壓差±3KP的范圍內不做閥門開度調整。
D.壓差偏離值：默認值為10KP,在設定壓差死區之外的壓差偏離值。在偏離值范圍內閥門采用步進調整的方式改變閥門開度，每一次步進改變值由“單次步進調整開度”決定，閥門調整的頻率由“調整間隔時間”決定。
E.單次步進調整開度和調整間隔時間:由于熱網水力平衡是個多元擾動系統，有壓力、壓差的即時響應因子，也有溫度、溫差的時滯響應因子，因此IBV平衡閥采用分段控制模式：在偏離區之外采用連續調節的策略，即閥門開度連續改變，直至傳感器反饋值進入目標值的偏離區；在偏離區之內采用間歇步進調節的策略，單次步進調整開度決定步進的角度大小（默認值2%），調整間隔時間決定步進的頻率（默認值20分鐘），直至傳感器反饋值進入目標值的死區。
例如，將回水溫的設定為35℃，允許的溫度死區1℃，溫度偏離值5℃，單次步進調整開度為2.0%，調整間隔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）。
按照上述設置，回水溫度在35.0℃上下1.0℃范圍內閥門不動作，當溫度在29.0℃到34.0℃范圍內或溫度在36.0℃到41.0℃范圍內，閥門以單次步進2.0%開度調整，每20分鐘調整一次。

六、智能電動平衡閥軟件設計方案軟件的應用建議
在供暖系統中，二次管網的調節首先要滿足水力的匹配，即各路支管分配的流量應該不大于設計流量，其次考慮節能因素減小支路的實際流量。在供暖管路設計中，為了保證每個用暖設備運行在設計流量，需對管路進行水力計算，其原理是根據每段管路的理論流量與管路的流阻系數計算出該管段的壓損值（即資用水頭），然后多個同級支管之間的壓損值進行評估，各支路壓損值相差不應大于15%，如果壓損過小，應該在該支路設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到設計流量。因此在一個設計好的供暖系統上進行流量匹配自動化控制時，我們可以采用壓差控制的方法就可以很方便的達到流量控制的目的。
壓差控制模式的原理其實是通過平衡閥自身的阻力變化（即壓損）來抵消該區域外的資用水頭變化和區域內的壓損變化（因流量變化引起），從而確保該區域內的資用水頭不變。當區域內壓差不變時，區域內各支路流量確保不大于設計流量。
在供熱管網經過初期運行后，運行流量往往要小于設計流量，此時壓差不變時，各支路的流量可能會大于實際需要的流量，為了考慮節能，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一步降低流量。當流量大于實際需求的流量時，進回水之間的溫差就會縮小，出現大流量小溫差的現象，國家規范要求溫差達到15℃，因此可以采用溫差控制模式進行流量控制，確保溫差不小于15℃。為了節省投資，我們也可以采用回水溫度控制模式，因為進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行流量節能控制。壓差控制可以確保支路滿足設計流量，即每個支路流量不會大于設計流量，也就保證了每個支路都會分配到所需流量。溫差或者回溫控制可以進一步加大溫差減少流量分配。當壓差和溫差（回溫）雙回路同時作用時，就可以將每個支路的流量控制在工作狀態。當一個支路關小閥門時，肯定會影響到周邊支路的流量情況，體現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。