智能供暖除雜裝置設計和實物搭建

閆泳琪，孫 幸，張華兵，豆國豪，田 杰，張澤琨

(寶雞文理學院 機械工程學院，陜西 寶雞 721016)

0 引言

我國北方城市冬季大多采用集中供暖，調研發現目前集中供暖存在如下問題：①集中供暖熱水中經常含泥沙和一些水垢，這些泥沙和水垢如果不及時有效地清除，會積聚在暖氣管道內，短期可導致集中供暖熱水在循環過程中出現噪聲，影響人們的正常工作和休息，長期就會導致供暖設備堵塞或暖氣片損壞；②供暖存在不公平，由于過濾網堵塞，個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，冬季供暖室內溫度過低可能導致小孩或者老人生病；③目前市場上集中供暖除沙裝置大部分采用人工更換過濾網的方式，這種方式在過濾網堵塞的時候不易被人察覺，直到用戶暖氣出現不再循環或堵死的情況下才能被用戶發現，久而久之非常容易引起用戶入戶管道產生高壓使管道脹裂，像這樣因為暖氣管道堵塞爆管引發的事故排查過程非常繁瑣；④過濾網更換不方便，需要給用戶停暖才能維修，嚴重影響供暖質量和供暖設備的壽命。

1 集中供暖熱水自動除雜裝置工作原理

集中供暖熱水自動除雜裝置控制原理簡圖如圖1所示。圖1中，進口開關電磁閥1為主開關，用于在特殊情況下控制進入除沙裝置熱水的通和斷；壓力檢測傳感器2和流量檢測傳感器3用于檢測熱水的流量和壓力；換向電磁閥4用于在過濾器堵塞情況下，將熱水切換到新的過濾器；沖洗電磁閥5用于定期對過濾器進行反向沖洗；水箱6用于儲存沖洗產生的廢水；過濾器7用于對熱水中的沙子進行過濾；出口開關電磁閥8用于在對過濾器進行沖洗過程中關閉系統的出水口；節流閥9用于提高沖洗過程中的系統壓力；控制器10用于處理檢測到的參數，并根據檢測參數對系統是否正常工作出判斷，在過濾器堵塞時候切換到新的過濾器；顯示器11用來顯示流量、壓力等參數，并在特殊情況下對過濾器堵塞故障顯示報警提示。通信模塊用于在過濾器堵塞情況下將堵塞信息傳給遠程計算機。

1-進口開關電磁閥；2-壓力檢測傳感器；3-流量檢測傳感器；4-換向電磁閥；5-沖洗電磁閥；6-水箱；7-過濾器；8-出口開關電磁閥；9-節流閥；10-控制器；11-顯示器

正常工作工況如下：集中供熱的熱水進入進口開關電磁閥1，經過流量和壓力傳感器檢查點，通過換向電磁閥4進入回路對熱水中的雜質進行過濾，當換向電磁閥在圖1所示位置，熱水進入換向電磁閥4的左位，在過濾器7中對熱水中的雜質進行過濾，然后再經過出口開關電磁閥8進入暖氣片循環系統，進行供熱。

當過濾器7長時間工作造成過濾器堵塞時，系統在控制器10的控制下，定期對過濾器進行反向沖洗。反向沖冼工作過程如下：控制器10控制換向電磁閥4運動到中位，控制出口開關電磁閥8處于關閉位置，此時，高壓熱水經節流閥9提高壓力之后反向沖洗過濾器7，并將沖洗之后的雜質和熱水儲存在水箱6當中，然后控制器繼續控制出口開關電磁閥8處于打開位置，控制換向閥4繼續運動到左位[1,2]。

報警工況：當左位過濾器發生故障時，控制器10控制環線電磁閥4運動到右位，右位備用系統進行工作，此時，控制器10控制系統報警，在顯示器11上提示更換左位過濾器。另外，壓力檢測傳感器2和流量檢測傳感器3的檢測參數實時由控制器10進行處理，并顯示在顯示器11上。

2 實物搭建

集中供暖熱水自動除沙裝置控制器部分選用目前主流的Arduino控制板，實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流體的方向進行控制[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路繼電器來實現對電磁閥的控制，8路指的是8個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物模型如圖2和圖3所示。集中供暖熱水自動除沙裝置壓力傳感器選取德國Hesmor公司壓力傳感器，型號為DST標準型，主要參數如表1所示[5,6]。

圖2 除雜裝置控制器 圖3 除雜裝置實物模型

表1 DST壓力傳感器參數

溫度傳感器選用德國Hesmor公司溫度傳感器，型號為 TCT，主要參數如表2所示[7,8]。

表2 TCT溫度傳感器參數

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 結論

本文為解決集中供暖熱水除沙、除雜的問題，設計了一種自動除雜裝置。該裝置具有智能化和自動化程度高、對熱水除沙效果好等優勢，本裝置投入使用后，將徹底解決供熱管道結垢和堵塞問題，管道免洗，流量增大，從而使室溫提升。