專利名稱：一種室內電熱膜地暖控制裝置及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及室內地暖控制領域，具體涉及一種面向住宅單元的電熱膜供暖控制裝置及控制方法。
背景技術：
近年來，電熱膜供暖以其節(jié)能、使用壽命長、管理簡單、安全可靠等特點越來越受到人們的廣泛關注與歡迎，已成為最有潛力的室內供暖方式?，F(xiàn)有的電熱膜供暖控制方法主要基于單個房間，即每個房間安裝一個溫控器，同時在房間內和電熱膜表面上分別安裝一個測溫探頭，以實現(xiàn)按既定溫度的負載控制。這種控制方法主要有如下不足，即每個房間單獨控制，很有可能出現(xiàn)各房間同時加熱的現(xiàn)象，按100W/m2設計功率計算，一個有效加熱面積SOm2的住宅單元則需要8000W的用電負載，這對既有電網的沖擊較大，甚至會造成電網的局部損壞。目前，已經有一些研究人員提出了一些改進，例如專利[CN201852191U]提出了同一采暖空間的變功率控制的方法，然而該專利的方法對溫控器要求較高，需要提供多組控制輸出，并且安裝部署難度加大，同時犧牲了一定的舒適度，并沒有徹底克服各房間全負荷工作的現(xiàn)象；專利[CN101858618A]提出一種面向樓棟的集中供熱分戶控制的發(fā)熱電纜供暖控制裝置，進而實現(xiàn)了發(fā)熱電纜功率的自動調節(jié)和用電量的控制，但是由于其采用了按房間測溫、遠程指揮協(xié)調、按戶集中控制的方式，較適合于整個小區(qū)或整個樓棟的采暖控制，系統(tǒng)實施部署難度大，可靠性不高，特別是遠程控制中心出現(xiàn)故障后整個被控對象將失控，同時犧牲了一定的用戶舒適度。因此，如何在保障用戶舒適度的前提下有效實現(xiàn)電熱膜供暖系統(tǒng)的負載功率控制和用電量的控制，進而減少其對既有電網的沖擊依然是一個亟待解決的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種基于無線網絡的面向住宅單元的電熱膜采暖控制裝置及控制方法，其克服了現(xiàn)有技術的不足，在保證采暖舒適度的前提下實現(xiàn)了住宅單元內不同采暖房間的用電負荷的協(xié)同優(yōu)化控制，進而降低了整個住宅單元的采暖負載功率，有效減少對既有電網的沖擊，并且提高了系統(tǒng)易用性。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出了一種面向住宅單元的室內電熱膜地暖控制裝置，包括主溫控器、多個終端溫控器和多個測溫探頭；其中主溫控器主要由主控制單元、策略存儲單元、電熱膜控制單元、溫度采集單元、無線通信單元、按鍵和顯示單元組成；終端溫控器主要由主控制單元、電熱膜控制單元、溫度采集單元、無線通信單元、按鍵和顯示單元組成；主溫控器和各終端溫控器之間通過無線通信單元建立無線Ad hoc (點對點)通信網絡；主溫控器、終溫控器的電熱膜控制單元與其所在采暖空間內的電熱膜相連接，以實現(xiàn)對所在采暖空間內電熱膜的控制；主溫控器、終端溫控器的溫度采集單元分別與若干個測溫探頭通過單總線連接，用于檢測其所在采暖空間的室內溫度和被控電熱膜不同區(qū)域的表面溫度。
進一步地，主溫控器還包括GPRS單元，主溫控器通過GPRS單元可以與指定號碼的手機進行短信通信。每個住宅單元設置一個主溫控器和若干個終端溫控器，每個溫控器(主溫控器和終端溫控器統(tǒng)稱為溫控器)管控住宅單元內的一個采暖空間?；谏鲜隹刂蒲b置，本發(fā)明還提出了一種面向住宅單元的室內電熱膜地暖控制方法，包括以下步驟(I)參數(shù)設置在主溫控器中設置并保存電熱膜表面最高溫度Tsufmax、控制下限閾值Thsufb、各采暖空間的電熱膜面積Ai等參數(shù)，由主溫控器將這些相關參數(shù)發(fā)送到各終端溫控器中；(2)策略定義對每個采暖空間定義控制策略，并保存在主溫控器中，定義方法為將設定的目標溫度T。和當前室內溫度!；_的差值定義為控制接近度D，即D=!；-!；·。按步長AD將
等分為多個區(qū)間(Dmax為控制接近度D上限值)，定義每個區(qū)間的控制策略Si = {T, P0pen, PclosJ，即每條控制策略定義了一個加熱周期，其周期長度為T，加熱和停止加熱的時間長度比例分別為p_n和ρα·，其中ρ_η和ρα·之和為1，i為區(qū)間編號；(3)初始預熱對需供暖的溫控器設定目標溫度T。，并啟動該溫控器；由主溫控器根據(jù)已啟動的溫控器所控制的電熱膜面積由大到小對各溫控器排序，同時將它們分成兩個電熱膜面積之和最接近的溫控器集合S1和S2,并將控制最大面積的溫控器歸在集合S1中。由主溫控器控制發(fā)送命令給集合S1中的所有溫控器以啟動其所控制的電熱膜加熱，即實現(xiàn)集合S1中的所有溫控器同時進入初始預熱階段。處于初始預熱階段的各溫控器通過其溫度采集單元采集被控電熱膜不同區(qū)域的表面溫度Tsufi,并計算得到被控電熱膜的表面溫度Tsuf。當Tsuf大于Tsufmax時，停止加熱，進入協(xié)同控制階段；當集合S1中的所有溫控器進入協(xié)同控制階段后，根據(jù)溫控器排序，將集合S2中的溫控器依次進入初始預熱階段，即首先啟動集合S2中的第一個溫控器進入初始預熱階段，然后依次在每個溫控器完成初始預熱進入協(xié)同控制階段后啟動下一個溫控器進入初預熱階段，直至集合S2中的所有溫控器完成初始預執(zhí).
(4)協(xié)同控制處于協(xié)同控制階段的各溫控器通過其溫度采集單元采集所在采暖空間的室內溫度!；_與被控電熱膜不同區(qū)域的表面溫度Tsufi，計算出被控電熱膜的表面溫度Tsuf,并計算出當前的控制接近度D上傳到主溫控器；主溫控器根據(jù)各溫控器的控制接近度D選擇其控制策略，然后根據(jù)各溫控器排序依據(jù)其控制策略進行錯時控制，即首先啟動第一個溫控器執(zhí)行加熱周期，然后依次在每個溫控器的加熱周期的停止加熱開始階段啟動下一個溫控器的加熱周期。在每個加熱周期的加熱階段，如果溫控器檢測到被控電熱膜的表面溫度Tsuf超出電熱膜表面最高溫度Tsufmax,則暫停加熱；當檢測到被控電熱膜的表面溫度Tsuf低于控制下限閾值Thsufb且還在加熱階段時，則繼續(xù)加熱；在每個加熱周期的停止加熱階段，溫控器停止對其電熱膜進行加熱。上述步驟(3)、(4)中被控電熱膜的表面溫度Tsuf的計算過程為(A.1)主溫控器和各終端溫控器通過其溫度采集單元采集其被控電熱膜不同區(qū)域的表面溫度Tsufi ；(A. 2)將被控電熱膜不同區(qū)域的表面溫度Tsufi從小到大排序為〈!\，T2,…，TTN>，并按公式(1-1)獲取區(qū)間[T1, TJ中的中位值ΤΜ，其中TN為區(qū)域數(shù)= τψ (TN為奇數(shù))
權利要求
1.一種室內電熱膜地暖控制裝置，包括電熱膜，其特征在于，還包括主溫控器、多個終端溫控器和多個測溫探頭；其中主溫控器包括主控制單元、策略存儲單元、電熱膜控制單元、溫度采集單元、無線通信單元、按鍵和顯示單元；終端溫控器包括控制單元、電熱膜控制單元、溫度采集單元、無線通信單元、按鍵和顯示單元；主溫控器和各終端溫控器之間通過無線通信單元建立無線Ad hoc通信網絡；主溫控器、終溫控器的電熱膜控制單元與其所在采暖空間內的電熱膜相連接，以實現(xiàn)對所在采暖空間內電熱膜的控制；主溫控器、終端溫控器的溫度采集單元分別與若干個測溫探頭通過單總線連接，用于檢測其所在采暖空間的室內溫度和被控電熱膜不同區(qū)域的表面溫度。
2.如權力要求I所述的室內電熱膜地暖控制裝置，其特征在于主溫控器還包括GPRS單元，用于主溫控器與指定號碼的手機進行短信通信。
3.如權利要求1所述的室內電熱膜地暖控制裝置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟 (1)參數(shù)設置在主溫控器中設置并保存電熱膜表面最高溫度Tsufmax、控制下限閾值Thsufb、各采暖空間的電熱膜面積Ai等參數(shù)，由主溫控器將該相關參數(shù)發(fā)送到各終端溫控器中； (2)策略定義對每個采暖空間定義控制策略，并保存在主溫控器中，定義方法為將設定的目標溫度T。和當前室內溫度T,_的差值定義為控制接近度D，即D=Ttj-Trajm,按步長AD將
等分為多個區(qū)間(Dmax為控制接近度D上限值)，定義每個區(qū)間的控制策略Si={T，P_n，PatjsJ,即每條控制策略定義了一個加熱周期，其周期長度為T，加熱和停止加熱的時間長度比例 Popen 和 Pciose， 其中 Popen ^口 Pciose 之和為1，i為區(qū)間編號； (3)初始預熱對需供暖的溫控器設定目標溫度T。，并啟動該溫控器；由主溫控器根據(jù)已啟動的溫控器所控制的電熱膜面積大小對各溫控器排序，將它們分成兩個電熱膜面積之和最接近的溫控器集合S1和S2 ;由主溫控器發(fā)送控制命令給集合S1中所有的溫控器以啟動其所控制的電熱膜加熱，即實現(xiàn)集合S1中的所有溫控器同時進入初始預熱階段；處于初始預熱階段的各溫控器通過其溫度采集單元采集被控電熱膜不同區(qū)域的表面溫度Tsufi，并計算得到被控電熱膜的表面溫度Tsuf,當Tsuf大于Tsufmax時，停止加熱，進入協(xié)同控制階段；當集合S1中的所有溫控器進入協(xié)同控制階段后，將集合S2中的溫控器依次進入初始預熱階段，即首先啟動集合S2中的第一個溫控器進入初始預熱階段，然后依次在每個溫控器完成初始預熱進入協(xié)同控制階段后啟動下一個溫控器進入初預熱階段，直至集合S2中的所有溫控器完成初始預熱； (4)協(xié)同控制處于協(xié)同控制階段的各溫控器通過其溫度采集單元采集所在采暖空間的室內溫度與被控電熱膜不同區(qū)域的表面溫度Tsufi，計算出被控電熱膜的表面溫度Tsuf,并計算出當前的控制接近度D上傳到主溫控器；主溫控器根據(jù)各溫控器的控制接近度D選擇其控制策略，然后根據(jù)各溫控器排序按照其控制策略進行錯時控制。
4.如權利要求3所述的室內電熱膜地暖控制裝置的控制方法，其特征在于，所述控制方法還包括主溫控器或終端溫控器可以接收用戶按鍵命令來改變其工作狀態(tài)，即開始工作、停止工作、調整目標溫度；并將其狀態(tài)改變信息匯報給主溫控器。
5.如權利要求3所述的室內電熱膜地暖控制裝置的控制方法，其特征在于，所述控制方法還包括主溫控器可以接收手機短信命令，用于查詢各溫控器的工作狀態(tài)或控制各溫控器的工作狀態(tài)。
6.如權利要求3所述的室內電熱膜地暖控制裝置的控制方法，其特征在于，步驟(4)中的錯時控制方式具體包括依據(jù)溫控器的排序，首先啟動其中一個溫控器的加熱周期，然后依次在每個溫控器的加熱周期的停止加熱開始階段啟動下一個溫控器的加熱周期；溫控器在加熱周期的加熱階段對被控電熱膜進行加熱，在停止加熱階段停止對被控電熱膜加熱，如此循環(huán)直至接收到改變控制策略命令或停止命令；在每個加熱周期的加熱階段，如果溫控器檢測到被控電熱膜的表面溫度Tsuf超出電熱膜表面最高溫度Tsufimax,則暫停加熱；當檢測到被控電熱膜的表面溫度Tsuf低于控制下限閾值Thsufb且還在加熱階段時，則繼續(xù)加熱；在每個加熱周期的停止加熱階段，溫控器停止對其電熱膜進行加熱。
7.如權利要求3所述的室內電熱膜地暖控制裝置的控制方法，其特征在于，所述控制方法步驟(3)、(4)中被控電熱膜的表面溫度Tsuf的計算步驟包括 (A.1)主溫控器和各終端溫控器通過其溫度采集單元采集其被控電熱膜不同區(qū)域的表面溫度Tsufi ； (A. 2)將被控電熱膜不同區(qū)域的表面溫度Tsufi從小到大排序為〈1\，T2,…，Ttn>，并按公式(1-1)獲取區(qū)間[T1, TJ中的中位值TM，其中TN為區(qū)域數(shù)
8.如權利要求3所述的室內電熱膜地暖控制裝置的控制方法，其特征在于，所述控制方法步驟(3)中集合S2中的溫控器依次進入初始預熱階段的具體步驟如下 (B.1)當處于協(xié)同控制階段的最后一個溫控器退出其加熱階段時，S2集合中選擇一個排序在前的溫控器進入初始預熱階段；(B. 2)在S2集合中的某個溫控器處于初始預熱階段時，所有處于協(xié)同控制階段的溫控器，如果其當前控制策略中的P0pm大于Pa.，則將其控制策略臨時調整為P_=Pa_=l/2 ；當該溫控器結束初始預熱階段后，被臨時調整控制策略的溫控器恢復其原來的控制策略；(B. 3)重復執(zhí)行步驟(B.1)和(B. 2)，直至集合S2中的所有溫控器完成初始預熱階段。
全文摘要
本發(fā)明涉及室內地暖控制領域，具體涉及一種面向住宅單元的電熱膜供暖控制裝置及控制方法，本發(fā)明提出一種面向住宅單元的室內電熱膜地暖控制裝置，包括主溫控器、多個終端溫控器和多個測溫探頭；其中主溫控器主要由主控制單元、策略存儲單元、電熱膜控制單元、溫度采集單元、無線通信單元、按鍵和顯示單元組成；終端溫控器主要由主控制單元、電熱膜控制單元、溫度采集單元、無線通信單元、按鍵和顯示單元組成。本發(fā)明在保證采暖舒適度的前提下實現(xiàn)了住宅單元內不同采暖房間的用電負荷的協(xié)同優(yōu)化控制，進而降低了整個住宅單元的采暖負載功率，有效減少對既有電網的沖擊，并且提高了系統(tǒng)易用性。
文檔編號F24D19/10GK103017252SQ20121047036
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權日2012年11月19日
發(fā)明者李峰, 李春華, 丁偉, 尤優(yōu) 申請人:江蘇大學