CN101403582A - 一种大型冷却塔组自动温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型冷却塔组的自动温度控制装置，该冷却塔组包括多台风机，高温工作机器后的高温冷却水通过风机冷却后，输入冷水池中存储，再由冷水池中抽送到高温工作机器以实现冷却水的循环利用，在多台风机中选择一台为主风机，其余为辅风机，风机的电机主接触器并联后接通至一台软启动器上，该软启动器连通于可编程控制器并由其控制起停，在冷水池中放置有温度传感器，该温度传感器输出信号至PID数字调节器，再由该PID数字调节器输入信号至可编程控制器和变频器，变频器与主风机相连，辅风机与软启动器及工频电源相连，由可编程控制器来完成转换及控制。本发明的装置具有便于控制、起停平缓、经济实用和环保的优点，同时还可节约30％以上的电能。

Description

一种大型冷却塔组自动温度控制装置

技术领域

本发明涉及自动控制，特别是涉及到一种用于大功率船用柴油机试车时冷却塔组的自动温度控制装置。

背景技术

大功率船用柴油机试车过程中，冷却器冷却水、空冷器冷却水和水力测功器冷却水不断进入热水池，这些热水通过热水泵供到冷却塔，冷却后回到冷水池，然后通过泵再循环供给柴油机试车用。

随着船用大功率柴油机输出功率不断增加，柴油机在试车台试车所需的冷却水也相应增加。以前用的冷却塔风机容量已不能满足冷却塔运作要求，为此选择数台容量大的冷却塔风机组合后来满足冷却塔运作的要求。以前用的冷却塔风机容量比较小，电机采用直接起动(或星三角形降压起动)，而冷却塔风机组的启动、停止完全通过手动控制。柴油机试车开始时冷却塔风机启动；柴油机试车结束时冷却塔风机停止。

现有技术的这种控制方式的缺点：电机的起、停对管路及电网的冲击很大，容易造成设备损坏；由于试车开始到结束，电机一直开着，能源白白浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种大型冷却塔组的自动温度控制装置。利用本发明的装置实现对冷却塔组的风机的自动控制，通过一系列的自动控制过程，达到将循环中的高温的冷却水冷却到设定温度，在减少能源消耗的基础上通过自动控制装置来满足现有柴油机试车过程中冷却水的自动循环冷却要求。

为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种大型冷却塔组的自动温度控制装置，该冷却塔组包括多台风机，高温工作机器后的高温冷却水通过风机冷却后，输入冷水池中存储，再由冷水池中抽送到高温工作机器以实现冷却水的循环利用，其特征在于，在所述的多台风机中选择其中一台为主风机，其余为辅风机，上述风机的电机主接触器并联后接通至一台软启动器上，该软启动器连通于可编程控制器并由其控制启闭，在所述的冷水池中放置有温度传感器，该温度传感器输出信号至PID数字调节器，再由该PID数字调节器输入信号至可编程控制器和变频器，变频器与选择的主风机相连，其它辅风机则与软启动器及工频电源相连，由PLC(可编程控制器)来完成转换及控制。

作为一种优化的设计方案，上述的风机设置为四台，将其中的第一风机为主风机，第二风机、第三风机和第四风机为辅风机，该主风机可由变频器控制实现30～50HZ的变频，辅风机则为50HZ的定频。

在所述主风机的电机主接触器的三相触点中，K1触点连接三相电源中的任一相，K2触点连通所述的变频器，K3触点连接至所述的软启动器。

所述的辅风机中的第二风机的电机主接触器的三项触点中，K4触点连接三相电源中的任一相，K5触点连通所述的变频器，K6触点连接至所述的软启动器；第三风机的电机主接触器的三项触点中，K7触点连接三相电源中的任一相，K8触点连通所述的变频器，K9触点连接至所述的软启动器；第四风机的电机主接触器的三项触点中，K10触点连接三相电源中的任一相，K11触点连通所述的变频器，K12触点连接至所述的软启动器。

为了进一步的优化上述设计装置的设计方案，将所述的温度传感器设置到冷水池中，所述的PID数字调节器、变频器、软启动器和可编程控制器被集成至一个冷却塔风机控制柜中，该冷却塔风机控制柜和温度传感器以及风机之间通过电缆连接，以提供电源以及电信号。

通过上述技术方案，本发明较现有技术具有如下技术优点：

第一、便于控制

以前经常需要用人力来手动启动、停止冷却塔风机。采用自动后，可人为选定风机组中的任何一台风机为主风机，该风机通过温度传感器送来的信号，由变频器自动变频控制风机的转速，使温度达到要求值，当温度超出变频器控制范围时，由PLC及软起动器来控制其它辅风机的起、停，不需要人为根据试车需求来控制风机组的起、停，大大降低劳动力，便于控制。所要增加及减少的风机的控制由各自的软起动器控制，启动及停止的频率可调，可减小在增加及减少风机时对系统的冲击。即使变频器故障，软起动器也可控制风机手动起动。

第二、大大节省电能

以前只要进行船用低速柴油机的试车，冷却塔风机就始终开着，且需人工来调节风机组的运行数量。使用该控制系统后，可根据温度变化自动控制风机组的启动、停止，其运行能耗基本上是一种线性相关的模式，大大节省电能。

第三、经济实用

由于冷却塔风机组恒温变频是通过电子系统改变电源的频率来实现的，工作风机的机械损耗小，轴承及电机均不易损坏。使用寿命通常要长于8年。该装置既节省投资费又节省维护费用。

第四、环保

风机组恒温变频系统由于是调速运行，风机的转速较小，所以相应对噪声和振动也大大减轻，系统噪声小。

第五、起停平缓

风机组恒温变频设备起动后，变频器及软起动器的输出逐渐上升的频率和电压，电机开始旋转，转速逐渐升高，这个过程比较平缓，因此联动的风机的转速、由风机带动的冷却水温度也是逐渐下降的，在停风机时，变频器及软起动器的输出逐渐下降，电机转速逐渐降低，这个过程比较平缓，因此联动的风机的转速、由风机带动的冷却水温度也是逐渐变化的，这对于电网的波动是很有益的。

附图说明

图1是本发明一种大型冷却塔组的自动温度控制装置的变频控制装置的系统示意图。

图2是本发明一种大型冷却塔组的自动温度控制装置的设备集成化设置后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明一种大型冷却塔组的自动温度控制装置做进一步的详细说明，以求更深入的阐明本发明的技术方案和技术优势，但是，并不能因此来限制本发明的保护范围。

先请看图1来了解本发明的系统设置，图1是本发明一种大型冷却塔组的自动温度控制装置的变频控制装置的系统示意图。由图可以看出，本发明的大型冷却塔组的自动温度控制装置是控制冷却塔组上的冷却风机以达到自动控制冷却水冷却后的温度处于设定值。在冷却塔组中包括多台风机，图1中显示的风机数量为四台，只是一个具体的例子，还是要根据实际需要配置风机的数量。

高温工作机器(如船用大型低速柴油机)工作后的高温冷却水进入到热水池，然后从热水池再通过冷却塔组内的风机进行冷却，经冷却后输入至冷水池中，再由冷水池中抽送到高温工作机器(如船用大型低速柴油机)以实现冷却水的循环利用。

在本发明的方案中，在四台风机中选择其中的第一风机为主风机，第二风机、第三风机和第四风机为辅风机，该主风机可由变频器控制实现30～50HZ的变频，辅风机则为50HZ的定频。上述风机的电机主接触器并联后接通至一台软启动器上，该软启动器连通于可编程控制器并由其控制启闭，在所述的冷水池中放置有温度传感器，该温度传感器输出信号至PID数字调节器，再由该PID数字调节器输入信号至可编程控制器和变频器。

在所述主风机的电机主接触器的三相触点中，K1触点连接三相电源中的任一相，K2触点连通所述的变频器，K3触点连接至所述的软启动器。

所述的辅风机中的第二风机的电机主接触器的三项触点中，K4触点连接三相电源中的任一相，K5触点连通所述的变频器，K6触点连接至所述的软启动器；第三风机的电机主接触器的三项触点中，K7触点连接三相电源中的任一相，K8触点连通所述的变频器，K9触点连接至所述的软启动器；第四风机的电机主接触器的三项触点中，K10触点连接三相电源中的任一相，K11触点连通所述的变频器，K12触点连接至所述的软启动器。

在具体应用中，对上述装置做了系统优化，通过集成设置以便于实践操作，如图2所示，图2是本发明一种大型冷却塔组的自动温度控制装置的设备集成化设置后的示意图。如图所示，所述的温度传感器位于冷水池中，所述的PID数字调节器、变频器、软启动器和可编程控制器被集成至一个冷却塔风机控制柜中，该冷却塔风机控制柜和温度传感器以及风机之间通过电缆连接。

下面介绍一下上述由四台相同风机组成的变频控制系统工作过程：

由于该大型冷却塔组的自动温度控制装置由四台型号相同的风机并联运行，为了实现四台风机电机转速连续可调，使得风机电机转速根据实际热负载的大小而设定，进而节约能源；同时也为了节省变频器等设备的初投资，所以拟采用三定一变形式，即只有一台风机配备变频器作调速运行(可选择其中任意一台作为变频主风机)，另三台仍为定速运行。控制系统主要由PID数字调节器、变频器、软启动器、PLC可编程控制器、温度传感器、主接触器等构成，变频器、软启动器、PLC可编程控制器和数字调节器作为系统控制的核心部件，以温度传感器输出4-20mA为反馈信号，时刻跟踪着该信号与设定值的偏差变化情况，经过PID数字调节器运算，利用可编程控制器PLC实现主风机变频与其他风机工频的切换，自动控制辅风机投入台数和主风机的转速，实现闭环控制，自动调节冷却塔中的冷却水温度。

变频调速的主风机选用的是第一风机。装在冷水池内的温度传感器会将温度信号经过PID数字调节器后，数字量传给可编程控制器PLC，控制模拟量送给变频器，PLC根据接收到的数字信号对风机组进行控制，增加或减少处于工作状态的风机的数量。PLC将变频信号传给变频器及软启动器，由变频器控制电源频率的变化，根据装置扬程的要求，在数字调节器中设置一个温度值。当冷却塔中冷却水温度升高时，供水温度会高于设定值，变频器的频率会逐步增加(一般是从30HZ到50HZ变化)，这样，供水温度就会下降，达到设定值时，变频器的频率就会停止增加。如果频率增加到工频时，供水温度仍高于设定值，PLC便会发出加风机指令，此时由软启动器起动备用风机。变频器的输出频率值，则根据供水温度的变化自动调节，直到供水温度等于设定值的温度为止。如果冷却塔中冷却水温度下降时，供水温度会低于设定值，变频器的频率会逐步减小，这样，供水温度就会上升，达到设定值时，变频器的频率就会停止下降。如果频率下降到30HZ时，供水温度仍低于设定值，PLC便会发出减风机指令，变频器的输出频率值，则根据供水温度的变化自动调节，直到供水温度等于设定值。

本发明中的冷却塔风机都采用变频器或软起动器根据温度控制来起停。它是根据温度传感器的信号通过改变电气控制的频率来控制风机转速的快慢。为了实现冷却塔组能实现自动控制，发明了大型冷却塔自动温度控制装置，实现了冷却塔风机组按需起、停，进而满足对自动恒温的控制要求。本发明的自动控制装置可大大节省操作人员的工作强度(完全自动)，可节约大量的电能(30％以上)。由于现在的控制设备价格(特别是控制系统中的变频器、软起动、PLC及PID数字调节器等)已大幅下降，再加上风机组中只有一台主风机采用变频，而其它辅风机由一台软起动器起、停，使整套设备的成本也大大降低。

Claims (5)

1.一种大型冷却塔组的自动温度控制装置，该冷却塔组包括多台风机，高温工作机器后的高温冷却水通过风机冷却后，输入冷水池中存储，再由冷水池中抽送到高温工作机器以实现冷却水的循环利用，其特征在于，在所述的多台风机中选择其中一台为主风机，其余为辅风机，上述风机的电机主接触器并联后接通至一台软启动器上，该软启动器连通于可编程控制器并由其控制起停，在所述的冷水池中放置有温度传感器，该温度传感器输出信号至PID数字调节器，再由该PID数字调节器输入信号至可编程控制器和变频器，变频器与选择的主风机相连，其它辅风机则与软启动器及工频电源相连，由可编程控制器PLC来完成转换及控制。

2.根据权利要求1所述的一种大型冷却塔组的自动温度控制装置，其特征在于，所述的风机为四台，其中的第一风机为主风机，第二风机、第三风机和第四风机为辅风机，该主风机可由变频器控制实现30～50HZ的变频，辅风机的电源则为50HZ的工频。

3.根据权利要求2所述的一种大型冷却塔组的自动温度控制装置，其特征在于，在所述主风机的电机主接触器的三相触点中，K1触点连接三相电源中的任一相，K2触点连通所述的变频器，K3触点连接至所述的软启动器。

4.根据权利要求3所述的一种大型冷却塔组的自动温度控制装置，其特征在于，所述的辅风机中的第二风机的电机主接触器的三项触点中，K4触点连接三相电源中的任一相，K5触点连通所述的变频器，K6触点连接至所述的软启动器；第三风机的电机主接触器的三项触点中，K7触点连接三相电源中的任一相，K8触点连通所述的变频器，K9触点连接至所述的软启动器；第四风机的电机主接触器的三项触点中，K10触点连接三相电源中的任一相，K11触点连通所述的变频器，K12触点连接至所述的软启动器。

5.根据权利要求1所述的一种大型冷却塔组的自动温度控制装置，其特征在于，所述的温度传感器位于冷水池中，所述的PID数字调节器、变频器、软启动器和可编程控制器被集成至一个冷却塔风机控制柜中，该冷却塔风机控制柜和温度传感器以及风机之间通过电缆连接。

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