CN104317281B - 工业循环水集散控制节能节水装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种工业循环水集散控制节能节水装置，包括操作系统、中央运算控制系统、PID控制系统、现场执行系统Ⅰ、现场执行系统Ⅱ和现场仪表系统，现场仪表系统之检测仪表分布在软水密闭循环系统和净水循环系统管路和电路中的对应检测位；利用该装置对工业循环水进行集散控制的方法利用集中管理，分散控制的原理，中央运算控制系统根据操作系统设定的参数，向现场执行系统Ⅰ和现场执行系统Ⅱ下达执行指令，同时不断将现场仪表系统及现场执行系统Ⅱ回传的数据与设定值进行计算、分析和比较，发出调整修正指令以确保循环水系统的正常运行实现工业化和信息化的高效融合，完全智能化，自动化程度高、操作简单方便、效率高、节能节水、安全可靠，环境污染小。

Description

工业循环水集散控制节能节水装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种节能节水控制装置和控制方法，特别是一种用于工业冷却循环水集散控制系统的节能节水装置和控制办法。

背景技术

在工业生产过程中，特别是钢铁、石油炼化、化工等行业，工业循环水（冷却循环水）系统作为辅助系统，为工艺设备的保护和稳定生产起着重要作用，工业循环水系统主要包括软水（或纯水）密闭循环系统、净水循环系统：

软水密闭循环系统负责对较重要的工艺设备进行冷却，在软水密闭循环系统中，由软环水泵将软水输送到需冷却的工艺设备进行冷却，在完成对工艺设备进行冷却降温后，温度升高的软水流向冷却器，通过冷却器风机的冷却和由净水对软水二次强化散热，使软水保持一定的安全温度，软水重新循环使用。

在净水循环系统，由净环水泵将净化水池的净水通过管道输送到要冷却降温的工艺设备和供软水冷却的冷却器（换热器），完成换热后回流至净水热水池，由提升泵将净水提升至冷却塔通过冷却塔的风机进行散热降温，再自流回净水池，净环水泵再次将净水加压输送到要冷却的工艺设备，以此循环。

目前使用的工业循环水系统存在如下不足之处：

1．软水循环系统和净水循环系统点多面广，所使用的水泵组、进出水阀门、冷却塔、却冷器（换热器）等回水降温设备较多，现有的控制装置只做到了集中监视和部分简单的远程控制，还需要人工到现场启停和转换，没有设备间联锁自动控制的功能，反应慢，人为因素多，对设备（特别是一些重要设备）的保护留下安全隐患；

2．现有的控制装置缺少对回水温度、大气温湿度变化的检测，不能及时调整水泵运行台数及阀门开度、冷却塔和空冷器风机的运行台数和转速，水的蒸发和飘散过大，能耗过高；

3．为了确保安全，整个系统基本采用大流量、低温升的运行模式（因安全需要，生产企业在设计时都要预留20%-50%的安全余量），而这些余量在正常生产时是使用不到的，只在发生如管路突发泄漏等意外情况下才需要，在正常运行时就造成了大量电能的浪费；

4．有的冷却循环水系统采用两台以上的泵组运行模式，出水流量靠调节出水阀门开度，泵组间流量、压力均不一致；有的一套水泵组要负责多个区域的工艺设备冷却，各工艺设备点没有热负荷反馈调节信息和手段，水泵组不能根据实际负荷情况调整各工艺设备的最佳用水量，水泵的出水流量和压力也没有自动调整的手段，造成大量水资源浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述问题，提供一种工业冷却循环水系统集散控制节能节水装置和控制办法，利用集中管理、分散控制的原理，实现工业冷却循环水系统的自动控制，以克服已有技术所存在的上述不足。

本发明采取的技术方案是：一种工业循环水集散控制节能节水控制方法，所述控制方法是利用由操作系统、中央运算控制系统、PID控制系统、现场执行系统Ⅰ、现场执行系统Ⅱ和现场仪表系统组成的工业循环水集散控制节能节水装置，通过向中央运算控制系统输入设定的参数，对工况的检测，由中央运算控制系统将现场仪表系统和现场执行系统Ⅱ回传的数据与设定的参数进行计算、分析和比较，并根据结果通过DO模块、AO模块和PID控制系统对现场执行系统Ⅰ和现场执行系统Ⅱ下达执行指令，完成对水泵组台数和转速、喷淋电动阀的开启、出水管调节阀阀门开度大小、冷却塔风机组以及冷却器的台数和转速的控制，实现工业循环水集散控制，达到节能节水的目的；所述工业循环水集散控制节能节水装置之操作系统通过以太网与中央运算控制系统连接，操作系统用于输入和调整设定的参数，并对整个系统的运行状况进行监控；

PID控制系统通过以太网与中央运算控制系统连接，PID控制系统用于根据中央运算控制系统的指令控制现场执行系统Ⅰ的动作；

现场执行系统Ⅰ通过电缆与PID控制系统输出端连接，执行中央运算控制系统通过PID控制系统下达的指令；

现场执行系统Ⅱ通过电缆与中央运算控制系统连接、接受中央运算控制系统下达的指令，同时将执行的工况信息回传给中央运算控制系统；

现场仪表系统通过电缆与中央运算控制系统连接，现场仪表系统用于将检测的数据回传给中央运算控制系统；

中央运算控制系统用于根据操作系统输入设定的参数，向现场执行系统Ⅰ和现场执行系统Ⅱ下达执行指令，同时不断将现场仪表系统以及现场执行系统Ⅱ回传的数据与操作系统输入的设定值进行计算、分析和比较，并根据结果调整修正下达执行指令以确保循环水系统的正常运行。

所述中央运算控制系统包括通讯模块、CPU模块、DI模块、DO模块、AI模块和AO模块；

所述通讯模块、CPU模块和DI模块、DO模块、AI模块、AO模块依次通过安装背板连接，通讯模块输入端通过以太网与外部的操作系统连接，CPU模块外部接口与PID控制系统连接，所述DI模块、DO模块、AI模块和AO模块的外部接口与现场执行系统Ⅱ连接，AI模块的外部接口同时与外部的现场仪表系统连接；

所述通讯模块作用是将操作系统的输入信号传给CPU模块，CPU模块根据操作系统输入设定的参数，通过向DO模块、AO模块和PID控制系统对现场执行系统Ⅰ和现场执行系统Ⅱ下达执行指令，同时不断将DI模块、AI模块和PID控制系统回传的数据与设定的参数进行计算、分析和比较，根据结果通过DO模块、AO模块和PID控制系统对现场执行系统Ⅰ和现场执行系统Ⅱ下达经修正调整的执行指令。

所述现场执行系统Ⅰ包括水泵调速器、风机调速器和电动执行机构；

所述PID控制系统包括控制器PIDⅠ、控制器PIDⅡ和 控制器PIDⅢ；

所述控制器PIDⅠ用于控制工业循环水水泵组运行的台数和转速，控制器PIDⅠ通过水泵调速器与水泵组各水泵电路连接；

所述控制器PIDⅡ用于控制冷却塔风机组运行的台数和转速，控制器PIDⅡ通过风机调速器与冷却塔风机组各风机电路连接；

所述控制器PIDⅢ用于控制出水管调节阀的阀门开度，控制器PIDⅢ通过电动执行机构与各出水管调节阀连接；

所述水泵调速器和风机调速器或为变频器调速器、磁力调速器或液力调速器；

所述现场执行系统Ⅱ包括冷却器和电动阀；

所述DI模块和DO模块与冷却器风机组各风机电路连接，DI模块用于接收冷却器风机反馈的数据，并输送CPU模块，DO模块用于根据CPU模块的指令控制冷却器风机组的运行台数；

所述AI模块和AO模块通过电动阀与水泵组电路连接，AI模块用于接收电动阀以及现场仪表系统反馈的数据，并输送CPU模块，AO模块用于根据CPU模块的指令并通过电动阀控制水泵组的开启或关闭。

所述水泵组包括软环水泵、净环水泵、喷淋水泵、提升水泵、净水补水水泵和软水补水水泵：软环水泵安装在软水密闭循环系统的软水出水管路，净环水泵安装在净水循环系统的净水出水管路，喷淋水泵安装在位于冷却器上部的净水出水支管Ⅱ末端，提升水泵安装在净水循环系统净水热水池与冷却塔之间的管路，净水补水水泵安装在净水循环系统之净水池上部，其进水端与外部水源相通，软水补水水泵安装在软水密闭循环系统的回水总管，其进水端与外部水源相通；

所述软环水泵和净环水泵的进水端设进水阀，出水端设出水阀。

所述现场仪表系统包括安全检测仪表和监控检测仪表；

所述安全检测仪表包括电压表、电流表、轴温表和液位表：电压表、电流表安装在水泵组及风机组的工作电路，轴温表分别通过传感器与水泵组各水泵转轴连接，液位表分别安装在软水密闭循环系统的回水总管和净水循环系统的净水池；

所述监控检测仪表包括大气温度表、大气湿度表、出水温度表、回水温度表、出水压力表和出水流量表：大气温度表和大气湿度表安装在现场，出水压力表、出水流量表和出水温度表分别安装在软水密闭循环系统和净水循环系统的出水管，回水温度表分别安装在软水密闭循环系统和净水循环系统的回水总管或回水支管；

所述检测仪表采用4-20mA输出，并通过电缆与中央运算控制系统之AI模块连接。

所述操作系统或是触摸屏或是PC机；所述冷却器或为蒸发冷却器或为板式热交换器。

所述工业循环水集散控制节能节水控制方法具体步骤如下：

步骤1参数设置：通过操作系统输入软水密闭循环系统和净水循环系统之出水温度值、回水温度值，电路工作电流、工作电压以及水泵和风机轴温的安全值，经通讯模块将设置信息传到中央运算控制系统之CPU模块，CPU模块计算好供水量；

步骤2安全检测：现场安全检测仪表之电压表、电流表对电路的工作电压、工作电流以及水泵之进水阀、出水阀的开关状态进行检测，通过AI模块将信息回传到CPU模块确认；

步骤3启动水泵：CPU模块确认安全后向PID控制系统发出启动指令，通过控制器PIDI启动软水密闭循环系统之软环水泵、净水循环系统之净环水泵、喷淋水泵和净水提升水泵；

步骤4调节：现场仪表系统之监控检测仪表将运行过程中软水密闭循环系统和净水循环系统出水管的出水流量、水压、出水温度、回水温度、现场大气温度和大气湿度信息通过AI模块回传CPU模块，CPU模块将回传值与设定值进行计算、分析和比较、并根据结果发出是否需要修正或调整的指令：

（1）通过PID控制系统和现场执行系统Ⅰ，对软水密闭循环系统之软环水泵、净水循环系统之净环水泵的台数和转速、冷却塔风机组台数和转速以及出水管调节阀阀门开度的工况进行调整；

（2）通过AO模块，控制电动阀、从而调整控制水泵的开或关；

（3）通过DO模块对冷却器风机开启的台数进行调整；

通过以上调节使出水温度和回水温度自动达到操作系统的设定值；

步骤5补水：现场安全检测仪表之液位表不断将净水池以及软水回水总管的水位信息通过AI模块传到CPU模块，CPU模块根据设定的安全值与回传值进行计算、分析和比较：

（1）当软水回水总管的水位回传值达到下限值时CPU模块向PID控制系统发出补水指令，软水补水水泵开始补水，当达到上限值时发出停止补水指令，软水补水水泵停止工作；

（2）当净水池的水位回传值达到下限值时CPU模块向PID控制系统发出补水指令，净水补水水泵开始补水，当达到上限值时发出停止补水指令，净水补水水泵停止工作；

步骤6安全保护：现场安全检测仪表之电压表、电流表、轴温表、不断将水泵和风机的工作电压、工作电流和轴温等安全信息通过AI模块传到CPU模块，CPU模块根据设定的安全值与回传值进行比较、计算，当回传值超过设定的安全值时，发出警报和停止或切换指令，系统停止在用故障设备或切换到备用设备。

由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明之工业循环水集散控制节能节水装置及其控制方法具有如下有益效果：

1．本发明之工业冷却循环水系统集散控制节能节水装置和控制方法，利用集中管理，分散控制的原理，根据现场需要建立起相应的数学计算模型，操作人员只需要在操作系统输入按工艺要求设定的出水温度和回水温度，系统将自动按内置的数学模型对设备装置进行运行和调节，自动调整水泵和冷却塔风机运行台数和转速，自动调整出水管阀门开度，不需要人工干预，完全智能化，实现了工业化和信息化的高效融合，自动化程度高、操作简单方便、效率高、节能节水、安全可靠；

2．采用本发明之工业循环水集散控制节能节水装置和控制方法能根据实际生产需要、大气温湿度变化自动调整水流量、冷却塔和冷却器风机的台数和风量，使得用水量和电耗大大降低，以10000m3/h的冷却循环水系统为例，需消耗总功率约4000kw，耗水近50万m3/a，本发明可降低电耗25%，节水30%，年节电600万kwh，节水15万m3/a，节能效果显著；

3．由于本发明之工业循环水集散控制节能节水装置，通过安全检测仪表的监测反馈，实现联锁安全控制，从而提高了整个冷却循环水系统的安全性，在水位低于安全值时，启动补水泵自动补水，在发生温度突变、循环水设备故障时，装置能快速反应，自动调整运行状态，自动切换到备用设备，同时由于采用集散控制系统，当系统故障时，主要的运行设备不会受到影响，保证供水安全，为安全、稳定生产创造良好条件。

4、由于水蒸发量和飘散量的减少，对稳定水质的药剂需要量也相应减少，降低了对环境的污染。

下面结合附图及实施例对本发明之工业循环水集散控制节能节水装置及其控制方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之工业循环水集散控制节能节水装置系统框图；

图2：本发明之工业循环水集散控制节能节水装置管路连接示意图。

图中：

000—操作系统， 100—中央运算控制系统，200—PID控制系统，310—现场执行系统Ⅰ，320—现场执行系统Ⅱ， 410—安全检测仪表， 420—监控检测仪表；

1—冷却塔，101—冷却塔风机，2—冷却器，201—冷却器风机，3—喷淋水泵，41、42—需冷却的工艺设备，5—软环水泵，51—软水出水管， 52—软水出水流量表，53—软水出水水压表，54—软水出水温度表， 55—软水回水总管，56—软水回水温度表，57—软水回水液位表，58—软水补水水泵，F51—软水进水阀，F52—软水出水阀，F53—软水补水阀；

6—净环水泵，61—净水出水管，611—净水出水支管Ⅰ，612—净水出水支管Ⅱ，62—净水出水流量表，63—净水出水水压表，64—净水出水温度表，651—净水回水支管，652—净水回水总管，661—净水回水支管温度表，662—净水回水总管温度表，67—净水池液位表，68—净水补水水泵，69—净水提升水泵， 7—净水池，8—净水热水池，F61—净水进水阀，F62—净水出水阀，F63、F64—净水支管调节阀，F65—净水补水阀，F66—提升水泵阀。

具体实施方式

实施例一

一种工业循环水集散控制节能节水装置，包括操作系统000、中央运算控制系统100、PID控制系统200、现场执行系统Ⅰ310、现场执行系统Ⅱ320和现场仪表系统，现场仪表系统之检测仪表分布在工业循环水之软水密闭循环系统和净水循环系统管路和电路中的对应检测位；

操作系统000通过以太网与中央运算控制系统100连接，操作系统用于输入和调整设定的参数，并对整个系统的运行状况进行监控；

PID控制系统200通过以太网与中央运算控制系统100连接，PID控制系统用于根据中央运算控制系统的指令控制现场执行系统310的动作；

现场执行系统Ⅰ310通过电缆与PID控制系统输出端连接，执行中央运算控制系统100通过PID控制系统下达的指令；

现场执行系统Ⅱ320通过电缆与中央运算控制系统100连接、接受中央运算控制系统100下达的指令，同时将执行的工况信息回传给中央运算控制系统100；

现场仪表系统通过电缆与中央运算控制系统100连接，现场仪表系统用于将检测的数据回传给中央运算控制系统；

中央运算控制系统100用于根据操作系统输入设定的参数，向现场执行系统Ⅰ310和现场执行系统Ⅱ320下达执行指令，同时不断将现场仪表系统以及现场执行系统Ⅱ320回传的数据与操作系统输入的设定值进行计算、分析和比较，并根据结果调整修正下达执行指令以确保循环水系统的正常运行。

所述中央运算控制系统100包括通讯模块、CPU模块、DI模块、DO模块、AI模块和AO模块；

所述通讯模块、CPU模块和DI模块、DO模块、AI模块、AO模块依次通过安装背板连接，通讯模块输入端通过以太网与外部的操作系统000连接，CPU模块外部接口与PID控制系统连接，所述DI模块、DO模块、AI模块和AO模块的外部接口与现场执行系统320连接，AI模块的外部接口同时与外部的现场仪表系统连接；

所述通讯模块作用是将操作系统的输入信号传给CPU模块，CPU模块根据操作系统输入设定的参数，通过向DO模块、AO模块和PID控制系统对现场执行系统Ⅰ310和现场执行系统Ⅱ320下达执行指令，同时不断将DI模块、AI模块和PID控制系统回传的数据与设定的参数进行计算、分析和比较，根据结果通过DO模块、AO模块和PID控制系统对现场执行系统Ⅰ310和现场执行系统Ⅱ320下达经修正调整的执行指令。

所述现场执行系统Ⅰ310包括水泵调速器、风机调速器和电动执行机构；所述PID控制系统200包括控制器PIDⅠ、控制器PIDⅡ和 控制器PIDⅢ；

所述控制器PIDⅠ用于控制工业循环水水泵组运行的台数和转速，控制器PIDⅠ通过水泵调速器与水泵组各水泵电路连接，所述控制器PIDⅡ用于控制冷却塔风机组运行的台数和转速，控制器PIDⅡ通过风机调速器与冷却塔风机组各风机电路连接，所述控制器PIDⅢ用于控制出水管调节阀的阀门开度，控制器PIDⅢ通过电动执行机构与各出水管调节阀连接；

所述水泵调速器和风机调速器或为变频器调速器、磁力调速器或液力调速器；

所述现场执行系统Ⅱ320包括冷却器和电动阀；

所述DI模块和DO模块与冷却器风机组各风机电路连接，DI模块用于接收冷却器风机反馈的数据，并输送CPU模块； DO模块用于根据CPU模块的指令控制冷却器风机组的运行台数；AI模块和AO模块通过电动阀与水泵组电路连接，AI模块用于接收电动阀以及现场仪表系统反馈的数据，并输送CPU模块；AO模块用于根据CPU模块的指令并通过电动阀控制水泵组的运行状态（开启或关闭）。

所述水泵组包括软环水泵、净环水泵、喷淋水泵、提升水泵、净水补水水泵和软水补水水泵：软环水泵安装在软水密闭循环系统的软水出水管路，净环水泵安装在净水循环系统的净水出水管路，喷淋水泵安装在位于冷却器上部的净水出水支管Ⅱ末端，提升水泵安装在净水循环系统净水热水池与冷却塔之间的管路，净水补水水泵安装在净水循环系统之净水池上部，其进水端与外部水源相通，软水补水水泵安装在软水密闭循环系统的回水总管，其进水端与外部水源相通，所述软环水泵和净环水泵的进水端设进水阀，出水端设出水阀。

所述现场仪表系统包括安全检测仪表410和监控检测仪表420；

所述安全检测仪表包括电压表、电流表、轴温表和液位表：电压表、电流表安装在水泵组及风机组的工作电路，轴温表分别通过传感器与水泵组各水泵转轴连接，液位表分别安装在软水密闭循环系统的回水总管和净水循环系统的净水池；

所述监控检测仪表包括大气温度表、大气湿度表、出水温度表、回水温度表、出水压力表和出水流量表：大气温度表和大气湿度表安装在现场，出水压力表、出水流量表和出水温度表分别安装在软水密闭循环系统和净水循环系统的出水管，回水温度表分别安装在软水密闭循环系统和净水循环系统的回水总管或回水支管；

所述检测仪表采用4-20mA输出，并通过电缆与中央运算控制系统之AI模块连接。

所述操作系统或是触摸屏或是PC机；所述冷却器2或为蒸发冷却器或为板式热交换器。

实施例二

一种工业循环水集散控制节能节水控制方法，所述控制方法是利用由上述操作系统000、中央运算控制系统100、PID控制系统200、现场执行系统Ⅰ310、现场执行系统Ⅱ320和现场仪表系统组成的工业循环水集散控制节能节水装置，通过向中央运算控制系统输入设定的参数，对工况的检测，由中央运算控制系统将现场仪表系统和现场执行系统Ⅱ320回传的数据与设定的参数进行计算、分析和比较，并根据结果通过DO模块、AO模块和PID控制系统对现场执行系统Ⅰ和现场执行系统Ⅱ下达执行指令，完成对水泵组台数和转速、喷淋电动阀的开启、出水管调节阀阀门开度大小、冷却塔风机组以及冷却器的台数和转速的控制，实现工业循环水集散控制，达到节能节水的目的；具体步骤如下：

步骤1参数设置：通过操作系统000输入软水密闭循环系统和净水循环系统之出水温度值、回水温度值，电路工作电流、工作电压以及水泵和风机轴温的安全值，经通讯模块将设置信息传到中央运算控制系统之CPU模块，CPU模块计算好供水量；

步骤2安全检测：现场安全检测仪表之电压表、电流表对电路的工作电压、工作电流以及水泵之进水阀、出水阀的开关状态进行检测，通过AI模块将信息回传到CPU模块确认；

步骤3启动水泵：CPU模块确认安全后向PID控制系统发出启动指令，通过控制器PIDI启动软水密闭循环系统之软环水泵、净水循环系统之净环水泵、喷淋水泵和净水提升水泵；

步骤4调节：

现场仪表系统之监控检测仪表将运行过程中软水密闭循环系统和净水循环系统出水管的出水流量、水压、出水温度、回水温度、现场大气温度和大气湿度信息通过AI模块回传CPU模块，CPU模块将回传值与设定值进行计算、分析和比较、并根据结果发出是否需要修正或调整的指令：

（1）通过PID控制系统和现场执行系统Ⅰ310，对软水密闭循环系统之软环水泵、净水循环系统之净环水泵的台数和转速、冷却塔风机组台数和转速以及出水管调节阀阀门开度的工况进行调整；

（2）通过AO模块，控制电动阀的开或关；

（3）通过DO模块对冷却器风机开启的台数进行调整；

通过以上调节使出水温度和回水温度自动达到操作系统的设定值；

步骤5补水：现场安全检测仪表之液位表不断将净水池以及软水回水总管的水位信息通过AI模块传到CPU模块，CPU模块根据设定的安全值与回传值进行计算、分析和比较：

（1）当软水回水总管的水位回传值达到下限值时CPU模块向PID控制系统发出补水指令，软水补水水泵开始补水，当达到上限值时发出停止补水指令，软水补水水泵停止工作；

（2）当净水池的水位回传值达到下限值时CPU模块向PID控制系统发出补水指令，净水补水水泵开始补水，当达到上限值时发出停止补水指令，净水补水水泵停止工作；

步骤6安全保护：现场安全检测仪表之电压表、电流表、轴温表、不断将水泵和风机的工作电压、工作电流和轴温等安全信息通过AI模块传到CPU模块，CPU模块根据设定的安全值与回传值进行比较、计算，当回传值超过设定的安全值时，发出警报和停止或切换指令，系统停止在用故障设备或切换到备用设备。

软水密闭循环系统及净水循环系统流程：

软水密闭循环系统负责对较重要的工艺设备进行冷却，在软水密闭循环系统中，软环水泵5进水端设软水进水阀F51，出水端设软水出水阀F52，软水出水管51设软水出水流量表52、软水出水水压表53、软水出水温度表54，软水回水总管55设软水回水总管温度表56，与软水回水总管连接的膨胀管上设软水液位表57和软水补水水泵58；

循环过程：由软环水泵5将软水从软水出水管51输送到需冷却的工艺设备41进行冷却，在完成对工艺设备进行冷却降温后，水温升高后的软水从软水回水总管55流向冷却器2，由冷却器风机和净水完成对软水二次强化散热，使软水保持一定的安全温度，软水重新循环使用；冷却器的台数可根据需要设定。

净水循环系统负责对较一般工艺设备进行冷却，在净水循环系统中，净环水泵6进水端设净水进水阀F61，出水端设净水出水阀F62，出水支管Ⅰ611上设净水支管调节阀F63，出水支管Ⅱ612上设净水支管调节阀F64，净水出水管61设净水出水流量表62、净水出水水压表63、净水出水温度表64，净水回水支管651设净水回水支管温度表661，净水回水总管652设净水回水总管温度表662，净水池设净水池液位表67和净水补水水泵68，

循环过程：由净环水泵6将净水池7的净水通过净水出水管61其中一路经净水出水支管Ⅰ611输送到要冷却降温的工艺设备42进行冷却，在完成对工艺设备进行冷却降温后，水温升高后的净水从净水回水支管651流回净水热水池8；另一路经净水出水支管Ⅱ612输送到喷淋泵3，实施对冷却器2喷淋以对水温升高后的软水进行二次强化散热，完成换热后水温升高的净水从冷却器2流回净水热水池8，由提升水泵69将净水热水池8的热水提升到冷却塔1通过冷却塔的风机进行散热降温，冷却后的净水流回净水池7，净环水泵6再次将净水加压输送，依次循环。

控制原理：

1.系统启动开始后对设置的数据开始初始化，现场仪表对工作电流、电压、阀门开关状态进行检测，中央运算控制系统进行分析确认安全后，向PID控制系统发出启动指令：

（1）在软水密闭循环系统，软环水泵组按设定的参数启动，现场仪表对出水压力和流量进行检测，在冷却水完成对工艺设备的降温冷却后，升温的软水流向冷却器2进行热交换，现场仪表对软水出水温度进行检测，检测后的信息送至CPU模块，中央运算控制系统与设定值进行比较计算后向PID控制系统发出调整执行指令，由PID控制系统控制调整软环水泵的台数、转速，以及软水进水阀和软水出水阀阀门的开度，DO模块控制对冷却器风机启停，AO模块控制喷淋水泵的开或关，由PID控制系统根据出水水温、大气温度、湿度、喷淋水温度，向调速器发指令，通过净水出水支管调节阀按设定的回水温度调节出水支管出水量和喷淋水量，使回水温度和出水温度达到设定值，系统重新循环。

（2）在净水循环系统，净环水泵按设定的参数启动，现场仪表对净水出水的压力和流量以及出水温度进行监测；在冷却水完成对工艺设备的降温冷却以及对软水的二次冷却后，现场仪表对出水温度进行检测，检测后的信息送至CPU和PID控制系统，中央运算控制系统与设定的参数进行比较计算后发出执行指令，由PID控制系统对净环水泵的台数、转速以及净水进水阀和净水出水阀的阀门开度进行调整，使出水温度自动达到设定值；PID控制系统根据大气温度、湿度、出水温度、流量，按设定的参数自动调整冷却塔风机启停数量和转速，使回水温度自动达到设定值，系统重新循环。

2.联锁安全控制

（1）在上述循环水循环过程中，有电压、电流、轴温等安全监测仪表对水泵组和冷却塔风机的工作状态进行监测；当超出设定的安全值时，或者操作系统失灵时，系统自动停止在用设备并切换到备用设备，保证设备安全和稳定生产；

（2）在上述循环水循环过程中，有液位表对软水回水总管和净水池的液位工作进行监控：

软水回水总管液位表对总管液位进行检测，当达到下限值时中央控制系统发出补水指令，软水补水水泵开始补水；当达到上限值时中央控制系统发出停止补水指令，水泵停止；

净水液位表对净水池液位进行检测，当达到下限值时中央控制系统发出补水指令，净水补水水泵开始补水；当达到上限值时中央控制系统发出停止补水指令，水泵停止。

Claims (1)

1.一种工业循环水集散控制节能节水控制方法，所述控制方法是利用由操作系统（000）、中央运算控制系统（100）、PID控制系统（200）、现场执行系统Ⅰ（310）、现场执行系统Ⅱ（320）和现场仪表系统组成的工业循环水集散控制节能节水装置，通过向中央运算控制系统输入设定的参数，对工况的检测，由中央运算控制系统将现场仪表系统和现场执行系统Ⅱ（320）回传的数据与设定的参数进行计算、分析和比较，并根据结果通过DO模块、AO模块和PID控制系统对现场执行系统Ⅰ和现场执行系统Ⅱ下达执行指令，完成对水泵组台数和转速、喷淋电动阀的开启、出水管调节阀阀门开度大小、冷却塔风机组以及冷却器的台数和转速的控制，实现工业循环水集散控制，达到节能节水的目的；

所述工业循环水集散控制节能节水装置现场仪表系统之检测仪表分布在工业循环水之软水密闭循环系统和净水循环系统管路和电路中的对应检测位；

操作系统（000）通过以太网与中央运算控制系统（100）连接，操作系统用于输入和调整设定的参数，并对整个系统的运行状况进行监控；

PID控制系统（200）通过以太网与中央运算控制系统（100）连接，PID控制系统用于根据中央运算控制系统的指令控制现场执行系统Ⅰ（310）的动作；

现场执行系统Ⅰ（310）通过电缆与PID控制系统输出端连接，执行中央运算控制系统100通过PID控制系统下达的指令；

现场执行系统Ⅱ（320）通过电缆与中央运算控制系统（100）连接、接受中央运算控制系统（100）下达的指令，同时将执行的工况信息回传给中央运算控制系统（100）；

现场仪表系统通过电缆与中央运算控制系统（100）连接，现场仪表系统用于将检测的数据回传给中央运算控制系统；

中央运算控制系统（100）用于根据操作系统输入设定的参数，向现场执行系统Ⅰ（310）和现场执行系统Ⅱ（320）下达执行指令，同时不断将现场仪表系统以及现场执行系统Ⅱ（320）回传的数据与操作系统输入的设定值进行计算、分析和比较，并根据结果调整修正下达执行指令以确保循环水系统的正常运行；

所述中央运算控制系统（100）包括通讯模块、CPU模块、DI模块、DO模块、AI模块和AO模块：

所述通讯模块、CPU模块和DI模块、DO模块、AI模块、AO模块依次通过安装背板连接；

所述通讯模块输入端通过以太网与外部的操作系统（000）连接，输出端与CPU模块连接；

所述CPU模块的外部接口与PID控制系统（200）连接，PID控制系统通过电缆与现场执行系统Ⅰ（310）连接；

所述DI模块、DO模块、AI模块和AO模块的外部接口与现场执行系统Ⅱ（320）连接，AI模块的外部接口同时与外部的现场仪表系统连接；

所述通讯模块作用是将操作系统的输入信号传给CPU模块，CPU模块根据操作系统输入设定的参数，通过向DO模块、AO模块和PID控制系统对现场执行系统Ⅰ（310）和现场执行系统Ⅱ（320）下达执行指令，同时不断将DI模块、AI模块和PID控制系统回传的数据与设定的参数进行计算、分析和比较，根据结果通过DO模块、AO模块和PID控制系统对现场执行系统Ⅰ（310）和现场执行系统Ⅱ（320）下达经修正调整的执行指令；

所述现场执行系统Ⅰ（310）包括水泵调速器、风机调速器和电动执行机构；

所述PID控制系统（200）包括控制器PIDⅠ、控制器PIDⅡ和 控制器PIDⅢ；

所述控制器PIDⅠ用于控制工业循环水水泵组运行的台数和转速，控制器PIDⅠ通过水泵调速器与水泵组各水泵电路连接；

所述控制器PIDⅡ用于控制冷却塔风机组运行的台数和转速，控制器PIDⅡ通过风机调速器与冷却塔风机组各风机电路连接；

所述控制器PIDⅢ用于控制出水管调节阀的阀门开度，控制器PIDⅢ通过电动执行机构与各出水管调节阀连接；

所述水泵调速器和风机调速器或为变频器调速器、磁力调速器或液力调速器；

所述现场执行系统Ⅱ（320）包括冷却器和电动阀；

所述DI模块和DO模块与冷却器风机组各风机电路连接，DI模块用于接收冷却器风机反馈的数据，并输送CPU模块；DO模块用于根据CPU模块的指令控制冷却器风机组的运行台数；

AI模块和AO模块通过电动阀与水泵组电路连接，AI模块用于接收电动阀以及现场仪表系统反馈的数据，并输送CPU模块；AO模块用于根据CPU模块的指令并通过电动阀控制水泵组的开启或关闭；

所述水泵组包括软环水泵、净环水泵、喷淋水泵、提升水泵、净水补水水泵和软水补水水泵：软环水泵安装在软水密闭循环系统的软水出水管路，净环水泵安装在净水循环系统的净水出水管路，喷淋水泵安装在位于冷却器上部的净水出水支管Ⅱ末端，提升水泵安装在净水循环系统净水热水池与冷却塔之间的管路，净水补水水泵安装在净水循环系统之净水池上部，其进水端与外部水源相通，软水补水水泵安装在软水密闭循环系统的回水总管，其进水端与外部水源相通；

所述软环水泵和净环水泵的进水端设进水阀，出水端设出水阀；

所述现场仪表系统包括安全检测仪表（410）和监控检测仪表（420）；

所述安全检测仪表包括电压表、电流表、轴温表和液位表：电压表、电流表安装在水泵组及风机组的工作电路，轴温表分别通过传感器与水泵组各水泵转轴连接，液位表分别安装在软水密闭循环系统的回水总管和净水循环系统的净水池；

所述监控检测仪表包括大气温度表、大气湿度表、出水温度表、回水温度表、出水压力表和出水流量表：大气温度表和大气湿度表安装在现场，出水压力表、出水流量表和出水温度表分别安装在软水密闭循环系统和净水循环系统的出水管，回水温度表分别安装在软水密闭循环系统和净水循环系统的回水总管或回水支管；

所述检测仪表采用4-20mA输出，并通过电缆与中央运算控制系统之AI模块连接；

所述操作系统或是触摸屏或是PC机；所述冷却器（2）或为蒸发冷却器或为板式热交换器；

其特征在于：所述工业循环水集散控制节能节水控制方法具体步骤如下：

步骤1参数设置：通过操作系统（000）输入软水密闭循环系统和净水循环系统之出水温度值、回水温度值，电路工作电流、工作电压以及水泵和风机轴温的安全值，经通讯模块将设置信息传到中央运算控制系统之CPU模块，CPU模块计算好供水量；

步骤2安全检测：现场安全检测仪表之电压表、电流表对电路的工作电压、工作电流以及水泵之进水阀、出水阀的开关状态进行检测，通过AI模块将信息回传到CPU模块确认；

步骤3启动水泵：CPU模块确认安全后向PID控制系统发出启动指令，通过控制器PIDI启动软水密闭循环系统之软环水泵、净水循环系统之净环水泵、喷淋水泵和净水提升水泵；

步骤4调节：现场仪表系统之监控检测仪表将运行过程中软水密闭循环系统和净水循环系统出水管的出水流量、水压、出水温度、回水温度、现场大气温度和大气湿度信息通过AI模块回传CPU模块，CPU模块将回传值与设定值进行计算、分析和比较、并根据结果发出是否需要修正或调整的指令：

（1）通过PID控制系统和现场执行系统Ⅰ（310），对软水密闭循环系统之软环水泵、净水循环系统之净环水泵的台数和转速、冷却塔风机组台数和转速以及出水管调节阀阀门开度的工况进行调整；

（2）通过AO模块，控制电动阀、从而调整控制水泵的开或关；

（3）通过DO模块对冷却器风机开启的台数进行调整；

通过以上调节使出水温度和回水温度自动达到操作系统的设定值；

步骤5补水：现场安全检测仪表之液位表不断将净水池以及软水回水总管的水位信息通过AI模块传到CPU模块，CPU模块根据设定的安全值与回传值进行计算、分析和比较：

（1）当软水回水总管的水位回传值达到下限值时CPU模块向PID控制系统发出补水指令，软水补水水泵开始补水，当达到上限值时发出停止补水指令，软水补水水泵停止工作；

（2）当净水池的水位回传值达到下限值时CPU模块向PID控制系统发出补水指令，净水补水水泵开始补水，当达到上限值时发出停止补水指令，净水补水水泵停止工作；

步骤6安全保护：现场安全检测仪表之电压表、电流表、轴温表、不断将水泵和风机的工作电压、工作电流和轴温等安全信息通过AI模块传到CPU模块，CPU模块根据设定的安全值与回传值进行比较、计算，当回传值超过设定的安全值时，发出警报和停止或切换指令，系统停止在用故障设备或切换到备用设备。