CN105241157B - 一种冷源数字化智能控制系统装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷源数字化智能控制系统装置,包括智慧阀、冷水池、若干第一水泵、若干末端、若干冷却塔、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、第五控制器、用于检测第一水泵出水口处水的扬程的第一压力变送器、用于检测各第一水泵出水口处水的总流量的流量变送器、用于检测各末端出水口处水的水温的第一温度变送器、以及用于检测冷却塔的出水口处水的温度的第二温度变送器。本发明能够使系统具有内在的健康结构,保持系统始终处在高效运行状态,大大提高各个末端被控温度压力的控制精度,为提高生产产品的质量、产量打下了坚实的基础。
Description
技术领域
本发明属于节能环保领域,涉及一种智能控制系统,具体涉及一种冷源数字化智能控制系统装置。
背景技术
循环水冷却系统是石油化工、火电厂、钢铁厂、中央空调等领域中广泛应用的不可缺少辅助生产系统。循环水冷却系统是给工业过程装置提供一个安全、稳定、高效、精细化生产温度环境的守护神。
传统循环水冷却系统是以“集成设备”为主线、按专业模块、用“片面思考”理念堆积叠加构成的。由于传统循环水冷却系统集成理论不清楚系统的本质规律,不清楚真节能的内涵,用“系统节能”理论审视,常见循环水冷却系统普遍存在6大问题:1)水泵配置裕度过大,大马拉小车,多处在大流量、小温差、低效能状态运行;2)水泵管道特性不匹配,水泵不能时时在最高效率点运行,差者比水泵最高效率低5-10%;3)原冷却塔标准没有变水量性能考核项目,在(60%-100%)L0(额定流量)范围变水量节能控制运行时,不能都保证冷却塔布水均匀、热湿传质传热交换充分、蒸发冷却良好、耗能适当((3-3.5kW)/(100m3/h));4)多数循环水冷却系统未做水力平衡调节,未配动态水力平衡调节控制装置,做不到末端设备自适应按需供水的要求,不能充分发挥循环水的作用,当好守护神的角色;5)无论常规控制系统或者先进的DCS控制系统只能做到设备最简单的启停控制,不能显示所有设备在线实时本质性能,循环水冷却系统基本摸黑运行,管理运行的难度高,运行费用大;6)理论上不能把握循环水冷却系统的本质规律,控制系统和循环水系统本质不匹配,不能实现实时跟踪负荷变化且花最小的代价。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种冷源数字化智能控制系统装置,该系统能够使水泵高效能的运行,并且保证冷却塔布水水温均衡,运行成本较低。
为达到上述目的,本发明所述的冷源数字化智能控制系统装置包括智慧阀、冷水池、若干第一水泵、若干末端、若干冷却塔、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、第五控制器、用于检测第一水泵出水口处水的扬程的第一压力变送器、用于检测各第一水泵出水口处水的总流量的流量变送器、用于检测各末端出水口处水的水温的第一温度变送器、以及用于检测冷却塔的出水口处水的温度的第二温度变送器;
各冷却塔的出水口均与冷水池相连通,各第一水泵的入水口均与冷水池相连通,各第一水泵的出水口通过管道并管后分别与各末端的入水口相连通,各末端的出水口通过管道并管后与冷却塔内的布水器相连通;
流量变送器的输出端及第一压力变送器的输出端与第二控制器的输入端相连接,第二控制器与触摸屏相连接;
各末端的出水口处设有电驱动气动阀,第一温度变送器的输出端与智慧阀的输入端相连接,智慧阀与电动驱动气动阀的控制端及第五控制器相连接;
第三控制器的输出端通过第一变频器与第一水泵的控制端相连接;
第二温度变送器的输出端与第四控制器的输入端相连接,第四控制器的输出端通过第二变频器与冷却塔内风机的控制端相连接;
第一控制器通过总线与第二控制器、第三控制器、第四控制器及第五控制器相连接。
各第一水泵的出水口处设有第一隔离阀;
各末端的出水口通过管道并管后通过第二隔离阀与各冷却塔内的布水器相连通;
各冷却塔的出水口通过第三隔离阀与冷水池的入水口相连通。
电驱动气动阀的入水口及出水口均设有第二压力变送器,第二压力变送器与智慧阀相连接。
所述第四控制器的输入端还连接有安装于冷却塔的进水口处的第三压力变送器、以及用于检测外界空气的湿度及温度的大气温湿度变送器。
还包括与第二控制器相连接的触摸屏。
本发明具有以下有益效果:
本发明所述的冷源数字化智能控制系统装置在工作过程中,通过流量变送器采集各第一水泵出水口处水的总流量,通过第一压力变送器采集第一水泵出水口处水的扬程,第二控制器将第一水泵出水口处当前水的总流量及扬程转发至第一控制器中,再将经过软件计算得到的水泵实时工况点显示在触摸屏上;同时接受网传基准点末端出口水温,从而实现水泵负荷的跟踪。通过第一温度变送器将各末端出水口处的温度信息转发至第五控制器中,第五控制器将各末端出水口处的温度信息转发至第一控制器中,第一控制器通过PID运算,并根据运算的结果通过第三控制器控制各第一水泵,使各末端的出口水温始终保持在预设范围内。同时,第四控制器通过第二温度变送器检测冷却塔出水口的水温,然后通过PID运算控制冷却塔内风机同步变频跟踪负荷运行,从而保证冷却塔出水温度基本恒定,同时使冷却塔风机始终处于全相似高效运行状态。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中,1为第一控制器、2为第二控制器、3为第三控制器、4为第四控制器、5为第五控制器、6为冷却塔、7为冷水池、8为第二变频器、9为风机、10为第二温度变送器、11为触摸屏、12为第一变频器、13为流量变送器、14为末端、15为智慧阀、16为第一水泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
参考图1,本发明所述的冷源数字化智能控制系统装置包括智慧阀15、冷水池7、若干第一水泵16、若干末端14、若干冷却塔6、第一控制器1、第二控制器2、第三控制器3、第四控制器4、第五控制器5、用于检测第一水泵16出水口处水的扬程的第一压力变送器、用于检测各第一水泵16出水口处水的总流量的流量变送器13、用于检测各末端14出口水温的第一温度变送器、以及用于检测冷却塔6的出口水温的第二温度变送器10;各冷却塔6的出水口均与冷水池7相连通,各第一水泵16的入水口均与冷水池7相连通,各第一水泵16的出水口通过管道并管后分别与各末端14的入水口相连通,各末端14的出水口通过管道并管后与冷却塔6内的布水器相连通;流量变送器13的输出端及第一压力变送器的输出端与第二控制器2的输入端相连接,第二控制器2与触摸屏11相连接;各末端14的出水口处设有电驱动气动阀,第一温度变送器的输出端与智慧阀15的输入端相连接,智慧阀15与电动驱动气动阀的控制端及第五控制器5相连接;第三控制器3的输出端通过第一变频器12与第一水泵16的控制端相连接;第二温度变送器10的输出端与第四控制器4的输入端相连接,第四控制器4的输出端通过第二变频器8与冷却塔6内风机9的控制端相连接;第一控制器1通过总线与第二控制器2、第三控制器3、第四控制器4及第五控制器5相连接。
需要说明的是,各第一水泵16的出水口处设有第一隔离阀;各末端14的出水口通过管道并管后通过第二隔离阀与各冷却塔6内的布水器相连通;各冷却塔6的出水口通过第三隔离阀与冷水池7的入水口相连通,电驱动气动阀的入水口及出水口均设有第二压力变送器,第二压力变送器与智慧阀15相连接。第四控制器4的输入端还连接有安装于冷却塔6的进水口处的第三压力变送器、以及用于检测外界空气的湿度及温度的大气温湿度变送器。另外,本发明还包括与第二控制器2相连接的触摸屏11。
通过流量变送器13采集各第一水泵16出水口处的总流量信息,并通过所述总流量信息得到第一水泵16的运行特性曲线,然后将所述运行特性曲线显示到触摸屏11上,第三控制器3将第一变频器12运行的参数信息转发至第一控制器1中,第一控制器1再将第一变频器12运行的参数转发至第二控制器2中,省去价格昂贵的高压电变送器;
各个末端14的智慧阀15实时跟踪末端14的的负荷变化,控制末端14的压力、温度、出水温度在最佳值附近波动,并把智慧阀15的开度、流量、出口水温通过底层的总线上传至第五控制器5,第五控制器5通过上层总线上传至第一控制器1,在工控机IPC屏幕上显示各末端14在智慧阀15的实时工作状态;第一控制器1将末端14中最远的末端14选作基准点,把基准点末端14实时出水温度下传至第三控制器3,第三控制器3通过总线控制第一变频器12、第一水泵16同步变频跟踪系统总负荷变化运行,第二控制器2使管网总特性与第一水泵16特性匹配保证第一水泵16在最高效率区间运行;第一控制器1协调第二控制器2、第三控制器3、第四控制器4及第五控制器5运行,使整个系统时时处在动态水力平衡状态且管网在最佳阻力状态(在满足水力平衡的条件下管网阻力最小),系统整体及每个组成设备都具有“实时跟踪负荷切花最小的代价”的功能,即系统具有内在的健康结构,自然就有能力涌现出包括节能、自适应在内的一系列外在的优良健康属性,从根本上解决了各末端设备压力温度不稳的历史难题,为安全、稳定、精细化、高效的生产提供了可靠的保证。
在冷却塔6出口安装有第二温度变送器10,冷却塔6的进口安装有第三压力变送器,冷却塔6的进风口处安装有大气温湿度变送器,当冷却塔6负荷发生变化,冷却塔6的出水温度随之也发生变化,经第四控制器4通过第二温度变送器10采集冷却塔6出口水温信息,并将所述水温信息与设定值比较得出偏差,然后进行PID运算,并根据运算的结果输出控制信号,然后通过所述控制信号通过RS485总线网控制第二变频器8,同步改变风量带走的热量使冷却塔6的出水温度回到设定值附近,大气温湿度变送器是为了测定计算大气湿球温度,求出湿球温度就可以通过公式(4)计算出冷却塔6的逼近,监视冷却塔6热湿交换性能;压力变送器是为了测定冷却塔6的水阻力,从而可用公式(3)计算出冷却塔6消耗的水泵动力,最终可用公式(1)得到冷却塔6系统性能系数SCOP;
其中,公式(1)为:
SCOPCT为冷却塔6系统性能系数,QCT为冷却塔6释放到大气中的热量,kWh;QCT由公式(2)计算:
QCT=Lw·ρ·Cp·(tw2-tw1) (2)
式中:Lw为冷却水系统循环水量;ρ为冷却水密度;Cp为冷却水定压比热;tw2为冷却水回水温度,tw1为冷却水出水温度,WCT.p为冷却塔6消耗水泵输送动力;由公式(3)计算:
式中:P1为冷却塔6进口水压;ηp为水泵总效率;冷却塔6逼近由公式(4)计算:
tap=tw1-ts (4)
式中:tap为冷却塔6逼近;ts为冷却进风口附近大气湿球温度。
第一控制器1主要完成组态和第二控制器2、第三控制器3、第四控制器4及第五控制器5构建PROFIBUS-DP高速总线网并组成DCS控制系统,第一控制器1采集第二控制器2、第三控制器3、第四控制器4及第五控制器5上传的数据,计算并下达控制指令,协调第二控制器2、第三控制器3、第四控制器4及第五控制器5运行,使整个循环水冷却系统按照“实时跟踪负荷且花最小的代价”的规则运行,具有内在的健康结构,因而有能力涌现出类生物体的智能特征——自适应。由于系统具有类生物体自适应的智能特征,所以整体解决了传统循环水冷却系统普遍存在的5大问题,系统涌现出了简约、节能、透明、自适应、大大降低了系统运行管理的难度和费用,大大提高了各个末端14被控参数的控制精度等等一系列外在的优良健康属性,使工业生产水平得到大幅度的提升。
第一控制器1、第二控制器2、第三控制器3、第四控制器4及第五控制器5的设置和功能都是和循环水冷却系统各设备中的物理过程的本质和规律紧密相连的。只有DCS控制系统和循环水冷却系统物理过程的本质规律机理紧密相连,信息化和工业化才能克服两张皮的弊端,达到深度融合使系统中的每个设备都能发挥最大的作用。本发明正是从理论上解决了对循环水冷却系统的正确认识问题,对系统的本质有深刻的理解,对系统运行的规律有精准的把握,使DCS系统和循环水冷却系统本质规律深度融合,才使貌似和普通的PLC够构成的DCS系统并没有两样、甚至更为简单DCS系统,发挥了不同凡响的作用。
Claims (4)
1.一种冷源数字化智能控制系统装置,其特征在于,包括智慧阀(15)、冷水池(7)、若干第一水泵(16)、若干末端(14)、若干冷却塔(6)、第一控制器(1)、第二控制器(2)、第三控制器(3)、第四控制器(4)、第五控制器(5)、用于检测第一水泵(16)出水口处水的扬程的第一压力变送器、用于检测各第一水泵(16)出水口处水的总流量的流量变送器(13)、用于检测各末端(14)出水口处水的水温的第一温度变送器、以及用于检测冷却塔(6)的出水口处水的温度的第二温度变送器(10);
各冷却塔(6)的出水口均与冷水池(7)相连通,各第一水泵(16)的入水口均与冷水池(7)相连通,各第一水泵(16)的出水口通过管道并管后分别与各末端(14)的入水口相连通,各末端(14)的出水口通过管道并管后与冷却塔(6)内的布水器相连通;
流量变送器(13)的输出端及第一压力变送器的输出端与第二控制器(2)的输入端相连接,第二控制器(2)与触摸屏(11)相连接;
各末端(14)的出水口处设有电驱动气动阀,第一温度变送器的输出端与智慧阀(15)的输入端相连接,智慧阀(15)与电动驱动气动阀的控制端及第五控制器(5)相连接;
第三控制器(3)的输出端通过第一变频器(12)与第一水泵(16)的控制端相连接;
第二温度变送器(10)的输出端与第四控制器(4)的输入端相连接,第四控制器(4)的输出端通过第二变频器(8)与冷却塔(6)内风机(9)的控制端相连接;
第一控制器(1)与第二控制器(2)、第三控制器(3)、第四控制器(4)及第五控制器(5)相连接;
第一控制器(1)通过总线与第二控制器(2)、第三控制器(3)、第四控制器(4)及第五控制器(5)相连接;
通过流量变送器(13)采集各第一水泵(16)出水口处的总流量信息,并通过所述总流量信息得到第一水泵(16)的运行特性曲线,然后将所述运行特性曲线显示到触摸屏(11)上,第三控制器(3)将第一变频器(12)运行的参数信息转发至第一控制器(1)中,第一控制器(1)再将第一变频器(12)运行的参数转发至第二控制器(2)中;
各个末端(14)的智慧阀(15)实时跟踪末端(14)的的负荷变化,控制末端(14)的压力、温度、出水温度在最佳值附近波动,并把智慧阀(15)的开度、流量、出口水温通过底层的总线上传至第五控制器(5),第五控制器(5)通过上层总线上传至第一控制器(1),在工控机IPC屏幕上显示各末端(14)上智慧阀(15)的实时工作状态;第一控制器(1)将各末端(14)中最远的末端(14)选作基准点,把基准点末端(14)实时出水温度下传至第三控制器(3),第三控制器(3)通过总线控制第一变频器(12)、第一水泵(16)同步变频跟踪系统总负荷变化运行,第二控制器(2)使管网总特性与第一水泵(16)特性匹配保证第一水泵(16)在最高效率区间运行;第一控制器(1)协调第二控制器(2)、第三控制器(3)、第四控制器(4)及第五控制器(5)运行,使整个系统时时处于动态水力平衡状态且管网在最佳阻力状态;
在冷却塔(6)出口安装有第二温度变送器(10),冷却塔(6)的进口安装有第三压力变送器,冷却塔(6)的进风口处安装有大气温湿度变送器,当冷却塔(6)负荷发生变化,冷却塔(6)的出水温度随之变化,经第四控制器(4)通过第二温度变送器(10)采集冷却塔(6)出口水温信息,并将所述水温信息与设定值比较得出偏差,然后进行PID运算,并根据运算的结果输出控制信号,然后通过所述控制信号通过RS485总线网控制第二变频器(8),同步改变风量带走的热量使冷却塔(6)的出水温度回到设定值附近。
2.根据权利要求1所述的冷源数字化智能控制系统装置,其特征在于,
各第一水泵(16)的出水口处设有第一隔离阀;
各末端(14)的出水口通过管道并管后通过第二隔离阀与各冷却塔(6)内的布水器相连通;
各冷却塔(6)的出水口通过第三隔离阀与冷水池(7)的入水口相连通。
3.根据权利要求1所述的冷源数字化智能控制系统装置,其特征在于,电驱动气动阀的入水口及出水口均设有第二压力变送器,第二压力变送器与智慧阀(15)相连接。
4.根据权利要求3所述的冷源数字化智能控制系统装置,其特征在于,所述第四控制器(4)的输入端还连接有安装于冷却塔(6)的进水口处的第三压力变送器、以及用于检测外界空气的湿度及温度的大气温湿度变送器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Digital Intelligent Control System Device for Cold Source Granted publication date: 20180622 Pledgee: Shenzhen Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Futian Sub branch Pledgor: SHENZHEN HONGSHIDA ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980005309 |
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PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |