CN107062551A - 一种冗余测量与控制的智能式空调回水全自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种冗余测量与控制的智能式空调回水全自动控制系统,属于火力发电厂空调回水控制技术领域。包括空气断路器与熔断器组合装置、冗余处理‑智能控制装置、控制开关组合装置、电源‑运行‑故障指示装置、液位计P1、液位计P2、高水位开关P3、低水位开关P4、内置PID控制器和DP通讯适配器的1#变频器、1#交流接触器、1#显示操作盘、内置PID控制器和DP通讯适配器的2#变频器、2#交流接触器、2#显示操作盘、3#交流接触器、4#交流接触器、1#热继电器1、2#热继电器。优点在于：控制系统运行安全可靠。一键启动，控制过程全部智能化。

Description

一种冗余测量与控制的智能式空调回水全自动控制系统

技术领域

本发明属于火力发电厂空调回水控制技术领域，特别是提供了一种冗余测量与控制的智能式空调回水全自动控制系统。能够控制空调回水的系统稳定和安全。

背景技术

火力发电厂的发电机组一般安装在厂房中超过10米的高层平台上，机组控制室也建在高层平台上，环境温度较高，一般超过30℃。火力发电厂由于电力的不可存储特性，除非特殊情况发生，发电机组要持续运行，来保证国民经济正常运行。对于火力发电厂，发电机组的各种控制单元、计算机系统及监控系统均在机组控制室，电子设备正常工作的前提最好是环境无污染、相对的空气湿度30％、温度保持在20℃左右，火力发电厂机组控制室全部要加装空调设备，由于机组控制室中电子设备多，操作人员多，房间大，空调一般采用水冷控制方式，同时需要多个空调同时工作。火力发电厂机组控制室水冷空调进水通过空调冷却进水管进入水冷空调散热管路，空调冷却水进入空调散热管路后变成空调回水进入空调回水母管，空调回水母管中回水通过自有压力及水高度落差，流入到地面平台上建起的空调回水箱中。空调回水箱收集空调回水，同时应用电机水泵再把箱中空调回水打出进入回收水母管去综合利用。由于季节的不同、环境的实时变化，空调回水量不断发出变化，使空调回水箱中空调回水水位不断改变，这样就需要出水电机水泵转速根据空调回水水位改变而改变。水位不能超低，容易形成汽蚀，对水泵中过流部件如叶轮将产生破坏作用，水泵产生噪声及振动，导致水泵的性能下降，同时对水泵的散热造成影响。水位不能超高，回水来量大，水泵打出水不及时，容易从溢流管流出，造成水资源浪费及其他损失。为了保证发电机组安全运行，需要空调回水箱中回水水位的控制。

为了克服回水液位测量带来的风险，应用冗余测量液位方式及简单、可靠的水位开关；为了稳定水位、节能和保证系统运行需要，采用冗余变频器及电机、水泵自动控制打出回水；控制系统信号处理、控制操作过程全部自动化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冗余测量与控制的智能式空调回水全自动控制系统，用于火力发电厂空调回水控制。通过冗余测量水位方式，自动处理液位信号，自动判断液位测量中的故障和修正，通过冗余内置DP通讯及PID控制器的变频器控制水泵转速达到回水流量控制，水位控制精度高、电机节能、系统安全可靠。当一路电机、水泵或变频器故障发生时，自动切换到另一路正常备用的电机、水泵及变频器运行；二路电机、水泵和变频器定时轮换运行，保证电机、水泵设备正常状态。回水量大时，两路电机、水泵和变频器能同时工作。系统一键控制，过程智能式全自动化运行。

本发明包括空气断路器与熔断器组合装置1、冗余处理-智能控制装置2、控制开关组合装置3、电源-运行-故障指示装置4、液位计P1、液位计P2、高水位开关P3、低水位开关P4、内置PID控制器和DP通讯适配器的1#变频器5、1#交流接触器6、1#显示操作盘7、内置PID控制器和DP通讯适配器的2#变频器8、2#交流接触器9、2#显示操作盘10、3#交流接触器11、4#交流接触器12、1#热继电器13、2#热继电器14。

空气断路器和熔断器组合装置1的进线侧连接进线3相380V动力电源和电源N线,出线侧连接到1#变频器5、2#变频器8、3#交流接触器11、4#交流接触器12的进线侧；1#变频器5出线侧连接到1#交流接触器6的进线侧，1#交流接触器6的出线侧和3#交流接触器11的出线侧同时连接到1#热继电器13的进线侧，1#热继电器13出线侧连接到一号水泵的驱动电机M1，电机M1带动一号水泵转动；2#变频器8出线侧和4#交流接触器12的出线侧同时连接到2#热继电器(14)的进线侧，2#热继电器(14)出线侧连接到二号水泵的驱动电机M2，电机M2带动二号水泵转动；空气断路器和熔断器组合装置1的出线侧再把控制电源连线到控制开关组合装置3上，高低水位开关信号P3、P4连接到控制开关组合装置3，控制开关组合装置3分别给冗余处理-智能控制装置2、电源-运行-故障指示装置4供电，控制开关组合装置3控制信号再分别与冗余处理-智能控制装置2、1#变频器5、1#交流接触器6、3#交流继电器11、2#变频器8、2#交流接触器9、4#交流继电器12连接；二路水位测量的液位计P1、液位计P2连接到冗余处理-智能控制装置2，冗余处理-智能控制装置2与1#变频器5和2#变频器8连接，冗余处理-智能控制装置2给液位计P1及P2提供24V直流电源并输出综合液位信号给1#变频器5和2#变频器8，冗余处理-智能控制装置2液位状态信号连接到电源-运行-故障指示装置4；冗余处理-智能控制装置2通过DP模块与1#变频器5、2#变频器8本身内置的DP通讯适配器通讯获知变频器运行及故障信息；1#热继电器13、2#热继电器14的状态信号再反馈给冗余处理-智能控制装置2；1#变频器5、2#变频器8状态信号通过硬连线连接到冗余处理-智能控制器装置2和电源-运行-故障指示装置4；1#显示操作盘7与1#变频器5相连；2#显示操作盘10与2#变频器8相连。

冗余处理-智能控制装置由硬件组成，由ABB直流24V电源、CPU单元模块、CPU数据存储锂电池、CPU底板、DP通讯模块、模拟量单元与开关量模块、I/O底板构成。CPU单元模块是ABB PLC产品PM582 1个,供电电源为DC 24V、用户程序512KB。ABB CPU数据存储锂电池TA521 1个。ABB CPU底板TB511-ETH 1个。ABB DP通讯模块CM572-DP 1个。ABB模拟量模块AX521 1个，4点模拟量输入、4点模拟量输出。ABB开关量模块DX522 2个，8路24V开关量输入、8路继电器开关量输出。ABB I/O底板TB515 3个。冗余处理-智能控制装置通过DP通讯模块采集变频器详细状态及故障信号信息。2路水位测量信号进入模拟量模块；2路综合水位信号由模拟量模块输出给变频器作为反馈信号；2路变频器状态信号—电源准备好、运行、故障共6路信号进入开关量模板输入；人工操作预控制、主控制按钮2路信号进入开关量模块输入；2路热继电器状态信号进入开关量模块输入；2路水位状态信号由开关量模板输出到电源-运行-故障指示灯装置。2路智能启停信号由开关量模板输出到控制开关组合装置用于控制变频器启停运行。4路智能启停信号由开关量模板输出到控制开关组合装置用于控制交流接触器启停工作。

本发明的优点在于：冗余处理及控制，能消除水泵控制过程中因测量原因及水泵、电机及变频器故障导致无法工作状况的发生。两路变频器能定时轮换运行，使电机、水泵保持最佳运行状态；空调回水流量大时，系统自动投入两台水泵工作运行。控制系统运行可靠。一键启动，控制过程全部智能化。

附图说明

图1为空调回水整体结构示意图。

图2为空调回水全自动控制系统示意图。其中，空气断路器与熔断器组合装置1、冗余处理-智能控制装置2、控制开关组合装置3、电源-运行-故障指示装置4、液位计P1、液位计P2、高水位开关P3、低水位开关P4、内置PID控制器和DP通讯适配器的1#变频器5、1#交流接触器6、1#显示操作盘7、内置PID控制器和DP通讯适配器的2#变频器8、2#交流接触器9、2#显示操作盘10、3#交流接触器11、4#交流接触器12、1#热继电器13、2#热继电器14。

具体实施方式

本发明包括空气断路器与熔断器组合装置1、冗余处理-智能控制装置2、控制开关组合装置3、电源-运行-故障指示装置4、液位计P1、液位计P2、高水位开关P3、低水位开关P4、内置PID控制器和DP通讯适配器的1#变频器5、1#交流接触器6、1#显示操作盘7、内置PID控制器和DP通讯适配器的2#变频器8、2#交流接触器9、2#显示操作盘10、3#交流接触器11、4#交流接触器12、1#热继电器13、2#热继电器14。

空气断路器和熔断器组合装置1的进线侧连接进线3相380V动力电源和电源N线,出线侧连接到1#变频器5、2#变频器8、3#交流接触器11、4#交流接触器12的进线侧；1#变频器5出线侧连接到1#交流接触器6的进线侧，1#交流接触器6的出线侧和3#交流接触器11的出线侧同时连接到1#热继电器13的进线侧，1#热继电器13出线侧连接到一号水泵的驱动电机M1，电机M1带动一号水泵转动；2#变频器8出线侧和4#交流接触器12的出线侧同时连接到2#热继电器(14)的进线侧，2#热继电器(14)出线侧连接到二号水泵的驱动电机M2，电机M2带动二号水泵转动；空气断路器和熔断器组合装置1的出线侧再把控制电源连线到控制开关组合装置3上，高低水位开关信号P3、P4连接到控制开关组合装置3，控制开关组合装置3分别给冗余处理-智能控制装置2、电源-运行-故障指示装置4供电，控制开关组合装置3控制信号再分别与冗余处理-智能控制装置2、1#变频器5、1#交流接触器6、3#交流继电器11、2#变频器8、2#交流接触器9、4#交流继电器12连接；二路水位测量的液位计P1、液位计P2连接到冗余处理-智能控制装置2，冗余处理-智能控制装置2与1#变频器5和2#变频器8连接，冗余处理-智能控制装置2给液位计P1及P2提供24V直流电源并输出综合液位信号给1#变频器5和2#变频器8，冗余处理-智能控制装置2液位状态信号连接到电源-运行-故障指示装置4；冗余处理-智能控制装置2通过DP模块与1#变频器5、2#变频器8本身内置的DP通讯适配器通讯获知变频器运行及故障信息；1#热继电器13、2#热继电器14的状态信号再反馈给冗余处理-智能控制装置2；1#变频器5、2#变频器8状态信号通过硬连线连接到冗余处理-智能控制器装置2和电源-运行-故障指示装置4；1#显示操作盘7与1#变频器5相连；2#显示操作盘10与2#变频器8相连。

下面将通过附图1、2对本发明作进一步的说明。

在空调回水箱顶部安装两套测量液位装置，采用两线制的压力变送器方式测量水位，压力变送器采用投入式静压变送器，测量采用扩散硅压力传感器，为了防止水波动造成测量误差，采用不锈钢钢管安装，压力传感器及线缆在钢管中，钢管固定在顶部。为了安全控制，在水箱侧壁安装简单、可靠的翻板直观液位计和侧装浮球式液位开关，上部和下部各一个，测量高、低水位信号。翻板直观液位计用于工作人员直观观察空调回水箱中水位情况。压力变送器将水压信号转换成液位信号，两套压力变送器通过带屏蔽的双绞线接到冗余处理-智能控制装置上。冗余处理-智能控制装置通过程序自动判断处理水位信号。对于测量水位故障，表现形式是水位为0、水位最大及信号不稳定，波动大，信号偏离正常范围。控制装置中程序实时处理信号，若两路测量信号均正常，通过算术平均法计算水位信号做为输出信号；若一路水位信号有故障，把另一路正常水位信号做为输出信号。冗余处理-智能控制装置把水位信号作为水位实际反馈信号输出给变频器用于PID控制。浮球式液位开关输出的水位信号通过带屏蔽的双绞线连接到控制开关组合装置上，水位达到高位时，发出高位开关信号；水位降到低位时，发出低位开关信号。控制开关组合装置接到冗余处理-智能控制装置发出的本身故障信号，说明冗余处理-智能控制装置无法正常运行，控制开关组合装置通过高低水位信号及内部的继电器逻辑组合自动控制电机、水泵运行工作，保证系统运行。当冗余处理-智能控制装置恢复正常后，自动把控制电机、水泵控制权返给冗余处理-智能控制装置。

1#、2#变频器把电机及本身状态信号通过DP通讯模块及硬线连接反馈给冗余处理-智能控制装置，双重联系，确保安全可靠；电机故障如相间短路、相间断路、接地均通过变频器故障形式表现出来，变频器分别表现为短路故障、输出缺相故障、接地故障；变频器本身的故障一般有进线电源故障、短路故障、输出缺相故障、接地故障、控制盘丢失故障、硬件故障。冗余处理-智能控制装置通过DP模块采集的变频器故障信息能更详细，更确切，通过DP通讯现场总线故障代码或故障字的位数能分辨短路故障、电机缺相及接地故障。冗余处理-智能控制装置通过变频器提供的运行、故障状态信号进行综合分析处理，智能判断设备处于何种工作状态。

1#、2#变频器均正常时，先运行1#变频器，2#变频器热备；当1#变频器故障或1#电机故障，冗余处理-智能控制装置发出1#变频器停止运行信号给控制开关组合装置，控制开关组合装置再给出信号断开1#交流接触器，1#变频器停止运行；当2#变频器故障或2#电机故障，冗余处理-智能控制装置发出2#变频器停止运行信号给控制开关组合装置，控制开关组合装置给出信号断开2#交流接触器，2#变频器停止运行；冗余处理-智能控制装置判断设备确定停机后，程序发出另一路变频器运行信号给控制开关组合装置，控制开关组合装置给出信号先吸合交流接触器，再启动变频器运行。电源-运行-故障指示装置显示变频器电源准备好、运行及故障状态信号。冗余处理-智能控制装置实时监测变频器运行状态和运行时间，一路变频器运行达到预先设定的时间后，自动停止此路变频器运行，在另一路无故障的状态下自动启动另一路变频器运行；若另一路变频器、电机及水泵处于故障状态，不进行切换；定时轮换电机水泵运行，能防止电机潮湿、水泵锈蚀等现象，保证每一路均处于正常状态。

操作人员预先应用显示操作盘给1#、2#变频器进行程序组态，把实际电机参数输入到变频器参数组中，组态变频器参数有：模拟量参数，数字量参数；PID控制参数—比例P、积分I、微分D；电机运行方向参数；变频器电源正常，运行，故障，进线电源缺相、过压、欠压，缺相、过流、短路等状态信号参数；把希望空调回水箱液位达到水位值设定到变频器给定参数中。

水位控制是PID控制器根据水位设定值与水位实际反馈值相比较，通过差值控制电机转速，由于是从回水箱往外抽水控制，当水流量进入空调回水箱小时，水位实际反馈值低于水位设定值，此时PID控制器控制变频器输出使转速降低，抽水流量变小，水位实际反馈值增高，来达到原设定值；当水流量进入空调回水箱大时，水位实际反馈值高于水位设定值，此时PID控制器控制变频器输出使转速增加，抽水流量变大，液位实际反馈值降低，来达到原设定值。若水位实际反馈值与设定的水位差值在设定的范围内，PID控制输出保持不变，电机转速恒定，电机转速与水位动态平衡；当空调冷却等因数使水位实际反馈值变化时，PID控制输出值自动改变，增大或减小，与水位实际反馈值变化方向相同，达到新的控制动态平衡，使水位实际值稳定。

在水位控制过程中，特别是夏季时节，空调冷却负荷大，空调回水流量大，一台水泵满负荷工作时不能满足要求，需要另一台水泵工作。在一台变频器PID控制过程中，冗余处理-智能控制装置通过DP模块通讯实时采集变频器的输出频率，当采集的变频器输出频率达到50HZ时,程序启动定时器功能，若在10秒内，变频器输出始终保持50HZ,判断一台水泵工作无法满足系统工作要求。自动输出信号给控制开关组合装置启动另一台正常状态的水泵工作，控制开关组合装置给出信号吸合另一台工频控制的交流接触器，此时工频启动的电机由热继电器进行过载保护，当电机过载时，热继电器发出电机过载信号控制开关组合装置给冗余处理-智能控制装置，冗余处理-智能控制装置通过程序判断发出停止电机运行信号给控制开关组合装置，控制开关组合装置停止交流接触器，停止电机水泵工作。

在极端情况下，若冗余处理-智能控制装置发生故障，控制开关组合装置接到故障信号后，停止原进行的控制方式，停止电机水泵运行。控制开关组合装置根据接收的浮球式液位开关输出的高、低水位信号进行电机工频控制。当水位高于高水位时，高位浮球式液位开关发出信号，控制开关组合装置通过内部的继电器逻辑组合工频启动两台电机水泵工作；电机保护通过热继电器的过载保护功能，热继电器的过载信号同时给控制开关组合装置，联锁内部的继电器逻辑保护电路。当水位低于低水位时，低位浮球式液位开关发出信号，控制开关组合装置内部的继电器逻辑组合工频停止两台电机水泵工作；循环往复，系统运行工作。保证系统正常运行。

正常操作时，操作人员只需在空气断路器与熔断器组合装置中合上空气断路器，此时变频器、自动控制开关组合装置带电，变频器初始化运行，应用显示操作控制盘能正常显示和设定水位值。按下控制开关组合装置的预控制按钮，冗余处理-智能控制装置带电，内置程序初始化，水位变送器带电，正常测量水位，DP通讯正常，变频器准备运行；电源、运行、故障报警指示装置中的电源指示灯亮；浮球式液位开关的状态正常。按下的主控制按钮，控制系统智能式全自动运行。

Claims (2)

1.一种冗余测量与控制的智能式空调回水全自动控制系统，其特征在于，包括空气断路器与熔断器组合装置(1)、冗余处理-智能控制装置(2)、控制开关组合装置(3)、电源-运行-故障指示装置(4)、液位计P1、液位计P2、高水位开关P3、低水位开关P4、内置PID控制器和DP通讯适配器的1#变频器(5)、1#交流接触器(6)、1#显示操作盘(7)、内置PID控制器和DP通讯适配器的2#变频器(8)、2#交流接触器(9)、2#显示操作盘(10)、3#交流接触器(11)、4#交流接触器(12)、1#热继电器(13)、2#热继电器(14)；空气断路器和熔断器组合装置(1)的进线侧连接进线3相380V动力电源和电源N线,出线侧连接到1#变频器(5)、2#变频器(8)、3#交流接触器(11)、4#交流接触器(12)的进线侧；1#变频器(5)出线侧连接到1#交流接触器(6)的进线侧，1#交流接触器(6)的出线侧和3#交流接触器(11)的出线侧同时连接到1#热继电器(13)的进线侧，1#热继电器(13)出线侧连接到一号水泵的驱动电机M1，电机M1带动一号水泵转动；2#变频器(8)出线侧和4#交流接触器(12)的出线侧同时连接到2#热继电器(14)的进线侧，2#热继电器(14)出线侧连接到二号水泵的驱动电机M2，电机M2带动二号水泵转动；空气断路器和熔断器组合装置(1)的出线侧再把控制电源连线到控制开关组合装置(3)上，高低水位开关信号P3、P4连接到控制开关组合装置(3)，控制开关组合装置(3)分别给冗余处理-智能控制装置(2)、电源-运行-故障指示装置(4)供电，控制开关组合装置(3)控制信号再分别与冗余处理-智能控制装置(2)、1#变频器(5)、1#交流接触器(6)、3#交流继电器(11)、2#变频器(8)、2#交流接触器(9)、4#交流继电器(12)连接；二路水位测量的液位计P1、液位计P2连接到冗余处理-智能控制装置(2)，冗余处理-智能控制装置(2)给液位计P1及P2提供24V直流电源，冗余处理-智能控制装置(2)与1#变频器(5)和2#变频器(8)连接，冗余处理-智能控制装置(2)输出综合液位信号给1#变频器(5)和2#变频器(8)；冗余处理-智能控制装置(2)液位状态信号连接到电源-运行-故障指示装置(4)；冗余处理-智能控制装置(2)通过DP模块与1#变频器(5)、2#变频器(8)本身内置的DP通讯适配器通讯获知变频器运行及故障信息；1#热继电器(13)、2#热继电器(14)的状态信号再反馈给冗余处理-智能控制装置(2)；1#变频器(5)、2#变频器(8)状态信号通过硬连线连接到冗余处理-智能控制器装置(2)和电源-运行-故障指示装置(4)；1#显示操作盘(7)与1#变频器(5)相连；2#显示操作盘(10)与2#变频器(8)相连。

2.根据权利要求1所述的一种冗余测量与控制的智能式空调回水全自动控制系统，其特征在于，冗余处理-智能控制装置由硬件和软件组成，硬件由ABB直流24V电源、CPU单元模块、CPU数据存储锂电池、CPU底板、DP通讯模块、模拟量单元与开关量模块、I/O底板构成。CPU单元模块是ABB PLC产品PM582 1个,供电电源为DC 24V、用户程序512KB；ABB CPU数据存储锂电池TA521 1个，ABB CPU底板TB511-ETH 1个，ABB DP通讯模块CM572-DP 1个；ABB模拟量模块AX521 1个，4点模拟量输入、4点模拟量输出；ABB开关量模块DX522 2个，8路24V开关量输入、8路继电器开关量输出；ABB I/O底板TB515 3个；软件是自动判断处理水位信号、自动逻辑控制及处理故障的程序。