CN107388882A - 冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法，首先根据检测的冷却塔出水温度与冷却塔设定温度的差值，采用模糊控制器和风机控制器，确定冷却塔需要的风机开启台数和运行频率，再根据现已开启风机台数、需要的风机开启台数和风机频率协同控制风机的启停和变频器输出频率；然后根据检测的冷却塔出水温度与冷却塔设定温度加喷淋偏移值的差值，采用模糊控制器和喷淋泵控制器，确定冷却塔需要的喷淋泵开启台数和运行频率，再根据现已开启喷淋泵台数、需要的喷淋泵开启台数和风机频率协同控制喷淋泵的启停和变频器输出频率；重复上述步骤直至检测的冷却塔出水温度稳定在冷却塔设定温度。本发明缩小了冷却塔出水温度的波动范围。

Description

冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法

技术领域

本发明涉及冷却塔恒温控制技术，特别涉及一种冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法。

背景技术

目前，在空调等制冷设备中，冷却塔既可以为系统循环的载冷剂直接降温，也可以为制冷机组冷却降温。冷却塔的冷却性能直接关系到空调制冷设备温度控制的精度和稳定性。冷却塔降温通过风机和喷淋泵实现，当管道中载冷剂流过时，喷淋泵在管道表面洒水，同时风机加速空气流动，带走载冷剂热量。

在现有的冷却塔温度控制系统中，冷却塔温度控制方法包括载冷剂流量控制和风机频率控制两种方法。在典型的风机频率控制法中，风机变频器可以利用PID控制器，组成以温度为控制对象的闭环控制，如图1所示。这种频率控制法当多台风机运行至最低频率时，选择关闭一台，同样的，当多台风机运行至最高频率时以最低频率增开一台。由于温度作为被控对象的滞后性，其控制效果具有明显的阶梯性，温度变化范围在25℃-32℃，温度波动较大，而且风机会频繁启停，在需要冷却塔出水温度稳定性高的场合无法满足需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法，精确控制冷却塔出水温度，缩小温度波动范围。

实现本发明目的的技术方案为：冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法，包括如下步骤：

步骤1、设定冷却塔的输出温度T_set和喷淋偏移值T_δ；

步骤2、检测冷却塔出水温度T_pv；

步骤3、根据检测的冷却塔出水温度T_pv与冷却塔设定温度T_set的差值E_T，采用模糊控制器得出控制输出量p，进而通过风机控制器计算冷却塔的风机开启台数l和运行频率f_m；

步骤4、根据现已开启风机台数、需要的风机开启台数l和风机频率f_m协同控制风机的启停和变频器输出频率；

步骤5、计算检测的冷却塔出水温度T_pv与冷却塔设定温度T_set加喷淋偏移值T_δ的差值E_p，当差值E_p大于零时转至步骤6，否则转至步骤1；

步骤6、根据差值E_p，采用模糊控制器得出控制输出量d，进而通过喷淋泵控制器计算冷却塔的喷淋泵开启台数m和运行频率f_p；

步骤7、根据现已开启喷淋泵台数、需要的喷淋泵开启台数m和风机频率f_p协同控制喷淋泵的启停和变频器输出频率；

步骤8、重复步骤1-7，直至检测的冷却塔出水温度T_pv稳定在冷却塔设定温度T_set。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：1)本发明采用了模糊控制器，根据经验、实际现场温度滞后情况、风机及喷淋泵特性设计控制率，控制更合理；2)本发明采用了能量协同控制，将能量等间隔均分，保证了能量输出的稳定，避免了传统控制方法中风机或喷淋泵启停时能量的跃变，使得温度控制更加稳定；3)本发明提高了冷却塔出水温度的控制精度。

附图说明

图1是传统的风机频率控制方法的原理图。

图2是本发明冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法的原理图。

图3是本发明冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制的方法流程图。

图4是本发明控制风机和喷淋泵启停的流程图。

图5是本发明实施例的冷却塔出水温度趋势曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步阐述本发明方案。

本发明的冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制系统，包括冷却塔：用循环冷却剂从系统中吸收热量排放至大气中，以降低循环冷却剂的装置，采用冷却风机和喷淋方式降温，完成热交换；变频风机：用于冷却塔降温，开启台数和频率值由风机模糊控制器和风机控制器协同控制；变频喷淋：每台风机配有一台喷淋泵，用于冷却塔降温，冷却塔喷淋泵频率和开启台数由喷淋模糊控制器和喷淋控制器协同控制；温度传感器：用来测量冷却塔出水温度；风机模糊控制器:输入值为冷却塔设定值和冷却塔出水温度的差值以及温度变化速率，其输出值作为风机控制器的输入；风机控制器：根据风机模糊控制器输出参数，实时计算风机频率和开启台数；喷淋模糊控制器:输入值为冷却塔温度设定值加喷淋偏移值与冷却塔出水温度差值以及温度变化速率，其输出值作为喷淋控制器的输入；喷淋控制器：根据喷淋模糊控制器输出参数，实时计算喷淋频率和开启台数。当管道中载冷剂流过时，喷淋泵在管道表面洒水，同时风机加速空气流动，带走管道中载冷剂热量，从而实现载冷剂降温。如图2所示，本发明的冷却塔风机开启台数和频率由风机控制器和风机模糊控制器协同控制，同时根据风机模糊控制器输出范围，实时判断风机开启台数和频率值。冷却塔喷淋泵频率和开启台数由喷淋控制器根据模糊控制器输出值控制，喷淋模糊控制器输入为冷却塔温度设定值加喷淋偏移值与冷却塔出水温度差值，同时根据模糊控制器输出范围，实时判断喷淋泵开启台数和频率值。

如图3所示，冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法，包括如下步骤：

步骤1、设定冷却塔的输出温度T_set和喷淋偏移值T_δ；

步骤2、检测冷却塔出水温度T_pv；

步骤3、根据检测的冷却塔出水温度T_pv与冷却塔设定温度T_set的差值E_T，采用模糊控制器得出控制输出量p，进而通过风机控制器计算冷却塔的风机开启台数l和运行频率f_m，具体确定方法为：

设冷却塔有n台风机，风机正常工作频率下限为f₁Hz，正常工作频率上限为f₂Hz，不超过风机最高频率，频率变换系数为则：

控制输出量p和风机开启台数l的关系：

上式可归纳为:

式中，表示向上取整，p的输出范围为0～100；

开启的风机同频运行，风机运行频率为：

步骤4、根据现已开启风机台数、需要的风机开启台数l和风机频率f_m协同控制风机的启停和变频器输出频率，启停风机的原则为：

原则1：在风机开启时，优先开启喷淋泵开启而对应风机未开启的风机，在风机关闭时，优先关闭冷却塔喷淋泵未开启对应的运行风机；

原则2：按照先进先出原则，优先开启运行时间较少的风机，关闭时优先关闭先运行的风机。

步骤5、计算检测的冷却塔出水温度T_pv与冷却塔设定温度T_set加喷淋偏移值T_δ的差值E_p，当差值E_p大于零时转至步骤6，否则转至步骤1；

步骤6、根据差值E_p，采用模糊控制器得出控制输出量d，进而通过喷淋泵控制器计算冷却塔的喷淋泵开启台数m和运行频率f_p，具体方法为：

设冷却塔有n台喷淋泵，喷淋泵正常工作频率下限为f₃Hz，正常工作频率上限为f₄Hz，不超过喷淋泵最高频率，频率变换系数为则：

喷淋泵控制输出量d和喷淋泵开启台数m的关系为：

上式可归纳为:

式中，表示向上取整，d的输出范围为0～100；

开启的喷淋泵同频运行，喷淋泵运行频率为：

步骤7、根据现已开启喷淋泵台数、需要的喷淋泵开启台数m和风机频率f_p协同控制喷淋泵的启停和变频器输出频率，喷淋泵启停的原则：

原则1：冷却塔喷淋泵开启时，优先开启风机运行而喷淋泵未开启的喷淋泵，在喷淋泵关闭时，优先关闭冷却塔风机未运行而喷淋泵开启的喷淋泵；

原则2：按照先进先出的原则，开启时，优先开启运行时间较少的喷淋泵，关闭时，优先关闭先运行的喷淋泵。

步骤8、重复步骤1-7，直至检测的冷却塔出水温度T_pv稳定在冷却塔设定温度T_set。

实施例1

本实施例中冷却塔有4台变频风机、4台变频喷淋，风机最高频率为50hz，正常工作频率30hz～48hz。冷却塔设定温度T_set为20℃，温度传感器采集冷却塔出水温度T_pv，则风机模糊控制器的输入为T_set和T_pv的差值。风机模糊控制器根据风机功率、频率以及冷却效率等规律，采用常用模糊控制器设计方法设计，输出范围0～100。喷淋泵最高频率为50hz，正常工作频率35hz～50hz。喷淋偏移温度值T_δ根据冷却水控制指标要求及喷淋泵特性确定，例中选取为2℃。喷淋模糊控制器的输入为T_set和喷淋偏移温度T_δ的和与T_pv的差值，喷淋模糊控制器根据喷淋功率、频率以及冷却效率等规律，采用常用模糊控制器设计方法设计，输出范围0～100。

综上所述，风机频率变换系数为喷淋频率变换系数为

当风机模糊控制器输出参数为p时，可得风机开启台数其中为向上取整。

风机频率值为延时5秒后以该频率启动l台风机。

当喷淋模糊控制器输出参数为d时，可得喷淋泵开启台数其中为向上取整。

喷淋泵频率值为喷淋泵延时30秒后开启。

在冷却塔风机开启时，优先开启喷淋开启而风机未开启的风机，在风机关闭时，优先关闭冷却塔喷淋未开启的运行风机，当不存在喷淋开启而风机未开启的风机时，优先开启运行时间较少的风机，关闭时优先关闭先开启的风机。

冷却塔喷淋开启时，优先开启风机开启而喷淋未开启的喷淋，在喷淋关闭时，优先关闭冷却塔风机未开启而喷淋开启的喷淋；当不存在风机运行而喷淋未开始时，优先开启运行时间较少的喷淋，关闭时，优先关闭先开启的喷淋。

现场控制结果如图5所示，温度波动小于±1℃，而传统控制冷却塔控制要求温度在25℃-32℃之间，可见本发明可以精确地控制冷却塔出水温度，波动范围小。

Claims (5)

1.冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、设定冷却塔的输出温度T_set和喷淋偏移值T_δ；

步骤2、检测冷却塔出水温度T_pv；

步骤3、根据检测的冷却塔出水温度T_pv与冷却塔设定温度T_set的差值E_T，采用模糊控制器得出控制输出量p，进而通过风机控制器计算冷却塔的风机开启台数l和运行频率f_m；

步骤4、根据现已开启风机台数、需要的风机开启台数l和风机频率f_m协同控制风机的启停和变频器输出频率；

步骤5、计算检测的冷却塔出水温度T_pv与冷却塔设定温度T_set加喷淋偏移值T_δ的差值E_p，当差值E_p大于零时转至步骤6，否则转至步骤1；

步骤6、根据差值E_p，采用模糊控制器得出控制输出量d，进而通过喷淋泵控制器计算冷却塔的喷淋泵开启台数m和运行频率f_p；

步骤7、根据现已开启喷淋泵台数、需要的喷淋泵开启台数m和风机频率f_p协同控制喷淋泵的启停和变频器输出频率；

步骤8、重复步骤1-7，直至检测的冷却塔出水温度T_pv稳定在冷却塔设定温度T_set。

2.根据权利要求1所述的冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法，其特征在于：步骤3根据风机控制输出量p确定冷却塔的风机开启台数l和运行频率f_m的具体方法为：

设冷却塔有n台风机，风机正常工作频率下限为f₁Hz，正常工作频率上限为f₂Hz，不超过风机最高频率，频率变换系数为则：

控制输出量p和风机开启台数l的关系：

式中，表示向上取整，p的输出范围为0～100；

开启的风机同频运行，风机运行频率为：

<mrow> <msub> <mi>f</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>p</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>l</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> </mrow> <mi>n</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>f</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>.</mo> </mrow>

3.根据权利要求1所述的冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法，其特征在于：步骤4启停风机的原则为：

原则1：在风机开启时，优先开启喷淋泵开启而对应风机未开启的风机，在风机关闭时，优先关闭冷却塔喷淋泵未开启对应的运行风机；

原则2：按照先进先出原则，优先开启运行时间较少的风机，关闭时优先关闭先运行的风机。

4.根据权利要求1所述的冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法，其特征在于：步骤6根据喷淋泵控制输出量d确定冷却塔的喷淋泵开启台数m和运行频率f_p的具体方法为：

设冷却塔有n台喷淋泵，喷淋泵正常工作频率下限为f₃Hz，正常工作频率上限为f₄Hz，不超过喷淋泵最高频率，频率变换系数为则：

喷淋泵控制输出量d和喷淋泵开启台数m的关系为：

式中，表示向上取整，d的输出范围为0～100；

开启的喷淋泵同频运行，喷淋泵运行频率为：

<mrow> <msub> <mi>f</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> </mrow> <mi>n</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>f</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>.</mo> </mrow>

5.根据权利要求1所述的冷却塔的多风机多喷淋协同模糊控制方法，其特征在于：步骤7喷淋泵启停的原则：

原则1：冷却塔喷淋泵开启时，优先开启风机运行而喷淋泵未开启的喷淋泵，在喷淋泵关闭时，优先关闭冷却塔风机未运行而喷淋泵开启的喷淋泵；

原则2：按照先进先出的原则，开启时，优先开启运行时间较少的喷淋泵，关闭时，优先关闭先运行的喷淋泵。