CN107525430A - 一种冷却塔变频风机控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却塔变频风机控制系统及方法，所述系统包括变频控制模块、温度平衡室、温度采集组件、流量计和总冷却水泵，温度平衡室设置于出水管道上，温度采集组件设置于温度平衡室的出水口处和进水管道上，流量计与总冷却水泵依次连接，并设置于进水管道上；变频控制模块包括设置于冷却塔旁侧的变频控制柜和设置于冷却塔上的控制组件，控制组件的数量与冷却塔的数量匹配，控制组件控制风机，变频控制柜控制控制组件；所述方法包括：风机控制步骤和流量调节步骤，分别根据进出水温度差同时控制对应风机的工作频率，以及总冷却水泵和分冷却水泵的流量。与现有技术相比，本发明具有调节精确、调节效率高以及节省能源等优点。

Description

一种冷却塔变频风机控制系统及方法

技术领域

本发明涉及冷却塔控制领域，尤其是涉及一种冷却塔变频风机控制系统及方法。

背景技术

随着世界能源资源的紧张和全球气候变暖带来的环境压力的加大，节约能源，保护环境已经成为世界各国不可忽视的重大问题。中央空调系统的能耗占据了建筑物能耗的一半以上，其中风机等设备的能耗占据很大一部分。

以往风机的调节方法是通过设定冷却水进水温度值，控制器通过监测第一台启动风机的频率值，当达到50HZ时候启动另外一台风机；或者几台风机都是工频运行，当设定温度到达时停止风机，当水温升高超过设定温度时开启风机。2种方法都会造成风机频繁启停，冷却水进水温度控制精度不高、风机寿命降低，又使得风机的耗电量增大，制冷机组的效率降低。同时现有风机的控制大部分只考虑了温度的调节，而忽略了在循环过程中，流量过大而导致的控制效率降低的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种冷却塔变频风机控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种冷却塔变频风机控制系统，包括多个冷却塔，所述多个冷却塔的进水口与多个制冷机组冷凝器的出水口共同汇集成的出水管道连接，多个冷却塔的出水口与多个制冷机组冷凝器的进水口共同汇集成的进水管道连接，所述系统还包括变频控制模块、温度平衡室、温度采集组件、流量计和总冷却水泵，所述温度平衡室的进水口与出水管道连接，温度平衡室的出水口分别与多个冷却塔的进水口之间，所述温度采集组件设置于温度平衡室的出水口处和进水管道上，所述流量计与总冷却水泵依次连接，并设置于进水管道上；所述变频控制模块包括设置于冷却塔旁侧的变频控制柜和设置于冷却塔上的控制组件，所述控制组件的数量与冷却塔的数量匹配，所述控制组件分别与冷却塔内的风机和冷却塔的进水口连接，所述变频控制柜分别与温度采集组件、流量计、控制组件和总冷却水泵连接。

所述控制组件包括PLC控制器和电磁继电开关，所述电磁继电开关设置于冷却塔的进水口处，所述PLC控制器分别与变频控制柜、电磁继电开关和冷却塔内的风机连接。

所述温度采集组件包括冷却塔进水温度传感器和冷却塔出水温度传感器，所述冷却塔进水温度传感器设置于温度平衡室的出水口处，所述冷却塔出水温度传感器设置于进水管道上，所述冷却塔进水温度传感器和冷却塔出水温度传感器均与变频控制柜连接。

所述冷却塔进水温度传感器与温度平衡室的出水口之间的距离不小于出水管道管径值的5倍，所述冷却塔出水温度传感器与距离最近的制冷机组冷凝器的进水口之间的距离不大于进水管道管径值的5倍。

所述温度平衡室的进水口横截面积大于温度平衡室的出水口横截面积。

所述系统还设有分冷却水泵，所述分冷却水泵的数量与冷却塔的数量相匹配，所述分冷却水泵设置于冷却塔的出水口和总冷却水泵之间并与控制组件连接，所述流量计设置于分冷却水泵和总冷却水泵之间。

所述流量计为插入式电磁流量计。

一种冷却塔变频风机控制方法，所述方法包括：

风机控制步骤，变频控制柜根据冷却塔出水温度传感器测得的温度值，通过PID控制，同时调节对应的所有冷却塔内的风机的工作频率；

流量调节步骤，变频控制柜根据流量计采集的流量参数，分别控制总冷却水泵和PLC控制器进行流量调节。

所述风机控制步骤包括：

A1)变频控制柜根据当前季节和相应的制冷机组启动信号，确定待开启的冷却塔；

A2)变频控制柜向所有待开启的冷却塔对应的PLC控制器同时发送控制信号；

A3)接收到控制信号的PLC控制器同时控制对应的电磁继电开关闭合以及对应的冷却塔内的风机开启；

A4)变频控制柜向读取冷却塔出水温度传感器传递的出水温度实际值，求取出水温度实际值与出水温度设定值的差值，并判断所述差值是否小于设定阈值，若是则进入步骤A5)，若否则返回步骤A4)；

A5)变频控制柜根据步骤A4)得到的差值进行PID自动调节，同时向当前工作的所有冷却塔对应的PLC控制器发送控制信号；

A6)PLC控制器同时调节对应的冷却塔内的风机的工作频率，并返回步骤A4)。

所述流量调节步骤包括：

B1)变频控制柜读取流量计采集的流量参数值，并判断流量参数值是否超过设定阈值，若是则进入步骤B2)，若否则返回步骤B1)；

B2)变频控制柜控制总冷却水泵调节流量值至设定阈值，同时向当前工作的所有冷却塔对应的PLC控制器发送控制信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提出的控制系统，一方面设置了变频控制模块和温度采集组件，而变频模块中包括了变频控制柜和与冷却塔相对应的控制组件，通过变频控制模块对对应的控制组件发出控制信号，可以实现多个风机的同开同关以及同频调节，避免了依次控制风机启停而导致的风机寿命降低以及控制精度低的问题；另一方面通过流量计和总冷却水泵的设置，实现了循环水流量的控制，避免了流量过高而导致的无法高效的进行冷却，避免了能源浪费。

(2)控制组件包括PLC控制器和电磁继电开关，一方面PLC控制器可以根据变频控制柜的控制信号控制风机的频率从而调节降温效果，另一方面PLC控制器直接控制电磁继电开关的开闭避免水流向不工作的冷却塔，与手工开闭冷却塔相比，自动性能好且控制精确，便于操作。

(3)冷却塔进水温度传感器设置于温度平衡室的出水口处，温度平衡室的设置可以将所有经冷凝器出来的热水首先实现温度的平衡，避免进入各个冷却塔内的水的温度值具有差异，而导致变频控制柜无法对多个冷却塔进行同时的频率控制。

(4)冷却塔进水温度传感器与温度平衡室的出水口之间的距离不小于出水管道管径值的5倍，可以保证采集的进入冷却塔水的温度值是充分平均后的值，使得采集的值更为精确，冷却塔出水温度传感器与距离最近的制冷机组冷凝器的进水口之间的距离不大于进水管道管径值的5倍，使得采集的温度值更接近与进入冷凝器时的水温值，这个值的选取更为准确，可以提高控制精度。

(5)温度平衡室的进水口横截面积大于温度平衡室的出水口横截面积，可以保证在温度平衡室内的各个冷凝器的水实现了充分混合，从而保证后续控制的一致性。

(6)系统还设有分冷却水泵，可以对各个冷却塔的流量进行精确控制，控制更为准确，性能更好。

(7)采用插入式电磁流量计，可以实现流量计的随时插拔，便于寻找最优的流量监测位置，而且可以循环利用，节省成本。

(8)本发明提出的控制方法，既可以根据温度差值对多个风机实现同开同关，实现一致性的控制，从而避免风机的频繁启停，节省能源，延长风机的使用寿命，同时可以根据监测的流量控制循环过程中的流量值，避免由于流量过大而造成的能源浪费情况。

(9)在根据温度进行频率调节的过程中，采用PID控制，控制精度高，控制效果好。

附图说明

图1为冷却塔变频风机控制系统的结构示意图；

图2为风机控制步骤的流程图；

图3为流量调节步骤的流程图；

其中，1为制冷机组冷凝器，2为温度平衡室，3为冷却塔进水温度传感器，4为电磁继电开关，5为冷却塔，6为分冷却水泵，7为流量计，8为冷却塔出水温度传感器，9为总冷却水泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供了一种冷却塔变频风机控制系统，包括多个冷却塔5(冷却塔的数量根据实际情况确定)，多个冷却塔5的进水口与多个制冷机组冷凝器1(制冷机组冷凝器的数量也根据实际情况确定)的出水口共同汇集成的出水管道连接，多个冷却塔5的出水口与多个制冷机组冷凝器1的进水口共同汇集成的进水管道连接，系统还包括变频控制模块、温度平衡室2、温度采集组件、流量计7和总冷却水泵9，温度平衡室2的进水口与出水管道连接，温度平衡室2的出水口分别与多个冷却塔5的进水口之间，温度采集组件设置于温度平衡室2的出水口处和进水管道上，流量计7与总冷却水泵9依次连接，并设置于进水管道上；变频控制模块包括设置于冷却塔5旁侧的变频控制柜和设置于冷却塔5上的控制组件，控制组件的数量与冷却塔5的数量匹配，控制组件分别与冷却塔5内的风机和冷却塔5的进水口连接，变频控制柜分别与温度采集组件、流量计7、控制组件和总冷却水泵9连接。

其中，控制组件包括PLC控制器和电磁继电开关4，电磁继电开关4设置于冷却塔5的进水口处，PLC控制器分别与变频控制柜、电磁继电开关4和冷却塔5内的风机连接。温度采集组件包括冷却塔进水温度传感器3和冷却塔出水温度传感器8，冷却塔进水温度传感器3设置于温度平衡室2的出水口处，冷却塔出水温度传感器8设置于进水管道上，冷却塔进水温度传感器3和冷却塔出水温度传感器8均与变频控制柜连接。冷却塔进水温度传感器3与温度平衡室2的出水口之间的距离不小于出水管道管径值的5倍，冷却塔出水温度传感器8与距离最近的制冷机组冷凝器1的进水口之间的距离不大于进水管道管径值的5倍。温度平衡室2的进水口横截面积大于温度平衡室2的出水口横截面积。系统还设有分冷却水泵6，分冷却水泵6的数量与冷却塔5的数量相匹配，分冷却水泵6设置于冷却塔5的出水口和总冷却水泵9之间并与控制组件连接，流量计7设置于分冷却水泵6和总冷却水泵9之间。本实施例中，流量计7为插入式电磁流量计。

根据上述装置实现的一种冷却塔变频风机控制方法，包括：

风机控制步骤，变频控制柜根据冷却塔进水温度传感器3与冷却水出水温度传感器测得的温度差，通过PID控制，同时调节对应的所有冷却塔5内的风机的工作频率；

流量调节步骤，变频控制柜根据流量计7采集的流量参数，分别控制总冷却水泵9和PLC控制器进行流量调节。

其中，风机控制步骤包括：

A1)变频控制柜根据当前季节和相应的制冷机组启动信号，确定待开启的冷却塔5；

A2)变频控制柜向所有待开启的冷却塔5对应的PLC控制器同时发送控制信号；

A3)接收到控制信号的PLC控制器同时控制对应的电磁继电开关4闭合以及对应的冷却塔5内的风机开启；

A4)变频控制柜向读取冷却塔出水温度传感器传递的出水温度实际值，求取出水温度实际值与出水温度设定值的差值，并判断所述差值是否小于设定阈值，若是则进入步骤A5)，若否则返回步骤A4)(除此之外，也可以以冷却塔进水温度传感器传递的进水温度参数作为参考，适当调节出水温度设定值)；

A5)变频控制柜根据步骤A4)得到的差值进行PID自动调节，同时向当前工作的所有冷却塔5对应的PLC控制器发送控制信号；

A6)PLC控制器同时调节对应的冷却塔5内的风机的工作频率，并返回步骤A4)。

流量调节步骤包括：

B1)变频控制柜读取流量计7采集的流量参数值，并判断流量参数值是否超过设定阈值，若是则进入步骤B2)，若否则返回步骤B1)；

B2)变频控制柜控制总冷却水泵9调节流量值至设定阈值，同时向当前工作的所有冷却塔5对应的PLC控制器发送控制信号。

本实施例中，如图1所示，图中的冷却塔5中，最左侧的冷却塔的额定功率为30kW，其余均为55kW，在工作时，如果图中的制冷机组系列中开启了最左侧和最右侧的两台制冷机组，则变频控制柜控制从左至右共3台冷却塔同时工作，根据测得的进出水温度差来同时调节这3台冷却塔内风扇的工作频率；如果只开启中间的制冷机组，则对应最右侧两台冷却塔开启工作，同时控制这两台冷却塔实现同开同关，根据温度差来进行PID调节。

Claims (10)

1.一种冷却塔变频风机控制系统，包括多个冷却塔，所述多个冷却塔的进水口与多个制冷机组冷凝器的出水口共同汇集成的出水管道连接，多个冷却塔的出水口与多个制冷机组冷凝器的进水口共同汇集成的进水管道连接，其特征在于，所述系统还包括变频控制模块、温度平衡室、温度采集组件、流量计和总冷却水泵，所述温度平衡室的进水口与出水管道连接，温度平衡室的出水口分别与多个冷却塔的进水口之间，所述温度采集组件设置于温度平衡室的出水口处和进水管道上，所述流量计与总冷却水泵依次连接，并设置于进水管道上；所述变频控制模块包括设置于冷却塔旁侧的变频控制柜和设置于冷却塔上的控制组件，所述控制组件的数量与冷却塔的数量匹配，所述控制组件分别与冷却塔内的风机和冷却塔的进水口连接，所述变频控制柜分别与温度采集组件、流量计、控制组件和总冷却水泵连接。

2.根据权利要求1所述的冷却塔变频风机控制系统，其特征在于，所述控制组件包括PLC控制器和电磁继电开关，所述电磁继电开关设置于冷却塔的进水口处，所述PLC控制器分别与变频控制柜、电磁继电开关和冷却塔内的风机连接。

3.根据权利要求1所述的冷却塔变频风机控制系统，其特征在于，所述温度采集组件包括冷却塔进水温度传感器和冷却塔出水温度传感器，所述冷却塔进水温度传感器设置于温度平衡室的出水口处，所述冷却塔出水温度传感器设置于进水管道上，所述冷却塔进水温度传感器和冷却塔出水温度传感器均与变频控制柜连接。

4.根据权利要求3所述的冷却塔变频风机控制系统，其特征在于，所述冷却塔进水温度传感器与温度平衡室的出水口之间的距离不小于出水管道管径值的5倍，所述冷却塔出水温度传感器与距离最近的制冷机组冷凝器的进水口之间的距离不大于进水管道管径值的5倍。

5.根据权利要求1所述的冷却塔变频风机控制系统，其特征在于，所述温度平衡室的进水口横截面积大于温度平衡室的出水口横截面积。

6.根据权利要求1所述的冷却塔变频风机控制系统，其特征在于，所述系统还设有分冷却水泵，所述分冷却水泵的数量与冷却塔的数量相匹配，所述分冷却水泵设置于冷却塔的出水口和总冷却水泵之间并与控制组件连接，所述流量计设置于分冷却水泵和总冷却水泵之间。

7.根据权利要求1所述的冷却塔变频风机控制系统，其特征在于，所述流量计为插入式电磁流量计。

8.一种冷却塔变频风机控制方法，其特征在于，所述方法包括：

风机控制步骤，变频控制柜根据冷却塔出水温度传感器测得的温度值，通过PID控制，同时调节对应的所有冷却塔内的风机的工作频率；

流量调节步骤，变频控制柜根据流量计采集的流量参数，分别控制总冷却水泵和PLC控制器进行流量调节。

9.根据权利要求8所述的冷却塔变频风机控制方法，其特征在于，所述风机控制步骤包括：

A1)变频控制柜根据当前季节和相应的制冷机组启动信号，确定待开启的冷却塔；

A2)变频控制柜向所有待开启的冷却塔对应的PLC控制器同时发送控制信号；

A3)接收到控制信号的PLC控制器同时控制对应的电磁继电开关闭合以及对应的冷却塔内的风机开启；

A4)变频控制柜向读取冷却塔出水温度传感器传递的出水温度实际值，求取出水温度实际值与出水温度设定值的差值，并判断所述差值是否小于设定阈值，若是则进入步骤A5)，若否则返回步骤A4)；

A5)变频控制柜根据步骤A4)得到的差值进行PID自动调节，同时向当前工作的所有冷却塔对应的PLC控制器发送控制信号；

A6)PLC控制器同时调节对应的冷却塔内的风机的工作频率，并返回步骤A4)。

10.根据权利要求8所述的冷却塔变频风机控制方法，其特征在于，所述流量调节步骤包括：

B1)变频控制柜读取流量计采集的流量参数值，并判断流量参数值是否超过设定阈值，若是则进入步骤B2)，若否则返回步骤B1)；

B2)变频控制柜控制总冷却水泵调节流量值至设定阈值，同时向当前工作的所有冷却塔对应的PLC控制器发送控制信号。