CN109116798A - 一种防止水冷系统管道凝露的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业用水循环系统技术领域，公开了一种防止水冷系统管道凝露的控制系统。具体结构为：温湿度传感器安装在控制系统的外部，检测环境温度与湿度并传输给PLC控制器，PLC控制器连接无功补偿水冷系统，无功补偿水冷系统顺序连接加热器、循环水泵、电动三通阀、供水温度传感器，加热器连接加热器控制回路再连接到PLC控制器，循环水泵连接循环水泵控制回路再连接到PLC控制器，电动三通阀连接电动三通阀控制回路再连接PLC控制器，供水温度传感器连接PLC控制器。本发明的技术方案能有效控制水冷系统的温度一直高于露点温度，且运行可靠，能保证无功补偿装置设备在复杂环境下良好运行。本发明还公开了一种防止水冷系统管道凝露的控制方法。

Description

一种防止水冷系统管道凝露的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工业用水循环系统技术领域，具体涉及一种防止水冷系统管道凝露的控制系统及方法。

背景技术

凝露是空气中湿度较大时发生的一种特有现象，当空气中的水蒸气达到饱和的程度时，在温度相对较低的物体上凝结，而形成小水珠。水冷系统用于无功补偿装置的冷却，设备都在高电压下运行，凝露对无功补偿装置的危害主要是容易形成腐蚀、短路与降低设备的绝缘性。

在无功补偿装置上形成的露水对无功补偿装置上的金属导电部位造成腐蚀，腐蚀较重或混入灰尘等其它杂质后易造成交直流短路接地，直流接地对无功补偿装置的稳定运行造成了极大的危害，实际运行经验表明直流接地多是有水附着在带电部位上造成。形成的露水会腐蚀机构内的金属部件，影响机构的使用寿命，甚至因锈蚀而造成机构卡涩，导致无功补偿装置在分合时机构不能运行到位，如果因此使得开关动静触头慢分慢合，则会酿成极大的电力事故，尤其是开关久未操作时锈蚀现象会更加严重。

高压室一般更注重通风，所以室内温湿度受室外环境影响较大，而柜内绝缘瓷瓶多没考虑防水性，在其上有露水的话会降低其绝缘性，甚至可能导致爬电或闪络现象，严重影响设备正常运行，尤其是有的设备处于停运状态，其内部温度更低，更易在其表面形成凝露，此时一旦送电则极易发生事故。

由于无功补偿装置在高电压下运行，要保证设备不被腐蚀、短路或绝缘性降低，首要要保证设备不凝露，需要控制水冷系统的温度，但在实际运行中，由于无法采集现场环境的露点温度参与水冷系统温度的连锁控制或露点温度计算不准确，进而影响无功补偿装置的安全运行。

因此，提供一种防止水冷系统管道凝露的控制方法，能计算设备安装环境中的露点温度，在水冷系统温度接近露点温度时对水冷系统进行温度补偿，调节水冷系统供水温，保证水冷系统能够提供源源不断的稳定的温度和流量的冷却水，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种防止水冷系统管道凝露的控制系统及方法。

本发明采用的技术方案如下：一种防止水冷系统管道凝露的控制系统，具体包括：PLC控制器，无功补偿水冷系统、电动三通阀及电动三通阀控制回路、电加热器及加热器控制回路、循环水泵及循环水泵控制回路、供水温度传感器、温湿度传感器，所述温湿度传感器安装在控制系统的外部，检测环境温度与湿度并传输给PLC控制器，所述PLC控制器连接无功补偿水冷系统，所述无功补偿水冷系统顺序连接加热器、循环水泵、电动三通阀、供水温度传感器，所述加热器连接加热器控制回路再连接到PLC控制器，所述循环水泵连接循环水泵控制回路再连接到PLC控制器，所述电动三通阀连接电动三通阀控制回路再连接PLC控制器，所述供水温度传感器连接PLC控制器。

进一步的，所述PLC控制器包括，

开关量输入模块，用于采集控制系统的开关量信号；

开关量输出模块，用于输出控制循环水泵、加热器、电动三通阀的控制信号与输出给被冷却的无功补偿装置的连锁信号；

模拟量输入模块，用于采集温湿度传感器、供水温度传感器、电动三通阀的开度信号；

模拟量输出模块，用于输出电动三通阀的控制信号，控制电动三通阀的开度；

通讯模块，具有RS485通讯接口，用于无功补偿水冷循环系统与无功补偿装置的通讯；

设置有露点计算模块的中央处理器，所述露点计算模块包括数据采集存储单元、露点温度计算单元和故障报警诊断单元；所述数据采集存储单元用于采集和处理供水温度传感器、温湿度传感器、电动三通阀的开度信号，并接受控制系统触摸屏上参数的设置与储存；所述露点温度计算单元用于计算系统的露点温度；其中环境湿度采用分段计算，环境湿度采集范围是0～100%，每5%为一段来计算相应的露点温度；环境温度同样也采用分段计算，环境温度采集范围是-10～50℃，每5℃为一段来对应每段环境湿度计算相应的露点温度，每一段的露点温度采用相邻点的平均值；所述故障报警诊断单用于检测供水温度传感器、温湿度传感器是否正常，供水温度是否接近露点、供水温度低于露点，电动三通阀故障、循环水泵故障。

进一步的，所述加热器至少一个，与加热器连接的加热器控制回路包含断路器和交流接触器，控制加热器的起停。

进一步的, 所述电动三通阀控制回路包括控制中间继电器,与电动三通阀反馈信号连锁控制。

进一步的, 所述循环水泵至少两台，一台为工作循环水泵,未工作的为备用循环水泵，所述循环水泵控制回路包括断路器、交流接触器、热继电器。

本发明还公开了一种防止水冷系统管道凝露的控制方法，具体包括以下过程：

PLC控制器检查无功补偿水冷系统的反馈信号是否符合要求，如果是启动无功补偿水冷系统，并延时启动一台循环水泵；

无功补偿水冷系统的模拟量模块采集供水温度信号和环境温度、湿度信号，调用露点温度计算模块的数据采集存储单元，将供水温度信号转化为供水温度传感器的量程的线性关系，将环境温度、湿度信号转化为温湿度传感器的量程的线性关系，进行数据的采集；

调用PLC控制器的露点温度计算单元，其中环境湿度采用分段计算，环境湿度采集范围是0～100%，每5%为一段来计算相应的露点温度；环境温度同样也采用分段计算，环境温度采集范围是-10～50℃，每5℃为一段来对应每段环境湿度计算相应的露点温度，每一段的露点温度采用相邻点的平均值；

供水温度接近露点的判断方法为：露点温度加上一安全值在与供水温度比较，若供水温度小于等于该值，则系统报出相应预警，同时参与加热器与电动三通阀的控制；供水温度低于露点的判断方法为：露点温度在与供水温度比较，若供水温度小于该值，则系统报出相应故障；

无功补偿水冷系统根据露点温度的报警值，自动调节电动三通阀的开度，根据供水温度的高低控制加热器，保证供水温度始终高于露点温度。

进一步的，所述的防止水冷系统管道凝露的控制方法，还包括电动三通阀故障判断过程：给定制与反馈至相差大于5%，供水温度高于全开温度或低于全关温度延时120S电动三通阀没有达到全开或全关，则判断出现故障。

进一步的，水冷系统根据压力、流量的运行情况，控制备用循环水泵与工作循环水泵的切换，若系统压力流量一直正常，则系统定时切换，切换时间设置为168h小时。

进一步的，水冷系统所有的状态、参数都会通过PLC控制器上的RS485通讯接口传输至无功补偿装置。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：通过温湿度传感器采集设备安装环境中的温度与湿度，通过露点温度计算单元计算实时的露点温度，露点温度与供水温度进行比较，判断系统是否接近露点温度，在用判断的结果来控制系统的加热器的起停与电动三通阀的开度，保证水冷系统的供水温度不低于露点温度，同时使无功补偿装置的管道不凝露；本发明结构简单，设计科学合理，能有效控制水冷系统的温度一直高于露点温度，且运行可靠，能保证无功补偿装置设备的良好运行；并且系统的维修、维护非常方便，工作性能优良，使用寿命长，能在复杂环境中长期稳定地运行。

附图说明

图1是本发明防止水冷系统管道凝露的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种防止水冷系统管道凝露的控制系统，具体包括：PLC控制器，无功补偿水冷系统、电动三通阀及电动三通阀控制回路、电加热器及加热器控制回路、循环水泵及循环水泵控制回路、供水温度传感器、温湿度传感器，所述温湿度传感器安装在控制系统的外部，检测环境温度与湿度并传输给PLC控制器，所述PLC控制器连接无功补偿水冷系统，所述无功补偿水冷系统顺序连接加热器、循环水泵、电动三通阀、供水温度传感器，所述加热器连接加热器控制回路再连接到PLC控制器，所述循环水泵连接循环水泵控制回路再连接到PLC控制器，所述电动三通阀连接电动三通阀控制回路再连接PLC控制器，所述供水温度传感器连接PLC控制器；PLC控制器可以为西门子S7-200 SMART PLC控制器。

优选地，PLC控制器安装在控制柜内部，所述PLC控制器包括，

开关量输入模块，用于采集控制系统的开关量信号；如：P01循环水泵过载、P01循环水泵运行、P02循环水泵故障、P02循环水泵运行，加热器故障、加热器运行等，包含PLC控制器给无功补偿水冷系统的控制信号，如：远程启动水冷系统、远程停止水冷系统、阀已投运；

开关量输出模块，用于输出控制循环水泵、加热器、电动三通阀的控制信号与输出给无功补偿装置的连锁信号；包含：水冷运行信号、水冷预警信号、水冷故障信号、请求停静止无功补偿水冷循环系统信号、静止无功补偿水冷循环系统掉电信号、允许上级断路器合闸信号、以及跳上级断路器信号；

模拟量输入模块，用于采集温湿度传感器、供水温度传感器、电动三通阀的开度信号；

模拟量输出模块，用于输出电动三通阀的控制信号，控制电动三通阀的开度；

通讯模块，具有RS485通讯接口，用于无功补偿水冷循环系统与无功补偿装置的通讯；通讯协议采用Modbus_RTU，并且无功补偿水冷系统做从站，电气控制系统做主站。

设置有露点计算模块的中央处理器，所述露点计算模块包括数据采集存储单元、露点温度计算单元和故障报警诊断单元；所述数据采集存储单元用于采集和处理供水温度传感器、温湿度传感器、电动三通阀的开度信号，并接受控制系统触摸屏上参数的设置与储存；所述露点温度计算单元用于计算系统的露点温度；其中环境湿度采用分段计算，湿度采集范围是0～100%，每5%为一段来计算相应的露点温度；环境温度同样也采用分段计算，环境温度采集范围是-10～50℃，每5℃为一段来对应每段环境湿度计算相应的露点温度，每一段的露点温度采用相邻点的平均值；（每段的露点计算温度采用“环境温度相对湿度露点对照表”相邻两点的温差相加除以2，得出两段之间的平均值，在进行计算，得出不同环境湿度与环境温度的露点温度。）

所述故障报警诊断单元用于检测供水温度传感器、温湿度传感器是否正常，供水温度是否接近露点、供水温度低于露点，电动三通阀故障、循环水泵故障。

控制系统的触摸屏用于进行控制系统的参数设置、数据显现及提供操作界面。至少包含以下界面：流程图画面，用于显示无功补偿水冷系统的系统图、指示无功补偿水环系统的运行状态、以及无功补偿水冷系统中各种传感器的参数显示；手动控制画面，包括手动启动和停止相应循环泵电机与加热器的按钮，以及指示运行状态的指示灯；参数设置画面，用于设置静止无功补偿水冷循环系统的运行参数与报警参数；报警画面，用于显示静止无功补偿水冷循环系统报警类型、报警时间，以及记录报警信息。

优选地，所述加热器至少一个，与加热器连接的加热器控制回路包含断路器和交流接触器，控制加热器的起停。

所述供水温度传感器、温湿度传感器均至少有一个，设置了相应的备用部件。所述温湿度传感器输出两路4～20mA信号，一路是环境温度一路是环境湿度，PLC控制器的模拟量模块采集该信号，在数据采集存储单元里转换为相应的温度与湿度。

所述电动三通阀均至少有一个，电动三通阀控制回路包括控制中间继电器,与电动三通阀反馈信号连锁控制。

所述循环水泵至少两台，一台工作,未工作的备用，所诉循环水泵控制回路包括断路器、交流接触器、热继电器。

优选地，所示防止水冷系统管道凝露的控制系统，还包括用于控制和保护的中间继电器、交流接触器、断路器和控制柜，所述PLC控制器、触摸屏、中间继电器、交流接触器、断路器设置在控制柜中。

所述防止水冷系统管道凝露的控制系统还包括故障报警诊断过程，故障报警诊断过程：所述供水温度传感器、温湿度传感器故障的检测有断线检测与传感器故障检测。所述电动三通阀故障判断过程为，给定值与反馈值相差大于5%，供水温度高于全开温度或低于全关温度延时120S电动三通阀没有达到全开或全关，则判断发生故障。

本发明基于上述防止水冷系统管道凝露的控制系统，还公开了一种防止水冷系统管道凝露的控制方法，具体包括以下过程：

启动前的准备过程：

（1）设置循环水泵热继电器的电流整定值，循环水泵的设置为：15.6A。

（2）系统上电，系统自检，如正常则无功补偿水冷系统可以正常启动。

一般来说，系统自检中，只要不出现致命错误（如压力太高、循环泵过载等），关键传感器正常（包括温度传感器、温湿度传感器），无功补偿水冷系统可以正常启动。

（3）预先设定好系统运行参数：循环泵切换的压力值（2bar）、循环泵切换的流量值（175L/min）、循环泵的切换时间（168h）、供水温度的上限（50℃）及上极限（53℃）、供水温度的下限（10℃）及下极限（5℃）、加热器的起（12℃）停（15℃）温度、三通阀的控制温度全开（28℃）全关（23℃）、接近露点的温度偏差（0.3℃）。该步骤设置一般在触摸屏的参数设置进行。

（4）在触摸屏的流程图画面选择水冷系统的操作模式为现场手动操作，点动循环水泵、电机的转向是否满足设计要求，若转向相反，则更改电机接线方式。

（5）水系统加水完成后，选择水冷系统控制方式为远方控制。

启动后的控制过程：

PLC控制器检查无功补偿水冷系统的反馈信号是否符合要求，如果是启动无功补偿水冷系统，并延时启动一台循环水泵，其中延时1S（1S起信号消抖，防止信号干扰，水冷系统误启动），延时（15S）检测系统的压力、流量。

水冷系统的模拟量模块采集供水温度4～20mA信号，调用数据采集存储单元，对应PLC的工程量为5530-27648，将该值转换为供水温度传感器的量程为-50～150℃的线性关系；模拟量模块采集环境温湿度的温度与湿度4～20mA信号，调用数据采集存储单元，对应环境温度PLC控制器的工程量为5530～27648，将该值转换为环境温度的量程为-10～50℃的线性关系，对应环境湿度PLC控制器的工程量为5530～27648，将该值转换为环境温度的量程为0～100%的线性关系；通过上述过程进行数据的采集。

数据采集完成后，调用PLC控制器的露点温度计算单元，采用分段式方法计算控制系统环境湿度，环境湿度采集范围为0～100%，每5%为一段来计算相应的露点温度，具体的，相应的湿度大于等于95%为第一段，湿度90%～95%为第二段，湿度85%～90%为第三段……；采用分段式方法计算控制系统环境温度，环境温度采集范围是-10～50℃，每5℃为一段来对应每段温度计算相应的露点温度；具体的，其中环境湿度采用分段计算，环境湿度采集范围是0～100%，每5%为一段来计算相应的露点温度；环境温度同样也采用分段计算，环境温度采集范围是-10～50℃，每5℃为一段来对应每段环境湿度计算相应的露点温度，每一段的露点温度采用相邻点的平均值。（每段的露点计算温度采用“环境温度相对湿度露点对照表”相邻两点的温差相加除以2得出两段之间的平均值，在进行计算，得出不同环境湿度与环境温度的露点温度。）

水温度接近露点的判断方法为：露点温度加上一安全值（该值在触摸屏上设置，参考值为0.3℃）在与供水温度比较，若供水温度小于等于该值，则系统报出相应预警，同时参与加热器与电动三通阀的控制；供水温度低于露点的判断方法为：露点温度在与供水温度比较，若供水温度小于该值，则系统报出相应报警；无功补偿水冷系统根据露点温度的报警值，自动调节电动三通阀的开度，根据供水温度的高低控制加热器，保证供水温度始终高于露点温度，使无功补偿装置不凝露。

系统循环调用故障报警诊断单元，检测以下情况：供水温度接近露点，供水温度低于露点，供水温度传感器故障，温湿度传感器故障、电动三通阀故障，循环水泵故障（如果有两个循环水泵，检测两个循环水泵故障），加热器故障报警等。供水温度传感器、温湿度传感器故障的检测有断线检测与传感器故障检测。电动三通阀故障判断过程为，给定制与反馈至相差大于5%，供水温度高于全开温度或低于全关温度延时120S电动三通阀没有达到全开或全关，则判断发生故障。

水冷系统根据压力、流量的运行情况，控制备用循环水泵与工作循环水泵的切换，若系统压力流量一直正常，则系统定时切换，切换时间一般设置为一周（168h）。

水冷系统所有的运行参数（温度、温湿度、露点温度、三通阀的开度）都能在触摸屏的流程图画面看到。水冷系统所有的报警信息都能在报警画面上看到并记录。

水冷系统所有的状态、参数都会通过PLC控制器上的RS485通讯接口传输至被冷却的无功补偿装置。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种防止水冷系统管道凝露的控制系统，其特征在于，具体包括：PLC控制器，无功补偿水冷系统、电动三通阀及电动三通阀控制回路、电加热器及加热器控制回路、循环水泵及循环水泵控制回路、供水温度传感器、温湿度传感器，所述温湿度传感器安装在控制系统的外部，检测环境温度与湿度并传输给PLC控制器，所述PLC控制器连接无功补偿水冷系统，所述无功补偿水冷系统顺序连接加热器、循环水泵、电动三通阀、供水温度传感器，所述加热器连接加热器控制回路再连接到PLC控制器，所述循环水泵连接循环水泵控制回路再连接到PLC控制器，所述电动三通阀连接电动三通阀控制回路再连接PLC控制器，所述供水温度传感器连接PLC控制器。

2.如权利要求1所述的防止水冷系统管道凝露的控制系统，其特征在于，所述PLC控制器包括，

开关量输入模块，用于采集控制系统的开关量信号；

开关量输出模块，用于输出控制循环水泵、加热器、电动三通阀的控制信号与输出给被冷却的无功补偿装置的连锁信号；

模拟量输入模块，用于采集温湿度传感器、供水温度传感器、电动三通阀的开度信号；

模拟量输出模块，用于输出电动三通阀的控制信号，控制电动三通阀的开度；

通讯模块，具有RS485通讯接口，用于无功补偿水冷循环系统与无功补偿装置的通讯；

设置有露点计算模块的中央处理器，所述露点计算模块包括数据采集存储单元、露点温度计算单元和故障报警诊断单元；所述数据采集存储单元用于采集和处理供水温度传感器、温湿度传感器、电动三通阀的开度信号，并接受控制系统触摸屏上参数的设置与储存；所述露点温度计算单元用于计算系统的露点温度；其中环境湿度采用分段计算，环境湿度采集范围是0～100%，每5%为一段来计算相应的露点温度；环境温度同样也采用分段计算，环境温度采集范围是-10～50℃，每5℃为一段来对应每段环境湿度计算相应的露点温度，每一段的露点温度采用相邻点的平均值；所述故障报警诊断单用于检测供水温度传感器、温湿度传感器是否正常，供水温度是否接近露点、供水温度低于露点，电动三通阀故障、循环水泵故障。

3.如权利要求2所述的防止水冷系统管道凝露的控制系统，其特征在于，所述加热器至少一个，与加热器连接的加热器控制回路包含断路器和交流接触器，控制加热器的起停。

4.如权利要求3所述的防止水冷系统管道凝露的控制系统，其特征在于， 所述电动三通阀控制回路包括控制中间继电器,与电动三通阀反馈信号连锁控制。

5.如权利要求4所述的防止水冷系统管道凝露的控制系统，其特征在于， 所述循环水泵至少两台，一台为工作循环水泵,未工作为备用循环水泵。

6.如权利要求5所述的防止水冷系统管道凝露的控制系统，其特征在于，还包括用于控制和保护的中间继电器、交流接触器、断路器和控制柜，所述PLC控制器、触摸屏、中间继电器、交流接触器、断路器设置在控制柜中。

7.一种防止水冷系统管道凝露的控制方法，其特征在于，具体包括以下过程：

PLC控制器检查无功补偿水冷系统的反馈信号是否符合要求，如果是启动无功补偿水冷系统，并延时启动一台循环水泵；

无功补偿水冷系统的模拟量模块采集供水温度信号和环境温度、湿度信号，调用露点温度计算模块的数据采集存储单元，将供水温度信号转化为供水温度传感器的量程的线性关系，将环境温度、湿度信号转化为温湿度传感器的量程的线性关系，进行数据的采集；

调用PLC控制器的露点温度计算单元，其中环境湿度采用分段计算，环境湿度采集范围是0～100%，每5%为一段来计算相应的露点温度；环境温度同样也采用分段计算，环境温度采集范围是-10～50℃，每5℃为一段来对应每段环境湿度计算相应的露点温度，每一段的露点温度采用相邻点的平均值；

对比供水温度和露点温度：供水温度接近露点的判断：露点温度加上一安全值在与供水温度比较，若供水温度小于等于该值，则系统报出相应预警，同时参与加热器与电动三通阀的控制；供水温度低于露点的判断：露点温度在与供水温度比较，若供水温度小于该值，则系统报出相应故障；

无功补偿水冷系统根据露点温度的报警值，自动调节电动三通阀的开度，根据供水温度的高低控制加热器，保证供水温度始终高于露点温度。

8.如权利要求7所述的防止水冷系统管道凝露的控制方法，其特征在于，还包括电动三通阀故障判断过程：给定制与反馈至相差大于5%，供水温度高于全开温度或低于全关温度延时120S电动三通阀没有达到全开或全关，则判断出现故障。

9.如权利要求8所述的防止水冷系统管道凝露的控制方法，其特征在于，水冷系统根据压力、流量的运行情况，控制备用循环水泵与工作循环水泵的切换，若系统压力流量一直正常，则系统定时切换，切换时间设置为168h小时。

10.如权利要求9所述的防止水冷系统管道凝露的控制方法，其特征在于，水冷系统所有的状态、参数都会通过PLC控制器上的RS485通讯接口传输至无功补偿装置。