CN109826064A - 一种高速公路服务区降温池系统的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速公路服务区降温池系统的控制系统。控制系统包括蓄水池水位控制模块、降温池水位控制模块和降温池温度控制模块，蓄水池水位控制模块包括蓄水池水位控制器，以及分别连接蓄水池水位控制器的蓄水池水位变送器和自来水补充调节阀；降温池水位控制模块包括降温池水位控制器，以及分别连接降温池水位控制器的降温池水位变送器和球阀；降温池温度控制模块包括降温池温度控制器，以及分别连接降温池温度控制器的降温池温度变送器和冷冻水调节阀。与现有技术相比，本发明能可靠实现高速公路服务区的降温池池水的水位和温度的自动控制的工艺流程，实现卡车轮胎的快速降温，充分利用LNG的气化冷能。

Description

一种高速公路服务区降温池系统的控制系统

技术领域

本发明涉及高速公路服务区降温池设计，尤其是涉及一种高速公路服务区降温池系统的控制系统。

背景技术

为保证夏季重型卡车的行车安全、预防刹车失灵，卡车需要在高速公路服务区的降温池进行轮胎的降温。如中国发明专利CN201710285885.8(基于LNG冷能利用与雨水回收的高速公路服务区降温池系统)中的降温池综合系统利用LNG气化过程产生的冷能提供高速公路服务区的卡车轮胎降温需要的冷量，用雨水和自来水补给降温池中直接接触卡车轮胎、帮助轮胎降温的降温池池水。

但是，当车辆经过降温池后，原有的降温池温度和水量必然会发生变化，而温度和水量的回复都需要一定的时间，且缺乏精确的控制，无法保证每次降温池都能够回复到最佳的温度和水量，对每一辆经过的卡车都实现良好的降温效果，并且，降温池中卡车经过的污水可能发生倒灌和阻塞，影响蓄水池的和连接管道的正常工作。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高速公路服务区降温池系统的控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高速公路服务区降温池系统的控制系统，所述降温池系统包括蓄水池、降温池和换热器，换热器和蓄水池均连接降温池，所述控制系统包括蓄水池水位控制模块、降温池水位控制模块和降温池温度控制模块，其中，

所述蓄水池水位控制模块包括蓄水池水位控制器，以及分别连接蓄水池水位控制器的蓄水池水位变送器和自来水补充调节阀，所述蓄水池水位变送器设置在蓄水池内，所述蓄水池水位控制器采用PI控制规律；

所述降温池水位控制模块包括降温池水位控制器，以及分别连接降温池水位控制器的降温池水位变送器和球阀，所述球阀设置在蓄水池和降温池的连接管道上，所述降温池水位变送器设置在降温池内，所述降温池水位控制器采用PI控制规律；

所述降温池温度控制模块包括降温池温度控制器，以及分别连接降温池温度控制器的降温池温度变送器和冷冻水调节阀，所述冷冻水调节阀设置在换热器和降温箱的连接管道上，所述降温池温度变送器设置在降温池内，所述降温池温度控制器采用PID控制规律。

进一步地，换热器还连接有储冷水箱，所述控制系统还包括冷冻水温度控制模块，该冷冻水温度控制模块包括冷冻水温度控制器，以及分别连接冷冻水温度控制器的冷冻水温度变送器和冷却管道调节阀，所述冷却管道调节阀设置在换热器和储冷水箱的连接管道上，所述冷冻水温度变送器设置在换热器连接降温池的出口处，所述冷冻水温度控制器采用PID控制规律。

进一步地，降温池水位控制器的设定值高于蓄水池水位控制器的设定值1～5cm。

进一步地，所述蓄水池和降温池的连接管道上设有止回阀。

进一步地，所述蓄水池和降温池的连接管道在降温池的出口处设有滤网。

进一步地，所述蓄水池一侧设有溢流堰式排水管。

进一步地，所述的蓄水池和降温池之间通过设置地下连通管道构成连通器结构。

进一步地，所述的换热器通过降温盘管连接降温池。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过蓄水池水位控制模块和降温池水位控制模块实现降温池和蓄水池两个水位的精确控制，用于保证降温池中直接冷却卡车轮胎的池水水位稳定在设定值，能够对每一辆卡车都实现良好的降温效果，并且进一步地能够针对不同的卡车调整特定的降温池水位实现个性化和精细化管理。

2、蓄水池设有溢流堰式排水管和自来水补充调节阀，当蓄水池的水量不足时，通过自来水调节阀给蓄水池补水，蓄水池的水位过高，蓄水池的雨水可从溢流堰式排水管排出；降温池与蓄水池连通，保证了降温池的水位稳定。

3、本发明通过降温池温度控制模块保持降温池水的温度恒定，通过改变换热器出口冷冻水的流量大小来实现控制要求。

4、当冷冻水流量改变时，换热器中循环的冷冻水需要的乙二醇(冷物料)提供的冷量也随之改变，即储冷水箱的输出量需要改变。因此，本发明通过冷冻水温度控制模块进一步地确保换热器出口的冷冻水温度不变，提高整体温度控制的稳定性。

5、蓄水池和降温池的连接管道上设有止回阀起到了防止降温池内的污水回流，影响蓄水池正常工作的作用，提高水位控制稳定性。

6、蓄水池和降温池的连接管道在降温池的出口处设有滤网，对卡车经过后，轮胎产生的污泥进行过滤，防止其堵塞管道。

附图说明

图1为蓄水池和降温池的结构示意图；

图2为蓄水池和降温池的俯视结构示意图；

图3为蓄水池水位控制模块的框图；

图4为降温池水位控制模块的框图；

图5为降温池温度控制模块和冷冻水温度控制模块的结构示意图；

图6为降温池温度控制模块的框图；

图7冷冻水温度控制系统的框图；

附图标记：1、蓄水池，2、降温池，3、换热器，4、储冷水箱，5、止回阀，6、滤网，7、溢流堰式排水管，11、蓄水池水位控制器，12、蓄水池水位变送器，13、自来水补充调节阀，21、降温池水位控制器，22、降温池水位变送器，23、球阀，31、降温池温度控制器，32、降温池温度变送器，33、冷冻水调节阀，41、冷冻水温度控制器，42、冷冻水温度变送器，43、冷却管道调节阀。

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。

本实施例提供了一种高速公路服务区降温池系统的控制系统，其基于的降温池系统如中国专利CN201710285885.8(基于LNG冷能利用与雨水回收的高速公路服务区降温池系统，简称降温池系统)所述。

该降温池系统利用LNG气化过程产生的冷能提供高速公路服务区的卡车轮胎降温需要的冷量，用雨水和自来水补给降温池中直接接触卡车轮胎、帮助轮胎降温的降温池池水。为可靠实现高速公路服务区的降温池池水的水位和温度的自动控制的工艺流程，实现卡车轮胎的快速降温，充分利用LNG的气化冷能。

如图1和图2所示，降温池系统包括蓄水池1和降温池2。蓄水池1和降温池2都位于地面以下，蓄水池1通过自来水补充调节阀13另接自来水补充系统，同时，蓄水池1还通过溢流堰式排水管7连接排水管网。自来水补充管路和排水管网均位于地面以下。蓄水池1和降温池2之间通过设置地下连通管道构成连通器结构。在蓄水池1和降温池2的连接管道上还设有止回阀5，连接管道在降温池2的出口处设有滤网6。

本实施例中服务区的降温池2大小为，水池宽5m，长25m，高0.8m。降温池2的池水水位一般为0.55～0.6m。降温池2池水的温度控制要求为：6、7、8月份为25℃；5、9月水温为20℃。考虑到卡车离开降温池2会带走少量水，夏季炎热造成的水分大量蒸发，因此在本实施例中的降温池2的水位设定值设为0.6m。因为降温池2的补水是通过连通器原理进行的，考虑水分在管路、阀门、滤网等各处的损耗，降温池水位控制器21的设定值一般高于蓄水池水位控制器11的设定值1～5cm，所以本实施例中蓄水池1的水位设定值为0.63m。

控制系统包括蓄水池水位控制模块和降温池水位控制模块，其中：

一、蓄水池水位控制模块

如图1和图3所示，蓄水池水位控制模块包括蓄水池水位控制器11，以及分别连接蓄水池水位控制器11的蓄水池水位变送器12和自来水补充调节阀13，所述蓄水池水位变送器12设置在蓄水池1内。

蓄水池1的水位设定值为0.63m。当实际水位h1<0.63m时，自来水补充调节阀13处于开状态，由自来水补充系统给蓄水池1补水。当实际水位0.63m<h1<0.65m时，自来水补充调节阀13的开度由蓄水池水位控制器11根据实际情况控制。当实际水位h1>＝0.65m时，自来水补充调节阀13处于关状态，蓄水池1的多余池水通过溢流堰式排水管7排出。

L1的水位设定值h1’为0.63m，偏差量为蓄水池1的水位的设定值与实际值之差，e1＝h1’-h1。蓄水池水位控制器11采用PI调节(比例积分调节)，其输入信号为e1，输出信号是自来水补充调节阀13的开度信号。自来水补充调节阀13接受蓄水池水位控制器11的控制信号并做出相应的动作，从而使得蓄水池1的水位稳定在设定值附近。

蓄水池水位变送器12的精度要求在±0.01m，可选用超声波水位计。

根据生产安全原则、工艺要求及介质特性，自来水补充调节阀13选用气开阀。

根据工艺规律和控制精度要求(±0.01m)，蓄水池水位控制器11采用PI控制规律；根据控制系统的负反馈原则，结合水位变送器、气开型调节阀及蓄水池特性，蓄水池水位控制器11应采用反作用，即当测量输入增加时，蓄水池水位控制器11的输出增大。

二、降温池水位控制模块

如图1和图4所示，降温池水位控制模块包括降温池水位控制器21，以及分别连接降温池水位控制器21的降温池水位变送器22和球阀23。所述球阀23设置在蓄水池1和降温池2的连接管道上，所述降温池水位变送器22设置在降温池2内。

降温池2的水位设定值设为0.6m。当实际水位h2<＝0.6m时，球阀23处于开状态，由蓄水池1的池水经球阀23、止回阀5给降温池2补水。当实际水位h2>0.6m时，球阀23处于关状态，停止补水动作。阀门的实际开度动作由降温池水位控制器21的控制信号决定。

L2的水位设定值h2’为0.6m，偏差量为降温池2的水位的设定值与实际值之差，e2＝h2’-h2。降温池水位控制器21采用PI调节，其输入信号为e2，输出信号是球阀23的开度信号。球阀23接受降温池水位控制器21的控制信号并做出相应的动作，从而使得降温池2的水位稳定在设定值附近。

降温池水位变送器22的精度要求在±0.01m，可选用超声波水位计。

根据生产安全原则、工艺要求及介质特性，球阀23选用气关式阀。

根据工艺规律和控制精度要求(±0.01m)，降温池水位控制器21采用PI控制规律；根据控制系统的负反馈原则，结合水位变送器、气关型球阀及降温池的特性，降温池水位控制器21应采用正作用，即当测量输入增加时，降温池水位控制器21的输出减小。

蓄水池水位控制模块的控制目标是保持蓄水池1水位稳定在设定值附近；降温池水位控制模块的控制目标是降温池2中直接冷却卡车轮胎的池水水位稳定在设定值。降温池2与蓄水池1连通。当蓄水池1的水量不足时，自来水补充系统会给蓄水池1补水，蓄水池1的水位过高，蓄水池的雨水可从溢流堰式雨水管排出。

本实施例的控制系统还包括降温池温度控制模块和冷却水温度控制模块。

三、降温池温度控制模块

如图5和图6所示，降温池温度控制模块包括降温池温度控制器31，以及分别连接降温池温度控制器31的降温池温度变送器32和冷冻水调节阀33，所述冷冻水调节阀33设置在换热器3和蓄水池1的连接管道上，所述降温池温度变送器32设置在降温池内。换热器3通过降温盘管连接降温池2，降温盘管设置在降温池2内，和降温池2内的池水进行热交换。

不同月份的温度要求不同，本实施例取25℃分析。降温池2的温度设定值T1’为25℃，偏差量为降温池2中水的温度的设定值与实际值之差，e3＝T1’-T1。降温池温度控制器31采用PID调节(比例-积分-微分调节)，其输入信号为e3，输出信号是冷冻水调节阀33的开度信号。冷冻水调节阀33接受降温池温度控制器31的控制信号并做出相应的动作，从而使得降温池2的温度稳定在设定值附近。当实际池水温度T1>＝25℃时，冷冻水调节阀33开大，当实际池水温度T1<25℃时，冷冻水调节阀33关小甚至关闭。

降温池温度变送器32的精度要求在±0.1℃，可选用铂电阻热电偶计。

根据生产安全原则、工艺要求及介质特性，冷冻水调节阀33选用气关式阀。

根据工艺规律和控制精度要求(±0.1℃)，降温池温度控制器31采用PID调节；根据控制系统的负反馈原则，结合温度变送器、气关型阀门及降温池的特性，降温池温度控制器31应采用反作用，即当测量输入增加时，降温池温度控制器31的输出减小。

四、冷冻水温度控制模块

如图5和图7所示，换热器3还连接有储冷水箱4，该储冷水箱内的介质是乙二醇，并且连接LNG冷能利用系统。本实施例控制系统还包括冷冻水温度控制模块，该冷冻水温度控制模块包括冷冻水温度控制器41，以及分别连接冷冻水温度控制器41的冷冻水温度变送器42和冷却管道调节阀43。所述冷却管道调节阀43设置在换热器3和储冷水箱4的连接管道上，所述冷冻水温度变送器42设置在换热器3的冷冻水出口处，所述冷冻水温度控制器41采用PID控制规律。

换热器3的冷冻水出口温度的设定值T2’为0℃，偏差量为换热器3的温度的设定值与实际值之差，e4＝T2’-T2。冷冻水温度控制器41采用PID调节，其输入信号为e4，输出信号是冷却管道调节阀43的开度信号。冷却管道调节阀43接收冷冻水温度控制器41的控制信号并做出相应的动作，从而使得换热器3的冷冻水出口的温度稳定在设定值附近。当实际冷冻水温度T1>＝0℃时，冷却管道调节阀43开大，当实际冷冻水温度T2<25℃时，冷却管道调节阀43关小甚至关闭。

冷冻水温度变送器42的精度要求在±0.1℃，可选用铂电阻热电偶计。

根据生产安全原则、工艺要求及介质特性，冷却管道调节阀43选用气关式阀。

根据工艺规律和控制精度要求(±0.1℃)，冷冻水温度控制器41采用PID调节；根据控制系统的负反馈原则，结合温度变送器、阀门及换热器的特性，冷冻水温度控制器41应采用反作用，即当测量输入增加时，冷冻水温度控制器41的输出减小。

降温池温度控制模块的控制目标是保持降温池水的温度恒定，通过改变冷冻水的流量大小来实现控制要求。当冷冻水流量改变时，换热器中循环的冷冻水需要的乙二醇(冷物料)提供的冷量也随之改变，即储冷水箱的输出量需要改变。因此，本发明通过冷冻水温度控制模块进一步地确保换热器出口的冷冻水温度不变，提高整体温度控制的稳定性。

对高速公路服务区降温池系统采用上述控制系统方案，可以可靠实现高速公路服务区的降温池池水的水位和温度的自动控制的工艺流程，实现卡车轮胎的快速降温，充分利用LNG的气化冷能，具有工程实施性和复制性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高速公路服务区降温池系统的控制系统，所述降温池系统包括蓄水池(1)、降温池(2)和换热器(3)，换热器(3)和蓄水池(1)均连接降温池(2)，其特征在于，所述控制系统包括蓄水池水位控制模块、降温池水位控制模块和降温池温度控制模块，其中，

所述蓄水池水位控制模块包括蓄水池水位控制器(11)，以及分别连接蓄水池水位控制器(11)的蓄水池水位变送器(12)和自来水补充调节阀(13)，所述蓄水池水位变送器(12)设置在蓄水池(1)内，所述蓄水池水位控制器(11)采用PI控制规律；

所述降温池水位控制模块包括降温池水位控制器(21)，以及分别连接降温池水位控制器(21)的降温池水位变送器(22)和球阀(23)，所述球阀(23)设置在蓄水池(1)和降温池(2)的连接管道上，所述降温池水位变送器(22)设置在降温池(2)内，所述降温池水位控制器(21)采用PI控制规律；

所述降温池温度控制模块包括降温池温度控制器(31)，以及分别连接降温池温度控制器(31)的降温池温度变送器(32)和冷冻水调节阀(33)，所述冷冻水调节阀(33)设置在换热器(3)和降温箱(2)的连接管道上，所述降温池温度变送器(32)设置在降温池内，所述降温池温度控制器(31)采用PID控制规律。

2.根据权利要求1所述的高速公路服务区降温池系统的控制系统，其特征在于，换热器(3)还连接有储冷水箱(4)，所述控制系统还包括冷冻水温度控制模块，该冷冻水温度控制模块包括冷冻水温度控制器(41)，以及分别连接冷冻水温度控制器(41)的冷冻水温度变送器(42)和冷却管道调节阀(43)，所述冷却管道调节阀(43)设置在换热器(3)和储冷水箱(4)的连接管道上，所述冷冻水温度变送器(42)设置在换热器(3)连接降温池(2)的出口处，所述冷冻水温度控制器(41)采用PID控制规律。

3.根据权利要求1所述的高速公路服务区降温池系统的控制系统，其特征在于，降温池水位控制器(21)的设定值高于蓄水池水位控制器(11)的设定值1～5cm。

4.根据权利要求1所述的高速公路服务区降温池系统的控制系统，其特征在于，所述蓄水池(1)和降温池(2)的连接管道上设有止回阀(5)。

5.根据权利要求1所述的高速公路服务区降温池系统的控制系统，其特征在于，所述蓄水池(1)和降温池(2)的连接管道在降温池(2)的出口处设有滤网(6)。

6.根据权利要求1所述的高速公路服务区降温池系统的控制系统，其特征在于，所述蓄水池(1)一侧设有溢流堰式排水管(7)。

7.根据权利要求1所述的高速公路服务区降温池系统的控制系统，其特征在于，所述的蓄水池(1)和降温池(2)之间通过设置地下连通管道构成连通器结构。

8.根据权利要求1所述的高速公路服务区降温池系统的控制系统，其特征在于，所述的换热器(3)通过降温盘管连接降温池(2)。