基于云端网络的工业循环水控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种工业循环水控制系统,应用于电气自控领域,具体为一种基于云端网络的工业循环水控制系统及其控制方法。
背景技术
现有的工业循环水控制系统一般采用水泵作为输送水的动力源,首先通过管道需经过若干道阀门将水输送到若干台精馏塔;通过管道的若干道阀门将水输送回到冷却塔;完成一个周期循环。
然而现场的工人一般不具有相对的文化程度,所以对于场地中工作的工业循环水控制系统只能起到看护的作用,更无法评判如何能够让工业循环水控制系统运行在最优桩体,而由于工程师无法一直看护在此场地,所以无法及时的了解到实时工况,故无法及时的对工业循环水控制系统进行监控和调整。
现有的工业循环水控制系统运行状态计算一般还是采用毛估的状态,根据各阀门的压力及对应出水口进水口的压力,了解工业循环水控制系统运行的大概状态,无法根据实际情况,使得工业循环水控制系统运行在最优状态。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于解决现有的工业循环水控制系统无法实现能耗的及时管控,使得资源浪费的问题。
技术方案:为实现本发明目的,提供了以下技术方案:
一种基于云端网络的工业循环水控制系统,包括循环水部、控制部及能够及时汇总信息的监控部,循环水部包括工业冷却塔,工业冷却塔的总出水管通过网络型智能泵连接到精馏塔对应的支出水管,精馏塔的支回水管合并后作为总回水管与工业冷却塔连接,控制部包括网络型能效控制柜和网络防爆型操作柱,网络型能效控制柜通过RS485连接光纤终端箱,同时通过动力电缆连接网络型智能泵,光纤终端箱通过RS485连接网络型RTU服务器,同时通过光纤连接工业循环水能效管理平台。
进一步地,所述监控部为电脑终端或手机终端。
工业循环水能效管理平台在工业循环水控制系统所在地,然而由于出差等情况,工程师需要查看工业循环水控制系统的实施工况就只能通过电脑终端或手机终端获取的云端数据来了解。
进一步地,网络型能效控制柜包括互相连接的网络型能效控制箱及变频柜。
有的单位其本身就具有变频柜,故可以选择只安装网络型能效控制箱以达到节约成本的目的。
进一步地,网络型能效控制箱通过RS485连接光纤终端箱,网络型能效控制箱可通过变频柜后再连接网络型智能泵,光纤终端箱通过RS485连接网络型RTU服务器,同时通过光纤连接工业循环水能效管理平台。
由于现实中一般不会仅采用一个网络型能效控制柜/箱,更多的,会需要至少两个或两个以上的网络型能效控制柜/箱实现对多个工业循环水系统进行控制及信息收集,RTU服务器的作用在于能够采集所有的网络型能效控制柜、网络型能效控制箱的数据形成集合,以便发送到云端,供工程师远程查看。
进一步地,在精馏塔的支回水管上有网络型压力传感器。
支出水管和支回水管均为直接与精馏塔连接的管道,支回水管上有网络型压力传感器能够实时的反馈工业循环水系统的实时运行工况,是否在可控的范围内。
进一步地,网络型智能泵、网络型压力传感器、网络型能效控制柜、网络型能效控制箱、网络防爆型操作柱和网络型RTU服务器均具有能够与云端进行信息交互的无线模块,网络型智能泵的出水口还具有出水口流量计,出水口流量计连接网络型智能泵的无线模块。
网络防爆型操作柱是能够在现场进行手工操作的操作柱,工业循环水能效管理平台能够便于在办公室或总控室的工程师进行查看和调节。
一种基于云端网络的工业循环水控制系统的控制方法,包括以下步骤:
1)网络型智能泵在流量计每变化一次后便将实时流量上传至云端,并同时将信号传递给网络型能效控制柜或网络型能效控制箱,网络型能效控制柜或网络型能效控制箱获取此时的电网频率并上传至云端与实时流量匹配;
2)控制部获取网络型智能泵额定工况下的水泵特性曲线,额定转速为m;
3)根据当前频率为f,转差率为s,通过当前频率计算当前转速:
n’为当前转速,单位r/min;f为当前频率,单位Hz;p为极对数;s为异步电机转差率;
4)计算网络型智能泵的转速变化,如下式:
5)当网络型智能泵的转速变化不大于±20%时,可使用网络型智能泵的比率定律求出该频率下的水泵特性曲线,过程如下:
式中,Q’为当前流量,Q为额定流量,n’为当前转速,n为额定转速,H’为当前扬程,H为额定扬程;
6)根据上述关系式计算当前频率下所对应的高效区间所对应的轴功率,计算公式如下:
式中,Q为当前流量,H为当前扬程,η为效率;
7)对网络型智能泵额定工况下的水泵特性曲线,根据Q与H按关系式进行曲线重绘;
8)用户根据具体系统运行的具体工况,通过监控部或工业循环水能效管理平台上显示的新的水泵特性曲线及对应的工况表格,可以判断是否通过调整网络型智能泵出水阀门以牺牲效率以达到低耗能的节能效果。
进一步地,精馏塔支回水管上的网络型压力传感器安装位置需在支回水管的最高点。
安装在最高点是为了检测负压,当存在负压值的时候表明系统就处于节能状态。
进一步地,所述步骤5)中,若当网络型智能泵的转速变化大于±20%时,调整网络型智能泵出水阀门,使网络型智能泵的转速变化稳定在±20%内。
有益效果:本发明与现有技术相比:
1、能够及时的通过监控端了解到系统的实时工况,以便了解系统实时的运行状态,进一步地,能够及时对系统进行维护和管控;
2、能够通过获取的各项系统参数值,计算得到各个状态下系统所运行的状态,使得能够调节网络型智能泵在所限范围内能够运行在最优状态下。
附图说明
图1为本发明循环水部的结构示意图;
图2为本发明控制部采用网络型能效控制柜的结构示意图;
图3为本发明控制部采用网络型能效控制柜的结构示意图;
图4为本发明监控部的示意图;
图5为本发明水泵特性曲Q与H按关系式进行曲线重绘的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式作详细阐述:
实施例1
如图1至图4所示,一种基于云端网络的工业循环水控制系统,包括循环水部、控制部及能够及时汇总信息的监控部,循环水部包括工业冷却塔1,工业冷却塔1的总出水管通过网络型智能泵7连接到精馏塔3对应的支出水管,精馏塔3的支回水管合并后作为总回水管与工业冷却塔1连接,控制部包括网络型能效控制柜4和网络防爆型操作柱5,网络型能效控制柜4通过RS485连接光纤终端箱6,同时通过动力电缆连接网络型智能泵7,光纤终端箱6通过RS485连接网络型RTU服务器8,同时通过光纤连接工业循环水能效管理平台9。
此处采用支回水管合并的论述是因为实际运用中一般会存在多个精馏塔,故将回水管和出水管均细分为总和支两个部分,以便区分。
监控部为电脑终端10或手机终端11。
工业循环水能效管理平台在工业循环水控制系统所在地,然而由于出差等情况,工程师需要查看工业循环水控制系统的实施工况就只能通过电脑终端或手机终端获取的云端数据来了解。
在精馏塔3的支回水管上有网络型压力传感器14。
支出水管和支回水管均为直接与精馏塔连接的管道,支回水管上有网络型压力传感器能够实时的反馈工业循环水系统的实时运行工况,是否在可控的范围内。
网络型智能泵7、网络型压力传感器14、网络型能效控制柜3、网络防爆型操作柱5和网络型RTU服务器8均具有能够与云端进行信息交互的无线模块,网络型智能泵7的出水口还具有出水口流量计(未图示),出水口流量计连接网络型智能泵7的无线模块。
网络防爆型操作柱是能够在现场进行手工操作的操作柱,工业循环水能效管理平台能够便于在办公室或总控室的工程师进行查看和调节。
实施例2
如图1至图4所示,一种基于云端网络的工业循环水控制系统,包括循环水部、控制部及能够及时汇总信息的监控部,循环水部包括工业冷却塔1,工业冷却塔1的总出水管通过网络型智能泵7连接到精馏塔3对应的支出水管,精馏塔3的支回水管合并后作为总回水管与工业冷却塔1连接,控制部包括网络防爆型操作柱5以及互相连接的网络型能效控制箱12和变频柜13,网络型能效控制箱12通过RS485连接光纤终端箱6,网络型能效控制箱12可通过变频柜13后再连接网络型智能泵7,光纤终端箱6通过RS485连接网络型RTU服务器8,同时通过光纤连接工业循环水能效管理平台9。
此处采用支回水管合并的论述是因为实际运用中一般会存在多个精馏塔,故将回水管和出水管均细分为总和支两个部分,以便区分。
监控部为电脑终端10或手机终端11。
工业循环水能效管理平台在工业循环水控制系统所在地,然而由于出差等情况,工程师需要查看工业循环水控制系统的实施工况就只能通过电脑终端或手机终端获取的云端数据来了解。
网络型能效控制柜4包括。
有的单位其本身就具有变频柜,故可以选择只安装网络型能效控制箱以达到节约成本的目的。
由于现实中一般不会仅采用一个网络型能效控制柜/箱,更多的,会需要至少两个或两个以上的网络型能效控制柜/箱实现对多个工业循环水系统进行控制及信息收集,RTU服务器的作用在于能够采集所有的网络型能效控制柜、网络型能效控制箱的数据形成集合,以便发送到云端,供工程师远程查看。
在精馏塔3的支回水管上有网络型压力传感器14。
支出水管和支回水管均为直接与精馏塔连接的管道,支回水管上有网络型压力传感器能够实时的反馈工业循环水系统的实时运行工况,是否在可控的范围内。
网络型智能泵7、网络型压力传感器14、网络型能效控制柜3、网络型能效控制箱12、网络防爆型操作柱5和网络型RTU服务器8均具有能够与云端进行信息交互的无线模块,网络型智能泵7的出水口还具有出水口流量计(未图示),出水口流量计连接网络型智能泵7的无线模块。
网络防爆型操作柱是能够在现场进行手工操作的操作柱,工业循环水能效管理平台能够便于在办公室或总控室的工程师进行查看和调节。
实施例3
一种基于云端网络的工业循环水控制系统的控制方法,包括以下步骤:
1)网络型智能泵在流量计每变化一次后便将实时流量上传至云端,并同时将信号传递给网络型能效控制柜或网络型能效控制箱,网络型能效控制柜或网络型能效控制箱获取此时的电网频率并上传至云端与实时流量匹配;
2)控制部获取网络型智能泵额定工况下的水泵特性曲线,额定转速为m;
3)根据当前频率为f,转差率为s,通过当前频率计算当前转速:
n’为当前转速,单位r/min;f为当前频率,单位Hz;p为极对数;s为异步电机转差率;
4)计算网络型智能泵的转速变化,如下式:
5)若当网络型智能泵的转速变化大于±20%时,调整网络型智能泵出水阀门,使网络型智能泵的转速变化稳定在±20%内,当网络型智能泵的转速变化不大于±20%时,可使用网络型智能泵的比率定律求出该频率下的水泵特性曲线,过程如下:
式中,Q’为当前流量,Q为额定流量,n’为当前转速,n为额定转速,H’为当前扬程,H为额定扬程;
6)根据上述关系式计算当前频率下所对应的高效区间所对应的轴功率,计算公式如下:
式中,Q为当前流量,H为当前扬程,η为效率;
表1原离心泵50Hz时特性曲线参数:
流量 |
扬程 |
效率 |
轴功率 |
0 |
56 |
0% |
0.0 |
100 |
57 |
30% |
51.8 |
200 |
58 |
40% |
79.0 |
400 |
59 |
45% |
142.9 |
800 |
60 |
75% |
174.4 |
900 |
59.4 |
79% |
184.4 |
1000 |
58 |
82% |
192.7 |
1100 |
54 |
81% |
199.8 |
1200 |
49 |
78% |
205.4 |
1300 |
42 |
71% |
209.6 |
1350 |
38 |
66% |
211.8 |
表245Hz时水泵特性曲线计算结果数据表如下:
7)对网络型智能泵额定工况下的水泵特性曲线,根据Q与H按关系式进行曲线重绘,如图5所示;
8)用户根据具体系统运行的具体工况,通过监控部或工业循环水能效管理平台上显示的新的水泵特性曲线及对应的工况表格,可以判断是否通过调整网络型智能泵出水阀门以牺牲效率以达到低耗能的节能效果。
根据上述情况,为保证母管压力到达4.0kg,为了保证电机不过流,在50Hz下满足该工况就需要憋阀运行,若此时功率在192.7kW则在高效区,流量约1000m3/h,扬程约58米,效率82%。
为了保证相同工况效果,我们可以降低频率运行,在45Hz下满足该工况无需憋阀运行,此时流量约990m3/h,扬程约43.7米,效率81%,功率只需要145.7kW。
同样,为了保证相同工况效果,我们可以降低频率运行,在43Hz下满足该工况无需憋阀运行,此时流量约946m3/h,扬程约40米,效率81%,功率只需要127.1kW。
精馏塔3支回水管上安装的网络型压力传感器14安装在支回水管的最高点。
安装在最高点是为了检测负压,当存在负压值的时候表明系统就处于节能状态。