CN110514026A - 模块化工业冷却塔控制系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了模块化工业冷却塔控制系统，包括工业冷却塔，自工业冷却塔出水口接出的循环至精馏塔并回到工业冷却塔进水口的总水管，在总水管靠近工业冷却塔出水口的位置有信号采集探头，信号采集探头与控制计算部信息交互，控制计算部同时和位于工业冷却塔上方的风机以及可视化监控部信息交互。控制计算部包括进行控制计算的网络型工业冷却塔风机能效控制主柜、网络型工业冷却塔风机能效控制从柜和网络型工业冷却塔风机能效控制从箱及进行信息汇集的网络型双通道RTU服务器。本发明还公开了此种模块化工业冷却塔控制系统的工作方法。采用本发明的设计，能够适用所有的冷却塔风机控制，并对冷却塔风机进行实时调整，得到最优冷却塔风机运行方案。

Description

模块化工业冷却塔控制系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种工业冷却塔控制系统，应用于各生产行业的冷却塔风机控制系统，具体为一种模块化工业冷却塔控制系统及其工作方法。

背景技术

现有的工业冷却塔控制系统是用水作为循环冷却剂，从系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置；其冷是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置，以保证系统的正常运行。

然而现场的工业冷却塔控制系统普遍存在以下几个问题：冷却塔风机没有在冷却塔风电比高效区间运行，造成冷却塔风机既耗电又耗水，风量大造成冷却塔飘水；冷却塔控制系统根据环境及负载变化的情况多开一台或者少开一台，造成冷却塔之间有的有风，有的没风，造成混风，从而造成冷却塔混水，使得冷却塔冷却温度太高。在环境湿球一定的情况下，没有适当的调整冷却塔风机风量，造成能耗能浪费；冬天环境温度低于零下时，造成冷却塔结冰，影响冷却塔使用寿命。

现有的工业冷却塔控制系统一般还是采用人为参与控制的方法，根据天气和生产产能的变化调整冷却塔风机的开启数量，无法根据实际情况，使得工业冷却塔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冷却塔控制系统无法实现高效区间、节能、节水、增大冷却塔使用寿命的综合性环保管控的问题。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

模块化工业冷却塔控制系统，包括工业冷却塔，自工业冷却塔出水口接出的循环至精馏塔并回到工业冷却塔进水口的总水管，在总水管靠近工业冷却塔出水口的位置以及工业冷却塔进水口位置分别设有信号采集探头，信号采集探头与控制计算部信息交互，控制计算部同时和位于工业冷却塔上方的风机以及可视化监控部信息交互；控制计算部包括进行控制计算的网络型工业冷却塔风机能效控制主柜、网络型工业冷却塔风机能效控制从柜和网络型工业冷却塔风机能效控制从箱以及进行信息汇集的网络型双通道RTU服务器。

进一步地，网络型工业冷却塔风机能效控制从柜、网络型工业冷却塔风机能效控制从箱及网络型双通道RTU服务器通过双绞屏蔽线RVSP与网络型工业冷却塔风机能效控制主柜连接。

进一步地，网络型双通道RTU服务器及信号采集探头相互连接，以进行信息交互。

进一步地，信号采集探头至少包括温度采集探头和压力采集探头，且每种探头至少具有两个，互为备用。

一种模块化工业冷却塔控制系统地工作方法，包括以下步骤：

1)网络型工业冷却塔风机能效控制主柜获取预先设置的风机截至区温度D200(℃)，风机线性区温度D201(℃)，风机目标出水温度D202(℃)，风机饱和区温度D203(℃)，区间切换执行确认时间D204(min)，轮询温度变化周期时间D205(min)，饱和区最高频率D208(Hz)，线性区最低频率D215(Hz)和饱和区最低频率D216(Hz)；

2)信息采集探头实时获取工业冷却塔进水口和出水口的温度信息及压力信息并上传至网络型双通道RTU服务器；

3)网络型工业冷却塔风机能效控制主柜读取网络型双通道RTU服务器数据，通过网络型工业冷却塔风机能效控制主柜计算后，将计算结果共享至网络型工业冷却塔风机能效控制从柜及网络型工业冷却塔风机能效控制从箱；

4)网络型工业冷却塔风机能效控制主柜、网络型工业冷却塔风机能效控制从柜及网络型工业冷却塔风机能效控制从箱根据计算结果同时驱动不同冷却塔的风机作业的变更。

进一步地，所述步骤2)中，网络型双通道RTU服务器箱分别由A单元、B单元、A1至A4、B1至B4共10台RTU模块组成，分别对应于主信息总集、备用信息总集、回水压力主端口、回水温度主端口、出水压力主端口、出水温度主端口、回水压力备用端口、回水温度备用端口、出水压力备用端口和出水温度备用端口，回水压力主端口、回水温度主端口、出水压力主端口、出水温度主端口、回水压力备用端口、回水温度备用端口、出水压力备用端口和出水温度备用端口分别获取回水压力主探头、回水温度主探头、出水压力主探头、出水温度主探头、回水压力备用探头、回水温度备用探头、出水压力备用探头和出水温度备用探头的数据值，每个RTU模块还分别具有A1B1主端口和A2B2备用端口，A1至A4、B1至B4的所有A1B1主端口相互连接，并连接至A单元的A1B1主端口，A1至A4、B1至B4的A2B2备用端口相互连接，并连接至B单元的A1B1主端口，A单元的A1B1主端口和A2B2备用端口以及B单元的A1B1主端口和A2B2备用端口在当前单元相互连接，以进行当前单元的信息备份共享。

进一步地，所述步骤2)中，网络型双通道RTU服务器同时还检查信息采集探头是否存在信号缺失，具体包括以下步骤：

21)网络型双通道RTU服务器获取信息采集探头的数据值；

22)若数据值超出当前信息采集探头的上下限，则判定信息采集探头故障，启用互为备用的另一信息采集探头；

23)风机工作状态下，信息采集探头引入上一时间间隔的临时比对值Ti，实时测试值为Ti’，当时间t+1时，Ti’获取新的实施测试值，Ti值变为Ti’，当若数据值在300s内无变化，即Ti’＝Ti，判定信息采集探头故障，启用互为备用的另一信息采集探头；

24)当A2或A4或B2或B4RTU模块出现通讯中断时，则认定温度探头故障。

进一步地，所述步骤4)中，网络型工业冷却塔风机能效控制从柜及网络型工业冷却塔风机能效控制从箱根据计算结果同时驱动风机作业变更具体包括以下步骤：

41)设出水温度为To，风机模拟量计算输出值为OUT；

42)当出水温度To<风机截至区温度设置值D200，且区间切换执行确认时间D204达到设置值后，进入截至区，区间切换执行确认时间的目的在于确保出水温度确实低于D200而非临界状态；

43)进入截至区后，风机模拟量计算输出值OUT等于0，风机停止运行；

44)当出水温度To≥风机截至区温度设置值D200，且出水温度To<风机线性区温度设置值D201，则进入线性区；

45)进入线性区后，选择是否开启智能PID，若选择开启智能PID则根据恒温控制PID模型，当出水温度To>风机目标出水温度设置值D202，则风机模拟量计算输出值OUT逐渐上升，最高频率输出值不超过D216，当出水温度To<风机目标出水温度设置值D202，则风机模拟量计算输出值OUT逐渐下降，最低频率输出值不低于D215；

46)当轮询温度变化周期时间D205达到后，轮询温度变化周期时间前的出水温度To与当前出水温度To之间，温度环比增加、持平或者降低，当增加或者降低时依然以PID进行运行；

47)当温度持平时，则通过以下公式计算风机模拟量输出值OUT：

48)当出水温度To≥风机线性区温度设置值为D201，且出水温度To<风机饱和区温度设置值为D203，则进入饱和区；

49)进入饱和区后，当轮询温度变化周期时间D205达到后，轮询温度变化周期时间前的出水温度To与当前出水温度To之间，温度环比增加、持平或者降低；

50)当To温度环比增加时，则风机模拟量输出值OUT每次频率加1.5Hz，当To温度环比减小时，则风机模拟量输出值OUT每次频率减小1.5Hz运行；

51)当To温度环比持平时，则风机模拟量输出值OUT每次频率减小0.1Hz运行，当减小后To温度环比继续持平时，则继续减小，此时处于近湿球节能控制模式中；

52)当出水温度To>风机饱和区温度设置值为D203，且区间切换执行确认时间D204达到设置值后，进入饱和区；

53)进入饱和区后，风机模拟量计算输出值OUT等于50Hz，风机满频运行。

有益效果：本发明相对于现有技术：

采用本发明的设计，通过RTU逻辑关系的调整，节省了计算空间，使得能够采用更少的RTU实现对当前信息采集的反馈调节，同时引入了OUT函数，能够对风机的作业区间进行量化，适用于所有的冷却塔风机控制，并对冷却塔风机进行实时调整，得到最优冷却塔风机运行方案。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明RTU模块的逻辑关系示意图；

图3为本发明步骤4的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步地说明。

实施例1

如图1所示，模块化工业冷却塔控制系统，包括工业冷却塔1，自工业冷却塔1出水口接出的循环至精馏塔2并回到工业冷却塔1进水口的总水管3，在总水管3靠近工业冷却塔1出水口的位置以及工业冷却塔1进水口位置分别设有信号采集探头4，信号采集探头4与控制计算部信息交互，控制计算部同时和位于工业冷却塔上方的风机5以及可视化监控部(未图示)信息交互；控制计算部包括进行控制计算的网络型工业冷却塔风机能效控制主柜6、网络型工业冷却塔风机能效控制从柜7和网络型工业冷却塔风机能效控制从箱8以及进行信息汇集的网络型双通道RTU服务器9。

网络型工业冷却塔风机能效控制主柜、网络型工业冷却塔风机能效控制从柜及网络型工业冷却塔风机能效控制从箱分别连接至不同冷却塔的风机，单个网络型工业冷却塔风机能效控制主柜同一时间仅能驱动一台冷却塔的风机。

可视化监控部为能够和控制信息部的网络型工业冷却塔风机能效控制主柜进行无线信息交互的手机或电脑。

网络型工业冷却塔风机能效控制从柜7、网络型工业冷却塔风机能效控制从箱8及网络型双通道RTU服务器9通过双绞屏蔽线RVSP与网络型工业冷却塔风机能效控制主柜6连接。

网络型双通道RTU服务器9及信号采集探头4相互连接，以进行信息交互。

信号采集探头4至少包括温度采集探头和压力采集探头，且每种探头至少具有两个，互为备用。

实施例2

如图2和图3所示一种模块化工业冷却塔控制系统地工作方法，包括以下步骤：

1)网络型工业冷却塔风机能效控制主柜获取预先设置的风机截至区温度D200(℃)，风机线性区温度D201(℃)，风机目标出水温度D202(℃)，风机饱和区温度D203(℃)，区间切换执行确认时间D204(min)，轮询温度变化周期时间D205(min)，饱和区最高频率D208(Hz)，线性区最低频率D215(Hz)和饱和区最低频率D216(Hz)；

2)信息采集探头实时获取工业冷却塔进水口和出水口的温度信息及压力信息并上传至网络型双通道RTU服务器；

网络型双通道RTU服务器同时还检查信息采集探头是否存在信号缺失，具体包括以下步骤：

21)网络型双通道RTU服务器获取信息采集探头的数据值；

22)若数据值超出当前信息采集探头的上下限，则判定信息采集探头故障，启用互为备用的另一信息采集探头；

23)风机工作状态下，信息采集探头引入上一时间间隔的临时比对值Ti，实时测试值为Ti’，当时间t+1时，Ti’获取新的实施测试值，Ti值变为Ti’，当若数据值在300s内无变化，即Ti’＝Ti，判定信息采集探头故障，启用互为备用的另一信息采集探头；

24)当A2或A4或B2或B4RTU模块出现通讯中断时，则认定温度探头故障。

3)网络型工业冷却塔风机能效控制主柜读取网络型双通道RTU服务器数据，通过网络型工业冷却塔风机能效控制主柜计算后，将计算结果共享至网络型工业冷却塔风机能效控制从柜及网络型工业冷却塔风机能效控制从箱；

4)网络型工业冷却塔风机能效控制从柜及网络型工业冷却塔风机能效控制从箱根据计算结果同时驱动风机作业的变更。

具体包括以下步骤：

41)设出水温度为To，风机模拟量计算输出值为OUT；

42)当出水温度To<风机截至区温度设置值D200，且区间切换执行确认时间D204达到设置值后，进入截至区，区间切换执行确认时间的目的在于确保出水温度确实低于D200而非临界状态；

43)进入截至区后，风机模拟量计算输出值OUT等于0，风机停止运行；

44)当出水温度To≥风机截至区温度设置值D200，且出水温度To<风机线性区温度设置值D201，则进入线性区；

45)进入线性区后，选择是否开启智能PID，若选择开启智能PID则根据恒温控制PID模型，当出水温度To>风机目标出水温度设置值D202，则风机模拟量计算输出值OUT逐渐上升，最高频率输出值不超过D216，当出水温度To<风机目标出水温度设置值D202，则风机模拟量计算输出值OUT逐渐下降，最低频率输出值不低于D215；

46)当轮询温度变化周期时间D205达到后，轮询温度变化周期时间前的出水温度To与当前出水温度To之间，温度环比增加、持平或者降低，当增加或者降低时依然以PID进行运行；

47)当温度持平时，则通过以下公式计算风机模拟量输出值OUT：

48)当出水温度To≥风机线性区温度设置值为D201，且出水温度To<风机饱和区温度设置值为D203，则进入饱和区；

49)进入饱和区后，当轮询温度变化周期时间D205达到后，轮询温度变化周期时间前的出水温度To与当前出水温度To之间，温度环比增加、持平或者降低；

50)当To温度环比增加时，则风机模拟量输出值OUT每次频率加1.5Hz，当To温度环比减小时，则风机模拟量输出值OUT每次频率减小1.5Hz运行；

51)当To温度环比持平时，则风机模拟量输出值OUT每次频率减小0.1Hz运行，当减小后To温度环比继续持平时，则继续减小，此时处于近湿球节能控制模式中；

52)当出水温度To>风机饱和区温度设置值为D203，且区间切换执行确认时间D204达到设置值后，进入饱和区；

53)进入饱和区后，风机模拟量计算输出值OUT等于50Hz，风机满频运行。

网络型双通道RTU服务器箱分别由A单元、B单元、A1至A4、B1至B4共10台RTU模块组成，分别对应于主信息总集、备用信息总集、回水压力主端口、回水温度主端口、出水压力主端口、出水温度主端口、回水压力备用端口、回水温度备用端口、出水压力备用端口和出水温度备用端口，回水压力主端口、回水温度主端口、出水压力主端口、出水温度主端口、回水压力备用端口、回水温度备用端口、出水压力备用端口和出水温度备用端口分别获取回水压力主探头、回水温度主探头、出水压力主探头、出水温度主探头、回水压力备用探头、回水温度备用探头、出水压力备用探头和出水温度备用探头的数据值，每个RTU模块还分别具有A1B1主端口和A2B2备用端口，A1至A4、B1至B4的所有A1B1主端口相互连接，并连接至A单元的A1B1主端口，A1至A4、B1至B4的A2B2备用端口相互连接，并连接至B单元的A1B1主端口，A单元的A1B1主端口和A2B2备用端口以及B单元的A1B1主端口和A2B2备用端口在当前单元相互连接，以进行当前单元的信息备份共享。

Claims (8)

1.模块化工业冷却塔控制系统，包括工业冷却塔，自工业冷却塔出水口接出的循环至精馏塔并回到工业冷却塔进水口的总水管，其特征在于：在总水管靠近工业冷却塔出水口的位置以及工业冷却塔进水口位置分别设有信号采集探头，信号采集探头与控制计算部信息交互，控制计算部同时和位于工业冷却塔上方的风机以及可视化监控部信息交互；控制计算部包括进行控制计算的网络型工业冷却塔风机能效控制主柜、网络型工业冷却塔风机能效控制从柜和网络型工业冷却塔风机能效控制从箱以及进行信息汇集的网络型双通道RTU服务器。

2.根据权利要求1所述的模块化工业冷却塔控制系统，其特征在于：网络型工业冷却塔风机能效控制从柜、网络型工业冷却塔风机能效控制从箱及网络型双通道RTU服务器通过双绞屏蔽线RVSP与网络型工业冷却塔风机能效控制主柜连接。

3.根据权利要求1所述的模块化工业冷却塔控制系统，其特征在于：网络型双通道RTU服务器及信号采集探头相互连接，以进行信息交互。

4.根据权利要求1所述的模块化工业冷却塔控制系统，其特征在于：信号采集探头至少包括温度采集探头和压力采集探头，且每种探头至少具有两个，互为备用。

5.一种如权利要求1所述的模块化工业冷却塔控制系统地工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)网络型工业冷却塔风机能效控制主柜获取预先设置的风机截至区温度D200(℃)，风机线性区温度D201(℃)，风机目标出水温度D202(℃)，风机饱和区温度D203(℃)，区间切换执行确认时间D204(min)，轮询温度变化周期时间D205(min)，饱和区最高频率D208(Hz)，线性区最低频率D215(Hz)和饱和区最低频率D216(Hz)；

2)信息采集探头实时获取工业冷却塔进水口和出水口的温度信息及压力信息并上传至网络型双通道RTU服务器；

3)网络型工业冷却塔风机能效控制主柜读取网络型双通道RTU服务器数据，通过网络型工业冷却塔风机能效控制主柜计算后，将计算结果共享至网络型工业冷却塔风机能效控制从柜及网络型工业冷却塔风机能效控制从箱；

4)网络型工业冷却塔风机能效控制主柜、网络型工业冷却塔风机能效控制从柜及网络型工业冷却塔风机能效控制从箱根据计算结果同时驱动不同冷却塔的风机作业的变更。

6.根据权利要求5所述的模块化工业冷却塔控制系统地工作方法，其特征在于：所述步骤2)中，网络型双通道RTU服务器箱分别由A单元、B单元、A1至A4、B1至B4共10台RTU模块组成，分别对应于主信息总集、备用信息总集、回水压力主端口、回水温度主端口、出水压力主端口、出水温度主端口、回水压力备用端口、回水温度备用端口、出水压力备用端口和出水温度备用端口，回水压力主端口、回水温度主端口、出水压力主端口、出水温度主端口、回水压力备用端口、回水温度备用端口、出水压力备用端口和出水温度备用端口分别获取回水压力主探头、回水温度主探头、出水压力主探头、出水温度主探头、回水压力备用探头、回水温度备用探头、出水压力备用探头和出水温度备用探头的数据值，每个RTU模块还分别具有A1B1主端口和A2B2备用端口，A1至A4、B1至B4的所有A1B1主端口相互连接，并连接至A单元的A1B1主端口，A1至A4、B1至B4的A2B2备用端口相互连接，并连接至B单元的A1B1主端口，A单元的A1B1主端口和A2B2备用端口以及B单元的A1B1主端口和A2B2备用端口在当前单元相互连接，以进行当前单元的信息备份共享。

7.根据权利要求5或6所述的模块化工业冷却塔控制系统地工作方法，其特征在于：所述步骤2)中，网络型双通道RTU服务器同时还检查信息采集探头是否存在信号缺失，具体包括以下步骤：

21)网络型双通道RTU服务器获取信息采集探头的数据值；

22)若数据值超出当前信息采集探头的上下限，则判定信息采集探头故障，启用互为备用的另一信息采集探头；

23)风机工作状态下，信息采集探头引入上一时间间隔的临时比对值Ti，实时测试值为Ti’，当时间t+1时，Ti’获取新的实施测试值，Ti值变为Ti’，当若数据值在300s内无变化，即Ti’＝Ti，判定信息采集探头故障，启用互为备用的另一信息采集探头；

24)当A2或A4或B2或B4RTU模块出现通讯中断时，则认定温度探头故障。

8.根据权利要求3所述的模块化工业冷却塔控制系统地工作方法，其特征在于：所述步骤4)中，网络型工业冷却塔风机能效控制从柜及网络型工业冷却塔风机能效控制从箱根据计算结果同时驱动风机作业变更具体包括以下步骤：

41)设出水温度为To，风机模拟量计算输出值为OUT；

42)当出水温度To<风机截至区温度设置值D200，且区间切换执行确认时间D204达到设置值后，进入截至区，区间切换执行确认时间的目的在于确保出水温度确实低于D200而非临界状态；

43)进入截至区后，风机模拟量计算输出值OUT等于0，风机停止运行；

44)当出水温度To≥风机截至区温度设置值D200，且出水温度To<风机线性区温度设置值D201，则进入线性区；

45)进入线性区后，选择是否开启智能PID，若选择开启智能PID则根据恒温控制PID模型，当出水温度To>风机目标出水温度设置值D202，则风机模拟量计算输出值OUT逐渐上升，最高频率输出值不超过D216，当出水温度To<风机目标出水温度设置值D202，则风机模拟量计算输出值OUT逐渐下降，最低频率输出值不低于D215；

46)当轮询温度变化周期时间D205达到后，轮询温度变化周期时间前的出水温度To与当前出水温度To之间，温度环比增加、持平或者降低，当增加或者降低时依然以PID进行运行；

47)当温度持平时，则通过以下公式计算风机模拟量输出值OUT：

48)当出水温度To≥风机线性区温度设置值为D201，且出水温度To<风机饱和区温度设置值为D203，则进入饱和区；

49)进入饱和区后，当轮询温度变化周期时间D205达到后，轮询温度变化周期时间前的出水温度To与当前出水温度To之间，温度环比增加、持平或者降低；

50)当To温度环比增加时，则风机模拟量输出值OUT每次频率加1.5Hz，当To温度环比减小时，则风机模拟量输出值OUT每次频率减小1.5Hz运行；

51)当To温度环比持平时，则风机模拟量输出值OUT每次频率减小0.1Hz运行，当减小后To温度环比继续持平时，则继续减小，此时处于近湿球节能控制模式中；

52)当出水温度To>风机饱和区温度设置值为D203，且区间切换执行确认时间D204达到设置值后，进入饱和区；

53)进入饱和区后，风机模拟量计算输出值OUT等于50Hz，风机满频运行。