CN120084150A - 高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却设备技术领域，提出了高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统及其控制方法，包括：风机，其安装在复合型冷却设备的顶部位置，用于提供气流以实现设备的强制换热；数据采集模块，用于采集设备运行过程中的关键参数信息；其包括有用于检测风机在运行过程中振动状况的振动监测模块；导流调节模块，设置于设备侧壁上下两处位置，用于实现气流通道的开启、关闭及风量调节；本发明通过预设程序将高效复合型冷却设备运行工况分为不同模式，在外界条件发生变化时，利用可编程逻辑控制器对高效复合型冷却设备各部件运行状态进行实时调节控制，从而实现高效复合型冷却设备在无人操作的情况下能够满足需求下的正常工作，实现智能化运行。

Description

高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于冷却设备技术领域，具体涉及高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统及其控制方法。

背景技术

冷却（凝）设备是广泛应用于工业冷却技术领域的重要基础设备，也是工业冷却系统中耗能、耗水较高的设备。高效复合型冷却（凝）设备是以蒸发冷为主体的蒸发式换热与余能再利用的辅助式空冷等换热方式的优化组合，利用一项动力完成两项或多项任务，具有节能、节水、占地面积小、投资成本低等优势，适用于石油、化工、冶金、制冷、电力等行业中各种工艺介质的冷凝冷却。目前，高效复合型冷却（凝）设备通常借助变频器控制终端温度，随着变频频率降低，设备整体风量大幅缩减，极大限制了设备的整体效能。同时，蒸发段换热能力在气温降低时提升幅度约为1-50倍，而空冷段换热能力的提升幅度约为1-3倍，系统难以根据外界气温变化对终端温度进行精准调控，极易出现过冷现象。具体问题如下：

1、工艺设备冷却（凝）终端温度难调控；

2、单一冷却（凝）模式无法适应多变环境，导致能效波动；

3、系统缺乏对水耗、能耗的实时追踪及优化分析；

4、人工调节滞后、难以实现工艺稳定性；

5、设备规模化后巡检体量大、维修难度大。

发明内容

本发明提供了高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统，用以解决背景技术中提到的现有复合型冷却设备存在温度难以调控、无法适应多变环境、数据无法实时追踪的问题。

本发明所采用的技术方案是：高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统，包括：

风机，其安装在复合型冷却设备的顶部位置，用于提供气流以实现设备的强制换热；

数据采集模块，用于采集设备运行过程中的关键参数信息；其包括有用于检测风机在运行过程中振动状况的振动监测模块；

导流调节模块，设置于设备侧壁上下两处位置，用于实现气流通道的开启、关闭及风量调节，以适配不同运行工况下的换热需求；

控制模块，控制模块与风机、导流调节模块和数据采集模块之间通过电信号连接，用于接收数据采集模块所采集的设备运行参数，并基于预设的控制策略输出控制指令，调节风机的转速及导流调节模块的通风状态，以实现对冷却气流量和流动路径的精准控制，从而维持冷却设备的工艺出口温度稳定运行；

人机交互界面，与控制模块连接，用于展示设备运行状态并实现参数设定；

移动终端通信模块，用于将控制模块与手机APP连接，通过手机APP远程查看运行状态、设定运行参数、控制设备启停及接收报警信息。

所述振动监测模块为振动变送器或振动传感器，其安装在风机侧面。

所述数据采集模块还包括：

工艺介质流量计，用于监测工艺介质在设备内部流动的流量大小；

温湿度传感器，其设有多个，用于监测设备内部和外部环境的实时温、湿度值，以及监测经过冷却后的工艺介质温度值；

补水流量计，连接在设备循环水箱的补水管上，用以监测补水时的管道流量大小；

排污流量计，连接在设备排污管道上，用以监测排污过程中的管道流量大小。

所述导流调节模块为安装在设备上的电动式百叶窗或气动式百叶窗。

所述还包括喷淋模块，其包括有水泵电机，水泵电机与控制模块相连，用于通过控制模块来控制水泵电机启闭。

所述控制模块为可编程逻辑控制器，其包括：

状态分析模块，用于对采集到的基本数据进行分析，并评估系统是否处于正常运行状态；

数据存储模块，用于对采集到的实时数据进行存储；

网络通信模块，用于与人机交互界面、移动终端通信模块实现信息传递；

费用计量模块，用于将数据采集模块所采集的数据进行分析与处理，生成设备运行过程中产生的总费用，并与预设费用进行对比。

本申请还提供上述的高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、由数据采集模块采集设备运行过程中的关键参数信息，所述关键参数信息包括风机振动信息、工艺介质流量信息、温湿度信息、补水流量信息及排污流量信息，并将所采集的信息传输至控制模块；

步骤二、控制模块接收所述关键参数信息，并通过状态分析模块进行分析判断，识别系统当前运行状态是否正常；

步骤三、控制模块基于预设的控制策略，自动输出控制指令，以调节风机的转速以及导流调节模块的通风状态，实现对设备内部冷却气流量和气流路径的动态调节，从而使工艺出口温度维持在设定值范围内。

所述步骤三中，还包括：

控制模块根据控制过程中的运行数据，通过数据存储模块进行实时记录，并由费用计量模块进行费用核算；

控制模块通过网络通信模块与人机交互界面及移动终端通信模块进行数据交互，使操作人员能够在本地或远程通过人机交互界面或手机APP查看设备运行状态、设定运行参数、接收报警信息及控制设备启停。

当控制模块识别出系统状态异常或参数超限，则向人机交互界面和移动终端发送报警信息，并自动执行相应的安全控制逻辑，包括降低风机转速、调整百叶窗开度或停止喷淋。

步骤三中，控制模块基于预设的控制策略包括：

当环境温度处于设定停水温度与设计温度之间时，进入风水联合运行模式，自动调节喷淋水泵、风机及上下百叶窗的运行参数，并基于实时数据动态优化运行状态；

当环境温度处于设定防冻温度与停水温度之间时，进入停水运行模式，关闭喷淋水泵，并根据环境温度调节风机频率与百叶窗开度；

当环境温度低于设定防冻温度时，进入防冻运行模式，关闭风机与进风窗，避免设备冻损；

当环境温度高于设计温度时，进入强化蒸发冷运行模式，关闭下方百叶窗、开启上方百叶窗并提升风机频率，以增强冷却效果。

本发明的有益效果为：

本发明通过预设程序将高效复合型冷却设备运行工况分为不同模式，在外界条件发生变化时，利用可编程逻辑控制器对高效复合型冷却设备各部件运行状态进行实时调节控制，从而实现高效复合型冷却设备在无人操作的情况下能够满足需求下的正常工作，实现智能化运行；该控制方法不仅可以实现设备智能化运行模式的选择，同时实现了设备输出与实际冷却需求的精准匹配，避免了设备的无效能耗，提高了能源利用率；此外，本发明还具备蒸发水量冷凝回收能力、泄露报警、故障预警、运行状况可视化等功能。

附图说明

图1为本发明的系统流程图；

图2为本发明的控制方法流程图；

图3为本发明高效复合型冷却设备的结构简图。

其中：

1、风机；2、干式空冷单元；3、电动式百叶窗；4、收水装置；5、喷淋管；6、蒸发式冷却单元；7、循环水箱；8、水泵电机；9、介质导出管；10、介质导入管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图所示，本实施例是基于高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统，其中，这种高效复合型冷却设备的结构主要包括有外壳体，外壳体内部自上而下依次设有风机1、干式空冷单元2、收水装置4、喷淋管5、蒸发式冷却单元6和循环水箱7，工艺介质从介质导入管10进入干式空冷单元2，干式空冷单元2与蒸发式冷却单元6相互连通，构成复合式换热通道。

风机1设置于外壳体顶部，用于引导空气自下而上流动，实现强制通风换热；干式空冷单元2为翅片管结构，通过空气流动实现工作介质的初步冷却；蒸发式冷却单元6为盘管结构，并与喷淋管5配合使用，通过水雾蒸发吸热进一步降低介质温度；介质依次经过干式空冷单元2和蒸发式冷却单元6后由介质导出管9排出。

收水装置4位于干式空冷单元2与蒸发式冷却单元6之间，用于分离湿空气中的液态水滴，防止水分被携带至干冷段，降低腐蚀及结垢风险。外壳体侧壁设置有上下两组电动式百叶窗3，上组位于干冷段与收水装置4之间，下组位于蒸发式冷却段及循环水箱7周围，用于调节空气流动路径及进风量，配合内部新风通道，可实现冷、热气流混合以加速水雾凝结，提升除湿和节水效果。

其中，喷淋管5水平布置，连接循环水箱7，并通过水泵电机8控制喷淋量，实现对蒸发式冷却单元6的均匀喷洒。

上述高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统包括：

风机1，其安装在复合型冷却设备的顶部位置，用于提供气流以实现设备的强制换热。

数据采集模块，用于采集设备运行过程中的关键参数信息；其包括有用于检测风机1在运行过程中振动状况的振动监测模块，该振动监测模块为振动变送器或振动传感器（还可以是加速度传感器或位移传感器等），安装于风机1侧面位置，以识别潜在故障；此外，该数据采集模块还包括：

工艺介质流量计，用于监测工艺介质在设备内部流动的流量大小，判断实际冷却负荷；

温湿度传感器，其设有多个，可设置于设备内部、进风口、出风口、介质导出管9以及设备外壁位置，用于监测设备内部和外部环境的实时温、湿度值，以及监测经过冷却后的工艺介质温度值；

补水流量计，连接在设备循环水箱7的补水管上，用以监测补水时的管道流量大小；

排污流量计，连接在设备排污管道上，用以监测排污过程中的管道流量大小。

导流调节模块，设置于设备侧壁上下两处位置，用于实现气流通道的开启、关闭及风量调节，以适配不同运行工况下的换热需求，该模块为电动式百叶窗3或气动式百叶窗结构，根据控制指令实现角度调节，进而灵活改变风量及气流路径，以适应不同环境温湿度及冷却负荷需求。

喷淋模块，其包括有水泵电机8，水泵电机8与控制模块相连，用于通过控制模块来控制水泵电机8启闭。

控制模块，为可编程逻辑控制器，通过电信号与风机1、导流调节模块、喷淋模块和数据采集模块连接，用于接收数据采集模块所采集的设备运行参数，并基于预设的控制策略输出控制指令，调节风机1的转速、水泵电机8工作转速和导流调节模块的通风状态，以实现对冷却气流量和流动路径的精准控制，从而维持冷却设备的工艺出口温度稳定运行；该控制模块具体包括：

状态分析模块，用于对采集到的基本数据进行分析，并评估系统是否处于正常运行状态；

数据存储模块，用于对采集到的实时数据进行存储和归档，以支持后期的数据调取与分析；

网络通信模块，用于与人机交互界面、移动终端通信模块实现信息传递；

费用计量模块，用于将数据采集模块所采集的数据进行分析与处理，生成设备运行过程中产生的总费用，并与预设费用进行对比。

还包括人机交互界面，与控制模块相连接，用于图形化展示系统运行状态、报警信息、历史数据及能效分析结果，支持运行参数设定与控制命令输入，便于操作人员本地管理系统运行。

还包括移动终端通信模块，用于将控制模块与手机APP连接，通过手机APP远程查看运行状态、设定运行参数、控制设备启停及接收报警信息，增强系统的远程运维能力。

本申请还提供上述的高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、由数据采集模块采集设备运行过程中的关键参数信息，所述关键参数信息包括风机1振动信息、工艺介质流量信息、温湿度信息、补水流量信息及排污流量信息，并将所采集的信息传输至控制模块；

步骤二、控制模块接收所述关键参数信息，并通过状态分析模块进行分析判断，识别系统当前运行状态是否正常；

步骤三、控制模块基于预设的控制策略，自动输出控制指令，以调节风机1的转速以及导流调节模块的通风状态，实现对设备内部冷却气流量和气流路径的动态调节，从而使工艺出口温度维持在设定值范围内。

此外，在步骤三中，控制模块还可以根据控制过程中的运行数据，通过数据存储模块进行实时记录，并由费用计量模块进行费用核算；

控制模块通过网络通信模块与人机交互界面及移动终端通信模块进行数据交互，使操作人员能够在本地或远程通过人机交互界面或手机APP查看设备运行状态、设定运行参数、接收报警信息及控制设备启停。

当控制模块识别出系统状态异常或参数超限，则向人机交互界面和移动终端发送报警信息，并自动执行相应的安全控制逻辑，包括降低风机1转速、调整百叶窗开度或停止喷淋。

本例中，高效复合型冷却设备智能化运行模式主要分为四种：

1.风水联合运行模式：当环境温度处于设定停水温度和设计温度区间时，系统借助PLC内置程序，自动调节设备进入风水联合运行模式。在此模式下，可编程逻辑控制器（PLC）会依据预设程序条件开启高效复合型冷却（凝）设备的喷淋水泵、风机1和上下两组百叶窗，并对两组百叶窗的开度以及风机1频率进行调节，确保设备工艺出口温度值达到目标温度值。同时PLC会接收并整合系统运行过程中从设备各测点采集到的实时数据，运用内置的算法和模型对这些数据进行深度分析与处理，并将其运行过程中产生的总费用（包括水耗和能耗）与预设总费用进行对比，若二者差值在10%以内，则认为进风窗运行状态正确，无需调节，若二者差值超过10%以上，则需通过PLC内置程序对两个百叶窗进行调节，直至目标完成。基于处理结果，PLC会以时间为横轴，各关键参数（如温度、能耗、水耗、总费用等）为纵轴，绘制出设备的运行曲线。完成曲线绘制后，PLC 通过特定的通信协议和输出接口，将运行曲线数据传输至互联网平台和工业智慧触摸屏，并以直观、明晰的图形形式呈现设备实时运行曲线，为操作人员提供清晰的设备运行状态展示。

2.停水运行模式：当环境温度处于设定防冻温度和停水温度区间时，系统借助PLC内置程序，自动调节设备进入停水运行模式。在此模式下，可编程逻辑控制器（PLC）会依据预设程序条件关闭设备喷淋水泵，并根据环境温度变化，自行调控风机1频率和两组百叶窗的开度，确保设备工艺出口温度值达到目标温度值。与此同时，PLC会接受并整合系统运行过程中从设备各测点采集到的实时数据，运用内置的算法和模型对这些数据进行深度分析与处理，并将处理结果（如温度、能耗、总费用等）以曲线形式传输至互联网平台和工业智慧触摸屏。

3.防冻运行模式：当环境温度降至设定的防冻温度以下时，系统凭借PLC 内置程序，自动调整设备状态，使其进入防冻运行模式。在此模式下，可编程逻辑控制器（PLC）依照预设程序条件，有序关闭设备运行风机1、进风窗等可调节部件，以阻断外界冷空气的进入，降低设备内部热量散失，确保设备在严寒环境下能够安全、稳定地度过冬季，避免因低温造成设备冻损故障，保障设备后续的正常运行。

4.强化蒸发冷运行模式：当环境温度高于设计温度时，系统凭借PLC 内置程序，自动调整设备状态，使其进入强化蒸发冷运行模式。在此模式下，可编程逻辑控制器（PLC）依照预设程序条件对高效复合型冷却（凝）设备进行调节，关闭下方百叶窗，将上方百叶窗开度调至最大、调节风机1频率至最大，确保设备工艺出口温度值达到目标温度值。与此同时，PLC会接受并整合系统运行过程中从设备各测点采集到的实时数据，运用内置的算法和模型对这些数据进行深度分析与处理，并将处理结果（如温度、能耗、水耗、总费用等）以曲线形式传输至互联网平台和工业智慧触摸屏。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统，其特征在于，包括：

风机，其安装在复合型冷却设备的顶部位置，用于提供气流以实现设备的强制换热；

数据采集模块，用于采集设备运行过程中的关键参数信息；其包括有用于检测风机在运行过程中振动状况的振动监测模块；

导流调节模块，设置于设备侧壁上下两处位置，用于实现气流通道的开启、关闭及风量调节，以适配不同运行工况下的换热需求；

控制模块，控制模块与风机、导流调节模块和数据采集模块之间通过电信号连接，用于接收数据采集模块所采集的设备运行参数，并基于预设的控制策略输出控制指令，调节风机的转速及导流调节模块的通风状态，以实现对冷却气流量和流动路径的精准控制，从而维持冷却设备的工艺出口温度稳定运行；

人机交互界面，与控制模块连接，用于展示设备运行状态并实现参数设定；

移动终端通信模块，用于将控制模块与手机APP连接，通过手机APP远程查看运行状态、设定运行参数、控制设备启停及接收报警信息。

2.根据权利要求1所述的高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统，其特征在于，振动监测模块为振动变送器或振动传感器，其安装在风机侧面。

3.根据权利要求1所述的高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统，其特征在于，数据采集模块还包括：

工艺介质流量计，用于监测工艺介质在设备内部流动的流量大小；

温湿度传感器，其设有多个，用于监测设备内部和外部环境的实时温、湿度值，以及监测经过冷却后的工艺介质温度值；

补水流量计，连接在设备循环水箱的补水管上，用以监测补水时的管道流量大小；

排污流量计，连接在设备排污管道上，用以监测排污过程中的管道流量大小。

4.根据权利要求1所述的高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统，其特征在于，导流调节模块为安装在设备上的电动式百叶窗或气动式百叶窗。

5.根据权利要求1所述的高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统，其特征在于，还包括喷淋模块，其包括水泵电机，水泵电机与控制模块相连，用于通过控制模块来控制水泵电机启闭。

6.根据权利要求1所述的高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统，其特征在于，控制模块为可编程逻辑控制器，其包括：

状态分析模块，用于对采集到的基本数据进行分析，并评估系统是否处于正常运行状态；

数据存储模块，用于对采集到的实时数据进行存储；

网络通信模块，用于与人机交互界面、移动终端通信模块实现信息传递；

费用计量模块，用于将数据采集模块所采集的数据进行分析与处理，生成设备运行过程中产生的总费用，并与预设费用进行对比。

7.一种如权利要求1-6任一所述的高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、由数据采集模块采集设备运行过程中的关键参数信息，所述关键参数信息包括风机振动信息、工艺介质流量信息、温湿度信息、补水流量信息及排污流量信息，并将所采集的信息传输至控制模块；

步骤二、控制模块接收所述关键参数信息，并通过状态分析模块进行分析判断，识别系统当前运行状态是否正常；

步骤三、控制模块基于预设的控制策略，自动输出控制指令，以调节风机的转速以及导流调节模块的通风状态，实现对设备内部冷却气流量和气流路径的动态调节，从而使工艺出口温度维持在设定值范围内。

8.根据权利要求7所述的高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统的控制方法，其特征在于，步骤三中，还包括：

控制模块根据控制过程中的运行数据，通过数据存储模块进行实时记录，并由费用计量模块进行费用核算；

控制模块通过网络通信模块与人机交互界面及移动终端通信模块进行数据交互，使操作人员能够在本地或远程通过人机交互界面或手机APP查看设备运行状态、设定运行参数、接收报警信息及控制设备启停。

9.根据权利要求7所述的高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统的控制方法，其特征在于，当控制模块识别出系统状态异常或参数超限，则向人机交互界面和移动终端发送报警信息，并自动执行相应的安全控制逻辑，包括降低风机转速、调整百叶窗开度或停止喷淋。

10.根据权利要求7所述的高效复合型冷却冷凝设备的智能化控制系统的控制方法，其特征在于，步骤三中，控制模块基于预设的控制策略包括：

当环境温度处于设定停水温度与设计温度之间时，进入风水联合运行模式，自动调节喷淋水泵、风机及上下百叶窗的运行参数，并基于实时数据动态优化运行状态；

当环境温度处于设定防冻温度与停水温度之间时，进入停水运行模式，关闭喷淋水泵，并根据环境温度调节风机频率与百叶窗开度；

当环境温度低于设定防冻温度时，进入防冻运行模式，关闭风机与进风窗，避免设备冻损；

当环境温度高于设计温度时，进入强化蒸发冷运行模式，关闭下方百叶窗、开启上方百叶窗并提升风机频率，以增强冷却效果。