CN203259848U - 循环水节能管理控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种循环水节能管理控制系统，其特征在于：节能控制系统包括：PLC和工控机，工控机与PLC连接，负责完成各子系统的逻辑动作和和实时动态采集各个传感器数据，记录并实时显示；与节能控制系统连接的子系统包括：冷冻水泵节能设备、冷却水泵节能设备、热水泵节能设备和冷却塔节能设备，同时子系统接受来自与PLC输出端连接的变频器和与变频器输出端连接的接触器组成的变频控制电路的控制信息同时向其上传自身各数据及运行状态。本实用新型可实现水泵系统的平滑启动及调速，通过接收控制系统指令实现实时变流量供水，以满足末端不同情况的需求，达到节能和减少设备损耗的目的。

Description

循环水节能管理控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种管理控制系统，具体指一种涉及循环水系统的工业设备及楼宇民用设备的管理控制系统。

背景技术

循环水水泵的动力控制是由电动机直接启动，电动机带动水泵，将水送到需用水单位，人为的进行启动、停止。虽然这种控制方法简单，但是存在如下问题：

1.由于水泵不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以只能按最大需要来决定电动机的容量，设计余量一般偏大。

2.水泵启动电流是额定电流的4～7倍，工频起动设备时的冲击大，电机轴承的磨损大，阀门管道等部件维修更换频繁，设备维护量大（循环水的电机和水泵每年必须大修一到两次）。而且会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。

3.一旦运行，由于电机转速不变，水泵以额定转速不间断运行，由于设计原因，动力系统存在一定余量所以就存在大马拉小车现象，能源消耗非常大，设备损耗大。

4.对于大型水循环系统，整个管网系统结构更为复杂，循环水需求量根据时间段、产品种类（末端使用情况）或季节的不同而变化，考虑备用泵的问题，使整个系统运行要求更高，而传统的循环水系统并不能满足如此高的要求，还是局限于人工现场控制，而人工操作时在实时性和精确度以及平衡性方面无法达到最佳控制，存在操作滞后性、能耗过大等问题，而备用泵和常用泵不能有效的交替使用，出现设备老化和磨损不均衡问题，这都是系统运行不利因素。

实用新型内容

本实用新型的目的在于将传统循环水水泵的动力控制系统进行改进，提供一种利用PLC调控及其组态控制技术，实现循环水系统的全面自动化控制。

本实用新型所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

循环水节能管理控制系统，包括：节能控制系统、冷冻水泵节能设备、冷却水泵节能设备、热水泵节能设备、冷却塔节能设备和变频控制电路；

所述节能控制系统包括：PLC和工控机，所述工控机与PLC互相连接；

所述变频控制电路包括：变频器和接触器，所述接触器为复数个，所述变频器的接收端与PLC连接，所述接触器的接收端与变频器的输出端连接。

进一步，所述变频控制电路中包括：变频器、接触器、第一保护地线、第二保护地线、第一万能转换开关、冷冻水阀门控制回路、冷却水阀门控制回路、风机回路、照明及插座回路以及指示系统，所述第一保护地线、第二保护地线与变频器连接，同时所述第一保护地线、第二保护地线还与PLC连接。

所述接触器包括：第十一接触器、第十二接触器、第十三接触器、第十四接触器、第一冷却水泵阀门开接触器、第二冷却水泵阀门开接触器、第一冷冻水泵阀门开接触器、第二冷冻水泵阀门开接触器、第一冷却水泵阀门关接触器、第二冷却水泵阀门关接触器、第一冷冻水泵阀门关接触器、第二冷冻水泵阀门关接触器。

进一步，所述PLC具有CPU，所述CPU的输入端与变频器连接，CPU的接收端与第十一继电器、第十二继电器、第十四继电器、第十五继电器、第十六继电器、第十七继电器、第十八继电器、第十九继电器和第二十继电器连接。

进一步，所述冷冻水阀门控制回路与PLC的第一冷冻水泵阀门开接触器和第一冷冻水泵阀门关接触器连接。

所述冷冻水阀门控制回路的输入端与PLC的第十七继电器和第十九继电器的输出端连接，其输出端与所述第一冷冻水泵阀门开接触器、第二冷冻水泵阀门开接触器、第一冷冻水泵阀门关接触器和第二冷冻水泵阀门开接触器的输入端连接，所述冷冻水阀门控制回路包括：形成电连接的第一阀门电源开关、第二阀门电源开关、第三电源开关、第一热继动器。

进一步，所述冷却水阀门控制回路与PLC的第一冷却水泵阀门开接触器和第一冷却水泵阀门关接触器连接。

所述冷却水阀门控制回路的输入端与PLC的第十八继电器和第二十继电器的输出端连接，输出端与PLC的第一冷却水泵阀门开接触器、第二冷却水泵阀门开接触器、第一冷却水泵阀门关接触器和第二冷却水泵阀门关接触器的输入端连接，所述冷却水阀门控制回路包括：形成电连接的第三阀门电源开关、第四阀门电源开关、第四电源开关、第二热继动器。

进一步，所述风机回路与变频器连接，包括：形成电连接的第一电源、第一散热风扇和第二散热风扇。

进一步，所述照明及插座回路包括：形成电连接的第二电源和日光灯。

进一步，所述指示系统包括：第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯、电源灯、警报电铃、冷冻水泵指示灯第一继电器、冷冻水泵指示灯第二继电器、冷却水泵指示灯第一继电器、冷却水泵指示灯第二继电器，所述警报电铃通过第十六继电器与PLC连接，所述第一指示灯通过第十二继电器和与PLC连接，所述第二指示灯与冷冻水泵指示灯第一继电器和冷冻水泵指示灯第二继电器连接，所述第三指示灯与冷却水泵指示灯第一继电器、冷却水泵指示灯第二继电器连接。

本实用新型的有益效果：

循环水节能管理控制系统是变频器技术结合现代控制理论和技术组合而成。

变频器为控制对象，可实现水泵系统的平滑启动及调速，通过接收控制系统指令实现实时的变流量供水，以满足末端不同情况的需求。

循环水节能管理控制系统采用上述变频器的同时，利用PLC及其组态控制技术，以自行研发的“循环水系统节能管理控制系统软件”为主导，实现循环水系统的全面自动化控制。

本实用新型的有益效果：

1、系统根据水温和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵的使用寿命。

2、系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动就近的冷却塔。

3、系统根据电网负荷和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段，可以灵活确定开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，提高电网运行质量。

4、PLC自动检测水压信号，根据不同时间段用水需求自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。

5、在触摸屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警，故障画面自动弹出，故障点自动闪烁。具有故障记录，历史数据查询等功能。

6、系统具有通讯接口功能，PLC可同时与触摸屏及地面监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现遥测遥控功能。

7、系统保护功能有以下几种。

（1）超温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC实现超限报警。

（2）流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停车，自动转换为启动另一台水泵。

（3）电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障，并参与控制。

（4）电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障，并参与水泵的联锁控制。

附图说明

图1为本实用新型系统框架图。

图2为变频器控制电路图。

图3为PLC控制电路图。

图4为冷冻水泵阀门控制回路电路图

图5为冷却水泵阀门控制回路电路图。

图6为变频器控制电路关于水泵工、变频回路放大图。

图7为指示系统电路图。

图8为系统运行流程图。

附图标记：

节能控制系统100、PLC110和工控机120、冷冻水泵节能设备200、冷却水泵节能设备300、热水泵节能设备400、冷却塔节能设备500、变频控制电路600、变频器610、冷冻水阀门控制回路620、冷却水阀门控制回路630、风机回路640、照明及插座回路650、指示系统660、接触器700。

第十一接触器KM11、第十二接触器KM12、第一万能转换开关SA1、第十三接触器KM13、第十四接触器KM14、第一冷冻水泵阀门开接触器11WK、第一冷冻水泵阀门关接触器12WK、第二冷冻水泵阀门开接触器13WK、第二冷冻水泵阀门关接触器14WK、第一冷却水泵阀门开接触器21WK、第一冷却水泵阀门关接触器22WK、第二冷却水泵阀门开接触器23WK、第二冷却水泵阀门关接触器24WK、第十一继电器KA11、第十二继电器KA12、第十四继电器KA14、第十五继电器KA15、第十六继电器KA16、第十七继电器KA17、第十八继电器KA18、第十九继电器KA19和第二十继电器KA110、第一保护地线PE1、第二保护地线PE2、第一阀门电源开关KC11、第二阀门电源开关GC11、第三电源开关QF13、第一热继动器RJ11、第三阀门电源开关KC12、第四阀门电源开关GC12、第四电源开关QF14、第二热继动器RJ12、第二电源QF12、日光灯D、第一指示灯HG11、第二指示灯HG12、第三指示灯HG13、电源灯HW1、警报电铃DL1、冷冻水泵指示灯第一继电器KA70、冷冻水泵指示灯第二继电器KA71、冷却水泵指示灯第一继电器KA72、冷却水泵指示灯第二继电器KA73。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。

实施例1

如图1所示，循环水节能管理控制系统，包括：节能控制系统100、冷冻水泵节能设备200、冷却水泵节能设备300、热水泵节能设备400、冷却塔节能设500和变频控制电路600。

其中，节能控制系统100包括：PLC110和工控机120，工控机120与PLC110互相连接，PLC110将采集到的实时动态传感器发送来的数据传输给工控机120进行分析，工控机120分析完成后在记录显示数据的同时，将信息反馈给PLC110，PLC110再根据分析后的数据，对节能系统进行调整，同时PLC110还会将系统故障的记录传输给工控机120，工控机120会储存故障信息，方便日后查询及时排除。

冷冻水泵节能设备200、热水泵节能设备400、冷却水泵节能设备300、冷却塔节能设500为被控子系统，这些子系统分别和节能控制系统通讯，接受控制信息同时上传自身各数据及运行状态。

变频控制电路600为主系统，包括变频器610和接触器700，接触器700为复数个，其接收端与变频器610的输出端连接。

如图2所示，变频控制电路600包括：变频器610、接触器700、第一保护地线PE1、第二保护地线PE2、第一万能转换开关SA1、冷冻水阀门控制回路620、冷却水阀门控制回路630、风机回路640、照明及插座回路650以及指示系统660，第一万能转换开关SA1为工频、变频切换开关。

第一保护地线PE1和第二保护地线PE2与变频器610连接，同时，第一保护地线PE1和第二保护地线PE2还与PLC110连接，为变频器610提供来自PLC110的模拟量输出。

风机回路640与变频器610连接，包括：形成电连接的第一电源QF11、第一散热风扇SF11和第二散热风扇SF12。第一电源QF11为风机电源，打开第一电源QF11后，工作人员可调控变频器610，对第一散热风扇SF11和第二散热风扇SF12进行选择。

照明及插座回路650包括：形成电连接的第二电源QF12和日光灯D。第二电源QF12为各变频柜的照明和插座开关，根据需要使用。

如图2、图3、图4、图5所示，接触器700包括：十一接触器KM11、第十二接触器KM12、第十三接触器KM13、第十四接触器KM14、第一冷却水泵阀门开接触器21WK、第二冷却水泵阀门开接触器23WK、第一冷冻水泵阀门开接触器11WK、第二冷冻水泵阀门开接触器13WK、第一冷却水泵阀门关接触器22WK、第二冷却水泵阀门关接触器24WK、第一冷冻水泵阀门关接触器12WK、第二冷冻水泵阀门关接触器14WK。根据不同的情况提供不同的功能，分布在变频控制电路中。其中，十一接触器KM11开关冷冻水泵变频通道，第十二接触器KM12开关冷却水泵变频通道，第十三接触器KM13开关冷冻水泵变频通道，第十四接触器KM14开关冷却水泵变频通道，第一冷却水泵阀门开接触器21WK与第二冷却水泵阀门开接触器23WK串联，决定第一冷却水泵阀门开，第一冷冻水泵阀门开接触器11WK与第二冷冻水泵阀门开接触器13WK串联决定冷冻水泵阀门开，第一冷却水泵阀门关接触器22WK与第二冷却水泵阀门关接触器24WK串联决定冷却水泵阀门关，第一冷冻水泵阀门关接触器12WK与第二冷冻水泵阀门关接触器14WK串联决定冷冻水泵阀门关。

如图2、图3和图4所示，冷冻水阀门控制回路620的输入端与PLC110的第十七继电器KA17和第十九继电器KA19的输出端连接，通过接收PLC110的CPU发出的关于决定冷冻水泵阀门开关的命令。冷冻水阀门控制回路620的输出端与PLC110的第一冷冻水泵阀门开接触器11WK、第一冷冻水泵阀门关接触器12WK的输入端连接，将开关信息反馈给PLC110的CPU。冷冻水阀门控制回路620包括：形成电连接的第一阀门电源开关KC11、第二阀门电源开关GC11、第三电源开关QF13、第一热继动器RJ11。当启动电源QF13后，再合上第一阀门电源开关KC11、第二阀门电源开关GC11即可开关阀门。

如图2、图3和图5所示，冷却水阀门控制回路630的输入端与PLC110的第十八继电器KA18和第二十继电器KA110的输出端连接，通过接收PLC110的CPU发出的关于决定第一冷却水泵阀门开关的命令。冷却水阀门控制回路630的输出端与PLC110的第一冷冻水泵阀门开接触器21WK、第一冷冻水泵阀门关接触器22WK的输入端连接，将开关信息反馈给PLC110的CPU。冷却水阀门控制回路630还包括：形成电连接的第三阀门电源开关KC12、第四阀门电源开关GC12、第四电源开关QF14、第二热继动器RJ12。当启动电源QF14后，再合上第一阀门电源开关KC12、第二阀门电源开关GC12即可开关阀门。

如图3和图7所示，指示系统660包括：第一指示灯HG11、第二指示灯HG12、第三指示灯HG13、电源灯HW1、警报电铃DL1、冷冻水泵指示灯第一继电器KA70、冷冻水泵指示灯第二继电器KA71、冷却水泵指示灯第一继电器KA72、冷却水泵指示灯第二继电器KA73。

其中电源灯HW1为电源指示灯，当电源启动后电源灯HW1将会发出白光；警报电铃DL1为故障报警指示，警报电铃DL1通过第十六继电器KA16与PLC110连接，当系统出现故障后，PLC的输出端会发出水泵故障报警，传递给指示系统660，然后第十六继电器KA16合上，触发警报电铃DL1对工作人员进行警告；第一指示灯HG11为变频器610的运停指示灯，通过第十二继电器KA12和与PLC110连接，当第十二继电器KA12打开时，表示变频器正在运行，第一指示灯HG11为绿灯，当然第十二继电器KA12闭合时，表示变频器停止运行，第一指示灯HG11为红灯；第二指示灯HG12为冷冻水泵阀门开关指示，与冷冻水泵指示灯第一继电器KA70、冷冻水泵指示灯第二继电器KA71连接，当第二指示灯HG12为绿灯则代表冷冻水泵阀门为开状态，通过冷冻水泵指示灯第一继电器KA70进行开关指示，当第二指示灯HG12为红灯则代表冷冻水泵阀门为关状态，通过冷冻水泵指示灯第二继电器KA71进行开关指示；

第三指示灯HG13为第一冷却水泵阀门开关指示，与冷却水泵指示灯第三继电器KA72、冷却水泵指示灯第四继电器KA73连接，当第三指示灯HG13为绿灯则代表冷却水泵阀门为开状态，通过冷却水泵指示灯第三继电器KA72进行开关指示，当第三指示灯HG13为红灯则代表冷却水泵阀门为关状态，通过冷却水泵指示灯第四继电器KA73进行开关指示。

如图3所示，PLC110控制电路中的CPU的输入端与变频器610连接，CPU的接收端与第十一继电器KA11、第十二继电器KA12、第十四继电器KA14、第十五继电器KA15、第十六继电器KA16、第十七继电器KA17、第十八继电器KA18、第十九继电器KA19和第二十继电器KA110连接。

其中，第十一继电器KA11的输入端与PLC110控制电路中的CPU的输出端连接，第十一继电器KA11为变频器开关；第十二继电器KA12的输入端与PLC110控制电路中的CPU的输出端连接，第十二继电器KA12输出运行变频信号给指示系统660，指示系统的运行情况。

如图6所示，水泵工、变频回路具体结构为包括：第十一接触器KM11、第十二接触器KM12、第十三接触器KM13、第一万能转换开关SA1、第十四继电器KA14、第十五继电器KA15，通过第一万能转换开关对冷冻水泵和冷却水泵的变、工频运行进行切换。

当选择冷冻水泵变频通道时，第十二接触器KM12、第十三接触器KM13为常闭触点，与PLC110的CPU输出端连接的第十四继电器KA14常开，第十一接触器KM11接通，冷冻水泵可以变频运行；当选择冷却水泵变频通道时，第十一接触器KM11、第十四接触器KM14为常闭触点，与PLC110的CPU输出端连接的第十四继电器KA14常开，第十二接触器KM12接通，冷却水泵可以变频运行；当选择冷冻水泵工频通道时，第十一接触器KM11为常闭触点，第十三接触器KM13常开，接通第十三接触器KM13，冷冻水泵可以工频运行；当选择冷却水泵工频通道时，第十二接触器KM12为常闭触点，第十四接触器KM14常开，接通第十四接触器KM14，冷却水泵可以工频运行。

如图8所示，本系统是这样运行的。启动电源，如果不正常启动，轻故障则会报警，提醒工作人员及时排除，如果是重故障，则会停机并发出警报。反之，如果正常启动则会打开阀门，如果阀门没有正常打开则会停机并发出警报。当正常打开阀门后，系统将会开始运行。系统运行后，可以选择手动切换或是定时自动切换。当定时时间到或是按了切换按钮，则阀门将会关闭，如果无法正常关闭，则会发出警报。当正常关闭阀门后，变频器将会停止。此时，可以选择停机，也可以对回路进行切换。切换的手段包括手动选择回路或是自动切换回路，如果没有完成切换，则会发出警报。当切换完成后则系统将会重新启动。

以上对本实用新型的具体实施方式进行了说明，但本实用新型并不以此为限，只要不脱离本实用新型的宗旨，本实用新型还可以有各种变化。

Claims (8)

1.循环水节能管理控制系统，包括：节能控制系统（100）、冷冻水泵节能设备（200）、冷却水泵节能设备（300）、热水泵节能设备（400）、冷却塔节能设（500）和变频控制电路（600）；

所述节能控制系统（100）包括：PLC（110）和工控机（120），所述工控机（120）与PLC（110）互相连接；

所述变频控制电路（600）包括：变频器（610）和接触器（700），所述接触器（700）为复数个，所述变频器（610）的接收端与PLC（110）连接，所述接触器（700）的接收端与变频器（610）的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的循环水节能管理控制系统，其特征在于：所述变频控制电路（600）中包括：变频器（610）、接触器（700）、第一保护地线（PE1）、第二保护地线（PE2）、第一万能转换开关（SA1）、冷冻水阀门控制回路（620）、冷却水阀门控制回路（630）、风机回路（640）、照明及插座回路（650）以及指示系统（660），所述第一保护地线（PE1）、第二保护地线（PE2）与变频器（610）连接，同时所述第一保护地线（PE1）、第二保护地线（PE2）与变频器（610）还与PLC（110）连接；

所述接触器（700）包括：第十一接触器（KM11）、第十二接触器（KM12）、第十三接触器（KM13）、第十四接触器（KM14）、第一冷却水泵阀门开接触器（21WK）、第二冷却水泵阀门开接触器（23WK）、第一冷冻水泵阀门开接触器（11WK）、第二冷冻水泵阀门开接触器（13WK）、第一冷却水泵阀门关接触器（22WK）、第二冷却水泵阀门关接触器（24WK）、第一冷冻水泵阀门关接触器（12WK）、第二冷冻水泵阀门关接触器（14WK）。

3.根据权利要求1所述的循环水节能管理控制系统，其特征在于：所述PLC（110）具有CPU，所述CPU的输入端与变频器（610）连接，CPU的接收端与第十一继电器（KA11）、第十二继电器（KA12）、第十四继电器（KA14）、第十五继电器（KA15）、第十六继电器（KA16）、第十七继电器（KA17）、第十八继电器（KA18）、第十九继电器（KA19）和第二十继电器（KA110）连接。

4.根据权利要求2所述的循环水节能管理控制系统，其特征在于：所述冷冻水阀门控制回路（620）的输入端与PLC（110）的第十七继电器（KA17）和第十九继电器（KA19）的输出端连接，其输出端与所述第一冷冻水泵阀门开接触器（11WK）、第二冷冻水泵阀门开接触器（13WK）、第一冷冻水泵阀门关接触器（12WK）和第二冷冻水泵阀门关接触器（14WK）的输入端连接，所述冷冻水阀门控制回路（620）包括：形成电连接的第一阀门电源开关（KC11）、第二阀门电源开关（GC11）、第三电源开关（QF13）、第一热继动器（RJ11）。

5.根据权利要求2所述的循环水节能管理控制系统，其特征在于：所述冷却水阀门控制回路（630）的输入端与PLC（110）的第十八继电器（KA18）和第二十继电器（KA110）的输出端连接，其输出端与PLC（110）的第一冷却水泵阀门开接触器（21WK）、第二冷却水泵阀门开接触器（23WK）第一冷却水泵阀门关接触器（22WK）和第二冷却水泵阀门关接触器（24WK）的输入端连接，所述冷却水阀门控制回路（630）包括：形成电连接的第三阀门电源开关（KC12）、第四阀门电源开关（GC12）、第四电源开关（QF14）、第二热继动器（RJ12）。

6.根据权利要求2所述的循环水节能管理控制系统，其特征在于：所述风机回路（640）与变频器（610）连接，包括：形成电连接的第一电源（QF11）、第一散热风扇（SF11）和第二散热风扇（SF12）。

7.根据权利要求2所述的循环水节能管理控制系统，其特征在于：所述照明及插座回路（650）包括：形成电连接的第二电源（QF12）和日光灯（D）。

8.根据权利要求2所述的循环水节能管理控制系统，其特征在于：所述指示系统（660）包括：第一指示灯（HG11）、第二指示灯（HG12）、第三指示灯（HG13）、电源灯（HW1）、警报电铃（DL1）、冷冻水泵指示灯第一继电器（KA70）、冷冻水泵指示灯第二继电器（KA71）、冷却水泵指示灯第一继电器（KA72）、冷却水泵指示灯第二继电器（KA73），所述警报电铃（DL1）通过第十六继电器（KA16）与PLC（110）连接，所述第一指示灯（HG11）通过第十二继电器（KA12）和与PLC（110）连接，所述第二指示灯（HG12）与冷冻水泵指示灯第一继电器（KA70）和冷冻水泵指示灯第二继电器（KA71）连接，所述第三指示灯（HG13）与冷却水泵指示灯第一继电器（KA72）、冷却水泵指示灯第二继电器（KA73）连接。

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