CN212752664U - 一种电厂用伴热带智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电厂用伴热带智能控制系统，包括伴热带温度测量模块、电流测量模块、CPU模块、I/O输入输出模块，伴热带温度测量模块、电流测量模块的输出端分别连接CPU模块，伴热带温度测量模块用于检测各伴热带加热管路的温度，CPU模块通过电流测量模块检测工作电流增量以判断伴热带工作是否正常，CPU模块分别电连接I/O输入输出模块、通讯模块、液晶显示模块，I/O输入输出模块的输入端连接工作方式选择开关，输出端连接接触器控制输出端，通讯模块采用RS485通信接口与上位计算机通信，液晶显示模块用于就地状态显示和人机交互；本实用新型能够实现伴热带安全、经济、合理的运行，大大降低了仪表管路伴热的电耗。

Description

一种电厂用伴热带智能控制系统

[技术领域]

本实用新型涉及电伴热带技术领域，具体地说是一种电厂用伴热带智能控制系统。

[背景技术]

电伴热带是一种发电厂中有效的管道保温及防冻方案，一直被广泛应用，是取代蒸汽、热水伴热的技术发展方向。然而在实际使用中，现有的电伴热系统主要存在以下问题：

(1)伴热带投入与停用只能通过操作就地空气开关，生产维护人员需要根据天气温度变化情况至现场手动操作，因现场伴热开关较多，操作较繁琐，且容易遗漏；如果环境温度低于0度，管路伴热带没有及时投用，会造成管路冻坏或堵塞。

(2)伴热带有时会发生工作不稳定的情况，造成短路或接地，使空气开关保护跳闸；空气开关跳闸后由于该管路伴热带不加热，会使该管路冻住，造成变送器失灵，严重时发生机组跳闸；在寒冷天气，维护人员要经常检查空气开关，防止因空气开关跳闸未及时发现造成事故。

(3)伴热带加热温度不确定、不可控；通过现场观察，多数伴热带加热温度过高，不仅造成电能大量浪费，严重时还有火灾风险。

(4)以常用的自限式伴热带为例，在室外使用时，其使用寿命在3-5年，远不能达到预期的10年的使用年限。

(5)电厂伴热应用中经常为水位测点正负压差管路伴热，常因加热温度过高使正负压差取样管内液柱密度偏差造成测量误差增大。

(6)伴热带加热效果要在就地测温方式检查，如伴热带中间接线断线或保温破损，都会造成加热效果变差。

[实用新型内容]

本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种电厂用伴热带智能控制系统，能够实现伴热带安全、经济、合理的运行，提高了仪表管路防冻的可靠性，大大降低了仪表管路伴热的电耗。

为实现上述目的设计一种电厂用伴热带智能控制系统，包括伴热带温度测量模块3、电流测量模块4、CPU模块1、I/O输入输出模块5、通讯模块6、液晶显示模块7、工作方式选择开关9，所述伴热带温度测量模块3、电流测量模块4、CPU模块1、I/O输入输出模块5、通讯模块6、液晶显示模块7、工作方式选择开关9分别连接电源模块10，并通过电源模块10供电，所述伴热带温度测量模块3、电流测量模块4的输出端分别连接CPU模块1，所述伴热带温度测量模块3用于检测各伴热带加热管路的温度，所述电流测量模块4用于测量三线四线制电源三相输入电流及中性点电流，所述CPU模块1通过电流测量模块4检测工作电流增量以判断伴热带工作是否正常，所述CPU模块1分别电连接I/O输入输出模块5、通讯模块6、液晶显示模块7，所述I/O输入输出模块5的输入端连接工作方式选择开关9，所述I/O输入输出模块5的输出端连接接触器控制输出端，所述通讯模块6采用RS485通信接口与上位计算机2通信，所述液晶显示模块7用于就地状态显示和人机交互。

进一步地，所述I/O输入输出模块5的输出端连接有声光报警模块8，所述声光报警模块8用于发出声光报警以提醒监视人员注意。

进一步地，所述工作方式选择开关9包括手动模式和自动模式，自动模式下控制系统按照温度自动投用和切除伴热带，手动模式下控制系统接收上位计算机2指令投用和切除伴热带。

进一步地，所述电源模块10用于提供+24V、±15V或+5V电源。

进一步地，所述伴热带加热管路外侧缠绕石棉绳，所述石棉绳外敷设伴热带，所述伴热带外部设置保温棉和铁皮包裹。

进一步地，所述I/O输入输出模块5的输出端连接空气开关跳闸信号输入端，所述CPU模块1通过I/O输入输出模块5感知空气开关跳闸，并发出电伴热带短路或接地故障报警。

进一步地，还包括强电回路部分，所述强电回路部分包含但不限于用于控制电伴热带的空气开关、接触器、中间继电器，所述强电回路部分与CPU模块1连接，并接受CPU模块1指令接通或断开伴热带电源。

本实用新型同现有技术相比，由于采集了温度测点、电流测点和开关量信息，且本控制系统采用CPU加远程上位机控制的方式，具有如下优点：

(1)本实用新型通过自动控制，可实现仪表管路伴热带低温自动投入和高温自动停用，从而实现电伴热带的自动加热控制。

(2)本实用新型当环境温度低于设定值时，发出声光报警，提醒监视人员注意，从而实现环境温度低报警。

(3)本实用新型实时检测压差水位计正负两侧管路温度，通过控制伴热带电源的通断来控制两侧管路温差小于10℃，防止压差水位计正负两侧管路因温差过大而产生的水温和密度差异，影响水位测量准确性。

(4)本实用新型具有丰富的自检功能，如：电伴热带短路或接地故障报警，电伴热带断路故障报警，电伴热带加热功率不足或保温破损报警，温度原件故障预警。

(5)本实用新型所述的电厂用伴热带智能控制系统能够实现伴热带安全、经济、合理的运行，使用效果好，仪表管路伴热带投用自动加热方式，不仅提高了仪表管路防冻的可靠性，还将仪表管路伴热的电耗大大降低，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本实用新型的动力回路示意图；

图2是本实用新型的控制原理框图；

图3是本实用新型单条电伴热带自动投退逻辑图；

图中：1、CPU模块 2、上位计算机 3、伴热带温度测量模块 4、电流测量模块 5、I/O输入输出模块 6、通讯模块 7、液晶显示模块 8、声光报警模块 9、工作方式选择开关 10、电源模块。

[具体实施方式]

下面结合附图对本实用新型作以下进一步说明：

如附图所示，本实用新型提供了一种电厂用伴热带智能控制系统，包括伴热带温度测量模块3、电流测量模块4、CPU模块1、I/O输入输出模块5、通讯模块6、液晶显示模块7、工作方式选择开关9，伴热带温度测量模块3、电流测量模块4、CPU模块1、I/O输入输出模块5、通讯模块6、液晶显示模块7、工作方式选择开关9分别连接电源模块10，并通过电源模块10供电，伴热带温度测量模块3、电流测量模块4的输出端分别连接CPU模块1，伴热带温度测量模块3用于检测各伴热带加热管路的温度，电流测量模块4用于测量三线四线制电源三相输入电流及中性点电流，CPU模块1通过电流测量模块4检测工作电流增量以判断伴热带工作是否正常，CPU模块1分别电连接I/O输入输出模块5、通讯模块6、液晶显示模块7，I/O输入输出模块5的输入端连接工作方式选择开关9，I/O输入输出模块5的输出端连接接触器控制输出端，通讯模块6采用RS485通信接口与上位计算机2通信，液晶显示模块7用于就地状态显示和人机交互。

其中，I/O输入输出模块5的输出端连接有声光报警模块8，声光报警模块8用于发出声光报警以提醒监视人员注意；工作方式选择开关9包括手动模式和自动模式，自动模式下控制系统按照温度自动投用和切除伴热带，手动模式下控制系统接收上位计算机2指令投用和切除伴热带。伴热带加热管路外侧缠绕石棉绳，石棉绳外敷设伴热带，伴热带外部设置保温棉和铁皮包裹。I/O输入输出模块5的输出端连接空气开关跳闸信号输入端，CPU模块1通过I/O输入输出模块5感知空气开关跳闸，并发出电伴热带短路或接地故障报警。还包括强电回路部分，强电回路部分包含但不限于用于控制电伴热带的空气开关、接触器、中间继电器，强电回路部分与CPU模块1连接，并接受CPU模块1指令接通或断开伴热带电源。

根据《DL/T 216-2012火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则》中对仪表管路伴热装置的相关要求，结合现场设备的实际保温需求，本实用新型运用单片机技术、测量技术、通信技术设计本电厂用伴热带智能控制系统。该电厂用伴热带智能控制系统的工作原理为:本伴热带智能控制系统基于环境温度和伴热带加热管路的温度通过多个布置于现场的不同区域的环境温度传感器测量环境温度，CPU模块检测现场多个环境温度信号，取其平均值，作为电热伴热带自动投入、退出的允许条件，结合各条仪表管路伴热带附近温度测点实现伴热带安全、经济、合理的运行。

以HH11伴热带为例，说明自动状态下工作过程：当环境温度低于5摄氏度时，且仪表管路温度低于10摄氏度，CPU模块通过自动判断，确定HH11伴热带需要投入运行，则通过I/O(输入输出模块)启动对应HH11伴热带驱动中间继电器，控制对应HH11伴热带的投退控制接触器QK11吸合，接通伴热带电源，使其发热加热仪表管路，达到防冻目的。HH11伴热带投用后，仪表管路温度上升，仪表管路温度高于20摄氏度，CPU模块通过自动判断，确定HH11伴热带可以暂时停用，通过输入输出模块，跳开HH11伴热带驱动中间继电器，HH11伴热带投退控制接触器QK11返回，HH11伴热带暂时停止加热。

“环境温度低于5摄氏度”作为所有电伴热带自动投入的允许条件，“仪表管路温度低于10摄氏度”作为单条电伴热带自动投用的条件，以上两个温度设置值可以人为设定，带有一定的回差范围，形成如附图3所示的自动投退逻辑，各温度设定值可修改。

本实用新型电厂用伴热带智能控制系统主要由仪表管路加热伴热带、强电回路部分、伴热带温度测量模块、电流测量模块、CPU模块、I/O(输入输出)模块、通讯模块、液晶显示模块、声光报警模块、工作方式选择开关、电源模块等部分组成。各部分功能如下：

(1)仪表管路加热伴热带：仪表管路加热电伴热带。仪表管路外侧缠绕石棉绳，石棉绳外敷设伴热带，外部设置保温棉和铁皮包裹，要求伴热带敷设均匀，不能直接与仪表管路接触。

(2)强电回路部分：强电回路部分包含用来控制电伴热带的、空气开关、接触器、中间继电器等部分。用来接受CPU模块指令，接通或断开伴热带电源。

(3)伴热带温度测量模块：用来检测各伴热带加热管路的温度，配合CPU模块可以实现以下功能：1)可实现伴热带的分段自动控制，控制逻辑为本段伴热带温度小于10摄氏度投入高于20摄氏度退出停用。2)在正常工作情况下，如果某段伴热带投入工作加热正常，会使管路温度对应上升，CPU模块可通过检测该段伴热带投入后管路温度上升情况来判断该段伴热带工作是否正常。3)为防止传统加热模式造成压差式水位计正负侧加热不均而造成的正负压差水质温度和密度偏差过大。本装置通过实时监测正负压差温度实时调整伴热带加热工况使正负侧管路加热尽量温度均衡，且不会过高。

(4)电流测量模块：可测量三线四线制电源三相输入电流及中性点电流，配合CPU模块可以实现以下功能：1)CPU模块发出接触器合闸指令后，CPU通过电流检测模块检测工作电流增量，可以判断伴热带工作是否正常。2)正常工作中，如CPU未发出伴热带停运信号，却检测到电源供电电流异常突降，则判断为某段伴热带工作不正常，会及时发出报警信号。3)电流检测模块还可配合CPU，实现三相负载均衡和降低峰值加热功率等控制策略。

(5)CPU模块、I/O(输入输出)模块：该部分为装置核心控制部分，实时测量环境温度及伴热管路温度，与设定值进行对比，则按照自动或手动方式的设定，通过输入输出回路投用、停用电伴热带。CPU模块还担负着定值设置、定值存储、动作事件记录、人机通信、报警信号输出和确认等任务。

(6)通讯模块：本装置适应现场环境需要，采用RS485通信接口与上位计算机通信，用来实现模拟量/开关量实时状态传输、测量数据的上位机显示、定值设定及查看、远方复位等功能。

(7)液晶显示模块：用于实现装置就地状态显示和简单人机交互功能。

(8)声光报警模块：当环境温度过低、电伴热带发生短路、接地或断路、保温破损等事件时，将动作信息通过声音、光子牌等方式通知监视人员。

(9)工作方式选择开关：该选择开关为控制器提供了手动和自动两种工作模式。自动模式下控制器可按照温度自动投用和切除伴热带。手动模式下，控制器接收上位机指令投用和切除伴热带。

(10)电源模块：为本装置提供+24V、±15V、+5V电源。

该电厂用伴热带智能控制系统已在锅炉上得到应用，其使用效果良好，仪表管路伴热带投用自动加热方式，不仅提高了仪表管路防冻的可靠性，还将仪表管路伴热的电耗大大降低。

该电厂用伴热带智能控制系统具有丰富的装置自检功能：

(1)电伴热带短路或接地故障报警：电伴热带发生短路或接地故障，通电会使空气开关跳闸。CPU模块通过输入输出模块，感知到空气开关跳闸发出电伴热带短路或接地故障报警。

(2)电伴热带断路故障报警：某种情况下，电伴热带烧断或接触不良。CPU模块通过电流检测模块检测到电伴热带投入后电流没有增加，发出电伴热带断路故障报警。

(3)电伴热带加热功率不足或保温破损报警。CPU模块通过测量环境温度和保温管路温度，如发现电伴热带虽已投入，工作电流也正常，但温度上升较缓慢或不上升，则说明电伴热带加热功率小于管路散热功率，发出伴热带加热功率不足或保温破损报警。

(4)温度原件故障预警：CPU模块检测发现现场环境温度测点偏差超过5℃或同一条电伴热带的两个温度原件测量温度偏差超过10℃，认为个别温度测点受其它外界因素影响较大，发出温度原件故障预警。

本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电厂用伴热带智能控制系统，其特征在于：包括伴热带温度测量模块(3)、电流测量模块(4)、CPU模块(1)、I/O输入输出模块(5)、通讯模块(6)、液晶显示模块(7)、工作方式选择开关(9)，所述伴热带温度测量模块(3)、电流测量模块(4)、CPU模块(1)、I/O输入输出模块(5)、通讯模块(6)、液晶显示模块(7)、工作方式选择开关(9)分别连接电源模块(10)，并通过电源模块(10)供电，所述伴热带温度测量模块(3)、电流测量模块(4)的输出端分别连接CPU模块(1)，所述伴热带温度测量模块(3)用于检测各伴热带加热管路的温度，所述电流测量模块(4)用于测量三线四线制电源三相输入电流及中性点电流，所述CPU模块(1)通过电流测量模块(4)检测工作电流增量以判断伴热带工作是否正常，所述CPU模块(1)分别电连接I/O输入输出模块(5)、通讯模块(6)、液晶显示模块(7)，所述I/O输入输出模块(5)的输入端连接工作方式选择开关(9)，所述I/O输入输出模块(5)的输出端连接接触器控制输出端，所述通讯模块(6)采用RS485通信接口与上位计算机(2)通信，所述液晶显示模块(7)用于就地状态显示和人机交互。

2.如权利要求1所述的电厂用伴热带智能控制系统，其特征在于：所述I/O输入输出模块(5)的输出端连接有声光报警模块(8)，所述声光报警模块(8)用于发出声光报警以提醒监视人员注意。

3.如权利要求1所述的电厂用伴热带智能控制系统，其特征在于：所述工作方式选择开关(9)包括手动模式和自动模式，自动模式下控制系统按照温度自动投用和切除伴热带，手动模式下控制系统接收上位计算机(2)指令投用和切除伴热带。

4.如权利要求1所述的电厂用伴热带智能控制系统，其特征在于：所述电源模块(10)用于提供+24V、±15V或+5V电源。

5.如权利要求1所述的电厂用伴热带智能控制系统，其特征在于：所述伴热带加热管路外侧缠绕石棉绳，所述石棉绳外敷设伴热带，所述伴热带外部设置保温棉和铁皮包裹。

6.如权利要求1所述的电厂用伴热带智能控制系统，其特征在于：所述I/O输入输出模块(5)的输出端连接空气开关跳闸信号输入端，所述CPU模块(1)通过I/O输入输出模块(5)感知空气开关跳闸，并发出电伴热带短路或接地故障报警。

7.如权利要求1至6中任一项所述的电厂用伴热带智能控制系统，其特征在于：还包括强电回路部分，所述强电回路部分包含但不限于用于控制电伴热带的空气开关、接触器、中间继电器，所述强电回路部分与CPU模块(1)连接，并接受CPU模块(1)指令接通或断开伴热带电源。

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