专利名称：冷却塔风机自动除冰控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及寒冷区冷却塔风机自动除冰系统。
背景技术：
在钢铁冶金行业中，冷却塔是循环水处理系统中必不可少的热交换设备。然而在 寒冷地区，特别是在冬季，冷却塔运行前其风机结冰现象严重，给安全生产和操作维护都带 来许多困难。在我国寒冷地区，当地每年冰冻期可达到5个多月，最低温度达到零下40°C。 进入冬季，在冷却塔进风口百叶窗上结冰严重，使整个百叶窗形成冰帘，几乎封闭了进出风 口 ，导致进出风进风面积减小，进出风量减小，影响塔的冷却效果，另外冰帘在电机运行中 可能甩出，还存在严重的安全隐患。为了保证冷却塔的正常运行及冷却效果，通常的办法是 让操作工人进行凿冰，但在凿冰过程中有可能连同百叶窗一起损坏，造成了人力、物力的极 大浪费。在最冷的时候，甚至还会使填料结冰，填料结冰后，影响填料的效率，也影响了塔的 冷却效果。更有甚者，结冰以后所增加的冰的荷重，可能会造成冷却塔结构上变形、坍塌。目 前市场上常见的冷却塔防冰方法有安装防冻管、喷淋管等方法，但这都需要增加冷却塔的 施工、运行和维护成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种冷却塔风机自动除冰控制系统，通过本 系统能在寒冷气候下为冷却塔自动除冰，且运行和维护成本低。 本发明所采用的技术方案是包括双速电机M、MCC控制柜和PLC ;三相动力电源接 至双速电机M，其动力电路上还通过电流互感器接至MCC控制柜，MCC控制柜上接有现场操 作箱，整个控制系统还接有PLC。 本发明的优点当使用本控制系统后，仅需在HMI上选定自动除冰工作模式(实际 效果可通过设定风机反转时间来现场调整)，系统便可消除冰冻所造成的各种影响。本套系 统的应用既避免了人为凿冰可能对设备造成的损坏，节省了人力物力，还能防止冰冻对设 备造成一系列影响。和市场上其他技术相比，本方案简单易行，除冰效果较为明显，有效解 决了冬季独有冷却塔严重结冰的情况，提高了冷却塔自身运行的可靠性。
图l是动力回路电路图。 图2是运行控制电路图。
图3是状态和指示电路图。 图4是PLC系统I/0(输入输出)点配置图。当在HMI(人机界面)上进行操作时， 通过PLC的输入输出点来完成对电机状态的监视和和启停控制。 本系统实现了双速电机的高速运行、低速运行、低速反转运行三种运行方式，并可 在现场操作箱和HMI (人机界面)上进行启停操作。图中，M :双速电机；Q :断路器；K :接触器及中间继电器；F :热继电器；T :电流互感器；S :选择开关及按钮；H :指示灯；PA :电流表。
图5是工作原理流程图。通过计时程序，不管风机原来处于何种工作状态，可定期 让冷却塔风机自动切换至低速反转运行，除冰完成后自行返回至原运行状态。
具体实施例方式
使用冷却塔的目的是降低塔内水的温度。平时使用时通过风机正转抽取塔内温度 较高的空气，经过接触传热和蒸发散热，空气中的热量被带走，水温也随之降低。而这些热 量也正是我们除冰系统所需热量的来源，当风机反转时，塔内高温的空气不是被直接抽走， 而是被风力压下向四周扩散，热风会经过百叶窗排到塔外，类似采用电吹风对塔内冰柱进 行吹扫，从而达到良好的除冰效果，可去除冷却塔内生成的冰帘。本自动除冰控制系统采用 双速电机配合带双速及反转功能的电气控制回路，通过相应的控制程序，使冷却塔风机能 够完成自动除冰的任务。 图1 4为机旁不进机系统双速电机动力回路和控制回路电路图，可以满足冷却 塔风机3种运行方式a.高速运行b.低速运行c.低速反转运行。高速运行和低速运行可 产生不同大小的风量来降低水温，而低速反转则是除冰专用。 冷却塔自动除冰控制系统，主要由电气控制回路和自动控制程序两部分组成
(1)电气控制回路是整个系统的硬件环境。如附图所示，根据热交换的要求，冷 却塔风机一般采用双速电机，分高速和低速。在此电机为双速电机的基础上，我们设计出带 有高速运行、低速运行、低速反转运行功能的电气控制回路，同时可满足机旁、集中操作的 功能切换。 其包括双速电机、MCC(Motor Control Center,电机控制中心)控制柜、PLC(可编 程逻辑控制器)柜、HMI (人机界面)、现场操作箱。 各部件的连接关系为MCC控制柜中安装了所有的电气控制及保护元件，KOl 04 为运行接触器，其各自功能如下K01闭合时，低速运行；K02和K03闭合时，高速运行； K04闭合时，低速反转运行，各运行状态间有电气互锁功能，避免了多个接触器同时闭合而 损坏设备。现场的选择开关、按钮、指示灯等安装于现场操作箱中，便于在现场对双速电机 进行操作。选择开关可对机旁、集中操作进行切换，在检修或现场紧急状况时，将选择开关 旋至机旁操作，此时冷却塔风机完全处于机旁手动的控制状态，不受PLC设备和程序的任 何影响。当将选择开关旋至集中操作，冷却塔风机可在HMI上进行手动启停、自动除冰等操 作。 (2)自动控制程序在寒冷的季节一般每隔24小时就需要进行一次除冰操作。为 了达到自动除冰的目的而不需要人为干预，使用PLC的逻辑控制程序来完成自动控制任 务。当在HMI上选择自动除冰模式后，程序流程图如图5所示。 通常情况下，双速电机在反转除冰前的状态不外乎于高速运行、低速运行、停止三 种状态。为避免对双速电机造成损坏，我们在进行正反转切换不能在电机运转时直接切换， 而必须先停机并经过一定时间的延迟等电机完全静止后才能再改变方向启动。当程序计时 完成准备开始除冰时，会先检测目前电机处于何种工作状态(高速、低速或停止)并记录下 此工作状态，如电机在运行则停机并静置到完全处于静止状态后(高速和低速的静置时间 不同，可根据实际情况来设定)，开启电机至低速反转，开始除冰。大约30分钟除冰完成后
5程序自动停机，并按要求将电机切换至原工作状态。此程序为全自动控制程序，完全不需要 认为干预。当使用本控制系统后，仅需在HMI上选定自动除冰工作模式(实际效果可通过 设定风机反转时间来现场调整)，系统便可消除冰冻所造成的各种影响。本套系统的应用既 避免了人为凿冰可能对设备造成的损坏，节省了人力物力，还能防止冰冻对设备造成一系 列影响。和市场上其他技术相比，本方案简单易行，除冰效果较为明显，有效解决了冬季独 有冷却塔风机叶片严重结冰的情况，提高了冷却塔自身运行的效果和可靠性。
下面结合实施例进一步详述本发明。 如图1所示，冷却塔风机自动除冰控制系统包括双速电机M、MCC控制柜和PLC ;三 相动力电源(交流电380V，相线L1、L2、L3)接至双速电机M，其动力回路安装有电流互感器 Ta、 Tc和Tal、 Tcl， MCC柜上相应安装有电流表，可在MCC柜上显示运行电流。电机控制可 分为机旁和集中两种控制方式，机旁操作箱安装在设备现场，通过操作箱上的按钮控制电 机运行；HMI放置在控制室，通过PLC控制电机运行。 三相动力电源的三根相线Ll、 L2、 L3通过断路器Q01后分成三路，第一路为接触 器K01常开主触头接至双速电机M (接地线PE，三相1U、 IV、 1W)，控制低速运行；第二路为接 触器K04常开主触头接至双速电机M(接地线PE，三相1U、1V、1W)，控制低速反转运行；第 三路通过K02和K03两个接触器控制来实现，接触器K02常开主触头接至双速电机M(接地 线PE，三相2U、2V、2W)，同时K03接触器闭合实现电机内部接线由三角形接线变成双星形接 线，从而实现电机的高速运行控制。 安装在动力回路上的电流互感器Ta、Tc和Tal、Tcl将变换后的电流分别送入热继 电器F01热元件、电流表PA和热继电器F02热元件、电流表PA1，达到过载保护和电流显示 的目的。 如图2和图3所示，两线控制电源(交流电220V，相线L，零线N)通过断路器Qll
接至MCC控制柜，MCC控制柜内包括低速运行控制回路、低速反转运行控制回路、高速运行
控制回路、绕组切换控制回路、低速准备状态控制回路、高速准备状态控制回路、故障控制
回路、故障指示控制回路、停止指示控制回路、低速运行指示控制回路、低速反转运行指示
控制回路和高速运行指示控制回路。 两线控制电源的两线之间接有 依次串连的继电器K10常闭触头、接触器K03常闭辅助触头、继电器K11常开触 头、K22常闭触头；然后接至现场操作箱，首先是通过带常闭触头的按钮S3，然后分成三路， 一路接有接触器K01常开辅助触头，另一路接有万能转换开关S6的触头1、2和带常开触头 的按钮Sl，第三路接有万能转换开关S6的触头5、6和继电器K20常开触头，这三路汇合后 再依次通过接触器K04辅助常闭触头、接触器K01线圈，此回路作为低速运行控制回路；
低速运行控制回路中的带常闭触头的按钮S3和万能转换开关S6的触头5之间引 出一条支路接至接触器K04常开辅助触头，万能转换开关S6的触头2和带常开触头的按钮 Sl之间引出一条支路接至带常开触头的按钮S2，万能转换开关S6的触头6和继电器K20 常开触头之间引出一条支路接至继电器K21常开触头，这三条支路汇合后再依次通过接触 器K01常闭辅助触头、接触器K04线圈，此回路作为低速反转运行控制回路；
继电器K10常闭触头、接触器K03常闭辅助触头之间引出一条支路，再依次通过继 电器K12常开触头、K24常闭触头、带常闭触头的按钮S5后分成三路， 一路接有接触器K02
6常开辅助触头，另一路依次接有万能转换开关S6的触头7、8和带常开触头的按钮S4，第三 路依次接有万能转换开关S6的触头11、12和继电器K23常开触头，这三路汇合后再依次通 过接触器K01常闭辅助触头、接触器K04常闭辅助触头、接触器K02线圈，此回路作为高速 运行控制回路； 带常开触头的按钮Sl、带常开触头的按钮S2、带常闭触头的按钮S3、带常开触头 的按钮S4、带常闭触头的按钮S5、万能转换开关S6位于现场操作箱内；
高速运行控制回路的接触器K04常闭辅助触头和接触器K02线圈之间引出一条支 路接至接触器K03线圈，此回路作为绕组切换控制回路； 依次串联的断路器QOl辅助触头0F、热继电器F01常闭触头、继电器K11线圈，此 回路作为低速状态控制回路； 低速状态控制回路的断路器QOl辅助触头OF和热继电器FOl常闭触头之间引出 一条支路，该支路依次接有热继电器F02常闭触头、继电器K12线圈，此回路作为高速状态 控制回路； 并联的断路器Q01报警触头SD、热继电器F01常开触头、热继电器F02常开触头，
这三条支路汇合后再接至继电器K10线圈，此回路作为故障控制回路； 串联的继电器K10常开触头、指示灯H1，此回路作为故障指示控制回路； 串联的接触器K01常闭辅助触头、K02常闭辅助触头、K04常闭辅助触头，然后接至
并联的指示灯Hl和H2，此回路作为停止指示控制回路； 接触器K01常开辅助触头接至并联的指示灯H2和H3，此回路作为低速运行指示控 制回路； 接触器K04常开辅助触头接至并联的指示灯H3和H4，此回路作为低速反转运行指 示控制回路； 串联的接触器K02常开辅助触头、K03常开辅助触头，再接至并联的指示灯H4和
H5，此回路作为高速运行指示控制回路； 指示灯Hl 、 H2、 H3和H4位于现场操作箱内。 如图4所示，PLC包括两模块(西门子PLC输入输出模块-ASI模块)ASI1和ASI2。 图中NCI 3表示常闭引脚，CI 3表示公共引脚，N01 3表示常开引脚，IN1 4表示 信号输入引脚。模块ASIl的引脚14和15接有继电器K20线圈，引脚17和18接有继电器K21线 圈，引脚19和20接有继电器K22线圈，引脚2和8之间接有继电器继电器K10常开触头， 弓l展卩3禾P 9之间接有接触器KOl常开辅助触头，引脚5和11之间接有接触器K04常开辅助 触头，引脚6和12之间接有串联的接触器K02常开辅助触头、K03常开辅助触头；
模块ASI2的引脚8和9接有继电器K23线圈，引脚10和11接有继电器K24线圈， 引脚5和2之间接有继电器Kll常开触头，引脚6和3之间接有继电器K12常开触头。
如图5所示，冷却塔风机自动除冰控制系统的使用方法包括以下步骤
l)PLC的计时器完成除冰的准备工作后，开始检测风机工作状态，分成高速运行、 低速运行和停止三种状态； 2)若为高速运行，则停机并延时一段时间，然后进入下一步；若为低速运行，则停 机并延时一段时间，然后进入下一步；若为停止状态，则直接进入下一步；
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3)所述控制系统进行低速反转除冰，持续一段时间后进入下一步；
4)所述控制系统停机，延时一段时间后进入下一步；
5)将所述控制系统切换至原工作状态，然后开始下一步；
6)PLC的计时器等待下一次除冰，返回步骤1)。
下面进一步详述其使用方法。 首先将断路器Q01、Q11主触头闭合，系统通电；然后进入步骤1);
步骤1)系统高速运行的方法分为集中操作和机旁操作；集中操作的方法为将万 能转换开关S6的触头11、12接通，将PLC模块ASI2的继电器K23线圈通电，若须停止则将 PLC模块ASI2的继电器K24线圈通电；机旁操作的方法为将万能转换开关S6的触头7、8 接通，然后将带常开触头的按钮S4闭合，若须停止则将按钮S4断开，高速运行的停机延时 时间为600s。 系统低速运行的方法分为集中操作和机旁操作；集中操作的方法为将万能转换 开关S6的触头5、6接通，将PLC模块ASI1的继电器K20线圈通电，若须停止则将PLC模块 ASI1的继电器K22线圈通电；机旁操作的方法为先将万能转换开关S6的触头1、3接通， 再将带常开触头的按钮S1闭合，若须停止则将按钮S1断开，低速运行的停机延时时间为 300s。
步骤2)低速反转运行的方法分为集中操作和机旁操作；集中操作的方法为将万 能转换开关S6的触头5、6接通，将PLC模块ASI1的继电器K21通电，若须停止则将PLC模 块ASIl的继电器K22线圈通电；机旁操作的方法为将万能转换开关S6的触头1、2接通， 再将按钮S2闭合，若须停止则将按钮S2断开。
步骤3)低速反转除冰的持续时间为1800s。
步骤4)停机延时时间为300s。
权利要求
冷却塔风机自动除冰控制系统，其特征在于其包括双速电机M、MCC控制柜和PLC；三相动力电源接至双速电机M，其动力电路上还通过电流互感器接至MCC控制柜，MCC控制柜上接有现场操作箱，整个控制系统还接有PLC。
2. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于三相动力电源的三根相线L1、L2、L3通过断路器Q01后分成两路， 一路通过接触器K01常开主触头接至双速电机M，另一路通过接触器K02常开主触头接至双速电机M，这两路动力电线上还分别接有电流互感器Ta、Tc和Tal、T。l，接触器K01的两端接有三相反向的接触器K04常开主触头，接触器KOI常开主触头和双速电机M之间还接有三相接在一起的接触器K03常开主触头。
3. 根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于电流互感器Ta、 T。和Tal、 L分别通过热继电器F01热元件、电流表PA和热继电器F02热元件、电流表PA1接至MCC控制柜。
4. 根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于两线控制电源通过断路器Qll接至MCC控制柜，MCC控制柜内包括低速运行控制回路、低速反转运行控制回路、高速运行控制回路、绕组切换控制回路、低速准备状态控制回路、高速准备状态控制回路、故障控制回路、故障指示控制回路、停止指示控制回路、低速运行指示控制回路、低速反转运行指示控制回路和高速运行指示控制回路。
5. 根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于两线控制电源的两线之间接有依次串连的继电器K10常闭触头、接触器K03常闭辅助触头、继电器K11常开触头、K22常闭触头；然后接至现场操作箱，首先是通过带常闭触头的按钮S3，然后分成三路，一路接有接触器KOl常开辅助触头，另一路接有万能转换开关S6的触头1、2和带常开触头的按钮Sl，第三路接有万能转换开关S6的触头5、6和继电器K20常开触头，这三路汇合后再依次通过接触器K04辅助常闭触头、接触器K01线圈，此回路作为低速运行控制回路；低速运行控制回路中的带常闭触头的按钮S3和万能转换开关S6的触头5之间引出一条支路接至接触器K04常开辅助触头，万能转换开关S6的触头2和带常开触头的按钮Sl之间引出一条支路接至带常开触头的按钮S2，万能转换开关S6的触头6和继电器K20常开触头之间引出一条支路接至继电器K21常开触头，这三条支路汇合后再依次通过接触器K01常闭辅助触头、接触器K04线圈，此回路作为低速反转运行控制回路；继电器K10常闭触头、接触器K03常闭辅助触头之间引出一条支路，再依次通过继电器K12常开触头、K24常闭触头、带常闭触头的按钮S5后分成三路，一路接有接触器K02常开辅助触头，另一路依次接有万能转换开关S6的触头7、8和带常开触头的按钮S4，第三路依次接有万能转换开关S6的触头11、 12和继电器K23常开触头，这三路汇合后再依次通过接触器KO1常闭辅助触头、接触器K04常闭辅助触头、接触器K02线圈，此回路作为高速运行控制回路；带常开触头的按钮Sl、带常开触头的按钮S2、带常闭触头的按钮S3、带常开触头的按钮S4、带常闭触头的按钮S5、万能转换开关S6位于现场操作箱内；高速运行控制回路的接触器K04常闭辅助触头和接触器K02线圈之间引出一条支路接至接触器K03线圈，此回路作为绕组切换控制回路；依次串联的断路器Q01辅助触头OF、热继电器F01常闭触头、继电器Kll线圈，此回路作为低速状态控制回路；低速状态控制回路的断路器Q01辅助触头OF和热继电器FOl常闭触头之间引出一条支路，该支路依次接有热继电器F02常闭触头、继电器K12线圈，此回路作为高速状态控制回路；并联的断路器Q01报警触头SD、热继电器F01常开触头、热继电器F02常开触头，这三条支路汇合后再接至继电器KIO线圈，此回路作为故障控制回路；串联的继电器K10常开触头、指示灯Hl，此回路作为故障指示控制回路；串联的接触器K01常闭辅助触头、K02常闭辅助触头、K04常闭辅助触头，然后接至并联的指示灯HI和H2，此回路作为停止指示控制回路；接触器K01常开辅助触头接至并联的指示灯H2和H3，此回路作为低速运行指示控制回路；接触器K04常开辅助触头接至并联的指示灯H3和H4，此回路作为低速反转运行指示控制回路；串联的接触器K02常开辅助触头、K03常开辅助触头，再接至并联的指示灯H4和H5，此回路作为高速运行指示控制回路；指示灯Hl、 H2、 H3和H4位于现场操作箱内。
6.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于PLC包括PLC输入/输出模块ASI1禾卩ASI2 ;模块ASIl的引脚14和15接有继电器K20线圈，引脚17和18接有继电器K21线圈，引脚19和20接有继电器K22线圈，引脚2和8之间接有继电器继电器K10常开触头，引脚3和9之间接有接触器K01常开辅助触头，引脚5和11之间接有接触器K04常开辅助触头，引脚6和12之间接有串联的接触器K02常开辅助触头、K03常开辅助触头；模块ASI2的引脚8和9接有继电器K23线圈，引脚10和11接有继电器K24线圈，引脚5和2之间接有继电器Kll常开触头，引脚6和3之间接有继电器K12常开触头。
全文摘要
本发明提供了一种冷却塔风机自动除冰控制系统，其包括双速电机M、MCC控制柜和PLC；三相动力电源接至双速电机M，其动力电路上还通过电流互感器接至MCC控制柜，MCC控制柜上接有现场操作箱，整个控制系统还接有PLC。通过本系统能在寒冷气候下为冷却塔自动除冰，且运行和维护成本低。
文档编号F28F27/00GK101738134SQ20091026187
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者宋嵩, 陈红明 申请人:中冶南方工程技术有限公司