一种数字化水泵负荷跟踪智能控制装置及方法与流程

本发明涉及一种负荷跟踪智能控制装置及方法，具体涉及一种数字化水泵负荷跟踪智能控制装置及方法。

背景技术：

循环水冷却系统是给设备提供一个安全、稳定、高效、精细化生产温度环境的不可缺少的辅助生产系统。它应当是一个有内在健康结构的有机系统整体。然而传统的按专业模块堆积叠加、片面思考的集成理念构成的循环水系统，很少注意系统内在的健康结构，不能涌现出系统的整体性能：实时跟踪负荷变化、且花最小的代价。所以，普遍具有五大问题：大马拉小车、水泵群与管网特性不匹配、无动态水力平衡调节、无摒除天气变化对生产设备温度场干扰的措施、系统设备性能不能在线显示基本摸黑运行，这正是造成我国的电机系统效率普遍低于国外20％～30％最重要的原因。目前，即便是最新的循环水冷却系统节能技术，由于没有跳出片面思考的臼巢，仍不能全面解决系统普遍存在的五大问题，因此急需要一种数字化水泵负荷跟踪智能控制装置和系统中其他装置协调运行，以达到整体优化、克服传统循环水冷却系统普遍存在五大问题的目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种数字化水泵负荷跟踪智能控制装置及方法，该装置及方法能够通过实时跟踪水泵负荷的变化来调整水泵的工作状态，使水泵与系统整体负荷相匹配，并且能够实现对水泵的性能进行实时监控。

为达到上述目的，本发明所述的数字化水泵负荷跟踪智能控制装置，用于循环水冷却系统中，包括从站、主站、水泵在线匹配仪模块以及用于采集循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温的温度传感器，温度传感器通过PROFIBUS总线与主站相连接，主站通过上层PROFIBUS总线与从站及水泵在线匹配仪模块相连接，从站通过底层MODBUS网络与循环水冷却系统中水泵的变频器相连接。

本发明所述的数字化水泵负荷跟踪智能控制方法包括以下步骤：

温度传感器采集循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温信息，并将循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温信息通过PROFIBUS总线发送至主站中，主站通过上层PROFIBUS总线将循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温信息转发至从站中，从站计算出当前循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温与预设水温值的偏差量Δt₂，再根据所述偏差量Δt₂通过PID运算得出频率增量Δf，根据频率增量Δf修正循环水冷却系统中水泵的变频器运行频率，克服外界对循环水冷却系统中基准点回路出口点处水温的干扰，使循环水冷却系统中基准点回路出口点处水温位于预设范围内波动，同时从站检测循环水冷却系统中水泵的变频器的运行频率，并判断循环水冷却系统中水泵的变频器的运行频率是否小于等于30Hz，当循环水冷却系统中水泵的变频器的运行频率小于等于30Hz时，使循环水冷却系统中水泵的变频器的运行频率为30Hz的最节能状态运行；

从站采集循环水冷却系统中水泵的变频器的运行电参数，并将循环水冷却系统中水泵的变频器的运行电参数传输至主站中，主站将循环水冷却系统中水泵的变频器的运行电参数转发至水泵在线匹配仪模块，水泵在线匹配仪模块接收循环水冷却系统中水泵的变频器的运行电参数，并根据循环水冷却系统中水泵的变频器的运行电参数计算出循环水冷却系统中水泵的性能，并显示循环水冷却系统中水泵的性能及循环水冷却系统中水泵的变频器的运行电参数。

循环水冷却系统中水泵的性能包括循环水冷却系统中水泵的电压、电流、功率、运行频率及出口处的水压及流量、以及压力-流量的特性曲线。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的数字化水泵负荷跟踪智能控制装置及方法在具体操作时，通过温度传感器采集循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温，根据循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温通过闭环网络PID运算通过循环水冷却系统中水泵的变频器运行频率，克服外界对循环水冷却系统中基准点回路出口点处水温的干扰，使循环水冷却系统中基准点回路出口点处水温位于预设范围内波动。同时通过从站检测循环水冷却系统中水泵的变频器运行电参数，并将所述运行电参数转发至主站中，主站将所述运行电参数转发至水泵在线匹配仪模块，水泵在线匹配仪模块根据所述运行电参数计算得到循环水冷却系统中水泵的性能，然后再显示循环水冷却系统中水泵的性能及循环水冷却系统中水泵的变频器的运行电参数。需要说明的是，本发明以基准点回路出口点处水温为系统总负荷变化的风向标，调动循环水冷却系统所有组成模块协调运行，实现“实时跟踪负荷且花最小的代价”，使系统达到整体优化，以取得较大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为水泵P的全相似运行原理图。

其中，1为从站、2为主站、3为水泵在线匹配仪模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明将基准点回路的出口点处的水温作为系统总负荷的风向标，以网络闭环PID控制系统实现“实时跟踪负荷且花最小的代价”。

从理论及实践证明，水泵P及变频器的工作频率在50～30Hz是节能的，低于30Hz时，因负荷率太低，水泵P和变频器效率大幅度下降，反而不节能了。

传统的循环水冷却系统是按照定压、定流量模式运行的，即便是加了DCS变频控制系统，也没有脱离定压、定流量模式运行的臼巢，水泵P的节能效果一直不佳。本发明从理论上搞清循环水冷却系统的运行机制，所以提出最节能、最高效的泵群全相似运行新概念，并用最新的整体优化原理和DCS控制技术将这个新概念付诸实现。如，在某厂30万吨乙烯工程中，使得分馏塔塔压控制精度大幅度提高，产品的质量及产量得到显著提高，取得了极好的经济环境效益，循环水冷却系统本身也取得节能30％的好成绩。

本发明所述的数字化水泵负荷跟踪智能控制装置，用于循环水冷却系统中，包括从站1、主站2、水泵在线匹配仪模块3以及用于采集循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温的温度传感器，温度传感器通过PROFIBUS总线与主站2相连接，主站2通过上层PROFIBUS总线与从站1及水泵在线匹配仪模块3相连接，从站1通过底层MODBUS网络与循环水冷却系统中水泵P的变频器相连接。

本发明所述的数字化水泵负荷跟踪智能控制方法包括以下步骤：

温度传感器采集循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温信息，并将循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温信息通过PROFIBUS总线发送至主站2中，主站2通过上层PROFIBUS总线将循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温信息转发至从站1中，从站1计算出当前循环水冷却系统中基准点回路出口点处的水温与预设水温值的偏差量Δt₂，再根据所述偏差量Δt₂通过PID运算得出频率增量Δf，根据频率增量Δf修正循环水冷却系统中水泵P的变频器运行频率，克服外界对循环水冷却系统中基准点回路出口点处水温的干扰，使循环水冷却系统中基准点回路出口点处水温位于预设范围内波动，同时从站1检测循环水冷却系统中水泵P的变频器的运行频率，并判断循环水冷却系统中水泵P的变频器的运行频率是否小于等于30Hz，当循环水冷却系统中水泵P的变频器的运行频率小于等于30Hz时，使循环水冷却系统中水泵P的变频器的运行频率为30Hz的最节能状态运行；

从站1采集循环水冷却系统中水泵P的变频器的运行电参数，并将循环水冷却系统中水泵P的变频器的运行电参数传输至主站2中，主站2将循环水冷却系统中水泵P的变频器的运行电参数转发至水泵在线匹配仪模块3，水泵在线匹配仪模块3接收循环水冷却系统中水泵P的变频器的运行电参数，并根据循环水冷却系统中水泵P的变频器的运行电参数计算出循环水冷却系统中水泵P的性能，并显示循环水冷却系统中水泵P的性能及循环水冷却系统中水泵P的变频器的运行电参数。

循环水冷却系统中水泵P的性能包括循环水冷却系统中水泵P的电压、电流、功率、运行频率及出口处的水压及流量、以及压力-流量的特性曲线。

水泵P、变频器、冷却塔共同组成“实时跟踪负荷且花最小的代价”的负荷跟踪系统，这是通过基准点回路出口点处的温度传感器、数字化水泵负荷跟踪智能控制装置、变频器、水泵P组成的网络闭环PID控制系统来实现的。图2为系统水泵P全相似运行原理图，P_c曲线为水泵P扬程-流量(ΔP-L)特性曲线，ΔP为水泵P的扬程，L为水泵P的流量，n为水泵P的转速，下标为“0”参数为额定转速n₀下的参数，下标为“1”参数为变转速n₁下的参数，A₀为额定工况点，R₀为闭式循环水冷却系统通过A₀的管网特性曲线ΔP＝S₀·L²；R₁为开式循环水冷却系统通过A₀的管网特性曲线ΔP＝S₀·L²+H₀，S₀为管网综合阻力系数，H₀为开式循环水冷却系统的自由液面高度。理论证明在系统全相似的条件下，水泵P才能运行在最节能、最高效的最佳状态，在图2上表现就是水泵P要沿着R₀运行，脱离R₀的任何工况点，例如，目前常用定压工况点B₁，都不是最佳工况点，开式系统R₁上的工况点虽不和A₀点相似，但和A₀相近，也是开式系统水泵P运行最佳工况点。本发明就是通过对负荷的跟踪来调整水泵P，使水泵P始终沿着R₀或R₁运行，以获得最好的节能、控制效果。