本發(fā)明涉及工業(yè)換熱設(shè)備節(jié)能自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備的節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

2017年初，國務(wù)院發(fā)布的《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》明確指出要加強(qiáng)工業(yè)節(jié)能，實(shí)施工業(yè)能效趕超行動(dòng)，加強(qiáng)高能耗行業(yè)能耗管控，在重點(diǎn)耗能行業(yè)全面推行能效對(duì)標(biāo)，推進(jìn)工業(yè)企業(yè)能源管控中心建設(shè)，推廣工業(yè)智能化用能監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)。

高效復(fù)合蒸發(fā)式冷卻（凝）器是根據(jù)熱力學(xué)、傳熱學(xué)原理，采用蒸發(fā)換熱和空冷換熱優(yōu)化結(jié)合而成的高效冷卻（凝）器，是最新一代的高性能節(jié)能換熱設(shè)備?，F(xiàn)有的冷卻（凝）器設(shè)備控制方式存在有不足的地方：一是操作人員根據(jù)設(shè)備出口溫度，手動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的控制，在需要減小風(fēng)量時(shí)，只能通過放走多余的風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)，造成了極大的能源浪費(fèi)。二是風(fēng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)，尤其在啟動(dòng)瞬間，風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)會(huì)造成電流沖擊，造成電能浪費(fèi)?，F(xiàn)有的控制方式不僅工作效率低，還容易出現(xiàn)操作延遲或錯(cuò)誤，影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的控制技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)和完善，以避免上述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有的控制方式存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備的節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備的節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括智能溫度變送器、控制單元、變頻器及高效節(jié)能電機(jī)；

所述的智能溫度變送器共配置三個(gè)，一個(gè)安裝在蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備平臺(tái)上；一個(gè)安裝在蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備集水箱內(nèi)；一個(gè)安裝在蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備的出口總管道上；

所述控制單元由plc和hmi組成，采用siemenss7-200smartplc，其配置的cpu模塊集成1個(gè)以太網(wǎng)接口和1個(gè)rs485接口，支持工業(yè)以太網(wǎng)通訊和uss通訊協(xié)議；擴(kuò)展的模擬量輸入輸出模塊，用于接收智能溫度變送器采集到的4~20ma溫度信號(hào)；所述控制單元還安裝有hmi操作界面，能夠使用戶操作人員按管理級(jí)別的不同，分級(jí)操作和設(shè)置工藝參數(shù)，并顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警；

所述變頻器及高效節(jié)能電機(jī)，變頻器支持uss通訊協(xié)議，通過uss通訊協(xié)議接收plc的控制指令和調(diào)速信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整變頻風(fēng)機(jī)的輸出功率。

所述智能溫度變速器的測(cè)溫元件選用pt100熱電阻型溫度傳感器，在量程范圍內(nèi)輸出4~20ma直流信號(hào)，同時(shí)支持hart標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，能將測(cè)量數(shù)值遠(yuǎn)傳至plc或dcs系統(tǒng)。

所述變頻器的輸出側(cè)安裝交流輸出電抗器，變頻控制柜內(nèi)還安裝有工頻風(fēng)機(jī)及水泵的電氣控制回路。

一種利用如上所述的蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備的節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟一：登陸hmi操作界面，根據(jù)工藝要求，在hmi界面設(shè)置設(shè)備出口總管道的介質(zhì)目標(biāo)溫度值t設(shè)，hmi界面將t設(shè)的設(shè)定值傳輸給s7-200smartplc；根據(jù)環(huán)境溫度的變化，將設(shè)備運(yùn)行工況分為夏季模式、標(biāo)準(zhǔn)模式、冬季模式，當(dāng)環(huán)境溫度t環(huán)≥25℃時(shí)，界定為夏季模式；當(dāng)環(huán)境溫度25℃＜t環(huán)＜-35℃時(shí)，界定為標(biāo)準(zhǔn)模式；當(dāng)環(huán)境溫度t環(huán)≤-35℃時(shí)，界定為冬季模式；

步驟二：s7-200smartplc根據(jù)智能溫度變送器監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)環(huán)境溫度t環(huán)，對(duì)比程序預(yù)設(shè)條件，判斷當(dāng)前的運(yùn)行模式屬于夏季模式、標(biāo)準(zhǔn)模式、冬季模式中的哪一種模式，并執(zhí)行該模式的邏輯輸出；

步驟三：s7-200smartplc根據(jù)智能溫度變送器監(jiān)測(cè)的出口總管實(shí)測(cè)溫度t出，對(duì)比程序預(yù)設(shè)條件，判斷當(dāng)前的運(yùn)行工況屬于全負(fù)載工況、工況一、工況二、工況三、待機(jī)工況中的哪一種工況，并執(zhí)行相應(yīng)的邏輯控制，自動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)及水泵的運(yùn)行數(shù)量，執(zhí)行pid控制程序，通過uss通信協(xié)議把pid運(yùn)算結(jié)果傳送到變頻器，控制變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)變頻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速；所述全負(fù)載工況：風(fēng)機(jī)、噴淋水泵均以50hz的運(yùn)行頻率滿負(fù)荷運(yùn)行；所述工況一：工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均按50hz運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；所述工況二：工頻風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，噴淋水泵按50hz運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；所述工況三：工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均停止運(yùn)行，僅保留變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；所述待機(jī)工況：所有風(fēng)機(jī)、噴淋水泵均停止運(yùn)行，設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；

步驟四：以環(huán)境溫度t環(huán)選擇運(yùn)行模式，以實(shí)際出口溫度t出、目標(biāo)溫度設(shè)定值t設(shè)的對(duì)比，選擇運(yùn)行工況和執(zhí)行pid子程序，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備的閉環(huán)運(yùn)行，按需自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)及水泵的運(yùn)行數(shù)量、自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，達(dá)到蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備的節(jié)能自動(dòng)運(yùn)行。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備的節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，使用智能溫度變送器將溫度傳感器（pt100）信號(hào)，轉(zhuǎn)換成與溫度值成線性關(guān)系的4～20ma電流信號(hào)，采用計(jì)算機(jī)屏蔽電纜將電流信號(hào)傳送至plc模塊，滿足了石油、化工等行業(yè)現(xiàn)場有較強(qiáng)干擾源、需要長距離傳送信號(hào)、響應(yīng)快、精度高的要求；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備在不同運(yùn)行模式時(shí)的溫度pid控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行工況，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率，有很好的節(jié)能效果；本發(fā)明采用uss協(xié)議，相比現(xiàn)有的模擬量控制，使用uss協(xié)議完成plc和變頻器的通信，硬件配置要求低，編程工作量小、是一種接線少，成本低，簡單可靠的通訊方式。

附圖說明

圖1本發(fā)明蒸發(fā)冷卻/冷凝設(shè)備系統(tǒng)配置示意圖；

圖2本發(fā)明蒸發(fā)冷卻/冷凝設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)邏輯圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。

如圖1所示：一種蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)，其設(shè)備配置包括兩臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)工頻風(fēng)機(jī)、一臺(tái)噴淋水泵，均配裝了高效節(jié)能電機(jī)；

智能溫度變速器的測(cè)溫元件選用pt100熱電阻型溫度傳感器，包含環(huán)境溫度變送器、出口總管道介質(zhì)溫度變送器、集水箱溫度變送器。

其環(huán)境溫度變送器設(shè)置在蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備平臺(tái)上，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備現(xiàn)場環(huán)境溫度，用t環(huán)表示；

其出口總管道介質(zhì)溫度變送器設(shè)置在蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備出口總管道上，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備出口總管的介質(zhì)溫度，用t出表示；

其集水箱溫度變送器設(shè)置在蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備集水箱內(nèi)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)集水箱內(nèi)噴淋水的溫度，用t水表示；

出口總管道介質(zhì)溫度的目標(biāo)值由操作人員在hmi界面設(shè)定，用t設(shè)表示。

如圖1所示：plc系統(tǒng)采用siemenss7-200smartplc，用于接收所述智能溫度變送器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)溫度值與設(shè)定溫度值的對(duì)比，判斷設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行模式，把分析的運(yùn)行邏輯和運(yùn)行指令傳輸給變頻器及控制柜，進(jìn)而根據(jù)plc輸出指令自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)、水泵的運(yùn)行數(shù)量和運(yùn)行轉(zhuǎn)速，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量和設(shè)備運(yùn)行功率，達(dá)到設(shè)備的節(jié)能高效運(yùn)行。

如表1所示：蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備的運(yùn)行工況分為全負(fù)載工況、工況一、工況二、工況三、待機(jī)工況。所述全負(fù)載工況：風(fēng)機(jī)、噴淋水泵均以50hz的運(yùn)行頻率滿負(fù)荷運(yùn)行；所述工況一：工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均按50hz運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；所述工況二：工頻風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，噴淋水泵按50hz運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；所述工況三：工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均停止運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；所述待機(jī)工況：風(fēng)機(jī)、噴淋水泵均停止運(yùn)行，設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

表1為本發(fā)明蒸發(fā)冷卻/冷凝設(shè)備運(yùn)行工況表。

如圖2所示：根據(jù)環(huán)境溫度的變化，一般將設(shè)備運(yùn)行模式分為夏季模式、標(biāo)準(zhǔn)模式、冬季模式。當(dāng)環(huán)境溫度t環(huán)≥25℃時(shí)，界定為夏季模式；當(dāng)環(huán)境溫度25℃＜t環(huán)＜-35℃時(shí)，界定為標(biāo)準(zhǔn)模式；當(dāng)環(huán)境溫度t環(huán)≤-35℃時(shí)，界定為冬季模式。蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備首次啟動(dòng)時(shí)，s7-200smartplc先要根據(jù)智能溫度變速器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的環(huán)境溫度值t環(huán)，對(duì)比判斷當(dāng)前設(shè)備應(yīng)該進(jìn)入的運(yùn)行模式。對(duì)于用戶設(shè)備的使用環(huán)境存在晝夜溫差較大的特殊情況，plc程序設(shè)定，在設(shè)備進(jìn)入運(yùn)行后，每隔5分鐘，自動(dòng)監(jiān)測(cè)并調(diào)整運(yùn)行模式，也可在hmi界面鎖定運(yùn)行模式，使設(shè)備更加穩(wěn)定運(yùn)行。

蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備在夏季模式下運(yùn)行，當(dāng)t出≥t設(shè)時(shí)，設(shè)備進(jìn)入全負(fù)荷工況，風(fēng)機(jī)、噴淋水泵均以50hz滿負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)t出＜t設(shè)－3℃時(shí)，設(shè)備進(jìn)入工況一，工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均按50hz運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；當(dāng)t出＞t設(shè)＋3℃時(shí)，設(shè)備進(jìn)入全負(fù)荷工況，風(fēng)機(jī)、噴淋水泵均以50hz滿負(fù)荷運(yùn)行。舉例：設(shè)備在夏季模塊下運(yùn)行，設(shè)定出口總管道介質(zhì)溫度目標(biāo)值t設(shè)=40℃時(shí)，當(dāng)t出=41℃＞40℃時(shí)，s7-200smartplc輸出全負(fù)荷工況的運(yùn)行邏輯，風(fēng)機(jī)、噴淋水泵均以50hz滿負(fù)荷運(yùn)行。設(shè)備全負(fù)荷運(yùn)行，t出溫度值會(huì)下降，當(dāng)t出=36℃＜40－3℃時(shí)，s7-200smartplc輸出工況一的運(yùn)行邏輯，工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均按50hz運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；在夏季模塊下，設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷降低，t出溫度值會(huì)有所升高，當(dāng)t出=44℃＞40＋3℃時(shí)，s7-200smartplc再次輸出全負(fù)荷工況的運(yùn)行邏輯，風(fēng)機(jī)、噴淋水泵均以50hz滿負(fù)荷運(yùn)行。以此邏輯，自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。

蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)模式下運(yùn)行，當(dāng)t出≥t設(shè)時(shí)，設(shè)備進(jìn)入工況一，工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均按50hz運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；當(dāng)t出＜t設(shè)－3℃時(shí)，設(shè)備進(jìn)入工況二，工頻風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，噴淋水泵運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；當(dāng)t出＞t設(shè)＋3℃時(shí)，設(shè)備再次進(jìn)入工況一；當(dāng)t出＜t設(shè)－3℃且變頻器的輸出頻率≤25hz時(shí)，設(shè)備進(jìn)入工況三，工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均停止運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行。舉例：設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)模塊下運(yùn)行，設(shè)定出口總管道介質(zhì)溫度目標(biāo)值t設(shè)=40℃時(shí)，當(dāng)t出=41℃＞40℃時(shí)，s7-200smartplc輸出工況一的運(yùn)行邏輯，工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均按50hz運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行。當(dāng)t出=36℃＜40－3℃時(shí)，s7-200smartplc輸出工況二的運(yùn)行邏輯，工頻風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，噴淋水泵運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；當(dāng)t出=44℃＞40＋3℃時(shí)，設(shè)備再次進(jìn)入工況一；在工況二下運(yùn)行時(shí)，當(dāng)t出=36℃＜40－3℃時(shí)且變頻器的輸出頻率≤25hz時(shí)，s7-200smartplc輸出工況三的運(yùn)行邏輯，工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均停止運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行。以此邏輯，自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。

蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備在冬季模式下運(yùn)行，當(dāng)t出≥t設(shè)時(shí)，設(shè)備進(jìn)入工況三，工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均停止運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；當(dāng)t出＜t設(shè)－3℃時(shí)，設(shè)備進(jìn)入待機(jī)工況，風(fēng)機(jī)、水泵均停止運(yùn)行，設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；在待機(jī)狀態(tài)下，當(dāng)t出＞t設(shè)＋3℃時(shí)，設(shè)備再次進(jìn)入工況三運(yùn)行；在工況三狀態(tài)下，當(dāng)t出＞t設(shè)＋3℃且變頻器的輸出頻率≥45hz時(shí)，設(shè)備進(jìn)入工況二狀態(tài)。舉例：設(shè)備在冬季模塊下運(yùn)行，設(shè)定出口總管道介質(zhì)溫度目標(biāo)值t設(shè)=40℃時(shí)，當(dāng)t出=41℃＞40℃時(shí)，s7-200smartplc輸出工況三的運(yùn)行邏輯，s7-200smartplc輸出工況三的運(yùn)行邏輯，工頻風(fēng)機(jī)和噴淋水泵均停止運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；當(dāng)t出=36℃＜40－3℃時(shí)，設(shè)備進(jìn)入待機(jī)工況，風(fēng)機(jī)、水泵均停止運(yùn)行，設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；在待機(jī)狀態(tài)下，當(dāng)t出=44℃＞40＋3℃時(shí)，設(shè)備再次進(jìn)入工況三；在工況三狀態(tài)下，t出=44℃＞40＋3℃且變頻器的輸出頻率≥45hz時(shí)，s7-200smartplc輸出工況二的運(yùn)行邏輯，工頻風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，噴淋水泵運(yùn)行，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)plc調(diào)速指令在20～50hz自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行。以此邏輯，自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。

變頻風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速是根據(jù)t設(shè)、t出的溫度值，執(zhí)行plc邏輯，自動(dòng)調(diào)用plc的pid子程序，將子程序的運(yùn)算結(jié)果輸出給變頻器，變頻器執(zhí)行調(diào)速運(yùn)行。

另外，設(shè)置在集水箱的溫度變送器，監(jiān)測(cè)到噴淋水溫t水＜3℃時(shí)，plc輸出控制指令，開啟集水箱電加熱器；當(dāng)t水＞6℃時(shí)，plc輸出控制指令，斷開集水箱電加熱器，停止加熱。

綜述，本發(fā)明由于采用plc和變頻器的自動(dòng)控制，細(xì)分了蒸發(fā)式冷卻/冷凝設(shè)備的運(yùn)行模式和運(yùn)行工況，根據(jù)溫度變化自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行功率，降低能耗，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，達(dá)到自動(dòng)節(jié)能的效果。