本發(fā)明涉及一種負荷跟蹤智能控制裝置及方法，具體涉及一種數(shù)字化水泵負荷跟蹤智能控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

循環(huán)水冷卻系統(tǒng)是給設(shè)備提供一個安全、穩(wěn)定、高效、精細化生產(chǎn)溫度環(huán)境的不可缺少的輔助生產(chǎn)系統(tǒng)。它應(yīng)當(dāng)是一個有內(nèi)在健康結(jié)構(gòu)的有機系統(tǒng)整體。然而傳統(tǒng)的按專業(yè)模塊堆積疊加、片面思考的集成理念構(gòu)成的循環(huán)水系統(tǒng)，很少注意系統(tǒng)內(nèi)在的健康結(jié)構(gòu)，不能涌現(xiàn)出系統(tǒng)的整體性能：實時跟蹤負荷變化、且花最小的代價。所以，普遍具有五大問題：大馬拉小車、水泵群與管網(wǎng)特性不匹配、無動態(tài)水力平衡調(diào)節(jié)、無摒除天氣變化對生產(chǎn)設(shè)備溫度場干擾的措施、系統(tǒng)設(shè)備性能不能在線顯示基本摸黑運行，這正是造成我國的電機系統(tǒng)效率普遍低于國外20％～30％最重要的原因。目前，即便是最新的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，由于沒有跳出片面思考的臼巢，仍不能全面解決系統(tǒng)普遍存在的五大問題，因此急需要一種數(shù)字化水泵負荷跟蹤智能控制裝置和系統(tǒng)中其他裝置協(xié)調(diào)運行，以達到整體優(yōu)化、克服傳統(tǒng)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)普遍存在五大問題的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種數(shù)字化水泵負荷跟蹤智能控制裝置及方法，該裝置及方法能夠通過實時跟蹤水泵負荷的變化來調(diào)整水泵的工作狀態(tài)，使水泵與系統(tǒng)整體負荷相匹配，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對水泵的性能進行實時監(jiān)控。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的數(shù)字化水泵負荷跟蹤智能控制裝置，用于循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中，包括從站、主站、水泵在線匹配儀模塊以及用于采集循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫的溫度傳感器，溫度傳感器通過PROFIBUS總線與主站相連接，主站通過上層PROFIBUS總線與從站及水泵在線匹配儀模塊相連接，從站通過底層MODBUS網(wǎng)絡(luò)與循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器相連接。

本發(fā)明所述的數(shù)字化水泵負荷跟蹤智能控制方法包括以下步驟：

溫度傳感器采集循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫信息，并將循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫信息通過PROFIBUS總線發(fā)送至主站中，主站通過上層PROFIBUS總線將循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫信息轉(zhuǎn)發(fā)至從站中，從站計算出當(dāng)前循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫與預(yù)設(shè)水溫值的偏差量Δt₂，再根據(jù)所述偏差量Δt₂通過PID運算得出頻率增量Δf，根據(jù)頻率增量Δf修正循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器運行頻率，克服外界對循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處水溫的干擾，使循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處水溫位于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)波動，同時從站檢測循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器的運行頻率，并判斷循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器的運行頻率是否小于等于30Hz，當(dāng)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器的運行頻率小于等于30Hz時，使循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器的運行頻率為30Hz的最節(jié)能狀態(tài)運行；

從站采集循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器的運行電參數(shù)，并將循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器的運行電參數(shù)傳輸至主站中，主站將循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器的運行電參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)至水泵在線匹配儀模塊，水泵在線匹配儀模塊接收循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器的運行電參數(shù)，并根據(jù)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器的運行電參數(shù)計算出循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的性能，并顯示循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的性能及循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器的運行電參數(shù)。

循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的性能包括循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的電壓、電流、功率、運行頻率及出口處的水壓及流量、以及壓力-流量的特性曲線。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的數(shù)字化水泵負荷跟蹤智能控制裝置及方法在具體操作時，通過溫度傳感器采集循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫，根據(jù)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫通過閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)PID運算通過循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器運行頻率，克服外界對循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處水溫的干擾，使循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處水溫位于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)波動。同時通過從站檢測循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器運行電參數(shù)，并將所述運行電參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)至主站中，主站將所述運行電參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)至水泵在線匹配儀模塊，水泵在線匹配儀模塊根據(jù)所述運行電參數(shù)計算得到循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的性能，然后再顯示循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的性能及循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵的變頻器的運行電參數(shù)。需要說明的是，本發(fā)明以基準點回路出口點處水溫為系統(tǒng)總負荷變化的風(fēng)向標，調(diào)動循環(huán)水冷卻系統(tǒng)所有組成模塊協(xié)調(diào)運行，實現(xiàn)“實時跟蹤負荷且花最小的代價”，使系統(tǒng)達到整體優(yōu)化，以取得較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為水泵P的全相似運行原理圖。

其中，1為從站、2為主站、3為水泵在線匹配儀模塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

本發(fā)明將基準點回路的出口點處的水溫作為系統(tǒng)總負荷的風(fēng)向標，以網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)PID控制系統(tǒng)實現(xiàn)“實時跟蹤負荷且花最小的代價”。

從理論及實踐證明，水泵P及變頻器的工作頻率在50～30Hz是節(jié)能的，低于30Hz時，因負荷率太低，水泵P和變頻器效率大幅度下降，反而不節(jié)能了。

傳統(tǒng)的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)是按照定壓、定流量模式運行的，即便是加了DCS變頻控制系統(tǒng)，也沒有脫離定壓、定流量模式運行的臼巢，水泵P的節(jié)能效果一直不佳。本發(fā)明從理論上搞清循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的運行機制，所以提出最節(jié)能、最高效的泵群全相似運行新概念，并用最新的整體優(yōu)化原理和DCS控制技術(shù)將這個新概念付諸實現(xiàn)。如，在某廠30萬噸乙烯工程中，使得分餾塔塔壓控制精度大幅度提高，產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量得到顯著提高，取得了極好的經(jīng)濟環(huán)境效益，循環(huán)水冷卻系統(tǒng)本身也取得節(jié)能30％的好成績。

本發(fā)明所述的數(shù)字化水泵負荷跟蹤智能控制裝置，用于循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中，包括從站1、主站2、水泵在線匹配儀模塊3以及用于采集循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫的溫度傳感器，溫度傳感器通過PROFIBUS總線與主站2相連接，主站2通過上層PROFIBUS總線與從站1及水泵在線匹配儀模塊3相連接，從站1通過底層MODBUS網(wǎng)絡(luò)與循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器相連接。

本發(fā)明所述的數(shù)字化水泵負荷跟蹤智能控制方法包括以下步驟：

溫度傳感器采集循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫信息，并將循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫信息通過PROFIBUS總線發(fā)送至主站2中，主站2通過上層PROFIBUS總線將循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫信息轉(zhuǎn)發(fā)至從站1中，從站1計算出當(dāng)前循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處的水溫與預(yù)設(shè)水溫值的偏差量Δt₂，再根據(jù)所述偏差量Δt₂通過PID運算得出頻率增量Δf，根據(jù)頻率增量Δf修正循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器運行頻率，克服外界對循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處水溫的干擾，使循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中基準點回路出口點處水溫位于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)波動，同時從站1檢測循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器的運行頻率，并判斷循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器的運行頻率是否小于等于30Hz，當(dāng)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器的運行頻率小于等于30Hz時，使循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器的運行頻率為30Hz的最節(jié)能狀態(tài)運行；

從站1采集循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器的運行電參數(shù)，并將循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器的運行電參數(shù)傳輸至主站2中，主站2將循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器的運行電參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)至水泵在線匹配儀模塊3，水泵在線匹配儀模塊3接收循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器的運行電參數(shù)，并根據(jù)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器的運行電參數(shù)計算出循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的性能，并顯示循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的性能及循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的變頻器的運行電參數(shù)。

循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的性能包括循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中水泵P的電壓、電流、功率、運行頻率及出口處的水壓及流量、以及壓力-流量的特性曲線。

水泵P、變頻器、冷卻塔共同組成“實時跟蹤負荷且花最小的代價”的負荷跟蹤系統(tǒng)，這是通過基準點回路出口點處的溫度傳感器、數(shù)字化水泵負荷跟蹤智能控制裝置、變頻器、水泵P組成的網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)PID控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。圖2為系統(tǒng)水泵P全相似運行原理圖，P_c曲線為水泵P揚程-流量(ΔP-L)特性曲線，ΔP為水泵P的揚程，L為水泵P的流量，n為水泵P的轉(zhuǎn)速，下標為“0”參數(shù)為額定轉(zhuǎn)速n₀下的參數(shù)，下標為“1”參數(shù)為變轉(zhuǎn)速n₁下的參數(shù)，A₀為額定工況點，R₀為閉式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)通過A₀的管網(wǎng)特性曲線ΔP＝S₀·L²；R₁為開式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)通過A₀的管網(wǎng)特性曲線ΔP＝S₀·L²+H₀，S₀為管網(wǎng)綜合阻力系數(shù)，H₀為開式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的自由液面高度。理論證明在系統(tǒng)全相似的條件下，水泵P才能運行在最節(jié)能、最高效的最佳狀態(tài)，在圖2上表現(xiàn)就是水泵P要沿著R₀運行，脫離R₀的任何工況點，例如，目前常用定壓工況點B₁，都不是最佳工況點，開式系統(tǒng)R₁上的工況點雖不和A₀點相似，但和A₀相近，也是開式系統(tǒng)水泵P運行最佳工況點。本發(fā)明就是通過對負荷的跟蹤來調(diào)整水泵P，使水泵P始終沿著R₀或R₁運行，以獲得最好的節(jié)能、控制效果。