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    浔之漫智控技术(上海)有限公司

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  • 公司认证: 营业执照已认证
  • 企业性质:私营企业
    成立时间:2017
  • 公司地址: 上海市 松江区 永丰街道 上海市松江区广富林路4855弄52号3楼
  • 姓名: 聂航
  • 认证: 手机已认证 身份证已认证 微信未绑定

    西门子6ES7216-2AD23-0XB8代理订购

  • 所属行业:电气 工控电器 DCS/PLC系统
  • 发布日期:2024-07-19
  • 阅读量:8
  • 价格:面议
  • 产品规格:模块式
  • 产品数量:1000.00 台
  • 包装说明:全新
  • 发货地址:上海松江永丰  
  • 关键词:西门子代理商,西门子一级代理商

    西门子6ES7216-2AD23-0XB8代理订购详细内容

    西门子6ES7216-2AD23-0XB8代理订购


    1、 概述
    大庆油田气红压深冷装置是气分公司大的气处理装置,每天处量
    达到90万方,生产轻烃200余吨。根据气深冷分离装置自动化监控系统的设计要求,
    由于相关的PLC设备分布广泛,监控功能要求自动化程度高,而且有关的信息要及处理,并要易与管理。因此自动控制系统以OPTO 22公司 SNAP I/O系统作为骨干框架,结合其其易用的应用开发组态软件包Factory Floor Suit 4.0c,在32位的bbbbbbS操作平台上,开发出既能很简单便完成系统各种监控功能,又具有使用灵活的人机界面的气深冷分离装置自动化监控系统应用软件,监控装置区各工艺点的温度、压力、差压、调节阀等。装置内压缩机、膨胀机、丙烷制冷机、ESD紧急停车系统等与OPTO 22 SNAP I/O系统通过通讯进行数据交换,由于机组自带的PLC系统出自多个厂家,通讯标准不同,技术难度较大。
    我们通过不断摸索、实践,在较短时间内,顺利完成了多个系统间的通信问题,使系统具有性高、兼容性强、操作简便等优点,并且为项目节省了投资。

    2、 通讯系统的要求
    1) 具备实时通讯功能,利用OPTO 22 产品的强大的通讯优势,将生产数据实时传输到OPTO 22 SNAP I/O系统。
    2) 完善的监控功能。OPTO 22 SNAP I/O 系统接收到机组通讯传出的报警信号,能够及时记录并执行相应现场控制流程。
    3) 支持多通信协议。
    4) 良好的中文人机界面。
    5) 采用工业组态软件实现,便于维护、扩充和升级。

    3、 技术实现
    红压深冷装置项目由压缩机控制子系统、膨胀机控制子系统、丙烷机控制子系统、ESD
    紧急停车子系统和OPTO 22公司OPTO22 SNAP I/O控制系统(ME系统)五部分组成。其中个系统只是进行局部的单位控制,与OPTO 22 SNAP I/O控制系统之间通过网络通讯实现数据交换。OPTO 22 SNAP I/O系统(ME系统)在整个系统中处于全局控制和监视的至关重要的地位。
    在本项目中我们使用OPTO 22 SNAP I/O控制系统的OPTO 22 SNAP LCM4作为主控制器,该控制器CPU采用32位Motorola 68EC030处理器,4MB内存带电池后备,2MB快闪可读写内存,四个串行接口,一个固定的RS—485,三个可分别立设定为RS—232/485。我们利用控制器自带的串行接口进行编程实现。
    在现场应用中,我们分析ESD系统。ESD紧急停车系统是红压深冷装置的基础,它采用SIEMENS S7—400可编程序控制器实现,自身设计成主站工作,无上位机显示设备,监控在OPTO 22 SNAP I/O中实现。OPTO 22 SNAP I/O控制系统中的LCM4控制器的COMO----COM3通讯端口可以根据需要设置成232或485方式,根据现场的多次通讯实验,通讯采用标准MODBUS方式实现不了。主要原因是ESD系统采用的是主站方式,若改为从站通讯方式需换所有ESD 软、硬件。费用太高,不可能实现。经过对ESD、PLC的进一步分析,我们决定采用自由口通讯方式把SIEMENS S7---400通讯端口用485接线方式连接到与其标准兼容的LCM4控制器的COM3上。,通过编制数据交换程序,设定起始码,奇偶校验、每个数组的位数、传输波特率等。调试过程中,DCS 接收到了ESD 发送的数据,但稳定性差,在线(ONLINE)程序中看到有时出现空栈错误,程序运行至通讯时逻辑不正常,经过反复分析及多次实验,在程序中加了数据同步处理,至此与ESD通讯正常,实现了DCS与紧急停车系统(ESD)的通讯。
    在与压缩机系统PLC通讯时,压缩机系统采用GE公司的90—70,我们采用MODBUS RTU方式编制相应程序,在程序编制完成后,通过下装、运行,不断调试,终顺利进行了连接。
    在实现上述两个机组通讯的基础上,利用积累的经验,掌握了各机组的特点,实现了DCS与全部机组通讯。

    二、系统结构及配置方案
    在本系统配置中,采用OPTO 22 且成熟的OPTO 22 SNAP I/O系统,这是一个应用串行通讯多次重发技术的三层分布式网络。本系统由自控的监控主机PC 和四台OPTO 22的主控制器OPTO 22 SNAP—LCM4以及7个可分布安装放置的智能I/O单元B3000组成,有关的系统结构示意图,请参阅以下的图示。


    (结构图示)
    如图所示的三层网络结构中,上一层是由PC 组成,使用ETHERNET网络连接,作为监控系统的人机界面,动态显示各种设备运转的实时状态,显示和记录设备的异常和故障报警,设定设备的自动运行时间和条件,操作者可切换系统设备按自动或手动的方式运行。另外,如用户有所要求,可把监控主机设立为WEB SERVER,所有的监控图画转换为WEB PAGE ,用户可在局域网和互联网上,使用标准的网页浏览器Internet Explorer,对系统实行监视操作和控制。
    二层由四台OPTO 22控制器 OPTO 22 SNAP---LCM4组成,各控制器与监控主机之间采用以太网通讯方式,组成监控网络(C--NET)。其中两台控制器与现场I/O相连,另外每台控制器于现场PLC相连。
    三层是由多台PLC及7个I/O智能单元B3000组成。I/O单元之间及相关控制器之间由RS—485组成I/O网络(I/O--NET),I/O单元的距离是1000M,加通讯重发器可延长分布距离。这样可以把I/O单元和I/O模块分散安置在相关设备附近,使连接的信号线减到少,大大减少了信号传输过程中受到干扰的机会。I/O单元直接设备的工作状态和报警信号、设备的检测信号数值,同时可自动或手动控制设备的运转,对有关的PID运算控制回路进行本地的运算和调节,大大加强了系统的实时控制及快捷反应能力。

    结束语
    通过实践证明OPTO 22 SNAP I/O系统与多机组PLC之间的通讯是稳定和便捷的,实时性好,性高。体现了OPTO 22 SANP I/O系统灵活、多变、通讯功能强大及其广泛适应性的特点。


    随着科学技术的发展,实现中低压配电网的自动化已成为电力系统发展的趋势。中低压配电网作
    为输配电系统的后一个环节,其实现自动化的程度与供用电的质量和性密切相关。为此,本文
    特对中低压配电网自动化的必要性及其实现方案作简单的讨论。
    配电变压器是将电能直接分配给低压用户的电力设备,其运行数据是整个配电网基础数据的重要
    组成部分。因此,对其运行参数与状态进行监测是必要的。本文讨论利用 GRPS 作为通信手段,建立
    配电变压器监测系统。
    在配电变压器监控系统的通信中,可以采用数传电台、GSM 短消息、光纤接入等方式。数传电
    台的优势是除了每年的频点费以外,平时运行额外费用;缺点是受地形、气候的影响较大,造成
    系统的性、实时性较差,无法主动上报。GSM 短消息方式可以实现主动上报;缺点是按条收费,
    运行费用高,而且在节日短消息服务器繁忙时延时相当长。光纤通信稳定,但是施工成本
    投入大、扩展性差、设备维护方面不方便。而 GPRS 通信则避免了以上问题。
    通用分组无线业务 GPRS 是在现有 GSM 系统上发展出来的一种新无线数据传数业务,目的是给移
    动用户提供高速无线 IP 或 X.25 服务。 GPRS 理论带宽可达 171.2Kbit/s,实际应用带宽大约在 40~
    100Kbit/s,在此信道上提供 TCP/IP 连接,可以用于 INTERNET 连接、等应用。GPRS 采用分
    组交换技术,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以由多个用户共享,资源被有效
    的利用。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网
    络资源。GPRS 永远在线,按流量计费,从而提供了一种、的无线分组数据业务。特别适
    用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的,也适用于偶尔的大数据量传输。



    二、系统结构

    配电变压器综合管理系统的开发目标是建立一个,能提供各种服务,并有为应用程
    序的执行和实施提供较强功能的开放式平台和运行在该平台的多个相对立的应用子系统组成的系
    统,成为一个符合配电系统现代化管理要求的,分布式,开放式,模块化,可扩充的配电变压器综合
    管理系统。基础平台除提供基本的硬件技术和操作系统内核外,还提供诸如数据库系统、信息传递、
    人机界面、实时环境应用程序等基础服务。基于基础平台之上的各应用子系统包括:配电变压器管理,
    线损管理,自动抄表,VQC 功能,谐波数据,购电量管理,数据查询,自动报表,图表和与其他系
    统的接口等。这些子系统之间在开放系统结构(OSA)基础上实现的横向和纵向集成,形成一个
    完整的配电变压器综合管理信息系统。
    GPRS 配电变压器监控系统的网络架构如下图所示,系统分为四个部分,分别是监控主站、
    网络代理服务器、GPRS 终端、监控终端设备。主站主要完成人机交互工作;网络代理服务
    器主要负责网络数据链路建立和数据收发的透明中转;GPRS 终端完成信息的上送与下发;
    监控终端设备主要完成数字量与模拟量的采集。

    本系统中网络代理服务器可采用 ADSL、LAN 等 INbbbNET 公网连接,采用公网固定 IP 或者公
    网 IP+DNS 解析服务,出于性考虑,监控主站在局域网中,不直接连在 INTERNET 网
    上,通过网络代理服务器来负责网络数据链路建立和数据收发的透明中转。
    GPRS 终端上电后,它会根据预先设定在其内部的 IP 地址或者是域名来主动访问网络代
    理服务器,通过代理服务器和监控建立 TCP/IP 链路。监控主站本身维护接入的每个终端的
    IP 地址和 ID 号,当主站要向某个监控终端提出数据请求时,它会根据 IP 地址和 ID 号来找到对应的
    终端,将命令下发到该终端,终端响应后通过 GRPS 终端把数据发到网络代理服务器端口,
    通过端口影射转发到监控主站,即完成了一个应答式的通讯流程。
    以上方式是通过 Internet(CMNET)实现的,这样用户的实现成本比较低。如需要高性数据传
    输。中国移动为这种应用提供了直接接入 GPRS 网络的方式。监控主站通过专线方式直接接入
    GPRS 移动基站,并获得一个固定的 IP 地址。监测点数据路由到 Internet 网络,监测点 DTU 也
    采用固定 IP 地址的 SIM 卡。采用这种方式组成点对多点网络具有实时性好、性高的特点,但接
    入费用相对较高。

    三、监控终端

    该监测系统采用的配电综合监测仪是根据电力需求侧管理技术要求和配变负荷监测相关标准设
    计、制造的一种高科技产品。它采用数字采样处理技术,集数据采集、显示、存储、通讯等多
    功能于一体,并可通过后台软件将储存记录的数据以图表或报表的形式显示、打印和分析。其科技领
    先,功能强大、性高,可广泛应用于配电自动化系统的监测。其主要功能有:
    基本测量参数:
    三相电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、四象限电能、环境温度等九类,三十
    多个参数。
    技术参数
    额定技术参数
    额定电压 Un: 100V
    额定电流 In:
    额定频率 Fn: 50Hz
    测量准确度

    电压/电流/频率: 0.2 级
    功率因数/有功功率/无功功率: 0.5 级
    有功电量/无功电量: 1.0 级
    内置闪存容量
    存储容量:1024k 字节,可实现连续 84 日用电数据记录(每 15 分钟记录一次)
    精度
    电压/电流/频率: 0.2 级
    功率因数/有功功率/无功功率: 0.5 级
    有功电量/无功电量: 1.0 级


    系统参数设定
    装置的 CT、PT 变比
    数据存储间隔
    系统时钟
    LCD 对比度
    过压参数
    欠压参数
    过流参数


    四、GPRS 终端

    GPRS 终端实现监控主站与监控终端的通讯。本系统中采用 Saro1010P GRPS DTU。
    该 DTU 功能与特点如下:
    A、功能:
    1. 标准的 AT 命令界面,方便程序设计;
    2. TCP/IP Internet 内嵌的协议栈,轻松互连;
    3. RS232 接口方式,加简便的通讯方式;
    4. 可通过串口升级程序。
    B、性能:
    1. 使用低功耗的 CPU 做处理器,16 位内部数据总线,128KBSRAM,512KBFLASH,可高速
    处理协议和大量数据;
    2. 支持全透明及帧格式;
    3. 支持 TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、bbbNET、HTTP 协议栈;
    4. 一个符合 ISO7816-3IC 卡标准的 SIM 卡座,支持符合 GSM11.11 和 GSM11.10,规范 SIM 卡;
    5. 简化的接口设计,使用通用的 232 接口和简单的 AT 命令交互界面;
    6. 供了方便的电源接口,即可使用外挂电源。又可从串口直接取电;
    7. 整机功耗小于 3W;
    8. 完善了 GPRS 网络中所出现的拨号,掉线自动重启,远程唤醒等功能;
    9. 支持远程控制及动态域名解析;
    10. 同时具嵌入式系统要求,可提供内置式模块(不带外壳,可通过插针与嵌入式直接系统相连)。
    11、同时还有软硬件双重,在 DTU 不能正常工作时,能够自动断电复位。


    五、监控主站

    主站系统里面层为操作系统及系统软件。二层为系统支持软件层,包括数据库系统、电力系
    统模型、数据采集和传输。电力系统模型主要指电力系统设备对象化及网络拓扑;数据库系统分运行
    库、基础库、标准库和历史库四部分;数据采集和传输就是将各种数据从不同的终端根据各种通讯协
    议采集过来,但并不进行处理,再通过网络分发给需要这些数据的系统。三层为基础应用层,将采
    集过来的数据经过各种处理,通过 GUI 界面显示给用户。四层为应用层,它所产生的数据主
    要是供电力系统进一步管理和决策用。


    上位软件主要完成以下功能:
    (1)配电变压器 SA 系统 变压器运行监控,变压器异常情况监控,数据的分析、处理和
    存盘,RTU 的参数设置及状态显示。既能获得配电网运行的基本信息,又为功能扩充提供很好的基础。
    (2)自动抄表系统 根据设定的时间自动抄录配电变压器和用户的电度数。并具有电表异常告
    警,跟踪抄表记录和操作记录等辅助功能。
    (3)用户购电量管理 对于信誉比较差的用户,通过系统对它进行先购电后供电,并在使用电
    量达到某些比例时进行警告。
    (4)线损管理 主要是台区线损管理和线路线损管理。
    (5)配电设备管理 主要是配电线路和配电变压器等设备的管理。
    (6)终端错误智能识别 终端错误分为通讯恢复,通讯中断(某一终端连续三次召测不到),终
    端无线错误(连续十次召测不到),无线中断(连续有三十个终端召测不到)。
    (7)负荷预测 通过计算主站和分站所有台区的总有功功率总加值来初步预测下一阶段的负荷
    情况。
    (8)电容器投切 根据电压和功率因数就地进行调节,调节时考虑时间因素和投切次数。在就
    地调节失灵的情况下能够远方****和远方控制。如果终端无调节投切功能,系统能够远方计算后控制
    电容器投切。
    (9)终端操作 可以远方读取或者设置终端的参数,如变压器的整定参数等。可设置开关合闸,
    开关分闸。可读取或设置 VQC 参数。
    (10)与营销系统数据库的接口 能方便地为营销系统提供数据源。
    (11)采集谐波数据 通过系统能够采集用户的各次谐波含量。
    (12)用户窃电管理 增加用户电量与功率转换为电量的比较,通过设置比例系数,来进行警告,
    比如当有功功率产生而电量不动时,则产生警告。


    自来水厂的生产废水主要来自沉淀池或澄清池排泥水和滤池反冲洗废水,其中包含了原水中的杂质以及水厂投加的剂残留物,其水量一般约占水厂总制水量的3%~7%,对环境的冲击作用是显而易见的.据估计,上海市全部水厂每年排入江河的悬浮物约达30万吨以上,物3万吨以上.

    近年来,随着人们环境意识的增强,特别是强调走可持续发展道路以后,自来水厂排泥水处理以及污泥处置问题越来越受视,**对自来水厂生产废弃物的排放和处置要求也逐渐提高.我国许多规模较大的新建水厂和水厂扩改建工程也开始考虑排泥水处理和污泥处置问题,所采用的工艺流程也各不相同.本文的主要目的是就自来水厂排泥处理采用的有关流程以及自控要求提出一些个人看法,供有关人士参考.


    排泥处理常采用的工艺流程布置方式

    在工程设计中选择排泥水处理工艺流程时需考虑排泥水的沉降性能,上清液是否能达标排放,集泥池中的泥水浓度是否能满足浓缩脱水的需要,以及排泥水调节池和滤池反冲洗废水调节池是否能满足排泥水与废水预浓缩的体积要求等.通常有下列几种布置方式可供选用参考:

    方式(1):沉淀池排泥水浓缩处理,滤池反冲洗废水直接回用或排放.适用于滤池反冲洗废水可满足回用要求的情况,考虑到长时间回用可能引起的金属离子富集等问题,亦考虑排放措施.

    方式(2):沉淀池排泥水浓缩处理,滤池反冲洗废水经废水调节池预沉,上清液回用或排放,底部污泥水浓缩处理.适用于滤池反冲洗废水不能满足回用要求,但预沉后上清液可以满足回用要求的情况.

    方式(3): 沉淀池排泥水和滤池反冲洗水经调节池混合后,上清液回用或排放,底部污泥水浓缩处理.适用于滤池反冲洗废水不能满足回用要求,但单浓缩无法脱水机械要求,只能与沉淀池排泥水混合浓缩的情况.

    国内外有些资料上还介绍了一些工艺流程,基本上都是在以上三种基础上略做修改,此处不再介绍.


    图1 排泥处理常采用的工艺流程布置


    排泥水处理工艺优化

    自来水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水的浓度和沉降性能之间存在着较大的差别.沉淀池排泥水的浓度一般较高,如果对沉淀池排泥加以有效控制,可将排泥水平均含固率控制在0.6%以上,进行一定时间的浓缩后,一般情况下可将浓缩池底部排泥浓度控制在3%以上,有利于污泥脱水机械的运行.滤池反冲洗废水的平均浓度较低,一般平均含固率在0.1%以下,进行浓缩后浓缩池底部排泥浓度一般1%,经过长时间的浓缩压密也很难过2%,不宜直接进行污泥脱水.

    针对上述情况,笔者建议将滤池反冲洗废水的浓缩污泥与沉淀池排泥水混合,进行二次浓缩,具体的工艺布置如下:

    图2 排泥处理工艺具体布置

    这种运行方式可以明显改善反冲洗废水的浓缩效果,且由于反冲洗废水的浓缩污泥总量少,对沉淀池排泥水浓缩的影响小,可满足脱水机械的运行要求.



    污泥脱水工艺的运行控制要求

    污泥脱水的运行控制包括沉淀池吸泥机的运行,平衡池和调节池的设置以及加药和提升系统等多方面的要求,以下从设计角度提出一些看法:


    吸泥机的运行

    建议采用泵虹吸式吸泥机,并在吸泥机上安装泥位浓度梯度检测仪.通过对泥位梯度变化的检测,控制吸泥机的泵吸,虹吸运行选择,提高排泥浓度.在沉淀池的起端和末端易受水流影响的地方,一般排泥浓度较高,可通过程序控制结合泥位梯度检测结果在局部区域多次往复,直至达到排泥要求.


    调节池

    沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水是间歇产生的,且流量较大,而浓缩池设计时考虑处理负荷,基本上是连续运行的,因此需设置调节池以解决废水收集和浓缩之间能力差值.排泥水调节池用以收集沉淀池排泥水,其容积满足排泥期间吸泥机排泥能力和排泥水浓缩能力的差值;反冲洗废水调节池则收集滤池反冲洗废水,不仅需在容积上考虑滤池反冲洗废水排放能力与浓缩能力的差值,还需考虑反冲洗废水的回用问题.

    调节池运行控制方面,建议采用可调节的提升泵,根据调节池的运行液位及污泥浓缩池上清液固体悬浮物含量调节运行速度,以确保回用的上清液中的悬浮物含量小于设定的标准限制.


    污泥浓缩池

    污泥浓缩池的设计需考虑生产废水的沉降性能和所需达到的处理负荷.为节约浓缩池面积,往往在浓缩池固液分离部分加斜板,以提高浓缩效率.如果同时考虑沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水的浓缩,则建议在设计时考虑两组浓缩池之间可切换使用,反冲洗废水浓缩池排泥管路考虑二次浓缩的可能.

    浓缩池进水管路考虑流量信号的输出以及进水阀门的状态控制;浓缩池内则包括液位信号,泥水分离区浊度信号和污泥压密区的浓度信号的输出;排泥管路建议采用调流阀,根据排泥管路的污泥浓度调节进入平衡池的污泥量,保证平衡池内的污泥浓度满足脱水机械的要求.


    污泥平衡池

    污泥平衡池的作用是收集浓缩污泥,保证脱水机械的连续运行.平衡池的容积决定了污泥脱水系统的抗冲击能力,如果原水浊度短期大量提高,产生的浓缩污泥过了脱水机械的处理能力,则出部分的污泥可储存在平衡池内,待以后处理.

    污泥平衡池主要考虑液位,浓度信号的输出以及搅拌设备和出水阀门的状态控制.


    脱水机械,PAM溶投系统及提升系统

    自来水厂的污泥脱水机械主要有带式压滤机,板框压滤机和离心脱水机三种.带式压滤机由于出泥含固率较低,很难达到泥饼处置要求,较少使用,但有时也被用于污泥浓缩;脱水机械常采用的是板框压滤机和离心脱水机,两者产生的脱水污泥基本都能满足处置要求,前者脱水效果优,但设备,土建投资大且系统复杂,后者投资相对较低,系统较简单,但噪音较大,脱水效果较前者略差.

    PAM溶投系统包括PAM溶液的配置系统和投加系统,其投加点主要在脱水机械以前,必要时也可在浓缩池内少量投加PAM,以改善泥水分离和污泥沉降效果.

    提升系统包括浓缩池,平衡池和脱水机械之间泥水输送系统,根据浓缩和脱水系统的运行情况,有一定的调流要求.

    脱水机械,PAM溶投系统及提升系统的控制系统,往往由厂家根据具体设备要求配套提供,包括状态,浊度和压力等信号的输出,控制和开关等要求.


    上清液回用

    上清液回用,主要指滤池反冲洗水调节池中的水和浓缩池上清液是否可作为原水重新接入常规处理工艺.前者主要需考虑其对铁,锰等金属离子的富集问题以及对出厂水浊度等常规指标和隐孢子虫等微生物指标的影响;后者除考虑前者的这些问题外,还需考率投加PAM后对出厂水质的影响,这对自控检测系统的要求很高.


    结束语

    目前,国内自来水厂排泥水处理尚属于起步阶段,不仅有关的理论和生产实践研究尚未深入,设计方面也缺乏经验,还有大量的工作要做.因此在设计时,根据原水的水质和水厂的工艺流程,进行必要的试验探讨,以选定污泥处理的合理工艺流程,并结合所选定的设备情况确定运行控制要求.


    1 概述
    空调系统在现代企业及生活环境改善方面为普遍,而且是某些生活环境或生产工序中所配备的,即所谓人造环境,不仅是温度的要求,还有湿度、洁净度等。之所以要求配置空调系统,目的在于提高产品质量,提高人的舒适度,而且集中供冷供热效,便于管理,节省投资等。为此,几乎所有企业、高层商厦、商务大楼、会场、剧场、办公室、图书馆、宾馆、商场、市、酒店、场、体育馆等中大型建筑上都采用空调,它是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一,但由于它的电能消耗非常之大,是用户,几乎占了用电量的50%以上,因此其日常开支费用很大。
    空调系统都是按大负载并增加一定余量设计的,而实际上在一年中,满负载下运行多只有十多天,甚至十多个小时,绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常,空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载,而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载,几乎长期在**负载下运行,造成了能量的大浪费,也恶化了空调的运行环境和运行质量。
    随着变频技术的日益成熟,利用变频器、PLC、D/A转换模块、温度传感器、温度模块等部件的结合,可构成温差闭环自动控制系统,自动调节水泵的输出流量。采用变频调速技术不仅能使商场室温维持在所期望的状态,让人感到舒适满意,使整个系统工作状态平缓稳定,重要的是其节能效果高达30%以上,能带来很好的经济效益。
    2 空调系统构成及工作原理
    如图1所示,空调系统主要由以下几个部分组成。
    2.1 冷冻机组
    通往各个房间的循环水经由冷冻机组进行“内部热交换”作用,使冷冻水降温为5~7℃。并通过循环水系统向各个空调点提供外部热交换源。内部热交换产生的热量,通过冷却水系统在冷却塔中向空气中排放。内部热交换系统是空调的“制冷源”。
    2.2 冷冻水塔
    用于为冷冻机组提供“冷却水”。
    2.3 “外部热交换”系统
    此系统由两个循环水系统组成:
    1)冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻管道组成。
    从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道,在各个房间内进行热交换,带走房间内的热量,使房间内的温度下降;
    2)冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换,使水温冷却的同时,必将释放大量的热量,该热量被冷却水吸收,促使冷却水温度升高,冷却泵将升了温的冷却水压入水塔,使之在冷却塔中与大气进行热交换,然后再将降了温的冷却水,送回到冷冻机组,如此不断循环,带走冷冻机组所释放的热量。

    2.4 冷却风机
    1)室内风机安装于所有需要降温的房间内,用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间,加速房间内的热交换。
    2)冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温,加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。
    空调系统的四个部分都可以实施节电改造,但冷冻水机组和冷却水机组改造后的节电效果为理想。因此我们将阐述对冷冻机组和冷却机组的变频调速技术改造,次要说明冷却风机的变频调速技术改造。
    3 空调系统变频改造的具体方案
    现将淅江省嘉兴市某集团公司办公楼的空调系统的变频节能改造方案做一具体介绍。
    3.1 空调原系统存在的问题
    该集团空调系统改造前的主要设备和控制方式:
    1)450 t冷气主机2台,型号为特灵二式离心机,两台并联运行;
    2)冷冻水泵2台,扬程28 m,配用功率45 kW;
    3)冷却水泵有2台,扬程35m,配用功率75 kW,冷冻水泵与冷却水泵均采用一用一备的方式运行;
    4)冷却塔2台,风扇电机11 kW,并联运行,室内风机4台,5.5 kW,并联运行。
    该集团是一家合资企业,为了给员工营造一个良好的工作环境,办公楼大部分空间采用全封密的模式,因此公司大部分空间自然通风效果不好,所以对夏季冷气质量的要求较高。除了一些节日外,其它时间空调都是全开的。由于空调系统设计时按天气热、负荷大时设计,且留有10%~20%的设计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载,冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样,冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行,造成了能量的大浪费。
    原系统中冷冻、冷却水泵采用的均是Y-△起动方式,电机的起动电流均为其额定电流的3~4 倍,在如此大的电流冲击下,接触器的使用寿命大大下降;同时,启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象,容易对机械部件、轴承、阀门和管道等造成破坏,从而增加维修工作量、维修费用,设备也容易老化。
    另外,由于冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化,其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温度,只能是用大流量获得小温差。这样,不仅浪费能量,也恶化了系统的运行环
    境与运行质量。特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控稍有失灵或灵敏度不高时,将会导致大面积空调室温偏冷,感觉不适,严重干扰空调系统的运行质量。
    针对上述实际情况,对该集团的空调系统实施了利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统的方案。主要对冷冻、冷却水泵进行了变频调速技术改造,达到节约电能、稳定系统、延长设备寿命,提高环境舒适度的目的。
    3.2 空调系统节能改造的具体方案
    对该空调节能系统进行变频节能改造的具体装机清单如表1所列。

    3.2.1 变频节电原理
    由流体(水泵、风机)的工作原理可知:水泵、风机的流量(风量)与其转速成正比;水泵、风机的压力(扬程)与其转速的平方成正比;而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积,故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比(即与电源频率的
    三次方成正比)。变频器节能的效果是十分显著的,这种节能回报是看得见的。特别是调节范围大、启动电流大的系统及设备,通过图2 可以直观地看出在流量变化时只要对转速(频率)稍作改变就会使水泵轴功率有大程度上的改变,此特点使得使用变频器进行调速成为一种趋势,而且不断深入并应用于各行各业的调速领域。
    根据上述原理可知:改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的输出功率。
    图中阴影部分为同一台水泵的工频运行状态与变频运行状态在随着流量变化所消耗的功率差。
    3.2.2 系统电路设计和控制方式
    根据空调系统冷却水系统的一般装机形式,建议在冷却水系统和冷冻水系统各装两套传动之星SD-YP 系列一体化变频调速控制柜,其中冷却变频调速控制柜供两台冷却水泵切换(循环)使用,
    冷冻变频调速控制柜供两台冷冻水泵切换(循环)使用。变频节能调速系统是在保留原工频系统的基础上改装的,变频节能系统的联动控制功能与原工频系统的联动控制功能相同,变频节能系统与原工频系统之间设置了联锁保护,以确保系统工作。利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的结合,构成温差闭环自动控制系统,自动调节水泵的输出流量,为达到节能的目的提供了的技术条件。如图3所示,给出了主电路具体的改造方案。

    3.2.3 系统主电路的控制设计
    根据具体情况,同时考虑到成本控制,尽可能地利用原有的电器设备。冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的运行方式,因备用泵转换时间与空调主机转换时间一致,切换频率不高,所以冷冻水泵和冷却水泵电机的主备切换控制利用原有电器设备,通过接触器、启停按钮、转换开关进行电气和机械互锁。确保每台水泵只能由一台变频器拖动,避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故;并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵,以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。
    3.2.4 系统功能控制方式
    上位机监控系统主要通过人机界面完成对工艺参数的检测,各机组的协调控制以及数据的处理、分析等任务;下位机PLC主要完成数据采集,现场设备的控制及联锁等功能。具体工作过程中,开机时,开启冷水及冷却水泵,由PLC控制冷水及冷却水泵的启停,由控制冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号,开启制冷机,由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量,同时PLC控制冷却塔根据温度传感
    器信号自动选择开启台数;当过滤网前后压差出设定值时,PLC发出过滤堵塞报警信号;送风机转速的快慢是由回风温度与系统设定值相比较后,用PID方式控制变频器,从而调节风机的转速,达到调节回风温度的目的。停机时,关闭制冷机,冷水及冷却水泵以及冷却塔延时15 min 后自动关闭。保护时,由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护,压力偏低时自动开启泵。

    3.3 系统节能改造原理
    变频节能系统示意图如图4所示。
    1)对冷冻泵进行变频改造PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存,并计算出温差值;然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的转速,调
    节出水的流量,控制热交换的速度。温差大,说明室内温度高系统负荷大,应提高冷冻泵的转速,加快冷冻水的循环速度,加大流量,加快热交换的速度;反之温差小,则说明室内温度低,系统负荷小,可降低冷冻泵的转速,减缓冷冻水的循环速度,减小流量,
    降低热交换的速度以节约电能。
    2)对冷却泵进行变频改造由于冷冻机组运行时,其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温,再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大,说明冷冻机负荷大,需冷却水带走的热量大,应提高冷却泵的转速,加大冷却水的循环量;温差小,则说明,冷冻机负荷小,需带走的热量小,可降低冷却泵的转速,减小冷却水的循环量,以节约电能。
    3)冷却塔风机变频控制通过检测冷却塔水的温度对冷却塔风机进行变频调速闭环控制,使冷却塔水温恒定在设定温度,可以有效地节省风机的电能额外损耗,能达到节电效果。
    4)室内风机组变频控制通过检测冷房温度对变风机组的风机进行变频调速闭环控制,实现冷房温度恒定在设定温度。室内风机组变频控制后可达到理想的节电效果,并且使空调效果佳。

    3.4 系统流量、压力
    本方案的调节方式采用闭环自动调节控制,冷却水泵系统和冷冻水泵系统的调节方式基本相同,用温度传感器对冷却(冷冻)水在主机上的出口水温进行采样,转换成电量信号后送至温控器将该信号
    与设定值进行比较运算后输出一模拟信号(一般为4~20 mA、0~10 V等)给PLC,由PLC、D/A转换模块、温度传感器、温度模块进行温差闭环控制,手动/自动切换和手动频率上升、下降由PLC控制,后把数据传送到上位机人机界面实行****控制。变频器根据PLC 发出的模拟信号决定其输出频率,以达到改变水泵转速并调节流量的目的。
    冷却(冷冻)水系统的变频节能系统在实际使用中要考虑水泵的转速与扬程的平方成正比的关系,以及水泵的转速与管损平方成正比的关系。在水泵的扬程随转速的降低而降低的同时管道损失也在降
    低,因此,系统对水泵扬程的实际需求一样要降低;
    而通过设定变频器下限频率的方法又可保证系统对水泵扬程的需求。供水压力的稳定和调节量可以通过PID参数的调整。当供水需求量减少时,管道压力逐渐升高,内部PID调节器输出频率降低,当变频器输出频率低至0 Hz时,而管道在一设定时间内还设定压力,变频器切断当前变频控制泵,转而控制下一个原工频控制泵,变频器在水泵控制转换过程中,逐渐轮换使用水泵,使每个水泵的利用率均等,增加系统、管道压力的稳定性和性。
    4 空调系统进行变频改造的优点
    变频节能改造后除了可以节省大量的电能外还具有以下优点:
    1)电机起动是软起动,电流从0 A到额定电流变化,减小了大电流对电机的冲击;
    2)电机软起动转速从0 开始缓慢升速,可以有效减少水泵或风机的机械磨损;
    3)变频器是的电力电子设备,具有较强的电机保护功能,能延长系统各部件的使用寿命;
    4)使室温维持恒定,让人感到舒适;
    5)经过改造后,可以使系统具有较高的性,减少了环境噪音,减少了维修维护工作量。
    5 传动之星SD-YP系列一体化变频器的优点
    1)采用特的空间矢量(SVPWM)调制方式;
    2)操作简单,具有键盘锁定功能,防止误操作;
    3)内置PID功能,可接受多种给定、反馈信号;
    4)具有节电、市电和停止三位锁定开关,便于转换及管理;
    5)保护功能完善,可远程控制;
    6)优化设计,降低电机噪声;
    7)安装比较方便,不用改变原有的配电设施及环境;
    8)稳定整个系统的正常运行,抗干扰能力强;
    9)具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能。
    6 结语
    在科技日新月异的今天,积推广变频调速节能技术的应用,使其转化为社会生产力,是我们工程技术人员应尽的社会责任。对落后的设备生产工艺进行技术革新,不仅可以提高生产质量、生产效率,创造可观的经济效益,对节能、环保等社会效益同样有着重要的意义。随着变频器应用普及时代的来临,不仅扩大了变频器的应用市场,而且为空调应用也提出了新的课题。预计在不久的将来,由于变频调速技术的介入,空调系统将真正地进入经济
    运行时代,希望上述工作对于同仁们在传统的电气传动设备技术改造和推进产品的普及应用工作中能有所启示和借鉴。



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