基于dcs的熱泵控制系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法
【專利摘要】基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法，涉及熱泵控制【技術(shù)領(lǐng)域】。它為了克服現(xiàn)有熱泵控制系統(tǒng)控制不方便，可靠性差的問題。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)物理量有溫度、流量、液位和壓力，CPU根據(jù)監(jiān)測(cè)到的溫度控制和接收到的溫度控制信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，以確定每臺(tái)熱泵的工作狀態(tài)，將熱泵控制信號(hào)通過模擬量輸出卡和數(shù)字量輸出卡發(fā)送至熱泵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱泵系統(tǒng)的自動(dòng)控制。本發(fā)明提供了一種比PLC控制系統(tǒng)更方便快捷的控制方式，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱泵系統(tǒng)中各個(gè)物理參數(shù)的變化情況，可實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制過程，具有更高的可靠性。此外，DCS系統(tǒng)開發(fā)容易，用組態(tài)軟件編程簡(jiǎn)單，操作方便。本發(fā)明適用于電廠循環(huán)冷卻水余熱回收利用系統(tǒng)。
【專利說明】基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱泵控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]熱泵作為電廠循環(huán)冷卻水余熱回收利用系統(tǒng)的主要設(shè)備，現(xiàn)有熱泵控制均采用PLC對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制與監(jiān)視，因PLC工業(yè)技術(shù)與設(shè)備特點(diǎn)，熱工人員很難對(duì)控制程序進(jìn)行修改優(yōu)化，并且無(wú)法根據(jù)電廠實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行安全優(yōu)化運(yùn)行。調(diào)整熱泵運(yùn)行的效率及負(fù)荷需要專業(yè)人員在熱泵本體控制面板進(jìn)行操作，處理問題不及時(shí)，并且多臺(tái)熱泵之間并無(wú)通訊和協(xié)調(diào)控制。熱泵作為重要的生產(chǎn)設(shè)備其運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)參數(shù)僅僅通過通訊設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，不存在冗余設(shè)備，這對(duì)電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是極其不利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有熱泵控制系統(tǒng)控制不方便，可靠性差的問題，提供一種基于DCS (分散控制系統(tǒng))的熱泵控制系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法。
[0004]本發(fā)明所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)包括人機(jī)交互設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)和分布式過程控制站；
[0005]分布式過程控制站中的每個(gè)控制站均包括模擬量測(cè)量電路、開關(guān)量輸入卡，CPU、模擬量輸出卡和數(shù)字量輸出卡；
[0006]所述模擬量測(cè)量電路包括模擬量輸入卡和熱阻測(cè)量卡，所述模擬量輸入卡用于采集蒸汽流量、循環(huán)水流量、疏水罐液位以及抽汽壓力信息，熱阻測(cè)量卡用于采集溫度信息，所述溫度信息包括循環(huán)水的入口溫度和出口溫度、熱網(wǎng)水的入口溫度和出口溫度以及低壓抽汽的溫度；
[0007]所述模擬量輸入卡的流量信號(hào)、液位信號(hào)和壓力信號(hào)通過I/O總線發(fā)送至CPU，熱阻測(cè)量卡的溫度信號(hào)通過I/o總線發(fā)送至CPU，CPU的模擬量控制信號(hào)通過模擬量輸出卡發(fā)送至由多臺(tái)熱泵構(gòu)成的熱泵系統(tǒng)，CPU的數(shù)字量控制信號(hào)通過數(shù)字量輸出卡發(fā)送至熱泵系統(tǒng)；
[0008]所述人機(jī)交互設(shè)備包括工程師站、操作員站、歷史站和通訊站；
[0009]所述工程師站、操作員站、歷史站和通訊站均通過網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)與分布式過程控制站的CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0010]本發(fā)明所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟:
[0011]檢測(cè)步驟:用于實(shí)時(shí)檢測(cè)各熱泵的工作狀態(tài)、熱網(wǎng)水出口溫度、熱網(wǎng)入口溫度、循環(huán)水出口溫度、循環(huán)水入口溫度、抽汽溫度和疏水泵水位，并接收目標(biāo)溫度；
[0012]計(jì)算步驟:用于根據(jù)各熱泵的工作狀態(tài)計(jì)算熱泵的實(shí)際總負(fù)荷，根據(jù)熱網(wǎng)出水口溫度、接收到的目標(biāo)溫度計(jì)算目標(biāo)總負(fù)荷；
[0013]目標(biāo)工作狀態(tài)確定步驟:用于根據(jù)熱泵的實(shí)際總負(fù)荷和目標(biāo)總負(fù)荷確定各熱泵的目標(biāo)工作狀態(tài)；[0014]控制步驟:用于向各熱泵發(fā)出狀態(tài)控制信號(hào)。
[0015]本發(fā)明所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)的工程師站用來實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的邏輯控制和對(duì)顯示畫面進(jìn)行更改，操作員站用于遠(yuǎn)程操控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟停，歷史站用來記錄所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通訊站用來實(shí)現(xiàn)基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的信息交換。利用EDPF-NT+系統(tǒng)配置的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱泵控制系統(tǒng)中各設(shè)備的狀態(tài)及物理參數(shù)等信息的監(jiān)測(cè)與控制。網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制過程中的信息及數(shù)據(jù)傳遞。分布式過程控制站負(fù)責(zé)熱泵系統(tǒng)工藝過程中信息采集及數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)中模擬量信息的采集是通過EDPF-NT+系統(tǒng)中的模擬量輸入卡來完成，相應(yīng)的變送器將采集到的壓力、流量、液位等信號(hào)轉(zhuǎn)換成4?20mA的電信號(hào)發(fā)送到模擬量輸入卡上，然后模擬量輸入卡將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送到CPU中。熱阻測(cè)量卡測(cè)量熱阻的阻值，并將該阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送到CPU中。其他的每個(gè)熱泵的開關(guān)狀態(tài)采集則是通過開關(guān)量輸入卡來完成的，輸入信號(hào)為干接點(diǎn)信號(hào)。采集到的信號(hào)通過I/O總線發(fā)送至基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)的CPU處理，然后CPU對(duì)系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令。控制系統(tǒng)的輸出狀態(tài)設(shè)定則是通過模擬量輸出卡和數(shù)字量輸出卡來完成的，輸出狀態(tài)設(shè)定包括對(duì)系統(tǒng)中的各物理參數(shù)的設(shè)定及各熱泵的啟停等。該熱泵控制系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)的物理量有:溫度，流量，液位和壓力。而主要的控制回路則包括溫度控制回路和液位控制回路。在熱泵控制系統(tǒng)中有很多重要的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，例如:熱泵的負(fù)荷量、循環(huán)水的入口和出口溫度、熱網(wǎng)水的入口和出口溫度、低加抽汽的溫度和壓力等。CPU將計(jì)算后的模擬量通過模擬量輸出卡發(fā)送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生預(yù)期的動(dòng)作；將數(shù)字量通過數(shù)字量輸出卡發(fā)送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)打開或關(guān)閉。整個(gè)控制過程通過采集、運(yùn)算和執(zhí)行三步驟達(dá)到預(yù)期效果。上述控制系統(tǒng)能夠提供一種比PLC控制系統(tǒng)更方便快捷的控制方式，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱泵系統(tǒng)中各個(gè)物理參數(shù)的變化情況，可實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制規(guī)律，具有更高的可靠性。此外，DCS軟件部分開發(fā)容易，用組態(tài)軟件編程簡(jiǎn)單，操作方便。在熱泵系統(tǒng)中可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)過程變量的監(jiān)視，對(duì)溫度，流量，液位等物理參數(shù)的控制。
[0016]本發(fā)明所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)的控制方法，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱泵系統(tǒng)中各個(gè)物理參數(shù)的變化情況，可實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制過程，具有更高的可靠性。此外，DCS系統(tǒng)開發(fā)容易，用組態(tài)軟件編程簡(jiǎn)單，操作方便。在熱泵系統(tǒng)中可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)過程變量的監(jiān)視，對(duì)溫度，流量，液位等物理參數(shù)的控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為實(shí)施方式一所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)的原理框圖；
[0018]圖2為實(shí)施方式一中的分布式過程控制站的原理框圖；
[0019]圖3為實(shí)施方式一中的控制柜的內(nèi)部正面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為實(shí)施方式一中的控制柜的內(nèi)部背面的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1至圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)包括人機(jī)交互設(shè)備1、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)2和分布式過程控制站3 ；
[0022]分布式過程控制站3包括模擬量測(cè)量電路3 — 1、開關(guān)量輸入卡3 — 2,CPU3 一 3、模擬量輸出卡3 - 4和數(shù)字量輸出卡3 — 5 ;[0023]所述模擬量測(cè)量電路3 -1包括模擬量輸入卡3 — I 一 I和熱阻測(cè)量卡3 — I 一2，所述模擬量輸入卡3 — I 一 I用于采集蒸汽流量、循環(huán)水流量、疏水罐液位以及抽汽壓力信息，熱阻測(cè)量卡3 — I 一 2用于采集溫度信息，所述溫度信息包括循環(huán)水的入口溫度和出口溫度、熱網(wǎng)水的入口溫度和出口溫度以及低壓抽汽的溫度；
[0024]所述模擬量輸入卡3 — I 一 I的流量信號(hào)、液位信號(hào)和壓力信號(hào)通過I/O總線發(fā)送至CPU3 - 3，熱阻測(cè)量卡3 — I 一 2的溫度信號(hào)通過I/O總線發(fā)送至CPU3 — 3，CPU3 —3的模擬量控制信號(hào)通過模擬量輸出卡3 - 4發(fā)送至由多臺(tái)熱泵構(gòu)成的熱泵系統(tǒng)，CPU3 -3的數(shù)字量控制信號(hào)通過數(shù)字量輸出卡3 - 5發(fā)送至熱泵系統(tǒng)；
[0025]所述人機(jī)交互設(shè)備I包括工程師站I 一 1、操作員站I 一 2、歷史站I 一 3和通訊站 I — 4 ;
[0026]所述工程師站I 一 1、操作員站I 一 2、歷史站I 一 3和通訊站I 一 4均通過網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)與分布式過程控制站3的CPU3 - 3進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0027]本實(shí)施方式中的DCS采用EDPF-NT+控制系統(tǒng)。針對(duì)該熱泵系統(tǒng)的工藝過程，及I/O點(diǎn)數(shù)，我們?yōu)闊岜孟到y(tǒng)配置的DCS系統(tǒng)硬件如下表1至表4所示。
[0028]表1工程師站、操作員站和歷史站的硬件配置
[0029]
【權(quán)利要求】
1.基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)，其特征在于:它包括人機(jī)交互設(shè)備(I)、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)(2)和分布式過程控制站(3)； 分布式過程控制站(3)中的每個(gè)控制站均包括模擬量測(cè)量電路(3 -1)、開關(guān)量輸入卡(3 — 2)，CPU(3 - 3)、模擬量輸出卡(3 - 4)和數(shù)字量輸出卡(3 — 5); 所述模擬量測(cè)量電路(3 -1)包括模擬量輸入卡(3 — I 一 I)和熱阻測(cè)量卡(3 — I 一2)，所述模擬量輸入卡(3 — I 一 I)用于采集蒸汽流量、循環(huán)水流量、疏水罐液位以及抽汽壓力信息，熱阻測(cè)量卡(3 — I 一 2)用于采集溫度信息，所述溫度信息包括循環(huán)水的入口溫度和出口溫度、熱網(wǎng)水的入口溫度和出口溫度以及低壓抽汽的溫度； 所述模擬量輸入卡(3 — I 一 I)的流量信號(hào)、液位信號(hào)和壓力信號(hào)通過I/O總線發(fā)送至CPU(3 - 3)，熱阻測(cè)量卡(3 — I 一 2)的溫度信號(hào)通過I/O總線發(fā)送至CPU(3 — 3)，CPU(3 - 3)的模擬量控制信號(hào)通過模擬量輸出卡(3 - 4)發(fā)送至由多臺(tái)熱泵構(gòu)成的熱泵系統(tǒng)，CPU(3 - 3)的數(shù)字量控制信號(hào)通過數(shù)字量輸出卡(3 - 5)發(fā)送至熱泵系統(tǒng)； 所述人機(jī)交互設(shè)備(I)包括工程師站(1-1)、操作員站(1- 2)、歷史站(1- 3)和通訊站(I 一 4)； 所述工程師站(1-1)、操作員站(1- 2)、歷史站(1- 3)和通訊站(1- 4)均通過網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)與分布式過程控制站(3)的CPU(3 - 3)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的模擬量輸入卡(3 — I — I)的型號(hào)為 NT200-AI16。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的熱阻測(cè)量卡(3-1-2)的型號(hào)為 NT200-RTD16。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的開關(guān)量輸入卡(3 — 2)的型號(hào)為 NT200-DI16。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的模擬量輸出卡(3-4)的型號(hào)為NT200-A08。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)字量輸出卡(3 — 5)的型號(hào)為NT200-RB。
7.權(quán)利要求1所述的基于DCS的熱泵控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 檢測(cè)步驟:用于實(shí)時(shí)檢測(cè)各熱泵的工作狀態(tài)、熱網(wǎng)水出口溫度、熱網(wǎng)入口溫度、循環(huán)水出口溫度、循環(huán)水入口溫度、抽汽溫度和疏水泵水位，并接收目標(biāo)溫度； 計(jì)算步驟:用于根據(jù)各熱泵的工作狀態(tài)計(jì)算熱泵的實(shí)際總負(fù)荷，根據(jù)熱網(wǎng)出水口溫度、接收到的目標(biāo)溫度計(jì)算目標(biāo)總負(fù)荷； 目標(biāo)工作狀態(tài)確定步驟:用于根據(jù)熱泵的實(shí)際總負(fù)荷和目標(biāo)總負(fù)荷確定各熱泵的目標(biāo)工作狀態(tài)； 控制步驟:用于向各熱泵發(fā)出狀態(tài)控制信號(hào)。
【文檔編號(hào)】F25B30/00GK103940165SQ201410166143
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】金洪偉, 魏慶新, 楊家農(nóng), 崔大海 申請(qǐng)人:哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司