變工況冷卻水恒溫處理裝置及其處理方法
【專利摘要】變工況冷卻水恒溫處理裝置及其處理方法，裝置包括恒溫水箱、內(nèi)循環(huán)水泵、比例調(diào)節(jié)閥、一級、二級補償電磁閥、換熱器、冷源、輸出水泵、分水器、集水器及系統(tǒng)控制單元；恒溫水箱出口與內(nèi)循環(huán)水泵入口連接，內(nèi)循環(huán)水泵出口分三路：第一路經(jīng)比例調(diào)節(jié)閥分別與恒溫水箱入口及換熱器熱側(cè)入口連接，第二路經(jīng)一級補償電磁閥直接連接至換熱器熱側(cè)入口，第三路經(jīng)二級補償電磁閥直接連接至換熱器熱側(cè)入口；換熱器冷側(cè)與冷源相通、熱側(cè)連接至恒溫水箱入口；恒溫水箱、輸出水泵、分水器依次連接后接入負載，負載經(jīng)集水器連接至恒溫水箱；系統(tǒng)控制單元調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥開度，并向一級、二級補償電磁閥輸出開關(guān)信號。該裝置實現(xiàn)多負載變工況下冷卻水恒溫精確控制。
【專利說明】變工況冷卻水恒溫處理裝置及其處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及負載變工況的激光器領(lǐng)域，具體涉及一種變工況冷卻水恒溫處理裝置 及其處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著激光器由單一機向多模塊變工況的科研需求，要求與激光科研配套的冷卻水 要根據(jù)變負載工況產(chǎn)生的發(fā)熱量變化動態(tài)趨勢，瞬時響應(yīng)，使冷卻水載冷量有效調(diào)節(jié)對應(yīng) 變化，保持與激光發(fā)生器進行恒溫?zé)峤粨Q，激光器變負荷模式有：全負載運行模式、部分負 載運行模式、逐個開啟模式、不同激光模塊機動性開停機模式。
[0003] 現(xiàn)有的激光器配套冷卻水主要適應(yīng)負載穩(wěn)定下的恒溫冷卻，一旦針對多負載變工 況時，冷卻水動態(tài)調(diào)節(jié)響應(yīng)慢，且控制精確度不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有激光器配套冷卻水在多負載變工況時情況 下存在調(diào)節(jié)響應(yīng)慢、控制精度不高的不足，提供一種變工況冷卻水恒溫處理裝置及其方法， 尤其適用于多負載變工況狀況下的高溫精度冷卻水調(diào)節(jié)。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 變工況冷卻水恒溫處理裝置，至少包括恒溫水箱、內(nèi)循環(huán)水泵、比例調(diào)節(jié)閥、一級 補償電磁閥、二級補償電磁閥、換熱器、冷源、輸出水泵、分水器、集水器以及系統(tǒng)控制單 元；
[0007] 所述恒溫水箱的出口與內(nèi)循環(huán)水泵入口連接，內(nèi)循環(huán)水泵出口分三路：第一路經(jīng) 比例調(diào)節(jié)閥分別與恒溫水箱入口及換熱器熱側(cè)入口連接，第二路經(jīng)一級補償電磁閥直接連 接至換熱器熱側(cè)入口，第三路經(jīng)二級補償電磁閥直接連接至換熱器熱側(cè)入口；換熱器冷側(cè) 與冷源相通（形成一個循環(huán)）、換熱器熱側(cè)出口連接至恒溫水箱入口；恒溫水箱出口、輸出 水泵、分水器依次連接后接入負載，負載與集水器連接后再連接至恒溫水箱入口；
[0008] 所述系統(tǒng)控制單元包括：溫度檢測單元、流量檢測單元、溫度模塊、模擬量模塊及 PLC控制器，所述溫度檢測單元包括第一溫度探頭、第二溫度探頭、第三溫度探頭，所述流量 檢測單元包括第一流量傳感器、第二流量傳感器，所述第一溫度探頭設(shè)置在恒溫水箱上，所 述第一流量傳感器以及第二溫度探頭設(shè)置在集水器連接至恒溫水箱入口的管路上，所述第 三溫度探頭以及第二流量傳感器設(shè)置在換熱器的熱側(cè)出口連接至恒溫水箱入口的管路上； 第一溫度探頭、第二溫度探頭、第三溫度探頭用于將各自檢測到的溫度轉(zhuǎn)化為溫度電信號， 第一流量傳感器、第二流量傳感器用于將檢測到的流量轉(zhuǎn)化為流量電信號；所述溫度模塊 與第一溫度探頭、第二溫度探頭、第三溫度探頭連接，用于將各個溫度電信號轉(zhuǎn)化為實時溫 度數(shù)據(jù)；所述模擬量模塊與第一流量傳感器、第二流量傳感器連接，用于將各個流量電信號 轉(zhuǎn)化為實時流量數(shù)據(jù)；所述PLC控制器與溫度模塊、模擬量模塊以及比例調(diào)節(jié)閥、一級補償 電磁閥、二級補償電磁閥連接。
[0009] 按上述方案，所述PLC控制器內(nèi)設(shè)置有PID調(diào)節(jié)模塊，所述PLC控制器用于接收各 個溫度模塊的實時溫度數(shù)據(jù)以及模擬量模塊的實時流量數(shù)據(jù)，獲得變工況下動態(tài)變化的負 載熱量Q1、冷卻水獲得的冷量Q2 ;所述PID調(diào)節(jié)模塊用于根據(jù)將Ql、Q2進行比較、分析，調(diào) 節(jié)比例調(diào)節(jié)閥的開度、以及向一級補償電磁閥、二級補償電磁閥輸出開、關(guān)信號（對應(yīng)開、 關(guān)一級補償電磁閥、二級補償電磁閥）。
[0010] 按上述方案，該裝置還包括旁路水處理去離子裝置、紫外線殺菌裝置，所述恒溫水 箱的出口、內(nèi)循環(huán)水泵、旁路水處理去離子裝置、紫外線殺菌裝置、恒溫水箱的入口依次連 接形成冷卻水的去離子殺菌循環(huán)回路。
[0011] 按上述方案，所述換熱器為板式換熱器。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種上述變工況冷卻水恒溫處理裝置進行冷卻水恒溫處理方法， 包括如下步驟：
[0013] 1)通過第一溫度探頭檢測恒溫水箱內(nèi)冷卻水的目標(biāo)溫度to,將目標(biāo)溫度to提供 給系統(tǒng)控制單元的溫度模塊，然后由溫度模塊轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)據(jù)傳給PLC控制器；
[0014] 2)通過第二溫度探頭、第一流量傳感器分別檢測冷卻水經(jīng)與負載熱交換后的第一 冷卻水溫度tl、第一流量wl，將檢測的第一冷卻水溫度tl提供給系統(tǒng)控制單元的溫度模 塊、第一流量提供給系統(tǒng)控制單元的模擬量模塊，然后由溫度模塊、模擬量模塊轉(zhuǎn)化為 溫度、流量數(shù)據(jù)傳給PLC控制器；
[0015] 3)通過第三溫度探頭、第二流量傳感器分別檢測冷卻水經(jīng)與換熱器進行熱交換后 的第二冷卻水溫度t2、第二流量w2,將檢測的第二冷卻水溫度t2提供給系統(tǒng)控制單元的溫 度模塊、第二流量《2提供給系統(tǒng)控制單元的模擬量模塊，然后由溫度模塊、模擬量模塊轉(zhuǎn) 化為溫度、流量數(shù)據(jù)傳給PLC控制器；
[0016] 4)PLC控制器在系統(tǒng)運行中動態(tài)變化時對溫度數(shù)據(jù)t0、tl、t2和流量數(shù)據(jù)wl、《2 分析獲得變工況下動態(tài)變化的負載熱量Q1、冷卻水獲得的冷量Q2,具體為：通過冷卻水經(jīng) 多負載變工況前后溫度變化值Λ tl = tl-tO以及第一流量wl，運算得出Q1 = Cwl Λ tl ; 通過冷卻水與換熱器熱交換后溫度變化值Λ t2 = t〇-t2以及第二流量《2,運算得出Q2 = Cw2 Λ t2,其中，C為常數(shù)；
[0017] 5)由PLC控制器內(nèi)的PID調(diào)節(jié)模塊對Q1、Q2進行比較分析，調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥的開 度（向比例調(diào)節(jié)閥輸出0-10V電壓信號對應(yīng)調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥的開度0-100% )，并向一級補 償電磁閥、二級補償電磁閥輸出開、關(guān)信號，開、關(guān)對應(yīng)補償電磁閥，以Q1為追蹤目標(biāo)，調(diào)節(jié) 比例調(diào)節(jié)閥、一級補償電磁閥、二級補償電磁閥快速響應(yīng)使Q2變化追尋逼近Q1變化，直至 能量平衡即Q1 = Q2,恒溫水箱內(nèi)能量變化量Λ Q = Q1-Q2 = 0,即恒溫水箱內(nèi)無能量增量， 從而保證恒溫水箱內(nèi)冷卻水的目標(biāo)溫度to恒定不變，提供至負載的冷卻水溫度不變、實現(xiàn) 多負載變工況下冷卻水的恒溫控制。
[0018] 按上述方案，所述步驟5)中比例調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)經(jīng)過換熱器的冷卻水 流量，比例調(diào)節(jié)閥的分流回路：第一路分給換熱器，執(zhí)行換熱負載；第二路回分至恒溫水 箱，保證冷卻水流量穩(wěn)定。
[0019] 按上述方案，所述步驟5)針對多負載變工況時根據(jù)負載變化熱量的波動大小實 行三級快速響應(yīng)執(zhí)行系統(tǒng)：
[0020] 一級響應(yīng)：當(dāng)加載負載熱量Q1 < 50% 時，為系統(tǒng)全開時最大負載功率，一級 補償電磁閥、二級補償電磁閥均關(guān)閉，由比例調(diào)節(jié)閥響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器的流量w2,獲得冷 量Q2響應(yīng)負載熱量Q1的變化，直至能量平衡即Q1 = Q2 ;
[0021] 二級響應(yīng)：當(dāng)加載負載熱量Q1滿足50% 彡Q1 <80% 時，一級補償電磁閥開 啟，二級補償電磁閥關(guān)閉，由一級補償電磁閥響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器的流量W2,獲得冷量Q2 響應(yīng)負載熱量Q1的變化，當(dāng)Q2接近90% Q1時，一級補償電磁閥關(guān)閉，比例調(diào)節(jié)閥繼續(xù)響 應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器的流量w2,獲得冷量Q2響應(yīng)負載熱量Q1的變化，直至能量平衡即Q1 = Q2 ；
[0022] 三級響應(yīng)：當(dāng)加載負載熱量Q1滿足彡Q1彡100?^時，一級補償電磁閥、 二級補償電磁閥均開啟，由一級補償電磁閥、二級補償電磁閥響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器的流量 w2,獲得冷量Q2響應(yīng)負載熱量Q1的變化，當(dāng)Q2接近90% Q1時，一級補償電磁閥、二級補償 電磁閥均關(guān)閉，比例調(diào)節(jié)閥繼續(xù)響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器的流量w2,獲得冷量Q2響應(yīng)負載熱量 Q1的變化，直至能量平衡即Q1 = Q2。
[0023] 本發(fā)明的工作原理：首先通過設(shè)置不同的溫度探頭、流量傳感器的最佳檢測點，對 冷源流體和經(jīng)過進出各負載換熱的冷卻水流體參量（流量、溫度）進行檢測傳給溫度模塊 和模擬量模塊轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確數(shù)據(jù)提供給PLC控制器；在負載穩(wěn)定時：利用PID調(diào)節(jié)模塊對冷 卻水流量、溫度的動態(tài)趨勢變化進行數(shù)據(jù)分析判斷，對比例調(diào)節(jié)閥由PLC控制器內(nèi)的PID調(diào) 節(jié)模塊計算輸出0-10V控制信號，對應(yīng)比例調(diào)節(jié)閥的開度0-100%，使比例調(diào)節(jié)閥工作；在 負載變化時：利用PLC控制器對冷卻水流量、溫度進行熱量衡算分析，準(zhǔn)確判斷各負載熱負 荷動態(tài)狀況，由PLC控制器內(nèi)的PID調(diào)節(jié)模塊計算輸出控制對補償電磁開關(guān)信號，使電磁閥 工作；對比例調(diào)節(jié)閥輸出0-10V電壓控制信號，對應(yīng)比例調(diào)節(jié)閥的開度0-100%，使比例調(diào) 節(jié)閥工作。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：
[0025] 1、變工況冷卻水恒溫處理裝置控制的核心是通過系統(tǒng)控制單元進行能量比較快 速響應(yīng)調(diào)節(jié)，從而對冷卻水由在負載穩(wěn)定下的恒溫高精度控制創(chuàng)新為在多負載變工況恒溫 高精度控制；
[0026] 2、尤其適用于多工況負載變化狀況下的高溫精度冷卻水調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)響應(yīng)快、控溫 精度達到±0. 1°C。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明變工況冷卻水恒溫處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖1中，1-恒溫水箱，2-內(nèi)循環(huán)水泵，3-比例調(diào)節(jié)閥，4-換熱器，5-冷源，6-輸出水 泵，7-分水器，8-集水器，9-旁路水處理去離子裝置，10-紫外線殺菌裝置，11-第一溫度探 頭，12-第二溫度探頭，13-第三溫度探頭，14-第一流量傳感器，15-第二流量傳感器，16-負 載，17--級補償電磁閥，18-二級補償電磁閥；
[0029] 圖2是本發(fā)明實施例接入10kw負載時加載/減載的溫度時間曲線圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明實施例接入10kw負載穩(wěn)定后的溫度時間曲線圖；
[0031] 圖4是本發(fā)明實施例接入15kw負載時加載/減載的溫度時間曲線圖；
[0032] 圖5是本發(fā)明實施例接入15kw負載穩(wěn)定后的溫度時間曲線圖；
[0033] 圖6是本發(fā)明實施例負載逐級加載的情況下的不同負荷/控溫精度梯形圖。

【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0035] 參照圖1所示，本發(fā)明所述的變工況冷卻水恒溫處理裝置，包括恒溫水箱1、內(nèi)循 環(huán)水泵2、比例調(diào)節(jié)閥3、一級補償電磁閥17、二級補償電磁閥18、換熱器4、冷源5、輸出水 泵6、旁路水處理去離子裝置9、紫外線殺菌裝置10、分水器7、集水器8以及系統(tǒng)控制單元；
[0036] 所述恒溫水箱1的出口與內(nèi)循環(huán)水泵2入口連接，內(nèi)循環(huán)水泵2出口分四路：第一 路經(jīng)比例調(diào)節(jié)閥3分別與恒溫水箱1入口及換熱器4熱側(cè)入口連接，第二路經(jīng)一級補償電 磁閥17直接連接至換熱器4熱側(cè)入口，第三路經(jīng)二級補償電磁閥18直接連接至換熱器4 熱側(cè)入口，第四路經(jīng)旁路水處理去離子裝置9、紫外線殺菌裝置10回至恒溫水箱1(所述恒 溫水箱1的出口、內(nèi)循環(huán)水泵2、旁路水處理去離子裝置9、紫外線殺菌裝置10、恒溫水箱1 的入口依次連接形成冷卻水的去離子殺菌循環(huán)回路）；換熱器4冷側(cè)與冷源5相通形成一 個循環(huán)、換熱器4熱側(cè)出口連接至恒溫水箱1入口；恒溫水箱1出口、輸出水泵6、分水器7 依次連接后接入負載16,負載16與集水器8連接后再連接至恒溫水箱1入口；
[0037] 所述系統(tǒng)控制單元包括：溫度檢測單元、流量檢測單元、溫度模塊、模擬量模塊及 PLC控制器，所述溫度檢測單元包括第一溫度探頭11、第二溫度探頭12、第三溫度探頭13， 所述流量檢測單元包括第一流量傳感器14、第二流量傳感器15,所述第一溫度探頭11設(shè)置 在恒溫水箱1上，所述第一流量傳感器14以及第二溫度探頭12設(shè)置在集水器8連接至恒 溫水箱1入口的管路上，所述第三溫度探頭13以及第二流量傳感器15設(shè)置在換熱器4的 熱側(cè)出口連接至恒溫水箱1入口的管路上；第一溫度探頭11、第二溫度探頭12、第三溫度 探頭13用于將各自檢測到的溫度轉(zhuǎn)化為溫度電信號，第一流量傳感器14、第二流量傳感器 15用于將檢測到的流量轉(zhuǎn)化為流量電信號；所述溫度模塊與第一溫度探頭11、第二溫度探 頭12、第三溫度探頭13連接，用于將各個溫度電信號轉(zhuǎn)化為實時溫度數(shù)據(jù)；所述模擬量模 塊與第一流量傳感器14、第二流量傳感器15連接，用于將各個流量電信號轉(zhuǎn)化為實時流量 數(shù)據(jù)；所述PLC控制器與溫度模塊、模擬量模塊以及比例調(diào)節(jié)閥3、一級補償電磁閥17、二級 補償電磁閥18連接。
[0038] 所述PLC控制器內(nèi)設(shè)置有PID調(diào)節(jié)模塊，所述PLC控制器用于接收各個溫度模塊 的實時溫度數(shù)據(jù)以及模擬量模塊的實時流量數(shù)據(jù)，獲得變工況下動態(tài)變化的負載16熱量 Q1、冷卻水獲得的冷量Q2 ;所述PID調(diào)節(jié)模塊用于根據(jù)將Ql、Q2進行比較、分析，調(diào)節(jié)比例 調(diào)節(jié)閥3的開度、以及向一級補償電磁閥17、二級補償電磁閥18輸出開、關(guān)信號（對應(yīng)開、 關(guān)一級補償電磁閥17、二級補償電磁閥18)。
[0039] 所述換熱器4為板式換熱器。
[0040] 所述一級補償電磁閥17、二級補償電磁閥18還可以根據(jù)負載大小設(shè)置擴展至N級 補償回路的多級補償電磁閥，當(dāng)負載16變化速度過快時，通過多級補償電磁閥進行換熱器 4水量差額的補充，直至比例調(diào)節(jié)閥3動作到位后再關(guān)閉各級補償電磁閥。
[0041] 本發(fā)明變工況冷卻水恒溫處理裝置進行冷卻水恒溫處理方法，包括如下步驟：
[0042] 1)通過第一溫度探頭11檢測恒溫水箱1內(nèi)冷卻水的目標(biāo)溫度t0,將目標(biāo)溫度t0 提供給系統(tǒng)控制單元的溫度模塊，然后由溫度模塊轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)據(jù)傳給PLC控制器（檢測 在多負載變工況運行下恒溫水箱1內(nèi)的冷卻水溫度是否達到所設(shè)置目標(biāo)溫度to和控溫精 度要求）；
[0043] 2)通過第二溫度探頭12、第一流量傳感器14分別檢測冷卻水經(jīng)與負載16熱交換 后的第一冷卻水溫度tl、第一流量wl，將檢測的二元參數(shù)的第一冷卻水溫度tl提供給系統(tǒng) 控制單元的溫度模塊、第一流量提供給系統(tǒng)控制單元的模擬量模塊，然后由溫度模塊、 模擬量模塊轉(zhuǎn)化為溫度、流量數(shù)據(jù)傳給PLC控制器；
[0044] 3)通過第三溫度探頭13、第二流量傳感器15分別檢測冷卻水經(jīng)與換熱器4進行 熱交換后的第二冷卻水溫度t2、第二流量w2,將檢測的二元參數(shù)的第二冷卻水溫度t2提供 給系統(tǒng)控制單元的溫度模塊、第二流量《2提供給系統(tǒng)控制單元的模擬量模塊，然后由溫度 模塊、模擬量模塊轉(zhuǎn)化為溫度、流量數(shù)據(jù)傳給PLC控制器；
[0045] 4)PLC控制器在系統(tǒng)運行中動態(tài)變化時對溫度數(shù)據(jù)t0、tl、t2和流量數(shù)據(jù)wl、《2 分析獲得變工況下動態(tài)變化的負載熱量Q1、冷卻水獲得的冷量Q2,具體為：通過冷卻水經(jīng) 多負載變工況前后溫度變化值Λ tl = tl-tO以及第一流量wl，運算得出Q1 = Cwl Λ tl ; 通過冷卻水與換熱器熱交換后溫度變化值Λ t2 = t〇-t2以及第二流量《2,運算得出Q2 = Cw2At2,其中，C為常數(shù)（與實際冷卻介質(zhì)相關(guān)）；
[0046] 5)由PLC控制器內(nèi)的PID調(diào)節(jié)模塊對Q1、Q2進行比較分析，調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥3的 開度，即向比例調(diào)節(jié)閥3輸出0-10V電壓信號對應(yīng)調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥的開度0-100%，并向一 級補償電磁閥17、二級補償電磁閥18輸出開、關(guān)信號，開、關(guān)對應(yīng)補償電磁閥，以Q1為追蹤 目標(biāo)，調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥3、一級補償電磁閥17、二級補償電磁閥18快速響應(yīng)使Q2變化追尋 逼近Q1變化，直至能量平衡即Q1 = Q2 (系統(tǒng)控制單元的快速響應(yīng)控制調(diào)節(jié)），恒溫水箱1 內(nèi)能量變化量Λ Q = Q1-Q2 = 0,即恒溫水箱1內(nèi)無能量增量，從而保證恒溫水箱1內(nèi)冷卻 水的目標(biāo)溫度to恒定不變，提供至負載16的冷卻水溫度不變、實現(xiàn)多負載變工況下冷卻水 的恒溫控制。
[0047] 所述步驟5)中比例調(diào)節(jié)閥3作為執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)經(jīng)過換熱器4的冷卻水流量，比例 調(diào)節(jié)閥3的分流回路：第一路分給換熱器4,執(zhí)行換熱負載16 ;第二路回分至恒溫水箱1，保 證冷卻水流量穩(wěn)定。
[0048] 所述步驟5)針對多負載16變工況時根據(jù)負載16變化熱量的波動大小實行三 級快速響應(yīng)執(zhí)行系統(tǒng)，以某實施例實際使用情況為例，總負載功率（最大負載功率Qo)為 lOOkw，負載10個回路；設(shè)置溫度18-40°C可調(diào)，在負載16變化時，控溫精度優(yōu)于±0. 3°C， 當(dāng)恒溫水箱1達到設(shè)定溫度25°C條件加載數(shù)據(jù)如下：
[0049] -級響應(yīng)：當(dāng)加載負載16熱量Ql < 50kw時，一級補償電磁閥17、二級補償電磁 閥18均關(guān)閉，由比例調(diào)節(jié)閥3調(diào)節(jié)響應(yīng)通過換熱器4冷卻水的流量《2, PLC控制器內(nèi)的PID 調(diào)節(jié)模塊計算輸出0-10V對應(yīng)比例調(diào)節(jié)閥3的開度0-100%，獲得冷量Q2響應(yīng)負載熱量Q1 的變化，直至能量平衡即Ql = Q2 ;
[0050] 二級響應(yīng)：當(dāng)加載負載16熱量Q1滿足：50kw彡Ql < 80kw時，一級補償電磁閥17 開啟，二級補償電磁閥18關(guān)閉，由一級補償電磁閥17響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器4的流量《2,獲 得冷量Q2響應(yīng)負載熱量Q1的變化，當(dāng)Q2接近90% Q1時，一級補償電磁閥17關(guān)閉，比例調(diào) 節(jié)閥3繼續(xù)響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器4的流量《2,獲得冷量Q2響應(yīng)負載熱量Q1的變化，直至能 量平衡即Ql = Q2 ;
[0051] 三級響應(yīng)：當(dāng)加載負載16熱量Q1滿足：80kw彡Q1彡100kw時，一級補償電磁閥 17、二級補償電磁閥18均開啟，由一級補償電磁閥17、二級補償電磁閥18響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換 熱器4的流量《2,獲得冷量Q2響應(yīng)負載熱量Q1的變化，當(dāng)Q2接近90% Q1時，一級補償電 磁閥17、二級補償電磁閥18均關(guān)閉，比例調(diào)節(jié)閥3繼續(xù)響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器4的流量《2， 獲得冷量Q2響應(yīng)負載熱量Q1的變化，直至能量平衡即Q1 = Q2。
[0052] 本發(fā)明裝置開發(fā)時，以某模擬實驗裝置功率15kw為例，實驗需求數(shù)據(jù)表如表1所 /_J、1 〇
[0053] 表1實驗需求數(shù)據(jù)表
[0054]

【權(quán)利要求】
1. 變工況冷卻水恒溫處理裝置，其特征在于，至少包括恒溫水箱、內(nèi)循環(huán)水泵、比例調(diào) 節(jié)閥、一級補償電磁閥、二級補償電磁閥、換熱器、冷源、輸出水泵、分水器、集水器以及系統(tǒng) 控制單兀； 所述恒溫水箱的出口與內(nèi)循環(huán)水泵入口連接，內(nèi)循環(huán)水泵出口分三路：第一路經(jīng)比例 調(diào)節(jié)閥分別與恒溫水箱入口及換熱器熱側(cè)入口連接，第二路經(jīng)一級補償電磁閥直接連接至 換熱器熱側(cè)入口，第三路經(jīng)二級補償電磁閥直接連接至換熱器熱側(cè)入口；換熱器冷側(cè)與冷 源相通、換熱器熱側(cè)出口連接至恒溫水箱入口；恒溫水箱出口、輸出水泵、分水器依次連接 后接入負載，負載與集水器連接后連接至恒溫水箱入口； 所述系統(tǒng)控制單元包括：溫度檢測單元、流量檢測單元、溫度模塊、模擬量模塊及PLC 控制器，所述溫度檢測單元包括第一溫度探頭、第二溫度探頭、第三溫度探頭，所述流量檢 測單元包括第一流量傳感器、第二流量傳感器，所述第一溫度探頭設(shè)置在恒溫水箱上，所述 第一流量傳感器以及第二溫度探頭設(shè)置在集水器連接至恒溫水箱入口的管路上，所述第三 溫度探頭以及第二流量傳感器設(shè)置在換熱器的熱側(cè)出口連接至恒溫水箱入口的管路上；第 一溫度探頭、第二溫度探頭、第三溫度探頭用于將各自檢測到的溫度轉(zhuǎn)化為溫度電信號，第 一流量傳感器、第二流量傳感器用于將檢測到的流量轉(zhuǎn)化為流量電信號；所述溫度模塊與 第一溫度探頭、第二溫度探頭、第三溫度探頭連接，用于將各個溫度電信號轉(zhuǎn)化為實時溫度 數(shù)據(jù)；所述模擬量模塊與第一流量傳感器、第二流量傳感器連接，用于將各個流量電信號轉(zhuǎn) 化為實時流量數(shù)據(jù)；所述PLC控制器與溫度模塊、模擬量模塊以及比例調(diào)節(jié)閥、一級補償電 磁閥、二級補償電磁閥連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變工況冷卻水恒溫處理裝置，其特征在于，所述PLC控制器內(nèi) 設(shè)置有PID調(diào)節(jié)模塊，所述PLC控制器用于接收各個溫度模塊的實時溫度數(shù)據(jù)以及模擬量 模塊的實時流量數(shù)據(jù)，獲得變工況下動態(tài)變化的負載熱量Q1、冷卻水獲得的冷量Q2 ;所述 PID調(diào)節(jié)模塊用于對Ql、Q2進行比較分析，調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥的開度，并向一級補償電磁閥、 二級補償電磁閥輸出開、關(guān)信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變工況冷卻水恒溫處理裝置，其特征在于，該裝置還包括旁 路水處理去離子裝置、紫外線殺菌裝置，所述恒溫水箱的出口、內(nèi)循環(huán)水泵、旁路水處理去 離子裝置、紫外線殺菌裝置、恒溫水箱的入口依次連接形成冷卻水的去離子殺菌循環(huán)回路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變工況冷卻水恒溫處理裝置，其特征在于，所述換熱器為板 式換熱器。
5. -種根據(jù)權(quán)利要求1~4任意之一所述的變工況冷卻水恒溫處理裝置進行冷卻水恒 溫處理方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 通過第一溫度探頭檢測恒溫水箱內(nèi)冷卻水的目標(biāo)溫度tO,將目標(biāo)溫度to提供給系 統(tǒng)控制單元的溫度模塊，然后由溫度模塊轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)據(jù)傳給PLC控制器； 2) 通過第二溫度探頭、第一流量傳感器分別檢測冷卻水經(jīng)與負載熱交換后的第一冷卻 水溫度tl、第一流量wl，將檢測的第一冷卻水溫度tl提供給系統(tǒng)控制單元的溫度模塊、第 一流量提供給系統(tǒng)控制單元的模擬量模塊，然后由溫度模塊、模擬量模塊轉(zhuǎn)化為溫度、 流量數(shù)據(jù)傳給PLC控制器； 3) 通過第三溫度探頭、第二流量傳感器分別檢測冷卻水經(jīng)與換熱器進行熱交換后的第 二冷卻水溫度t2、第二流量w2,將檢測的第二冷卻水溫度t2提供給系統(tǒng)控制單元的溫度模 塊、第二流量《2提供給系統(tǒng)控制單元的模擬量模塊，然后由溫度模塊、模擬量模塊轉(zhuǎn)化為 溫度、流量數(shù)據(jù)傳給PLC控制器； 4. PLC控制器在系統(tǒng)運行中動態(tài)變化時對溫度數(shù)據(jù)tO、tl、t2和流量數(shù)據(jù)wl、《2分析 獲得變工況下動態(tài)變化的負載熱量Q1、冷卻水獲得的冷量Q2,具體為：通過冷卻水經(jīng)多負 載變工況前后溫度變化值Λ tl=tl-tO以及第一流量wl，運算得出Ql=Cwl Λ tl ;通過冷卻 水與換熱器熱交換后溫度變化值Λ t2=t〇-t2以及第二流量《2,運算得出Q2=Cw2 Λ t2,其 中，C為常數(shù)； 5) 由PLC控制器內(nèi)的PID調(diào)節(jié)模塊對Ql、Q2進行比較分析，調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥的開度， 并向一級補償電磁閥、二級補償電磁閥輸出開、關(guān)信號，開、關(guān)對應(yīng)補償電磁閥，以Q1為追 蹤目標(biāo)，調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥、一級補償電磁閥、二級補償電磁閥快速響應(yīng)使Q2變化追尋逼近 Q1變化，直至能量平衡即Q1=Q2,恒溫水箱內(nèi)能量變化量Λ Q=Q1_Q2=0,即恒溫水箱內(nèi)無能 量增量，從而保證恒溫水箱內(nèi)冷卻水的目標(biāo)溫度to恒定不變，提供至負載的冷卻水溫度不 變、實現(xiàn)多負載變工況下冷卻水的恒溫控制。
6. 如權(quán)利要求5所述的變工況冷卻水恒溫處理方法，其特征在于，所述步驟4)中比例 調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)經(jīng)過換熱器的冷卻水流量，比例調(diào)節(jié)閥的分流回路：第一路分給 換熱器，執(zhí)行換熱負載；第二路回分至恒溫水箱，保證冷卻水流量穩(wěn)定。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的變工況冷卻水恒溫處理方法，其特征在于，所述步驟5)針 對多負載變工況時根據(jù)負載變化熱量的波動大小實行三級快速響應(yīng)執(zhí)行系統(tǒng)： 一級響應(yīng)：當(dāng)加載負載熱量Ql < 5096(?時，為系統(tǒng)全開時最大負載功率，一級補償電 磁閥、二級補償電磁閥均關(guān)閉，由比例調(diào)節(jié)閥響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器的流量w2,獲得冷量Q2 響應(yīng)負載熱量Q1的變化，直至能量平衡即Q1=Q2 ; 二級響應(yīng)：當(dāng)加載負載熱量Q1滿足50?^ < Ql < 80?^時，一級補償電磁閥開啟，二級 補償電磁閥關(guān)閉，由一級補償電磁閥響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器的流量w2,獲得冷量Q2響應(yīng)負載 熱量Q1的變化，當(dāng)Q2接近90%Q1時，一級補償電磁閥關(guān)閉，比例調(diào)節(jié)閥繼續(xù)響應(yīng)調(diào)節(jié)通過 換熱器的流量w2,獲得冷量Q2響應(yīng)負載熱量Q1的變化，直至能量平衡即Q1=Q2 ; 三級響應(yīng)：當(dāng)加載負載熱量Q1滿足80?^ < Q1 < 100°/你時，一級補償電磁閥、二級補 償電磁閥均開啟，由一級補償電磁閥、二級補償電磁閥響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器的流量《2,獲得 冷量Q2響應(yīng)負載熱量Q1的變化，當(dāng)Q2接近90%Q1時，一級補償電磁閥、二級補償電磁閥均 關(guān)閉，比例調(diào)節(jié)閥繼續(xù)響應(yīng)調(diào)節(jié)通過換熱器的流量w2,獲得冷量Q2響應(yīng)負載熱量Q1的變 化，直至能量平衡即Q1=Q2。
【文檔編號】H01S3/04GK104158071SQ201410436142
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】韓樂民, 程歡, 羅小波, 陳智, 樊青藍, 段強, 王永振, 李春領(lǐng), 祝金運, 張小虎, 吳川 申請人:武漢漢立制冷科技股份有限公司