群组冷却塔风机优化节能控制系统的研究

【摘要】：大型冷却塔风机广泛应用在石化等行业的循环水系统中,长期连续运转,能耗大。调速是对冷却塔风机进行节能的有效方法,在所有调速节能方法中,最佳的节能方式是变频调速。同时,为了确保生产的稳定运行,冷却塔风机必须能够安全运行。因此,研究群组冷却塔风机优化节能控制系统具有重要的现实意义。 本课题在对群组风机的优化运行系统和安全集成系统进行分析的基础上,针对中国石化天津分公司化工部6台冷却塔风机,研究设计制造了的优化节能控制系统。其主要的研究成果如下： (1)深入研究了冷却塔风机的基本结构和主要性能参数,并对冷却塔风机的气动特性进行了分析和研究。通过对冷却塔风机节能方法的对比,得出了最佳的节能方法——变频调速节能的结论。 (2)将优化运行系统与安全集成系统有机地结合,设计并开发了一种群组冷却塔风机优化节能控制系统：对变频信号的离散化处理和转速的台阶式控制,有效地避免了风机变频调速时转速震荡引起的工作寿命降低的问题；并与风机故障预警报警系统的有机结合,实现了风机的安全控制,大大减少了风机的检修次数,解决了监控过程中误报漏报问题。 (3)变频控制系统的设计是基于工厂生产运行安全的前提下进行的,设计了旁路转换电路及手自动切换电路,提高了生产运行的可靠度,达到了系统的工况要求。 (4)采用S7-200系列PLC与变频器技术的结合,实现了变频调速风机运行的闭环控制；通过力控组态软件实现了上位机对风机节能控制的远程操作和实时运行状态的远程监控。 本课题研究、制造的群组冷却塔风机优化节能控制系统在中国石化天津分公司化工部应用良好,节能效果显著,有效地提高了系统的安全性,具有良好的推广价值和市场应用前景。 【关键词】：冷却塔风机 优化运行系统 安全集成系统 远程监控
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ053.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题背景与研究意义9-13
• 1.2.1 课题背景9-12
• 1.2.2 研究意义12-13
• 1.3 国内外研究进展13-14
• 1.3.1 冷却塔风机节能技术13-14
• 1.3.2 冷却塔风机运行安全监测技术14
• 1.4 本文主要研究内容及论文结构14-16
• 2 冷却塔风机运行特性及节能方法的分析与研究16-26
• 2.1 冷却塔风机概况16-17
• 2.1.1 冷却塔风机基本结构16
• 2.1.2 冷却塔风机主要特性参数16-17
• 2.2 冷却塔风机气动特性分析17-21
• 2.2.1 冷却塔风机基本方程分析17-19
• 2.2.2 冷却塔风机相似定律分析19-20
• 2.2.3 冷却塔风机气动特性曲线分析20-21
• 2.3 冷却塔风机节能方法分析21-25
• 2.3.1 节流节能方法分析22
• 2.3.2 调速节能方法分析22-24
• 2.3.3 冷却塔风机节能方法选取24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 群组冷却塔风机优化节能控制系统的研究26-38
• 3.1 群组冷却塔风机优化节能控制系统的概述26-27
• 3.1.1 优化节能控制系统的背景26-27
• 3.1.2 总体方案设计27
• 3.2 群组冷却塔风机优化运行系统的研究27-29
• 3.2.1 单台冷却塔风机闭环节能控制方法27-28
• 3.2.2 冷却塔风机变频信号的离散化处理28-29
• 3.2.3 群组冷却塔风机变频节能控制方法29
• 3.3 群组冷却塔风机安全集成系统的研究29-36
• 3.3.1 叶片故障预警报警方法30-32
• 3.3.2 传动轴故障预警报警方法32-34
• 3.3.3 减速器故障预警报警方法34-35
• 3.3.4 电机和变频器电流监测法35
• 3.3.5 硬件系统的自诊断功能35-36
• 3.4 风机优化运行系统与安全集成系统的结合36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 4 群组冷却塔风机优化节能变频系统设计38-50
• 4.1 变频系统设计的工况要求38
• 4.2 变频系统主电路的设计38-42
• 4.2.1 变频器的类型的选用38-40
• 4.2.2 变频器外围电路主要设备的选型40-41
• 4.2.3 变频器的安装41-42
• 4.3 变频系统控制电路的设计42
• 4.4 变频系统的电路设计图42-45
• 4.4.1 单台变频柜的电路设计图42-44
• 4.4.2 群组冷却塔风机控制电路设计图44-45
• 4.5 MM430变频器参数的设置45-48
• 4.5.1 变频器的快速调试45-46
• 4.5.2 冷却塔风机变频器参数的设置46-48
• 4.5.3 风机变频器的故障与报警48
• 4.6 变频系统的实际应用48-49
• 4.7 本章小结49-50
• 5 群组冷却塔风机优化节能控制系统的设计与实现50-72
• 5.1 PLC控制系统的设计50-57
• 5.1.1 西门子S7-200PLC性能分析50-51
• 5.1.2 PLC控制系统的硬件设计51-53
• 5.1.3 PLC控制系统软件设计53-55
• 5.1.4 PLC控制系统电气原理图55-57
• 5.2 基于USS协议的PLC与变频器通讯的实现57-61
• 5.2.1 USS协议概述57
• 5.2.2 USS通信程序的实现57-60
• 5.2.3 多台变频器与PLC通讯的实现60-61
• 5.3 基于RS485总线控制系统通讯的实现61-63
• 5.3.1 RS485总线技术的概述61-62
• 5.3.2 RS485总线控制系统通讯的实现62-63
• 5.4 基于力控组态软件的上位机设计与实现63-69
• 5.4.1 力控组态软件的特点63-64
• 5.4.2 力控组态监控软件主要内容设计64-68
• 5.4.3 节能控制系统上位机的设计与实现68-69
• 5.5 优化节能控制系统的实际应用69-70
• 5.6 节能效果的计算70-71
• 5.6.1 节能计算原理70
• 5.6.2 实际节能效果分析70-71
• 5.7 本章小结71-72
• 6 结论与展望72-74
• 6.1 本文的主要工作72
• 6.2 今后研究的方向72-74
• 7 参考文献74-79
• 8 攻读硕士学位期间发表论文情况79-80
• 9 致谢80-81
• 附录81-88

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