淺談節(jié)水型閉式冷卻塔系統(tǒng)電氣控制設計

摘 要：文章對節(jié)水式閉式冷卻塔的特點及其單臺和多臺群控時的系統(tǒng)電氣設計、電氣控制方法進行探討。希望通過文章的具體論述，能夠給相關人員提供一些理論依據(jù)和幫助，僅供參考。

關鍵詞：節(jié)水式冷卻塔；電氣控制；群控；變頻

在節(jié)水式冷卻塔單風機控制中，目前主要有兩種控制方式，即冷卻塔變頻控制和冷卻塔風機溫控。為保持出水溫度恒定，前者是根據(jù)出水溫度來自動調節(jié)風機變頻；后者是根據(jù)出水溫度來自動調節(jié)風機運行級數(shù)。根據(jù)客戶現(xiàn)場負荷的情況，單風機控制應用非常少，絕大部分會用到多風機控制系統(tǒng)，簡稱群控系統(tǒng)。為了提高風機的利用效率，實現(xiàn)節(jié)能的目的，通常采用風機電機變頻控制。為了實現(xiàn)風冷模式和水冷模式之間的平穩(wěn)切換而且達到節(jié)能節(jié)水的目的，通常采用其中一臺噴淋泵變頻控制。文章主要介紹節(jié)水塔的主要電氣控制要求和群控系統(tǒng)的變頻控制方法。

1 系統(tǒng)電氣控制設計

1.1 單臺節(jié)水塔控制要求

（1）循環(huán)水出口目標溫度T2初期值=32℃（可設定）；多臺塔時，T2為總管出口溫度；臺數(shù)控制根據(jù)T2溫度控制。

（2）風機變頻器可選，如果增加變頻，要求第一臺風機變頻啟動；不用變頻啟動時，直接啟動或星三角啟動。

（3）噴淋泵變頻器可選，如果增加變頻，要求第一臺噴淋泵變頻啟動；不用變頻啟動時，直接啟動或星三角啟動。

（4）冷卻塔開始運轉時首先啟動風機進入風冷模式，如果出入口溫差超過5°便超過風機最大能力，需要啟動噴淋泵進入水冷模式滿足現(xiàn)場水溫大溫差的要求，水冷模式的最大能力約為7°。風冷模式與水冷模式之間切換有回差閾值。

（5）系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調試來確定，此時應用PID控制最為方便，即調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制。被控出水溫度與設定值的差值經(jīng)過PLC內部計算后送出速度命令并控制脈寬PWM輸出，最終調節(jié)電機轉速，達到實現(xiàn)目標水溫的目的。

（6）風機和噴淋泵在采用變頻控制時，變頻器對負載的適應性也需要特別考慮。在實際運轉中還經(jīng)常出現(xiàn)由于外界風力作用冷卻塔風機自轉的情況，此時如果啟動變頻器，電動機會自動進入再生制動狀態(tài)，導致變頻器發(fā)生故障，此時應將變頻器的啟動方式為轉速跟蹤再啟動，變頻器自動檢測電動機的轉速和方向，然后實施對旋轉中電動機的平滑無沖擊啟動。

1.2 多臺群控方法

所謂多臺群控系統(tǒng)，就是根據(jù)節(jié)水塔出水溫度自動調節(jié)風機和噴淋泵運行臺數(shù)，一般不超過10臺，選擇變頻控制時，調節(jié)其中一臺風機和一臺噴淋泵的頻率，以保持出水溫度在設定范圍內精確控制、基本恒定、同時節(jié)能。在群控系統(tǒng)中，利用PLC的PID控制器，在以溫度為控制對象的閉環(huán)系統(tǒng)基礎上，自動調節(jié)變頻風機、噴淋泵的頻率和工頻風機、噴淋泵的臺數(shù)。假設選定1號風機和1號分噴淋泵（或總噴淋泵）變頻運轉。

（1）一號變頻風機控制流程：機組確定無故障、非溫調停機狀態(tài)、滿足運行條件時進入自動運轉中，首先判斷現(xiàn)場是否有風機變頻要求，如果要求變頻則進入變頻模式，一號風機進入變頻控制，根據(jù)循環(huán)水出水溫度精確控制頻率；如果沒有變頻要求，一號風機進入臺數(shù)控制。臺數(shù)控制的原則是：風機無故障可正常運行時，運轉時間短的風機優(yōu)先開啟；運轉時間長的風機優(yōu)先停止。

（2）二號及N號工頻風機臺數(shù)控制流程：首先判斷機組設定臺數(shù)是否大于等于2（或N），滿足是多臺運轉時同一號風機一樣判斷是否需要風機變頻，在變頻模式下根據(jù)一號風機的頻率進行臺數(shù)控制；非變頻模式下根據(jù)循環(huán)水出水溫度進行臺數(shù)控制。臺數(shù)控制原則同上。以此類推，2至N號風機都是同樣的控制方法。

（3）一號總噴淋泵或分噴淋泵運轉流程。機組在自動運轉時，根據(jù)水溫和無故障風機投入臺數(shù)判斷是否要進入水冷模式，如果無故障風機全部運轉后水溫仍達不到要求則要進入水冷模式。進入水冷模式后首先判斷是否需要噴淋泵變頻，如果不需要變頻則直接啟動或星三角啟動，如果需要噴淋泵變頻則根據(jù)循環(huán)水出口溫度進行變頻控制。機組現(xiàn)場如果只有一臺總的噴淋泵則滿足噴淋水液位要求后總噴淋泵啟動；如果現(xiàn)場是機組一對一配備噴淋泵則滿足液位要求后一號噴淋泵運轉。為了防止噴淋泵氣蝕液位開關有延時確認要求。

（4）二至N號電磁閥或分噴淋泵運轉流程：機組在自動運轉時，判斷機組臺數(shù)大于等于2（或N）時，如果機組已經(jīng)進入水冷模式，仍是判斷是否需要變頻，機組現(xiàn)場如果只有一臺總的噴淋泵，則根據(jù)總噴淋泵的運轉頻率確定各機組水路電磁閥的開關，控制原理同臺數(shù)控制一樣：開通時間長的電磁閥優(yōu)先關斷，開通時間短的電磁閥優(yōu)先打開；如果沒有總的噴淋泵，而是機組一對一配備噴淋泵時，根據(jù)一號噴淋泵的頻率其余噴淋泵進入臺數(shù)控制。所有噴淋泵的開關都必須滿足液位要求。以此類推，2至N號電磁閥或噴淋泵的控制方法相同。

（5）變頻器在群控時的調節(jié)特性：從一號風機運轉指令ON開始，變頻器頻率首先上升到最低運轉頻率，控制開始后操作量被控制在最低頻率和最高頻率以內。在沒有臺數(shù)增減時通過PID演算進行容量控制，由于風機拖動部分的轉動慣量一般都比較大，所以定義的變頻加速減速時間要長一些。為了防止因頻率上升或下降太快而引起變頻器故障，可以通過設定變頻器頻率T1（由60Hz下降到0Hz時所需要的時間）和T2（變頻器頻率由0Hz上升到60Hz時所需要的時間）來控制變頻器的頻率變化速度。在整個變頻器的容量控制中，都按照此設定速度進行變頻器的頻率加減，但是不包括變頻器剛開始啟動時由OHz上升到最低頻率和變頻器停止時頻率變?yōu)?Hz的場合。有臺數(shù)增加和減少時會引起水溫的波動，為了使客戶現(xiàn)場水溫無大的波動，需使變頻器迅速做出響應，臺數(shù)增加時，水溫會快速下降，此時應降低變頻器頻率避免水溫快速下降引起波動，進入臺數(shù)增加不安定區(qū)間1，此時脫離PID控制，在此區(qū)間頻率以設定速度降低，頻率減量在現(xiàn)場設定，頻率降低至目標值后進入臺數(shù)增加不安定區(qū)間2，等待降低頻率后水溫的穩(wěn)定反饋，等待時間結束后重回PID控制；臺數(shù)減少時，水溫會快速升高，此時應升高變頻器頻率避免水溫快速上升引起波動，進入臺數(shù)減少不安定區(qū)間1，此時脫離PID控制，在此區(qū)間頻率以設定速度升高，頻率增量也在現(xiàn)場設定，頻率升高至目標值時進入臺數(shù)減少不安定區(qū)間2，等待升高頻率后水溫的穩(wěn)定反饋，等待時間結束后也重回PID控制。

2 結束語

文章簡單介紹了節(jié)水型閉式冷卻塔的單臺和多臺控制方法，其中PID控制方法、變頻器控制方法、臺數(shù)控制方法等適用于大部分類型的冷卻塔及有相似機械性能的機組。由于篇幅有限只能大概作一下介紹，實際調試時現(xiàn)場狀況千差萬別，需要根據(jù)客戶現(xiàn)場情況制定相應的電氣控制方法。

參考文獻

[1]李方園.變頻器在冷卻塔多風機群控系統(tǒng)中的應用[J].暖通空調，2008.

作者簡介：于曉兵（1982-），女，山東煙臺人，煙臺市荏原空調設備有限公司，助理工程師。