空分装置预冷系统的控制方法和系统与流程

本发明涉及预冷系统，具体涉及一种空分装置预冷系统的控制方法和系统。

背景技术：

1、空分装置预冷系统是出空压机热空气的冷却系统，以下简称为预冷系统。预冷系统中的冷却介质包括常温循环水和冷冻水，主要设备包括空冷塔、水冷塔、循环水加压泵和冷冻水泵。其中，循环水加压泵将循环水站来的常温循环水加压输送入空冷塔中部，冷冻水泵将水冷塔中被5℃污氮冷却的冷冻水加压输送入空冷塔上部，基于直接接触冷却方式将空冷塔中的热空气逐步冷却到12℃左右。然后，冷却后的空气被输送至空分装置纯化系统。

2、现有技术中常选择使用变频器，以满足上述预冷系统的节能需求，即，常温循环水泵和冷冻水泵在满足各自冷却水工艺参数的情况下，通过变频器降低各自的功耗，从而达到预冷系统的节能需求。

3、在实际工作中，对于不同工况，现有技术中仅依靠人工根据经验对变频器进行调节，使得预冷系统的总电功率达到最低。其中，预冷系统的总电功率包括：循环水加压泵、冷冻水泵和变频器的电功率。由于人工调节具有随意性，因此调节过程中耗费的时间较长。

4、因此，亟需一种空分装置预冷系统的控制方法和系统，以解决上述问题。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种空分装置预冷系统的控制方法和系统，通过mcu(microcontroller unit,微控制单元)自动调节预冷系统中的变频器，管理常温循环水和冷冻水的质量流量，在满足出口气体温度为12℃的条件下，使得预冷系统中的总电功率最小，解决了面对不同的工况时，人工调节耗费时间较长的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、在本发明的第一方面，提供了一种空分装置预冷系统的控制方法，所述方法应用于控制系统的微控制单元mcu，所述方法包括：

6、s1、初始化n＝1，基于所述空分装置预冷系统的固有参数，获取常温循环水的质量流量的初始设定值和冷冻水的质量流量的初始设定值

7、s2、获取热空气的流量值f、总电流信号i、空冷塔的出口气体温度t2和冷冻水的质量流量w2；

8、s3、基于所述出口气体温度t2、流量值f和冷冻水的质量流量w2，确定负反馈系数k、负反馈量a；

9、s4、基于所述负反馈量a，确定冷冻水的质量流量的设定值并将输入至变频器vf2的设定端，以使变频器vf2调整冷冻水泵电机的输出功率，令所述冷冻水的质量流量w2为

10、s5、基于所述总电流信号i，确定所述空分装置预冷系统的总功率p；

11、s6、基于所述总功率p和冷冻水的质量流量的设定值确定常温循环水的质量流量的设定值并将输入至变频器vf1，以使变频器vf1调整循环加压泵电机的输出功率，令所述常温循环水的质量流量w1为

12、s7、判断|t2-12|≤ε1是否成立，若是，则转s8；若否，则n＝n+1，转s2；其中，ε1表示第一预设值；

13、s8、判断|pn-pn-1|/|pn|≤ε2是否成立，若是，则所述控制方法的调节过程结束；若否，则n＝n+1，转s2；

14、其中，pn表示第n次循环时的总功率、pn-1表示第n-1次循环时的总功率、ε2表示第二预设值。

15、可选的，所述步骤s3中，基于所述出口气体温度t2、流量值f和冷冻水流量w2，确定负反馈系数k、负反馈量a，包括：

16、判断|t2-12|≥2是否成立；若是，则k＝cpaf/[cpw(twh-tc2)]；若否，则k＝1；

17、其中，cpa表示空气的平均热容、f表示热空气流量、cpw表示水的热容、twh表示出空冷塔热水的温度、tc2表示冷冻水的温度；

18、所述负反馈量a表示数字量负反馈e和模拟量负反馈e′之和，即，a＝e+e′；

19、其中，数字量负反馈e＝(k-1)(t2-12)；模拟量负反馈e′＝t2-12。

20、可选的，所述步骤s1中，基于所述空分装置预冷系统的固有参数，获取常温循环水的质量流量的初始设定值和冷冻水的质量流量的初始设定值包括：

21、

22、其中，t1表示空冷塔的进口气体温度；tc1表示常温循环水的温度；tc2表示冷冻水的温度；tc1表示常温循环水的温度；

23、

24、

25、其中，η1表示常温循环水泵p1且包含变频器的电功效率；δp1表示空冷塔与常温循环水的操作压强差；ρw表示水的密度；g表示重力常数；h1表示常温循环水的抬升高度；η2表示冷冻水泵p2且包含变频器的电功效率；δp2表示空冷塔与冷冻水的操作压强差。

26、可选的，所述s6中基于所述总功率p和冷冻水的质量流量的设定值确定常温循环水的质量流量的设定值包括：

27、令判断是否大于0；若是，则若否，则

28、其中，表示第n次循环的第一判断值、pn表示第n次循环的总功率、pn-1表示第n-1次循环的总功率；表示第n+1次循环的常温循环水的质量流量的设定值、表示第n次循环的常温循环水的质量流量的设定值、s表示第三预设值。

29、可选的，所述mcu的输入信号还包括：循环水加压泵阀门v1的前后压差δp3和冷冻水泵阀门v2的前后压差δp4；

30、所述mcu的输出信号包括：常温循环水的质量流量的设定值、冷冻水的质量流量的设定值。

31、可选的，所述步骤s4中基于所述总电流信号i，确定所述空分装置预冷系统的总功率p，包括：

32、

33、其中，f表示电流互感器的电流变换系数、u表示预冷系统中循环水加压泵和冷冻水泵的电机供电电压、i表示工频电流的互感器测量值。

34、在本发明的第二方面，提供了一种空分装置预冷系统的控制系统，所述控制系统包括循环水加压泵、冷冻水泵、循环水加压泵对应的变频器vf1、冷冻水泵对应的变频器vf2、互感器ct、负反馈元件、mcu、晶闸管jz1、jz2；所述控制系统内的连接关系为:

35、热空气的流量值f分别输入至vf1、vf2的启动端口、晶闸管jz1、jz2的阳极和mcu的输入端口；

36、互感器ct输出的电流信号i、气体出口温度t2和冷冻水质量流量的测量值均输入至mcu的输入端口；

37、循环水加压泵阀门v1的前后压差δp3和冷冻水泵阀门v2的前后压差δp4均输入至mcu的输入端口；

38、mcu输出常温循环水的质量流量的设定值w1′和冷冻水的质量流量的设定值w2′；

39、常温循环水的质量流量的设定值w1′输入至变频器vf1的输入端口，冷冻水的质量流量设定值w2′与负反馈量共同输入至变频器vf2的输入端口；

40、变频器vf1的测量端口用于接收常温循环水的质量流量的测量值；变频器vf2的测量端口用于接收冷冻水的质量流量的测量值。

41、可选的，所述控制系统中内的连接关系还包括：

42、晶闸管jz1的门极接收循环水加压泵阀门的前后压差δp3；

43、晶闸管jz2的门极接收冷冻水泵阀门的前后压差δp4；

44、晶闸管jz1的阴极接入循环水加压泵阀门v1的信号输入端口；

45、晶闸管jz2的阴极接入冷冻水泵阀门v2的信号输入端口。

46、可选的，所述控制系统中：

47、所述循环水加压泵用于输送常温循环水；

48、所述冷冻水泵用于输送冷冻水；

49、所述变频器vf1用于控制循环水加压泵输出的常温循环水的质量流量；

50、所述变频器vf2用于控制冷冻水泵输出的冷冻水的质量流量；

51、互感器ct用于将空分装置预冷系统中的总电流转变为工频电流信号；

52、负反馈元件用于向mcu输入模拟量负反馈；

53、mcu用于执行s1、初始化n＝1，基于所述空分装置预冷系统的固有参数，获取常温循环水的质量流量的初始设定值和冷冻水的质量流量的初始设定值

54、s2、获取热空气的流量值f、总电流信号i、空冷塔的出口气体温度t2和冷冻水的质量流量w2；

55、s3、基于所述出口气体温度t2、流量值f和冷冻水的质量流量w2，确定负反馈系数k、负反馈量a；

56、s4、基于所述负反馈量a，确定冷冻水的质量流量的设定值并将输入至变频器vf2的设定端，以使变频器vf2调整冷冻水泵电机的输出功率，令所述冷冻水的质量流量w2为

57、s5、基于所述总电流信号i，确定所述空分装置预冷系统的总功率p；

58、s6、基于所述总功率p和冷冻水的质量流量的设定值确定常温循环水的质量流量的设定值并将输入至变频器vf1，以使变频器vf1调整循环加压泵电机的输出功率，令所述常温循环水的质量流量w1为

59、s7、判断|t2-12|≤ε1是否成立，若是，则转s8；若否，则n＝n+1，转s2；其中，ε1表示第一预设值；

60、s8、判断|pn-pn-1|/|pn|≤ε2是否成立，若是，则所述控制方法的调节过程结束；若否，则n＝n+1，转s2。

61、可选的，所述控制系统中还包括：

62、晶闸管jz1用于阀门v1开关信号的开关控制；

63、晶闸管jz2用于阀门v2开关信号的开关控制。

64、(三)有益效果

65、本发明提供了一种空分装置预冷系统的控制方法和系统，与现有技术相比，具备以下有益效果：

66、一种空分装置预冷系统的控制方法，所述方法应用于控制系统的微控制单元mcu，方法包括：s1、初始化n＝1，基于所述空分装置预冷系统的固有参数，获取常温循环水的质量流量的初始设定值和冷冻水的质量流量的初始设定值s2、获取热空气的流量值f、总电流信号i、空冷塔的出口气体温度t2和冷冻水的质量流量w2；s3、基于所述出口气体温度t2、流量值f和冷冻水的质量流量w2，确定负反馈系数k、负反馈量a；s4、基于所述负反馈量a，确定冷冻水的质量流量的设定值并将输入至变频器vf2的设定端，以使变频器vf2调整冷冻水泵电机的输出功率，令所述冷冻水的质量流量w2为s5、基于所述总电流信号i，确定所述空分装置预冷系统的总功率p；s6、基于所述总功率p和冷冻水的质量流量的设定值确定常温循环水的质量流量的设定值并将输入至变频器vf1，以使变频器vf1调整循环加压泵电机的输出功率，令所述常温循环水的质量流量w1为s7、判断|t2-12|≤ε1是否成立，若是，则转s8；若否，则n＝n+1，转s2；s8、判断|pn-pn-1|/|pn|≤ε2是否成立，若是，则所述控制方法的调节过程结束；若否，则n＝n+1，转s2。

67、基于上述处理，mcu基于热空气流量f和出口温度进行迭代计算，并赋予循环加压泵和冷冻水泵各自变频器的质量流量设定值，从而控制常温循环水和冷冻水的输入流量。同时，基于出口气体温度t2与12℃的偏差值，构建对冷冻水的设定值的负反馈量，使得出口气体温度t2稳定在12℃左右。基于该控制系统和控制方法，取代了原有技术中的人工调节，从而提高了空分装置预冷系统的节能优化响应速度、效率、可靠性和自动化水平。此外，在本控制系统中，mcu的输入变量设置为6个，输出变量设置为2个，从而降低了预冷系统中对mcu的计算量和规格要求。