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一种复合流闭式冷却塔远程终端控制系统及其冷却塔

2021-01-31 22:29:05

一种复合流闭式冷却塔远程终端控制系统及其冷却塔

　　技术领域

　　本发明涉及冷却塔技术领域，更具体的说，涉及一种复合流闭式冷却塔远程终端控制系统及其冷却塔。

　　背景技术

　　冷却塔是用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置，其冷是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置；

　　传统的冷却塔在结构设计和控制方式上具有较大缺陷，传统的控制方式是人工对各个感应设备、电子设备进行观测并进行记录，此方式具有一定延时，通过人工观察的方式其精度较低，误差较大，测量不准确，不能够及时发现设备的异常工作，降低设备的使用寿命，导致设备部件频繁的损坏，加大使用成本；传统的操作较为落后，不能够将数据上传，不能够同时对多个冷却塔进行管理，其管理效率较低，

　　传统冷却塔的风机设置在正上方，风机下端设有喷淋系统，喷淋系统下方设有换热管，风机、喷淋系统、换热管在竖直方向处于同一条直线，下端四个侧表面开有进风口，冷风通过进风口、换热管、喷淋系统流向风机，在此过程中喷淋系统给换热管降温，产生的蒸汽通过流动的空气带出，喷淋系统喷出的喷淋水，由于垂直下落，速度较快，得不到充分的冷却，导致再循环换热时温度较高，换热效果较差；冷却塔的风机都设有备用风机，每隔7天左右需要倒换工作，不工作的风机需要用盖板盖住，传统的操作方式是人工爬上塔顶进行对应操作，若工况较为复杂（临时超负荷或低功率工作）需要人员多次操作；其操作较为复杂，且具有一定的危险性。

　　发明内容

　　针对以上缺陷，本发明提供一种复合流闭式冷却塔远程终端控制系统及其冷却塔，以解决的问题。

　　为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

　　一种复合流闭式冷却塔远程终端控制系统，包括RTU控制器，所述RTU控制器内设有控制电路，所述RTU控制器内设有PCB板，所述RTU控制器内设有数据采集器；

　　所述数据采集器包括AC 220V电源输入接口、PT100热电阻信号输入接口、压力表信号输入接口、RS485通讯接口、RS232通信接口、DC 24V电源输出接口和天线接口；

　　所述控制电路包括主控电路、AD电路、外设电路、电源电路；所述主控电路包括RISC处理器、定时器、通用定时器、高级定时器、看门狗定时器、系统定时器、通讯接口、I2C接口、USART、SPI、USB接口、CAN；所述AD电路包括AD7124-8模数转换器；所述外设电路包括指示灯控制电路、RS485接口电路、RS-232接口电路；所述电源电路包括ACDC降压电路、DCDC降压电路、GPRS供电电路、AD供电电路、24V输出电路；

　　所述PCB板包括模拟量采集模块、MCU控制模块、GPRS 通信模块、硬件接口模块、外设单元RS485、RS232通信模块、外设单元LED指示模块、DCDC电源模块、ACDC电源模块，所述模拟量采集模块、MCU控制模块、GPRS 通信模块、硬件接口模块、外设单元RS485、RS232通信模块、外设单元LED指示模块、DCDC电源模块、ACDC电源模块集成在PCB板上；

　　所述外设电路还包括进水温度传感器、进水压力传感器、出水温度传感器、出水压力传感器、进风温度传感器、出风温度传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、水体流量传感器、喷淋温度传感器；所述进水温度传感器、出水温度传感器、进风温度传感器、出风温度传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、喷淋温度传感器的信号输出端与PT100热电阻信号输入接口电性连接，水体流量传感器的信号输出端与RS485通讯接口电性连接，进水压力传感器、出水压力传感器的信号输出端与压力表信号输入接口电性连接；所述进水温度传感器、进水压力传感器、出水温度传感器、出水压力传感器、进风温度传感器、出风温度传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、水体流量传感器、喷淋温度传感器的电源输入端与DC24V电源输出接口电性连接。

　　一种复合流闭式冷却塔，包括冷却塔外壳和安装在冷却塔外壳一侧的RTU控制器，所述冷却塔外壳内侧设有换热降温机构，所述冷却塔外壳上端设有机盖切换机构；

　　所述换热降温机构包括冷却塔外壳上表面的矩形支架，矩形支架一端安装有梯形箱体，梯形箱体一侧安装有喷淋进水管，梯形箱体侧表面安装有喷淋出水管，喷淋出水管下表面开有出水口，出水口下端安装有连接杆，连接杆侧表面安装有固定环，冷却塔外壳侧表面安装有固定板，固定板侧表面开有圆形通孔，圆形通孔一侧安装有换热盘管，换热盘管上端安装有分流管，分流管侧表面安装有热水进水管，热水进水管一侧设有法兰盘一，法兰盘一与热水进水管之间安装有密封环一，换热盘管下端安装有合流管，合流管侧表面安装有热水出水管，热水出水管一侧设有法兰盘二，法兰盘二与热水出水管之间安装有密封环二；所述冷却塔外壳内侧安装有固定管，固定管侧表面安装有水汽换热填料，水汽换热填料一侧安装有挡板一，挡板一两端与冷却塔外壳固定连接，冷却塔外壳下端安装有收水箱，收水箱与挡板一之间安装有收水器一；所述固定板一侧安装有挡板二，挡板二两端与冷却塔外壳固定连接，挡板二下端安装有挡板三，挡板三与挡板二之间安装有收水器二；所述却塔外壳侧表面开有进风口。

　　所述机盖切换机构包括冷却塔外壳上表面的出风口，出风口设有两个，出风口一侧安装有支撑筒，支撑筒上端安装有电机支架，电机支架中心处安装有风机，支撑筒侧表面安装有连接板，连接板上表面安装有轴承一，轴承一内圈安装有转动轴，转动轴一侧安装有通风挡板，转动轴一端安装有蜗轮，连接板上表面两端安装有轴承支架，轴承支架上端安装有轴承二，轴承二内圈安装有与蜗轮互相啮合的蜗杆，蜗杆一端安装有直齿轮一，连接板上表面中心处安装有步进电机，步进电机旋转端安装有与直齿轮一互相啮合的直齿轮二。

　　进一步的，冷却塔外壳侧表面安装有控制箱，RTU控制器安装在控制箱内。

　　进一步的，进风口一侧安装有防护罩。

　　本发明的有益效果是：通过冷却塔远程终端控制系统的作用可以准确、快速的对冷却塔的各项数据进行记录、分析，当有数据不正常时可以及时报警，间接提高设备的使用寿命，在提高管理效率的同时可以减小使用成本；

　　通过换热降温机构的作用可以使喷淋水下降速度减缓并分散，便于流通的空气对喷淋水进行散热，提高喷淋水对换热管的冷却效果，通过机盖切换机构的作用可以使机盖灵活的根据工况进行调整，避免人员频繁攀爬冷却塔而形成的安全隐患。

　　附图说明

　　图1是本发明所述一种复合流闭式冷却塔远程终端控制系统的主控电路示意图一；

　　图2是主控电路部分示意图二；

　　图3是主控电路部分原件示意图；

　　图4是AD电路示意图一；

　　图5是AD电路部分示意图二；

　　图6是RS-485接口电路示意图；

　　图7是RS-232接口电路示意图；

　　图8是外设电路示意图一；

　　图9是外设电路示意图二；

　　图10是外设电路部分示意图三；

　　图11是GPRS通信模块示意图一；

　　图12是GPRS通信模块示意图二；

　　图13是GPRS通信模块示意图三；

　　图14是GPRS通信模块示意图四；

　　图15是24v输出电路示意图一；

　　图16是MCU供电电路示意图；

　　图17是AD供电电路示意图；

　　图18是电源电路示意图一；

　　图19是PCB板示意图一；

　　图20是PCB板示意图二；

　　图21是PCB板示意图三；

　　图22是RTU控制器端子电路框图一；

　　图23是RTU控制器端子电路框图二；

　　图24是本发明所述一种复合流闭式冷却塔的结构示意图；

　　图25是换热盘管示意图；

　　图26是换热降温机构示意图；

　　图27是机盖切换机构示意图；

　　图28是通风挡板的俯视示意图；

　　图29是机盖切换机构的放大示意图；

　　图30是主控电路部分示意图三；

　　图31是主控电路部分示意图四；

　　图32是AD电路部分示意图三；

　　图33是外设电路部分示意图四；

　　图34是外设电路部分示意图五；

　　图35是外设电路部分示意图六；

　　图36是外设电路部分示意图七；

　　图37是24v输出电路示意图二；

　　图38是电源电路示意图二；

　　图39是电源电路示意图三；

　　图中，1、冷却塔外壳；2、矩形支架；3、梯形箱体；4、喷淋进水管；5、喷淋出水管；6、出水口；7、连接杆；8、固定环；9、固定板；10、圆形通孔；11、换热盘管；12、分流管；13、热水进水管；14、法兰盘一；15、密封环一；16、合流管；17、热水出水管；18、法兰盘二；19、密封环二；20、固定管；21、水汽换热填料；22、挡板一；23、收水箱；24、收水器一；25、挡板二；26、挡板三；27、收水器二；28、出风口；29、支撑筒；30、电机支架；31、风机；32、连接板；33、轴承一；34、转动轴；35、通风挡板；36、蜗轮；37、轴承支架；38、轴承二；39、蜗杆；40、直齿轮一；41、步进电机；42、直齿轮二；43、控制箱；44、进风口；45、防护罩；46、进水温度传感器；47、进水压力传感器；48、出水温度传感器；49、出水压力传感器；50、进风温度传感器；51、出风温度传感器；52、环境温度传感器；53、环境湿度传感器；54、水体流量传感器；55、喷淋温度传感器。

　　具体实施方式

　　下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-39所示，一种复合流闭式冷却塔远程终端控制系统，包括RTU控制器，RTU控制器内设有控制电路，RTU控制器内设有PCB板，RTU控制器内设有数据采集器；

　　数据采集器包括AC 220V电源输入接口、PT100热电阻信号输入接口、压力表信号输入接口、RS485通讯接口、RS232通信接口、DC 24V电源输出接口和天线接口；

　　控制电路包括主控电路、AD电路、外设电路、电源电路；主控电路包括RISC处理器、定时器、通用定时器、高级定时器、看门狗定时器、系统定时器、通讯接口、I2C接口、USART、SPI、USB接口、CAN；AD电路包括AD7124-8模数转换器；外设电路包括指示灯控制电路、RS485接口电路、RS-232接口电路；电源电路包括ACDC降压电路、DCDC降压电路、GPRS供电电路、AD供电电路、24V输出电路；

　　PCB板包括模拟量采集模块、MCU控制模块、GPRS 通信模块、硬件接口模块、外设单元RS485、RS232通信模块、外设单元LED指示模块、DCDC电源模块、ACDC电源模块，模拟量采集模块、MCU控制模块、GPRS 通信模块、硬件接口模块、外设单元RS485、RS232通信模块、外设单元LED指示模块、DCDC电源模块、ACDC电源模块集成在PCB板上；

　　外设电路还包括进水温度传感器46、进水压力传感器47、出水温度传感器48、出水压力传感器49、进风温度传感器50、出风温度传感器51、环境温度传感器52、环境湿度传感器53、水体流量传感器54、喷淋温度传感器55；进水温度传感器46、出水温度传感器48、进风温度传感器50、出风温度传感器51、环境温度传感器52、环境湿度传感器53、喷淋温度传感器55的信号输出端与PT100热电阻信号输入接口电性连接，水体流量传感器54的信号输出端与RS485通讯接口电性连接，进水压力传感器47、出水压力传感器49的信号输出端与压力表信号输入接口电性连接；进水温度传感器46、进水压力传感器47、出水温度传感器48、出水压力传感器49、进风温度传感器50、出风温度传感器51、环境温度传感器52、环境湿度传感器53、水体流量传感器54、喷淋温度传感器55的电源输入端与DC24V电源输出接口电性连接。

　　一种复合流闭式冷却塔，包括冷却塔外壳1和安装在冷却塔外壳1一侧的RTU控制器，冷却塔外壳1内侧设有换热降温机构，冷却塔外壳1上端设有机盖切换机构；

　　换热降温机构包括冷却塔外壳1上表面的矩形支架2，矩形支架2一端安装有梯形箱体3，梯形箱体3一侧安装有喷淋进水管4，梯形箱体3侧表面安装有喷淋出水管5，喷淋出水管5下表面开有出水口6，出水口6下端安装有连接杆7，连接杆7侧表面安装有固定环8，冷却塔外壳1侧表面安装有固定板9，固定板9侧表面开有圆形通孔10，圆形通孔10一侧安装有换热盘管11，换热盘管11上端安装有分流管12，分流管12侧表面安装有热水进水管13，热水进水管13一侧设有法兰盘一14，法兰盘一14与热水进水管13之间安装有密封环一15，换热盘管11下端安装有合流管16，合流管16侧表面安装有热水出水管17，热水出水管17一侧设有法兰盘二18，法兰盘二18与热水出水管17之间安装有密封环二19；冷却塔外壳1内侧安装有固定管20，固定管20侧表面安装有水汽换热填料21，水汽换热填料21一侧安装有挡板一22，挡板一22两端与冷却塔外壳1固定连接，冷却塔外壳1下端安装有收水箱23，收水箱23与挡板一22之间安装有收水器一24；固定板9一侧安装有挡板二25，挡板二25两端与冷却塔外壳1固定连接，挡板二25下端安装有挡板三26，挡板三26与挡板二25之间安装有收水器二27；却塔外壳侧表面开有进风口44。

　　机盖切换机构包括冷却塔外壳1上表面的出风口28，出风口28设有两个，出风口28一侧安装有支撑筒29，支撑筒29上端安装有电机支架30，电机支架30中心处安装有风机31，支撑筒29侧表面安装有连接板32，连接板32上表面安装有轴承一33，轴承一33内圈安装有转动轴34，转动轴34一侧安装有通风挡板35，转动轴34一端安装有蜗轮36，连接板32上表面两端安装有轴承支架37，轴承支架37上端安装有轴承二38，轴承二38内圈安装有与蜗轮36互相啮合的蜗杆39，蜗杆39一端安装有直齿轮一40，连接板32上表面中心处安装有步进电机41，步进电机41旋转端安装有与直齿轮一40互相啮合的直齿轮二42。

　　冷却塔外壳1侧表面安装有控制箱43，RTU控制器安装在控制箱43内。

　　进风口44一侧安装有防护罩45。

　　RISC处理器采用ST公司高性能Cortex-M3的STM32F1系列处理器，AD电路采用ADI公司的AD7124-8 模数转换器。

　　指示灯控制电路采用明微电子的SM1628C LED驱动，RS-485接口电路采用德州仪器公司的芯片SN65HVD11DR，RS-232接口电路采用德州仪器公司的芯片MAX3232。

　　GPRS 通信模块采用Air202 GPRS通信模块，集成Air202 GPRS通信模块到电路板上，包括模块、SIM卡槽、天线。

　　ACDC降压电路采用AP24N12-Zero电源模块；DCDC降压电路、GPRS供电电路采用德州仪器的TPS54202H电源芯片；MCU供电电路、AD供电电路采用供电芯片采用EXAR公司的LDO芯片SPX3819M5-L-3-3；24V输出电路采用AP24N12-Zero电源模块。

　　在本实施方案中，当需要更换风机31工作时，控制器控制步进电机41转动，步进电机41的转动直接带动直齿轮二42、直齿轮一40进行转动，直齿轮一40的转动带动蜗杆39转动，蜗杆39驱动蜗轮36转动，通过轴承支架37、轴承二38的作用可以使蜗杆39稳定的转动，蜗轮36的转动带动转动轴34进行转动，通过轴承一33的作用可以使转动轴34稳定的转动，转动轴34带动通风挡板35转动180度，当两个风机31都需要工作时，通风挡板35转动90度，使通风挡板35处于竖直的状态，从而便于两个风机31同时工作；当冷却塔工作时，控制器控制风机31工作，风机31的工作使进风口44和矩形支架2一侧产生负压，侧面的气流通过进风口44、水汽换热填料21、收水器一24从出风口28排出，上端的气流通过矩形支架2、换热盘管11、收水器二27从出风口28排出，之后向喷淋进水管4输入喷淋水，喷淋水通过梯形箱体3、喷淋出水管5、出水口6流出，下落到换热盘管11上进行换热，通过连接杆7和固定环8的作用可以使下落的水流更加分散开，提高换热效果，喷淋水换热后会流向水汽换热填料21，经过水汽换热填料21的冷气会对喷淋水进行降温，使喷淋水具有更低的温度，增强冷却效果，最终喷淋水汇集到收水箱23内，通过水泵的作用再次抽到梯形箱体3内，循环利用；向热水进水管13出入需要换热的水流，水流通过分流管12，进入到多个换热盘管11内，提高换热盘管11与喷淋水的接触面积，换热后的水流通过合流管16、热水出水管17流出，最终达到冷却的效果；

　　进水温度传感器46、进水压力传感器47、出水温度传感器48、出水压力传感器49、进风温度传感器50、出风温度传感器51、环境温度传感器52、环境湿度传感器53、水体流量传感器54、水体流量传感器55实时向RTU控制器传递信号，使RTU控制器精准的测量相应的数据，通过GPRS通信模块将数据上传至服务器；采集进水温度传感器46、出水温度传感器48、进风温度传感器50、出风温度传感器51、环境温度传感器52、喷淋温度传感器55转换为温度数据；采集环境温度传感器52、环境湿度传感器53读取当前环境温度、环境湿度，采用3线RTD测量方式，消除引线误差，提高采样精度，并向PT100热电阻信号输入接口传输数据，通过MAX3232芯片的处理向RISC处理器反馈；采集水体流量传感器54的数据向压力表信号输入接口传递数据，通过SN65HVD11DR芯片的处理向RISC处理器反馈；

　　集成Air202 GPRS通信模块到电路板上，包括模块、SIM卡槽、天线等与服务器进行通信，上传采集数据和接收指令；根据设备采集的进水温度与出水温度的差值，与设定温度差值对比，判断设备当前运行状态由指示灯进行指示，并控制数据上传频率，组帧上传状态信号到服务器；出水温度的差值由服务器进行修改设置，通过指令发送到控制器，并由控制器存储到内部存储器；判断出水温度是否大于设定的最大出水温度值，由指示灯指示，组帧上传状态信号到服务器；判断环境温度是否低于设定的环境温度最低值，由指示灯指示，组帧上传状态信号到服务器；根据环境温度和环境湿度，查表找到当前湿球温度，组帧上传湿球温度到服务器；

　　采集器的外形尺寸需要在电路设计之后，选择合适的外壳确定最终尺寸，根据选择器件型号，设计对应功能电路原理图及PCB板图、定位孔、接口型号需要跟根据最终电路板图进行选择；RTU控制器安装到设备控制柜内，根据接口说明把相应位置的传感器和电源线连接到控制器端子上，检查接线，初次使用该设备之前需查看控制器指示灯检查运行状态、服务器连接状态、网络连接状态；服务器连接成功后，在服务器端查看当前设备连接状态、设备参数等信息；

　　以下是RTU控制器的对应端子接口说明（参照图22和图23）：

　　对应端子实物坐上图纸网络标签说明接线

　　1L1AC_L AC 220V 火线

　　2N1AC_N AC 220V 零线

　　3PEPE PE 地线

　　4M0+ CH0_M+ 通道0进水温度PT100红线

　　5M0- CH0_M- 通道0进水温度PT100蓝线

　　6I0- CH0_I- 通道0 进水温度PT100蓝线

　　7M1+ CH1_M+ 通道1 出水温度PT100红线

　　8M1- CH1_M- 通道1 出水温度PT100蓝线

　　9I1- CH1_I- 通道1 出水温度PT100蓝线

　　10 M2+ CH2_M+ 通道2 进风温度PT100红线