[發(fā)明專利]基于信息物理系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水節(jié)能運行系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111595090A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳池
• 申請（專利權(quán)）人: 上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司
• 主分類號: F25D17/02
• 分類號: F25D17/02;F25D29/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明提供了一種基于信息物理系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水節(jié)能運行系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括：物理層，設(shè)有監(jiān)測儀表及執(zhí)行機構(gòu)，監(jiān)測儀表用于對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的物理量信息進行檢測，得到物理量信息的信號，執(zhí)行機構(gòu)用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行參數(shù)調(diào)節(jié)；網(wǎng)絡(luò)層，用于傳輸所述信號；信息層，設(shè)有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型，該信息層用于處理所述信號，并通過數(shù)字孿生模型根據(jù)處理后的物理量信息進行模擬優(yōu)化得到最優(yōu)控制參數(shù)；及控制層，用于根據(jù)最優(yōu)控制參數(shù)進行邏輯判斷，并根據(jù)邏輯判斷結(jié)果向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出執(zhí)行指令，以完成循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行參數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)及方法可在保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠基礎(chǔ)上實現(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)節(jié)能經(jīng)濟運行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)，特別涉及一種基于信息物理系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水節(jié)能運行系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是工業(yè)企業(yè)內(nèi)大量采用的工藝系統(tǒng)，其能耗十分可觀，系統(tǒng)的節(jié)能有助于工業(yè)企業(yè)的節(jié)能減排和增強競爭力。由于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在設(shè)計時難以準確計算管網(wǎng)的阻力和生產(chǎn)工藝的實時需求，致使設(shè)計建成的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)往往不在其最優(yōu)工況下運行。同時，隨著生產(chǎn)狀況的變化、環(huán)境的變化、設(shè)備狀態(tài)的變化，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)經(jīng)常處于變工況運行狀態(tài)，人為的手動調(diào)節(jié)和局部調(diào)節(jié)難以勝任變化的需要，致使系統(tǒng)的運行效率明顯降低，耗費增加。

一套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)往往有多個用戶，各用戶往往會將自己冷卻分支管路的閥門全開，保證自己用水可靠，這就會使得系統(tǒng)輸水量不能按需分配，總輸水量增大，供回水溫差低，有的甚至低至1.5℃，與設(shè)計溫差7℃相差很大，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗巨大。而且，由于調(diào)節(jié)一個用戶會影響到其它所有用戶，人為調(diào)節(jié)或由各個調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)的范圍很受限，還可能使系統(tǒng)運行不穩(wěn)定影響生產(chǎn)，關(guān)鍵是還不能做到實時、精準，致使系統(tǒng)能耗巨大的問題不能得到徹底解決。為此，除從管理上和技術(shù)上，如采用高效泵、變頻調(diào)節(jié)等節(jié)能技術(shù)，采取措施做到一定程度的節(jié)能外，有必要采取由全局統(tǒng)籌優(yōu)化得到的控制策略對系統(tǒng)進行實時精準調(diào)節(jié)，才能徹底解決在運行系統(tǒng)能耗巨大的問題。

前些年各工業(yè)行業(yè)都對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行了大量技術(shù)節(jié)能改造，實現(xiàn)了一定程度的系統(tǒng)節(jié)能，但上述分析表明系統(tǒng)仍然不能做到長期持續(xù)最優(yōu)節(jié)能。可喜的是，計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展使得實際物理系統(tǒng)與數(shù)字化系統(tǒng)的融合成為可能，而數(shù)字化系統(tǒng)可進行運行優(yōu)化，優(yōu)化后得到的調(diào)節(jié)參數(shù)又可以用于指導(dǎo)具體物理系統(tǒng)設(shè)備的調(diào)節(jié)，從而有助于實現(xiàn)物理系統(tǒng)的最優(yōu)化運行。

為此，通過建立實際循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的數(shù)字化孿生模型，通過對數(shù)字化孿生進行運行耗費優(yōu)化，給出實際循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的閥門開度，以及泵和風機的投用情況和運行轉(zhuǎn)速等控制參數(shù)，再由執(zhí)行機構(gòu)進行精準調(diào)節(jié)，則可望實現(xiàn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的持續(xù)節(jié)能經(jīng)濟運行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于信息物理系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水節(jié)能運行系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有的工業(yè)企業(yè)中大量采用的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的不能根據(jù)生產(chǎn)和環(huán)境變化進行穩(wěn)定可靠高效調(diào)節(jié)，能耗巨大，不能持續(xù)做到最優(yōu)節(jié)能經(jīng)濟運行的問題。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種基于信息物理系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水節(jié)能運行系統(tǒng)及方法，以用于解決循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能不徹底、多用戶調(diào)節(jié)不及時、調(diào)節(jié)時系統(tǒng)易不穩(wěn)定、無法實現(xiàn)持續(xù)節(jié)能經(jīng)濟運行的難題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于信息物理系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水節(jié)能運行系統(tǒng)，包括：物理層，設(shè)有監(jiān)測儀表及執(zhí)行機構(gòu)，所述監(jiān)測儀表用于對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的物理量信息進行檢測，得到物理量信息的信號，所述執(zhí)行機構(gòu)用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行參數(shù)調(diào)節(jié)；

網(wǎng)絡(luò)層，用于傳輸所述信號；

信息層，設(shè)有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型，該信息層用于處理來自網(wǎng)絡(luò)層的所述信號，并通過所述數(shù)字孿生模型根據(jù)處理后的物理量信息進行模擬優(yōu)化得到所述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的最優(yōu)控制參數(shù)；

及控制層，用于根據(jù)所述最優(yōu)控制參數(shù)進行邏輯判斷，并根據(jù)邏輯判斷結(jié)果向所述執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出執(zhí)行指令，以完成所述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行參數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)。