一种烟厂制丝产线的冷却水调度系统及方法

技术领域

本发明涉及制丝设备冷却的技术领域，尤其涉及一种烟厂制丝产线的冷却水调度系统及方法。

背景技术

随着生产制造企业自动化的普及，产线逐步弱化依靠操作人员工作强度支撑生产，各类设备持续运行时间大大延长。其中各类大型主机设备发热量较大，通常需要专门配置工艺冷却水系统对设备进行水冷降温，以保持各类主机设备高效稳定的长时间运行。卷烟制造企业制丝产线中有各类高速旋转设备及高频震动设备，其发热量巨大，依靠各生产线“一对一”配置的工艺冷却水设备进行冷却降温，其冷却水制备系统的配置相对单一，能效指标相对较低，易造成耗能成本高的问题。因此，如何对制丝产线的各设备进行有效降温，并优化设备制冷控制，实现节能降耗，具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种烟厂制丝产线的冷却水调度系统及方法，解决现有烟厂制丝产线中各类高速旋转设备及高频震动设备的制冷降温存在能耗高的问题，能优化设备制冷效率，实现节能降耗，助力企业数字化绿色转型升级。

为实现以下目的，本发明提供以下技术方案：

一种烟厂制丝产线的冷却水调度系统，包括：板式换热器、空调冷冻水系统、制冷压缩机和集水器；

所述板式换热器的第一热交换管路与所述空调冷冻水系统相连接，所述板式换热器的第二热交换管路与制丝产线的工艺冷却水设备相连接，使空调冷冻水系统通过所述板式换热器对制丝产线的工艺冷却水进行一级降温；

将工艺冷却水设备对应的所述制冷压缩机组成压缩机集群，并通过集水主管与设置在所述第二热交换管路中的所述集水器相连通，使所述压缩机集群对工艺冷却水进行二级降温。

优选的，所述第二热交换管路包括：第一管路、第二管路和第三管路；

所述第一管路的一端与所述集水器相连通，所述第一管路的另一端与所述集水主管相连通，所述第一管路上设有所述板式换热器；

所述第二管路的一端与所述集水器相连通，所述第二管路的另一端与所述集水主管相连通，所述第二管路中设有控制阀，并在需要设备维护时控制所述控制阀导通；

所述第三管路的一端与所述集水器相连通，所述第三管路的另一端与所述集水主管相连通，所述第三管路上串接有相应的工艺冷却水设备及所述制冷压缩机。

优选的，还包括：循环水泵；

所述循环水泵设置在所述第一管路中，以加快工艺冷却水与空调冷冻水的热交换。

优选的，还包括：补水箱；

所述补水箱设置在所述第一管路中，用于对所述第二热交换管路进行补水。

优选的，还包括：控制器；

所述控制器分别与所述制冷压缩机、所述循环水泵、所述控制阀及设置在所述第二热交换管路中的电动控制阀和温度传感器信号连接；

所述控制器还与工厂MES生产系统信号连接，以获取生产线的生产计划工单和设备运行工艺参数数据；

所述控制器根据生产计划工单、设备运行工艺参数和冷却水的温度控制所述制冷压缩机、所述循环水泵、所述控制阀和所述电动控制阀的运行状态，进而控制冷却水在第二热交换管路的流量。

优选的，所述控制器中设有神经网络反馈模型，所述神经网络反馈模型用于根据冷却水温度和设备运行工艺参数反馈制冷压缩机的运行参数，所述控制器根据反馈的制冷压缩机的运行参数控制所述制冷压缩机的运行状态。

优选的，所述神经网络反馈模型采用BP神经网络。

本发明还提供一种烟厂制丝产线的冷却水调度方法，使用上述系统，包括：

从MES系统中采集多年的制丝产线主机设备排产计划工单，并获取相关主机设备运行工艺参数数据集；

采集多年的工艺空调用冷冻水供水温度数据集，以及工艺冷却水设备相应的压缩机运行参数数据集；

通过所述工艺参数数据集、所述温度数据集和所述压缩机运行参数数据集的历史数据对神经网络反馈模型进行神经网络训练；

将当前的冷却水温度和设备运行工艺参数作为训练好的神经网络反馈模型的输入神经元，以获取压缩机的运行参数的前馈补偿；

根据得到的前馈补偿控制压缩机集群的运行状态，以使制丝产线的冷却水温度稳定。

优选的，还包括：

建立PID控制模型，并将当前的冷却水温度和所述前馈补偿作为所述PID控制模型的输入参数，以得到补偿后的输出控制量。

优选的，还包括：

在当前的冷却水温度小于设定温度阈值时，控制循环水泵的运转速度增大，使运转在第二热交换管路中的冷却水与第一热交换管路的冷冻水的热交换频率增加。

本发明提供一种烟厂制丝产线的冷却水调度系统及方法，将工艺空调用冷冻水系统通过板式换热器进行一级降温，再利用原工艺冷却水系统中压缩机集群进行二级降温，解决现有烟厂制丝产线中各类高速旋转设备及高频震动设备的制冷降温存在能耗高的问题，能优化设备制冷效率，实现节能降耗，助力企业数字化绿色转型升级。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明提供的一种烟厂制丝产线的冷却水调度系统的示意图。

图2为本发明提供一种烟厂制丝产线的冷却水调度方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

针对当前烟厂制丝产线的设备冷却存在能耗高的问题，本发明提供一种烟厂制丝产线的冷却水调度系统及方法，解决现有烟厂制丝产线中各类高速旋转设备及高频震动设备的制冷降温存在能耗高的问题，能优化设备制冷效率，实现节能降耗，助力企业数字化绿色转型升级。

如图1所示，一种烟厂制丝产线的冷却水调度系统，包括：板式换热器、空调冷冻水系统、制冷压缩机和集水器。所述板式换热器的第一热交换管路与所述空调冷冻水系统相连接，所述板式换热器的第二热交换管路与制丝产线的工艺冷却水设备相连接，使空调冷冻水系统通过所述板式换热器对制丝产线的工艺冷却水进行一级降温。将工艺冷却水设备对应的所述制冷压缩机组成压缩机集群，并通过集水主管与设置在所述第二热交换管路中的所述集水器相连通，使所述压缩机集群对工艺冷却水进行二级降温。

在实际应用中，将工艺空调用冷冻水系统通过板式换热器进行一级降温，再利用原工艺冷却水系统中压缩机集群进行二级降温，总体引进工艺空调用冷冻水的高能效指标，大大提升了工艺冷却水制备系统的能效，因其串级控制结构及将压缩机改为压缩机集群，实现了节能降耗控制算法上的优化空间，助力企业数字化绿色转型升级。

进一步，所述第二热交换管路包括：第一管路101、第二管路102和第三管路103。所述第一管路101的一端与所述集水器相连通，所述第一管路101的另一端与所述集水主管相连通，所述第一管路101上设有所述板式换热器。所述第二管路102的一端与所述集水器相连通，所述第二管路102的另一端与所述集水主管相连通，所述第二管路102中设有控制阀，并在需要设备维护时控制所述控制阀导通。

所述第三管路103的一端与所述集水器相连通，所述第三管路103的另一端与所述集水主管相连通，所述第三管路103上串接有相应的工艺冷却水设备及所述制冷压缩机。

该系统还包括：循环水泵；所述循环水泵设置在所述第一管路中，以加快工艺冷却水与空调冷冻水的热交换。

该系统还包括：补水箱；所述补水箱设置在所述第一管路中，用于对所述第二热交换管路进行补水。

该系统还包括：控制器；所述控制器分别与所述制冷压缩机、所述循环水泵、所述控制阀及设置在所述第二热交换管路中的电动控制阀和温度传感器信号连接。

所述控制器还与工厂MES生产系统信号连接，以获取生产线的生产计划工单和设备运行工艺参数数据。

所述控制器根据生产计划工单、设备运行工艺参数和冷却水的温度控制所述制冷压缩机、所述循环水泵、所述控制阀和所述电动控制阀的运行状态，进而控制冷却水在第二热交换管路的流量。

在实际应用中，控制器可采用PLC控制器或微处理器。

进一步，所述控制器中设有神经网络反馈模型，所述神经网络反馈模型用于根据冷却水温度和设备运行工艺参数反馈制冷压缩机的运行参数，所述控制器根据反馈的制冷压缩机的运行参数控制所述制冷压缩机的运行状态。

进一步，所述神经网络反馈模型采用BP神经网络。

在实际应用中，通过MES系统采集制丝产线排产工单，获取制丝产线主机设备运行参数，结合大型工艺空调用制冷系统冷冻水供水温度以及压缩机集群运行等历史数据进行BP神经网络训练，以获取各参数间的前馈关系。通过对历史数据进行大数据分析，并通过仿真软件对其进行神经网络训练，耦合相关参数间的数学关系。实现在相应生产条件下，将原二级控制的压缩机集群作为前馈补偿控制方法提早加入控制系统中，以减小串级控制间的系统扰动，达到提升系统能效指标，稳定冷却水出水温度的目的。

可见，本发明提供一种烟厂制丝产线的冷却水调度系统，将工艺空调用冷冻水系统通过板式换热器进行一级降温，再利用原工艺冷却水系统中压缩机集群进行二级降温，解决现有烟厂制丝产线中各类高速旋转设备及高频震动设备的制冷降温存在能耗高的问题，能优化设备制冷效率，实现节能降耗，助力企业数字化绿色转型升级。

本发明还提供一种烟厂制丝产线的冷却水调度方法，使用上述系统，包括：

S1：从MES系统中采集多年的制丝产线主机设备排产计划工单，并获取相关主机设备运行工艺参数数据集；

S2：采集多年的工艺空调用冷冻水供水温度数据集，以及工艺冷却水设备相应的压缩机运行参数数据集；

S3：通过所述工艺参数数据集、所述温度数据集和所述压缩机运行参数数据集的历史数据对神经网络反馈模型进行神经网络训练；

S4：将当前的冷却水温度和设备运行工艺参数作为训练好的神经网络反馈模型的输入神经元，以获取压缩机的运行参数的前馈补偿；

S5：根据得到的前馈补偿控制压缩机集群的运行状态，以使制丝产线的冷却水温度稳定。

在实际应用中，从MES系统中采集3年制丝产线主机设备排产计划工单，获取相关主机设备运行工艺参数数据集P1。在能源管理系统中采集3年大型工艺空调用冷冻水供水温度数据集P2，以及冷却水制备系统中压缩机运行参数数据集P3。将上述参数作为输入神经元，在Matlab仿真软件中对隐含层神经元个数，输出层神经元个数，权重，归一化区间，学习步长，最大循环次数等参数进行调参，获取最终的输出。根据神经网络训练结果，将上述导入至控制器中，最终根据当前生产工况，将压缩机群作为前馈补偿设备提早进行运行预设，提升系统最终的输出稳定性。

该方法还包括：建立PID控制模型，并将当前的冷却水温度和所述前馈补偿作为所述PID控制模型的输入参数，以得到补偿后的输出控制量。

在实际应用中，在冬夏季会在板式换热器系统和制冷主机系统之间进行切换供给冷冻水，在不同气候条件下供水水温设定也会不同，通常全年在7℃～13℃之间。这一参数的变化，直接导致串级控制中PID参数无法满足系统响应性能，从而使二级控制中的压缩机启停频繁，或者加减机过慢，最终导致冷却水温度稳定性不够。将当前的冷却水温度和所述前馈补偿作为所述PID控制模型的输入参数，使输出PID控制量得到补偿，能降低原有冷却水供水系统中压缩机启停次数，减少设备故障率。

该方法还包括：在当前的冷却水温度小于设定温度阈值时，控制循环水泵的运转速度增大，使运转在第二热交换管路中的冷却水与第一热交换管路的冷冻水的热交换频率增加。

可见，本发明提供一种烟厂制丝产线的冷却水调度方法，将工艺空调用冷冻水系统通过板式换热器进行一级降温，再利用原工艺冷却水系统中压缩机集群进行二级降温，解决现有烟厂制丝产线中各类高速旋转设备及高频震动设备的制冷降温存在能耗高的问题，能优化设备制冷效率，实现节能降耗，助力企业数字化绿色转型升级。

以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。