技术领域
[0001] 本发明涉及循环水管理技术领域，尤其涉及一种多冷却塔循环水管理系统。
相关背景技术
[0002] 随着现代工业的发展，对环境的要求越来越高，冷却塔循环水管理系统被广泛应用在各种冷却系统中。
[0003] 现有的多冷却塔循环水管理系统无法实时监测冷却塔的工作状态，在冷却过程中，部分冷却水可能未达到预期的冷却效果，从而导致水资源的大量浪费，同时，导致无法对多冷却塔进行自动调节，效率低下，增加了冷却剂的消耗和排放。
[0004] 因此，本法明提供一种多冷却塔循环水管理系统。
具体实施方式
[0060] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0061] 实施例1：
[0062] 本发明实施例提供的一种多冷却塔循环水管理系统，如图1所示，系统主要包括以下模块：
[0063] 获取模块：获取多冷却塔的整体设计，根据所述整体设计确定多个监测设备以及具体安装位置；
[0064] 监测模块：利用所述多个监测设备实时监测冷却塔内部循环水的流动状况，并获取流动数据；
[0065] 确定模块：根据所述流动数据确定循环水的冷却负荷变化和体量变化；
[0066] 自动调节模块：根据所述冷却负荷变化和体量变化基于PID控制器自动调节冷却塔的运行参数。
[0067] 该实施例中，多冷却塔是一种通过增加冷却塔的数量来提高冷却效率的方法,通常用于处理大功率设备产生的热量的工业和民用设施中。多冷却塔系统由多个独立的冷却塔组成,每个冷却塔都可以单独控制其进水量和风量,并通过控制系统来实现自动控制和优化。多冷却塔系统可以有效地降低单个冷却塔的负荷,提高整个系统的效率,并减少了冷却剂的消耗和排放。
[0068] 该实施例中，多冷却塔是通过增加冷却塔的数量来提高冷却效率的方法，多冷却塔系统由多个独立的冷却塔组成,每个冷却塔都可以单独控制其进水量和风量，并通过控制系统来实现自动控制和优化。
[0069] 该实施例中，整体设计包括：冷却塔选型、布置方式、管道设计。
[0070] 该实施例中，监测设备是一种用于实时监测和跟踪环境参数的设备，比如：温度传感器、压力传感器、湿度传感器。
[0071] 该实施例中，循环水的流动状况指的是在循环水系统中,水流的速度、流向、流量等方面的参数。
[0072] 该实施例中，流动数据是指：循环水的流速、流向、流量。
[0073] 该实施例中，循环水的冷却负荷变化指的是在循环水系统中，由于外界环境的变化、设备负载的变化等原因，导致循环水中所需冷却剂的数量或质量发生变化，从而引起循环水冷却负荷的变化，冷却负荷是指单位时间内流经换热器的水量，它与水的比热容、温度差、流速等因素有关。
[0074] 该实施例中，循环水的体量变化是指经过一定的处理后再次被循环利用，在这种循环利用的过程中,水中的溶质和微生物可能会发生变化，从而导致水体的体积发生变化。
[0075] 该实施例中，PID控制器是一种常用的闭环控制系统，可以实现对过程变量的自动控制，PID控制器是使用的比例‑积分‑微分控制算法，该算法可以根据偏差的大小和方向自动调整控制量,以达到稳定的目标值。
[0076] 该实施例中，冷却塔的运行参数包括：进水量、出水温度、风机电机功率、冷却介质。
[0077] 上述技术方案的有益效果是：通过多冷却塔的整体设计确定检测设备的安装位置，并实时获取冷却塔内部循环水的流动数据，确定循环水的冷却负荷变化和体量变化，基于控制器调节冷却塔的运行参数，能够实时监测冷却塔的工作状态，提高冷却塔工作效率，减少了冷却剂的消耗和排放。
[0078] 实施例2：
[0079] 基于实施例1的基础上，本发明实施例第一获取模块，如图2所示，包括：
[0080] 第一确定单元：确定多冷却塔之间的相对工作原理和尺寸以及结构信息；
[0081] 第一获取单元：根据多冷却塔之间的相对工作原理和尺寸以及结构信息获取多冷却塔的整体设计；
[0082] 第二确定单元：根据所述整体设计和使用环境确定多个冷却塔的负荷特性；
[0083] 选择单元：根据负荷特性选择多个监测设备并确定具体安装位置。
[0084] 该实施例中，多冷却塔之间的相对工作原理包括：
[0085] 供水系统：多台冷却塔需要共享一个供水系统，包括水源、管道和水泵等，通常情况下，每个冷却塔都会有一个独立的进水阀门和一个排水阀门，以便控制该冷却塔的进出水量。
[0086] 冷却介质：多台冷却塔可能使用不同的冷却介质，比如水或者制冷剂，如果使用的是水，那么就需要保证水质达标，如果使用的是制冷剂，则需要注意其物理性质是否适合所有的冷却塔。
[0087] 控制系统：为了实现对多个冷却塔的统一管理和控制，需要设置一套完整的控制系统，能够实现各个冷却塔的启停、运行状态监控等功能。
[0088] 热交换器：在多台冷却塔并联的情况下，可能会存在热交换的需求，即让一台冷却塔的余热回收给另一台正在运行的冷却塔提供热量，此时就需要安装相应的热交换器。
[0089] 该实施例中，多冷却塔之间的结构信息包括：
[0090] 冷却塔外形尺寸：包括冷却塔的高度、直径、壁厚等信息，这些参数决定了冷却塔的大小和容量。
[0091] 冷却塔内部结构：包括填料层、水管、支架、风机等组成部分气。
[0092] 冷却塔支架：用于支撑整个冷却塔的重量和承受冷却介质的流动。
[0093] 冷却塔进出口管道：连接冷却塔与供水系统的管道,包括水管、弯头、阀门等部分。
[0094] 冷却塔散热器:用于散发冷却介质的热量,防止冷却塔过热。
[0095] 冷却塔电机：为冷却塔提供动力，驱动风机和泵等设备运转。
[0096] 该实施例中，使用环境可以是高温、高湿度。
[0097] 该实施例中，冷却塔的负荷特性是指在特定工况下，冷却塔所需的冷却介质流量和压力的关系，冷却塔的负荷特性可以呈现多种形式，包括线性、非线性、分段性、间歇性等。
[0098] 上述技术方案的有益效果是：通过多冷却塔的工作原理、尺寸和结构信息确定冷却塔的整体设计，并结合使用环境确定冷却塔的负荷特性，根据负荷特性安装监测设备，能够保证监测数据的准确性。
[0099] 实施例3：
[0100] 基于实施例2的基础上，本发明实施例监测模块，包括：
[0101] 第二获取单元：利用所述多个监测设备实时获取冷却塔内部的水流量和温度数据；
[0102] 传输单元：基于数据传输模块将所述水流量和温度数据传输至远程监控中心；
[0103] 生成单元：将数据存储在中央服务器中，并生成实时的水流图和温度图表；
[0104] 第三获取单元：根据所述水流图和温度图表确定冷却塔内部循环水的流动状况，并获取流动数据。
[0105] 该实施例中，冷却塔内部的水流量是指通过冷却塔的循环水的流量。
[0106] 该实施例中，冷却塔内部的温度数据是描述冷却塔内部水或空气的温度值的数值表示。
[0107] 该实施例中，数据传输模块是用于将各种传感器、执行器和智能设备收集到的数据通过有线或无线的方式上传到云端或本地服务器。
[0108] 该实施例中，监测设备是一种用于实时监测和跟踪环境参数的设备，比如：温度传感器、压力传感器、湿度传感器。
[0109] 该实施例中，监控中心是一个中央控制台，用于监视和管理多个远程设备的运行状态，可以实时地查看各种设备的数据和信息。
[0110] 上述技术方案的有益效果是：通过数据传输模块将数据传输至监控中心，并进行存储，生成实时的水流图和温度图表，获取流动数据，可以了解冷却塔内部的温度分布和水流量情况，从而更好地控制和管理冷却塔的工作状态。
[0111] 实施例4：
[0112] 基于实施例3的基础上，本发明实施例传输单元，包括：
[0113] 设置子单元：设置数据采集设备和远程监控中心的IP地址和端口号；
[0114] 连接子单元：基于所述IP地址和端口号将数据采集设备通过GPRS网络与远程监控中心建立连接；
[0115] 传输子单元：根据连接结果基于数据传输模块将所述水流量和温度数据传输至远程监控中心，并对数据进行处理；
[0116] 绘制子单元：根据处理结果获取数据的平均值，并绘制图表，通过Web界面或移动应用程序进行查看。
[0117] 该实施例中，数据采集设备是用于收集各种物理量信息的设备,如温度传感器、压力传感器、湿度传感器。
[0118] 该实施例中，IP地址是用于唯一标识在互联网上的每个设备的地址，IP地址是一个32位的二进制数,通常分为四组十进制数,每组数字的范围是从0到255，例如，一个常见的IP地址是248.150.2.1,它代表了网络号、广播地址、子网掩码和主机位等信息。
[0119] 该实施例中，端口号是用于区分同一时间内多个应用程序之间通信的一种机制，当一个应用程序启动时,它会为每个运行的进程分配一个唯一的端口号，端口号的范围是从0到65535。
[0120] 上述技术方案的有益效果是：通过IP地址和端口号将数据采集设备通过GPRS网络与远程监控中心建立连接，根据连接结果将水流量和温度数据传输至远程监控中心，并对数据进行处理，绘制图表，通过Web界面或移动应用程序进行查看，能够将大量的数据转化为更少的信息，通过Web界面或移动应用程序进行查看，同时，可以实时监测设备运行状态，并在出现问题时及时发出警报，帮助采取行动避免潜在的问题。
[0121] 实施例5：
[0122] 基于实施例4的基础上，本发明实施例第一确定模块，包括：
[0123] 第四获取单元：对所述流动数据进行分析，获取各个参数的变化幅度和频率；
[0124] 第三确定单元：根据所述各个参数的变化幅度和频率确定一定时间内冷却塔循环水的温度变化和流量变化；
[0125] 第四确定单元：根据所述温度变化和流量变化确定循环水的冷却负荷变化和体量变化。
[0126] 该实施例中，冷却塔内的流动数据的变化幅度通常是指冷却塔内水流速率的波动范围。
[0127] 该实施例中，冷却塔内的流动数据的频率指的是每秒钟水流路径上的变化次数。
[0128] 该实施例中，循环水的冷却负荷变化指的是在循环水系统中，由于外界环境的变化、设备负载的变化等原因，导致循环水中所需冷却剂的数量或质量发生变化，从而引起循环水冷却负荷的变化，冷却负荷是指单位时间内流经换热器的水量，它与水的比热容、温度差、流速等因素有关。
[0129] 该实施例中，循环水的体量变化是指经过一定的处理后再次被循环利用，在这种循环利用的过程中,水中的溶质和微生物可能会发生变化，从而导致水体的体积发生变化。
[0130] 上述技术方案的有益效果是：通过获取流动数据的变化幅度和频率，确定冷却塔循环水的温度变化和流量变化，从而确定循环水的冷却负荷变化和体量变化，可以更好地了解设备的运行状态和负荷情况，及时采取措施调整循环水的冷却负荷和体量，避免设备过载或过热等问题，增强系统的可靠性和安全性，提高系统的生产效率。
[0131] 实施例6：
[0132] 基于实施例5的基础上，本发明实施例自动调节模块，包括：
[0133] 第五确定单元：根据所述冷却负荷变化和体量变化确定循环水的流量和水温变化，确定误差信号；
[0134] 建立单元：根据所述循环水的流量和水温变化建立冷却塔的热力学模型，并进行分析，确定冷却塔的性能指标；
[0135] 第六确定单元：根据所述冷却塔性能指标，确定PID控制器的参数；
[0136] 自动调节单元：对参数设置阈值，并结合误差信号确定控制量，根据所述控制量自动调节冷却塔的运行参数。
[0137] 该实施例中，循环水系统的误差信号是指在循环水系统运行过程中，由于各种原因导致实际流量、压力的测量值与设定值之间存在的差异，比如：
[0138] 温度误差信号：循环水中温度的变化可能导致管道结冰或凝固，从而影响水流性能，温度误差信号可能表现为水温超出设定范围。
[0139] 压力误差信号：循环水系统中，压力偏差可能会影响水泵的启动、停止和转速等运行参数，压力误差信号可能表现为实际压力值偏离设定值。
[0140] 流速误差信号：循环水系统中，流速异常可能导致水流不均匀，影响末端设备的运行效率。流速误差信号可能表现为实际流速偏离设定值。
[0141] 该实施例中，冷却塔的热力学模型是指用于描述冷却塔内水与空气之间热量交换、水滴生成与沉降等物理现象的数学模型。
[0142] 该实施例中，冷却塔的主要性能指标包括：散热能力、容量系数、能效比。
[0143] 该实施例中，参数可以是：比例增益、积分时间常数、微分时间常数。
[0144] 该实施例中，控制量可以是水流速度、压力、流量、水位。
[0145] 该实施例中，冷却塔的运行参数包括：进水量、出水温度、风机电机功率、冷却介质。
[0146] 上述技术方案的有益效果是：根据循环水的流量和温度变化确定误差信号，建立冷却塔的热力学模型并确定性能指标，确定PID控制器的参数，结合误差信号确定控制量，自动调节冷却塔的运行参数，可以使冷却塔在不同工况下实现最优化的运行状态，从而降低能耗，提高能效，提高冷却塔的运行稳定。
[0147] 实施例7：
[0148] 基于实施例6的基础上，本发明实施例还包括：
[0149] 第二获取模块：确定循环水的冷却负荷变化是否满足预设工作需求，若否，获取每个冷却塔的循环水进口温度；
[0150] 第一计算模块：根据预设单冷却塔热工模型基于循环水进水温度计算出每个冷却塔的循坏水出水温度；
[0151] 判断模块：根据冷却塔的工作特性确定热力学平衡条件参数，根据热力学平衡条件参数基于每个冷却塔的循环水进水温度和出水温度判断每个冷却塔的异常情况；
[0152] 第一生成模块：根据每个冷却塔的异常情况生成异常日志进行上报和预警。
[0153] 该实施例中，单冷却塔的热工模型是用于描述冷却塔在实际运行过程中的热量、物质和能量传递过程，通过分析冷却塔内部的传热机制、空气动力学和阻力损失等因素，计算出冷却塔在不同工况下的性能参数，如制冷量、换热效率、水头损失。
[0154] 该实施例中，热力学平衡条件是描述热力学过程中系统状态之间相互关系的方程组。
[0155] 该实施例中，冷却塔出现的异常情况可能是：
[0156] 环境温度：当环境温度较高时，冷却塔可能需要更大的能耗来降低处理后的水温，如果环境温度持续高于正常范围，可能导致冷却塔过载。
[0157] 风扇故障：冷却塔的风扇通常是用来循环空气和水进行降温的，风扇故障可能会导致冷却塔无法有效散热，从而影响其正常运行。
[0158] 电机故障：冷却塔的电机会影响其正常的运行，例如，电机过载、电源故障等可能会导致冷却塔无法正常工作。
[0159] 上述技术方案的有益效果是：根据冷却塔的工作特性确定热力学平衡条件参数，根据热力学平衡条件参数基于每个冷却塔的循环水进水温度和出水温度判断每个冷却塔的异常情况，可以更准确地评估冷却塔的性能并根据实际情况对其进行调整，这有助于提高冷却塔的效率，减少能源消耗。
[0160] 实施例8：
[0161] 基于实施例7的基础上，本发明实施例第一获取模块之前，还包括：
[0162] 构建模块：根据多冷却塔的整体设计确定对于冷却塔的系统配水参数，根据所述系统配水参数构建冷却塔配水系统模型；
[0163] 第二计算模块：利用冷却塔配水系统模型对配水系统进行不同循环水量条件下的水力计算；
[0164] 第二确定模块：根据计算结果确定配水系统在不同循环水量条件下的配水水位和吨位；
[0165] 第二生成模块：根据配水系统在不同循环水量条件下的配水水位和吨位生成第一配水方案；
[0166] 第三确定模块：根据第一配水方案和配水系统供水管上喷射装置的数量确定均匀放水量；
[0167] 设置模块：根据均匀放水量和每个喷射装置的喷射参数设置每个喷射装置的喷射水压参数；
[0168] 第三计算模块：根据每个喷射装置的喷射水压参数计算出配水系统的单次供水时长效益和耗能效益；
[0169] 第四确定模块：根据配水系统的单次供水时长效益和耗能效益以及预设均衡条件确定优化方案；
[0170] 优化模块：根据优化方案选择优化方向，基于优化方向和预设效益分界线对第一配水方案进行优化，生成第二配水方案；
[0171] 第五确定模块：通过第二配水方案确定用于供水的目标喷射装置，确定目标喷射装置对于供水网络的多个工作节点；
[0172] 采集模块：采集每个工作节点的特征向量并进行标准化处理获取节点初始特征向量集；
[0173] 第三获取模块：获取节点初始特征向量集中任意两节点特征向量的连接强度，得到节点连接强度关系集；
[0174] 分配模块：根据节点连接强度关系集对供水网络的工作节点进行区域计量分配，获取分配结果；
[0175] 供配模块：根据分配结果对冷却塔进行循环水供配。
[0176] 该实施例中，冷却塔的系统配水参数包括：水质、流量、压力。
[0177] 该实施例中，冷却塔配水系统模型主要用于描述和预测冷却塔在特定工况下的水力性能。
[0178] 该实施例中，水力计算包括：
[0179] 热力学计算：根据进水温度、出口温度、流量等参数，计算出水在冷却塔内的热量传递情况，以及水的比热容变化。
[0180] 动力学计算：包括水流的能量损失和增加，以及流动速度的变化。这部分计算需要考虑重力加速度、管径、水头差等因素。
[0181] 控制方程组求解：将上述物理和动力学模型转化为数学方程组，通过数值方法求解，得到冷却塔内各点的压力、速度、温度等参数。
[0182] 该实施例中，配水水位是指在配水系统中用于调节水流量的水位高度，通常设置在管道入口处或者流量控制阀门附近。
[0183] 该实施例中，配水方案是指针对特定应用场景和要求而设计的供水系统方案，包括：水源选择、供水方式。
[0184] 该实施例中，喷射装置的喷射参数包括：喷嘴形状、喷嘴孔径、喷嘴安装方式。
[0185] 该实施例中，均匀放水量是指在给定的条件下，水以恒定的流量通过一个管道系统流动时，每个单位时间内流经管道截面的体积流量的大小。
[0186] 该实施例中，喷射水压参数是指在喷射过程中所使用的压力值。
[0187] 该实施例中，为了确定优化方案，需要考虑：
[0188] 单次供水时长效益：即每次供水能够满足需求的时间，这个时间需要尽可能长以提高整体效率。
[0189] 耗能效益：在满足单次供水时长效益的同时，也要尽量减少能源消耗。
[0190] 预设均衡条件：比如设备的成本、维护难度等因素。
[0191] 基于上述因素，可以提出优化方案包括：
[0192] 高效的供水设备：选择那些能在保证供水时长的同时，还能有效降低能耗的设备。
[0193] 定期维护设备：定期对设备进行检查和维护，确保其始终处于良好的工作状态，从而降低由于设备故障导致的额外耗能。
[0194] 合理规划供水计划：通过对历史数据的分析，制定出最优化的供水计划，使每次供水的时长达到最大，而耗能最小。
[0195] 该实施例中，优化方向可以是设备的优化、供水计划的优化、用水计划的优化。
[0196] 该实施例中，标准化将数据转换为一个共同的度量标准，使数据具有可比性、可解释性和一致性的过程。
[0197] 该实施例中，区域计量分配是指确定节点的连接强度(距离、容量)，找到每个工作节点应该服务的区域，选择在每个区域内连接强度最大的节点，并将其分配给那个区域，就能够确保每个工作节点都得到了合理的区域计量分配。
[0198] 其中，定义一个矩阵，其中每一行都是节点的特征向量，对应的每一列是其他节点的特征向量，计算这个矩阵中的所有对角线元素的余弦相似度，余弦值接近1，夹角趋于0，表明两个向量越相似，连接强度越强，余弦值接近于0，夹角趋于90度，表明两个向量越不相似，连接强度越弱。
[0199] 该实施例中，单次供水时长效益是指在供水过程中，一次供水完成所需时间所产生的经济效益，比如：节约水资源、节能减排。
[0200] 该实施例中，预设效益分界线比如是单次供水时长不能超过2小时。
[0201] 该实施例中，供水网络的多个工作节点指的是供水系统的各个组成部分，比如：水源地、水处理设施。
[0202] 该实施例中，节点初始特征向量集是指在机器学习中，为了建立节点之间的连接关系，需要将每个节点的属性表示为一个数值向量，这个数值向量的维度即为特征维数，因此，节点初始特征向量集就是指一组具有相同特征维数的数值向量集合，例如，如果节点是一个水源地，那么可以将水源地的位置、面积、朝向等特征提取出来，组成一个特征向量。
[0203] 该实施例中，特征向量的连接强度用来度量两个节点之间是否存在某种类型的连接，比如每个水源地的水处理设施与水源地之间的连接强度是怎样的。
[0204] 上述技术方案的有益效果是：根据节点连接强度关系集对供水网络的工作节点进行区域计量分配，获取分配结果能够帮助供水网络工作节点更好地了解用水行为，以便更精准地进行水资源的管理和调配，提高供配效率以及用水效率。
[0205] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0206] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
