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1、广 州 航 海 学 院毕 业 论 文题目： 中央冷却水节能系统设计 系 别： 船舶工程学院 专 业： 船舶电气工程技术 班 级: 船电111 姓 名: 梅岳燚 学 号: 20111316121 指导教师: 白 明 2014年 5月 20日广州航海学院毕业论文摘要受全球能源紧张和全球温度上升影响，节能技术越来越受世界各地的关注，现今的中央冷却水系统几乎都存在海水泵功率较大，运行时间长，海水泵控制技术一直停留在人工控制阶段等问题，造成较严重的“大马拉小车”现象。为此，如何高效利用海水泵成为关键问题之一。通过调查，越来越多的船东在造船过程中倾向于海水泵变频调速控制中央冷却系统。中央冷却水节能系统是针
2、对以往的海水冷却系统进行优化升级的设计，以FATEK HMIFT104NT-T51R作为上位机监控台、SIEMENS 1214C作为下位机控制器、ABB ACS510-01 (50KW)作为驱动海水泵电机的变频器，综合了主机辅机运行功率、海水温度、淡水温度、温控阀开度等多方面因素来计算变频控制法自动调节海水的最低适应流量，实现能源高效利用。关键词：节能、变频调速、模糊控制ABSTRACTAffected by the global energy crisis and the global temperature rise, energy-saving technology attract in
3、creasingly attention all over the world. Nowadays, Central cooling water system almost all exist some problems, such as power seawater pump is too large, long operation time, water pump control technology still bog down in the artificial control phase causing seriously phenomenon Waste ones talent o
4、n a petty job. So, how to use seawater pump efficiently has become one of the crux of it. Through the investigation, more and more SHIPOWNERS tend to choose seawater pump variable frequency speed to control the central cooling system in shipbuilding process.Energy saving system of central cooling wa
5、ter, designed for seawater cooling system optimization and upgrading of the past, is mainly in the FATEK HMIFT104NT-T51R as upper computer monitoring platform, SIEMENS 1214C as controller, and ABB ACS510-01 (50KW) as inverter to drive water pump motor, which calculate the frequency control method to
6、 adjust the minimum flow of so as to achieve the efficient use of energy, automatically by combining many factors such as the host power、the auxiliary power、seawater and fresh water temperature、temperature control valve opening and so on. ANTISTOP: Energy Saving、Variable-Frequency Drive、Fuzzy Contro
7、l广州航海学院毕业论文目录1 绪论1 1.1背景介绍1 1.2研究目的12 系统构成2 2.1系统架构2 2.2系统组成42.2.1上位机42.2.2控制器42.2.3变频器52.2.4海水泵83 系统原理12 3.1制冷方式12 3.2热交换量144 功能描述155 方案应用比较19 5.1硬件比较19 5.2方案比较196 节能计算217 结论231 绪论1.1背景介绍受全球能源紧张和全球温度上升影响，节能技术越来越受船东的关注，然而海水泵功率较大，运行时间长，海水泵控制技术一直停留在人工控制阶段，存在着较严重的“大马拉小车”现象。常规设计下，冷却海水进口温度最高为32，主机、辅机等按额定
8、功率下的热交换量进行计算，配合额定转速，恒流量的海水泵提供全船供水量。但在不同地域及季节，海水温度相差很多，不同工况下，主机、辅机的热交换量各不相同，导致海水流量过度，资源浪费。通过调查，越来越多的船东在造船过程中倾向于海水泵变频调速控制中央冷却系统，而国内暂无厂家有相关方面的技术能力，国外厂家报价偏高，控制过于单一，很难满足船舶事业发展的需求。1.2研究目的由于油耗问题，在船舶升级改造过程中，节能型的冷却系统是所有商家都关注的，对于降低能耗、提高能源利用效率的关键在于如何高效利用海水泵。 自动变频控制海水泵转速就是针对传统的高能耗、底效率的海水冷却系统进行优化升级，综合了主机辅机运行功率、海
9、水温度、淡水温度、温控阀开度等多方面因素来计算变频控制法自动调节海水的最低适应流量，实现能源高效利用，最大程度的减少多余的能源消耗。通过与CCS、CL、DNV等船级社沟通，海水泵变频节能系统只对变频器有证书要求，其他系统设备并无特别要求，所以船东并不用考虑成本过高的问题。中央冷却水节能系统为在各类大型船舶上都能适用会不断改进、更新、提高节能效率，为推进国内船舶事业的发展贡献微薄之力。第 1 页 共 28 页2 系统构成本章主要详细描述中央冷却水节能系统的网络组成、系统设备结构说明及系统硬件设备方面的优势说明。变频器转速控制是本系统的核心部分，变频器和离心泵的资料、性能分析将会在本章深入介绍。2
10、.1系统架构中央冷却水节能系统是基于SIEMENS 1214C PLC控制的信息化应用系统；操作员站由FATEK HMIFT104NT-T51R（10.4寸）来完成报警监控、参数修改、报警历史阅览等功能，同时可以实时监控整个系统的工作状态；ABB ACS510-01 (50KW)作为驱动海水泵电机的变频器，其架构如下图示：图2-1 中央冷却水节能系统架构图2.2系统组成2.2.1上位机相对SIEMENS的触摸屏该款FATEK HMIFT104NT-T51R（10.4寸）的人机界面有着灵敏度高、色彩丰富、背光时间长、价格便宜等优势，参数表如下：表2-1 FT104NT-T51R参数表项目规格显示
11、屏种类高彩TFT（65536色）背光模块LED背光（50,000小时以上/常温下）亮度(cd/)400分辨率(像素)800600显示尺寸10.4 操作方式触控式、4线电阻式、表面硬度4H输入电源DC20VDC28V消耗功率15WCE符合EN55022，EN61000-4-2，EN61000-4-3，EN61000-4-8前面板防水设计符合NEMA4, IP65F冷却方式自然冷却外观尺寸(宽高深)标准型:270x212x42.5mm开孔尺寸(宽高)标准型:259201mm通信方式以太网使用人机界面建立操作员站能完成系统的报警监控、参数修改、报警历史阅览等功能，同时可以实时监控整个系统的工作状态，
12、其意义在于：便捷、高效地监控系统运行；提高操作员的工作环境质量。2.2.2控制器本系统使用了SIEMENS 1214C CPU以及1个SM1221 DIX8数字量输入模块、2个SM1231 AIX8模拟量输入模块、1个SM1231 AIX4模拟量输入模块、1个SM1231 AOX4模拟量输出模块。完成系统的信号采集、计算处理、命令发出，是本系统的信息处理及信息交换中心。2.2.3变频器图2-2 ACS510-01变频器变频器是系统节能的关键所在，也是系统中唯一有特别证书要求的设备。ABB是全球知名的大品牌，其质量也得到了船舶以及各个行业的认可，ABB在世界各地都有服务公司提供专业的保修服务。
13、型号ACS510-01-09A4-4是ABB的一款低压交流传动装置：Input U1 3380480V I1N 9.4A F1 4863HZOutput U2 30U1V I2N 9.4A F2 0500HZMotor PN 4 KWIP 2040ACS510-01-09A4-4支持MODBUS协议通信，同时支持以太网通信，通信广泛便捷。本系统不使用MODBUS协议通信或Ethernet通信的方式控制，只需使用变频器自带的模拟量端子及继电器输入输出端子控制。相对MODBUS协议通信或Ethernet通信端子控制方式有简单、稳定、精确等优点，ACS510端子图如下：图2-3 ACS510-01变
14、频器端子接线图1图2-4 ACS510-01变频器端子接线图22.2.4海水泵MAIN COOLING S.W.PUMP是日本兵神的一款离心泵，泵体是铜铸造的，可以长时间的防止被海水侵蚀，交替使用、平衡磨损泵的寿命可达二十年以上。其示意图及泵参数如下：Ship NO.MessrsPump Name MAIN COOLING S.W.PUMP图2-5 离心泵Pump Type SCD-450ECapacity 450m/hTotal Press 0.25MPaSuc. Press -0.05MPaMotor 45KWPump Speed 1760min-1Expected Date SheetQ(m/h)H(MPa)L(KW)EFF(%)0.00.35926.120.00147.00.34131.0344081311.00.30235.5673.26466.00.25339.4083.00642.00.17840.5978.08777.00.08337.
