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一種并聯機組節能運行調節系統及其控制方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410151070.7

申請日:

2014.04.16

公開號:

CN105020951A

公開日:

2015.11.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F25B 49/02申請日:20140416|||公開
IPC分類號: F25B49/02 主分類號: F25B49/02
申請人: 河南千年冷凍設備有限公司
發明人: 盧永祥; 路萬里
地址: 454000河南省焦作市焦作新區文昌街道辦事處豐收路東路南段
優先權:
專利代理機構: 鄭州中原專利事務所有限公司41109 代理人: 張春; 王曉麗
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410151070.7

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.11.03|||2015.12.02|||2015.11.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明要解決的技術問題是現有的控制方法中,啟動速度不能滿足要求,容易出現壓縮機頻繁啟動的問題,為解決上述問題,提供一種并聯機組節能運行調節系統及其控制方法,包括制冷機組,制冷機組依次與冷凝器、節流閥、蒸發器相連,蒸發器通過吸氣管道與制冷機組相連,蒸發器設置在冷庫內,制冷機組與PLC相連,PLC連有觸摸屏,吸氣管道上設置吸氣壓力傳感器,吸氣壓力傳感器與PLC相連。本發明采用吸氣壓力作為控制對象,能夠適用于冷庫群,還避免了制冷系統中末端溫度控制滯后于并聯機組降溫能力輸出,避免了壓縮機的頻繁啟動。

權利要求書

權利要求書
1.  一種并聯機組節能運行調節系統,包括制冷機組,制冷機組依次與冷凝器、節流閥、蒸發器相連,蒸發器通過吸氣管道與制冷機組相連,蒸發器設置在冷庫內,制冷機組與PLC相連,PLC連有觸摸屏,其特征在于:吸氣管道上設置吸氣壓力傳感器,吸氣壓力傳感器與PLC相連。

2.  根據權利要求1所述的并聯機組節能運行調節系統,其特征在于:所述冷庫為并聯在一起多路冷庫。

3.  一種并聯機組節能運行調節控制方法,其特征在于:它包括如下步驟:
根據需要設定機組的吸氣壓力設定值;
通過PLC控制系統實時測定機組的吸氣壓力測量值;
實時將吸氣壓力測量值與吸氣壓力設定值之間進行差值x計算,根據數學模型f(x),計算出壓縮機進行加卸載的實時時間間隔y,并確定實際上壓縮機進行加卸載的實時時間間隔;
根據實際上壓縮機進行加卸載的實時時間間隔,對壓縮機進行實時加卸載。

4.  根據權利要求3所述的并聯機組節能運行調節控制方法,其特征在于:步驟(1)中還要同時確定吸氣壓力設定值上限和吸氣壓力設定值下限。

5.  根據權利要求4所述的并聯機組節能運行調節控制方法,其特征在于:步驟(3)中,實時將吸氣壓力測量值與吸氣壓力設定值上限之間進行差值x1計算,根據數學模型f1(x1),計算壓縮機進行加載的實時時間間隔y1;實時將吸氣壓力設定值下限與吸氣壓力測量值之間進行差值x2計算,根據數學模型f2(x2),計算壓縮機進行卸載的實時時間間隔y2。

6.  根據權利要求5所述的并聯機組節能運行調節控制方法,其特征在于:步驟(3)中,還需要設定最大加載時間間隔T1max、最小加載時間間隔T1min、最大卸載時間間隔T2max和最小卸載時間間隔T2min,當計算出的壓縮機進行加載的實時時間間隔y1大于最大加載時間間隔T1max時,壓縮機進行加載的實時時間間隔為最大加載時間間隔T1max;當計算出的壓縮機進行加載的實時時間間隔y1小于等于最大加載時間間隔T1max,且大于等于最小加載時間間隔T1min時,壓縮機進行加載的實時時間間隔為f1(x1);當計算出的壓縮機進行加載的實時時間間隔y1小于最小加載時間間隔T1min時,壓縮機進行加載的實時時間間隔為T1min;當計算出的壓縮機進行卸載的實時時間間隔y2大于最大卸載時間間隔T2max時,壓縮機進行卸載的實時時間間隔為最大卸載時間間隔T2max;當計算出的壓縮機進行卸載的實時時間間隔y2小于等于最大卸載時間間隔T2max,且大于等于最小卸載時間間隔T2min時,壓縮機進行卸載的實時時間間隔為f2(x2);當計算出的壓縮機進行卸載的實時時間間隔y2小于最小卸載時間間隔T2min時,壓縮機進行卸載的實時時間間隔為T2min。

7.  根據權利要求3至6任一所述的并聯機組節能運行調節控制方法,其特征在于:步驟(4)中,根據實際上壓縮機進行加卸載的實時時間間隔,按照運行時間輪值對壓縮機進行實時加卸載。

說明書

說明書一種并聯機組節能運行調節系統及其控制方法
技術領域
本發明涉及一種制冷控制方法,具體涉及一種并聯機組節能運行調節控制方法。 
背景技術
隨著國內商用冷凍市場的發展,并聯壓縮機組因其良好的調峰能力和節能特性得到了市場的廣泛認可。特別是近年來,螺桿并聯機組由于其具有冷量范圍大、運行高效可靠等突出特點,成為大中型冷庫和速凍隧道等領域所需冷源的首選。
目前市場上并聯機組傳統的運行調節方式有中性區調節方式和線性區調節方式兩種。
中性區調節方式:
中性區控制適用于所有的負載。根據制冷系統的運行工況,設定某個壓力值(溫度值),中性區寬度以設定值為中心對稱,存在上限和下限。如果吸氣壓力(冷庫溫度)值在上限和下限范圍內,控制系統中投入運行的壓縮機臺數不作改變。當吸氣壓力(冷庫溫度)超過上限范圍時,按運行時間輪值運行時間短的壓縮機進行加載。當吸氣壓力(冷庫溫度)超過下限范圍時,按運行時間輪值運行時間長的壓縮機進行卸載。為保護每臺壓縮機,可設定相關延時參數:同臺壓縮機及不同壓縮機間的兩次連續啟動及兩次連續停止延時。如圖1所示為3臺等容壓縮機在中性調節下的工作狀態,在開機指令狀態下認為壓縮機C1運行時間最短,壓縮機C2次之,壓縮機C3最長;在停機指令狀態下認為壓縮機C3運行時間最長,壓縮機C2次之,壓縮機C1最短。所以,在加載壓縮機的時候的順序是先加載C1,加載延時設定時間后加載C2,加載延時設定時間后加載C3,同理,在卸載壓縮機的時候是C3,C2,C1。
中性區調節方式中的控制器可以是單片機封裝的簡單控制器,也可以是PLC;控制的對象可以是吸氣壓力,也可以是冷庫溫度。
線性區調節方式:
根據制冷系統的運行工況,設定某個壓力值(溫度值),然后在設定值上、下對稱設置一個線性區間,并按照壓縮機數量將此區間平均分隔,每個區間代表一個壓力工作等級。當壓力增大(溫度升高),并進入不同工作等級,控制器依次驅動對應壓縮機投入工作;當壓力減小(溫度降低),并退出各個工作等級,壓縮機依次停止。因此,吸氣壓力(冷庫溫度)在線性區之上,所有壓縮機工作;吸氣壓力(冷庫溫度)在線性區之下,所有壓縮機停止。如圖2所示為3臺等容壓縮機在線性區調節下的工作狀態,在開機指令狀態下認為壓縮機C1運行時間最短,壓縮機C2次之,壓縮機C3最長;在停機指令狀態下認為壓縮機C3運行時間最長,壓縮機C2次之,壓縮機C1最短。所以,當吸氣壓力(冷庫溫度)值超過SET-1ΔP時,按運行時間輪值運行時間短的壓縮機C1進行加載,當吸氣壓力(冷庫溫度)超過SET+1ΔP時,按運行時間輪值運行時間短的壓縮機C2進行加載,當吸氣壓力(冷庫溫度)超過SET+2ΔP時,按運行時間輪值運行時間短的壓縮機C3進行加載。當吸氣壓力(冷庫溫度)值小于SET+1ΔP時,按運行時間輪值運行時間長的壓縮機C3進行卸載,當吸氣壓力(冷庫溫度)小于SET-1ΔP時,按運行時間輪值運行時間長的壓縮機C2進行卸載,當吸氣壓力(冷庫溫度)小于SET-2ΔP時,按運行時間輪值運行時間長的壓縮機C1進行卸載。
線性區調節方式中的控制器可以是單片機封裝的簡單控制器,也可以是PLC;控制的對象可以是吸氣壓力,也可以是冷庫溫度。
兩種調節方式的比較:
當采用吸氣壓力控制時,可以適用于制冷機組給單個冷庫提供冷源,也適用于制冷機組給冷庫群(即多個冷庫)提供冷源。
中性區調節方式中,當吸氣壓力大于上限時,需要加載壓縮機,但是每臺壓縮機加載的時間間隔是靠固定的時間間隔來實現的,自適應控制能力差。(自適應控制就是它能修正自己的特性以適應對象和擾動的動態特性的變化)。采用以上方式,會出現如下問題:
①如果設定的時間間隔較長,整個機組的啟動時間也較長,用戶末端設定的溫度都已經超過設定的上限,雖然供液電磁閥開啟,但是由于間隔時間較長,壓縮機還沒有加載,系統的吸氣壓力還沒有達到末端設定的溫度對應的蒸發壓力,這樣溫度就不可能將下來,不能滿足用戶對啟動速度的要求。
②如果設定的時間間隔較短,冷庫或者速凍隧道的溫度還沒有降到需要的溫度的時候,吸氣壓力就偏低,容易導致吸氣壓力下限報警,機組全部停掉。
線性區調節方式中,由于區間經過平均后,調節范圍比較窄。假如某個工程為5臺壓縮機并聯,客戶需要的溫度區間在﹣36℃~﹣32℃時,其蒸發溫度在﹣41℃~﹣37℃,蒸發壓力在1.00bara~1.21bara之間,只有0.21bar的差值。要將這個差值分為5個區間,每個區間達到0.04bar,且傳感器采集過來的數據,要是沒有經過數字平滑濾波,還是有波動的,這么小的區間,再加上數據的波動,只要負荷稍微的變化,壓縮機就開始調節,這樣壓縮機容易出現頻繁啟動。
當采用冷庫溫度控制時,只能適用于制冷機組給單個冷庫提供冷源。
線性區調節方式中,可以避免采用吸氣壓力調節中出現的調節范圍比較窄出現的頻繁啟動,但是目前市場上控制器(單片機封裝的)產品都是控制器廠商自己研發的,目前中性區調節中,采用溫度作為控制對象的產品是沒有的。
不管采用中性區調節,還是采用線性區調節,當采用溫度作為控制對象時,其應用范圍是比較窄的。因為這個方面的產品只能用于制冷機組作為單個冷庫的冷源時才適用,當多個冷庫使用時,就出現多個冷庫的溫度,這樣就不知道使用哪個冷庫的溫度來控制制冷機組。
圖4是目前市場上設計和使用較多的系統配置方式。
如圖4所示,由401制冷機組通過管道和402冷凝器相連,402冷凝器通過管道和403節流閥相連,403節流閥通過管道和404蒸發器相連(蒸發器放置于冷庫內),404蒸發器通過管道和401制冷機組相連;控制器405通過電纜和冷庫溫度傳感器406連接。制冷劑被401制冷機組中的壓縮機壓縮之后,變成高溫高壓的過熱蒸汽,進入402冷凝器中冷凝后,變成低溫高壓的液體,進入403節流閥后,變成低溫低壓的汽液混合物,在蒸發器404中蒸發成過熱氣體后,被制冷機組中的壓縮機吸入,完成整個制冷循環。其中的控制采用冷庫溫度作為控制對象,采用中心區調節或者采用線性區調節方式,控制單個冷庫進行制冷,只能適用于單個冷庫。
發明內容
本發明要解決的技術問題是現有的控制方法中,啟動速度不能滿足要求,容易出現壓縮機頻繁啟動的問題,為解決上述問題,提供一種并聯機組節能運行調節控制方法。
本發明的目的是以下述方式實現的:
    一種并聯機組節能運行調節系統,包括制冷機組,制冷機組依次與冷凝器、節流閥、蒸發器相連,蒸發器通過吸氣管道與制冷機組相連,蒸發器設置在冷庫內,制冷機組與PLC相連,PLC連有觸摸屏,吸氣管道上設置吸氣壓力傳感器,吸氣壓力傳感器與PLC相連。
    所述冷庫為并聯在一起多路冷庫。
一種并聯機組節能運行調節控制方法,它包括如下步驟:
(1)根據需要設定機組的吸氣壓力設定值;
(2)通過PLC控制系統實時測定機組的吸氣壓力測量值;
(3)實時將吸氣壓力測量值與吸氣壓力設定值之間進行差值x計算,根據數學模型f(x),計算出壓縮機進行加卸載的實時時間間隔y,并確定實際上壓縮機進行加卸載的實時時間間隔;
(4)根據實際上壓縮機進行加卸載的實時時間間隔,對壓縮機進行實時加卸載。
    步驟(1)中還要同時確定吸氣壓力設定值上限和吸氣壓力設定值下限。
    步驟(3)中,實時將吸氣壓力測量值與吸氣壓力設定值上限之間進行差值x1計算,根據數學模型f1(x1),計算壓縮機進行加載的實時時間間隔y1;實時將吸氣壓力設定值下限與吸氣壓力測量值之間進行差值x2計算,根據數學模型f2(x2),計算壓縮機進行卸載的實時時間間隔y2。
    步驟(3)中,還需要設定最大加載時間間隔T1max、最小加載時間間隔T1min、最大卸載時間間隔T2max和最小卸載時間間隔T2min,當計算出的壓縮機進行加載的實時時間間隔y1大于最大加載時間間隔T1max時,壓縮機進行加載的實時時間間隔為最大加載時間間隔T1max;當計算出的壓縮機進行加載的實時時間間隔y1小于等于最大加載時間間隔T1max,且大于等于最小加載時間間隔T1min時,壓縮機進行加載的實時時間間隔為f1(x1);當計算出的壓縮機進行加載的實時時間間隔y1小于最小加載時間間隔T1min時,壓縮機進行加載的實時時間間隔為T1min;當計算出的壓縮機進行卸載的實時時間間隔y2大于最大卸載時間間隔T2max時,壓縮機進行卸載的實時時間間隔為最大卸載時間間隔T2max;當計算出的壓縮機進行卸載的實時時間間隔y2小于等于最大卸載時間間隔T2max,且大于等于最小卸載時間間隔T2min時,壓縮機進行卸載的實時時間間隔為f2(x2);當計算出的壓縮機進行卸載的實時時間間隔y2小于最小卸載時間間隔T2min時,壓縮機進行卸載的實時時間間隔為T2min。
     步驟(4)中,根據實際上壓縮機進行加卸載的實時時間間隔,按照運行時間輪值對壓縮機進行實時加卸載。
     相對于現有技術,本發明采用吸氣壓力作為控制對象,能夠適用于冷庫群,還避免了制冷系統中末端溫度控制滯后于并聯機組降溫能力輸出,避免了壓縮機的頻繁啟動,并聯機組中每臺壓縮機按照輪值時間進行加載和卸載,使每臺壓縮機運行時間均衡,能夠使壓縮機機組的工作狀態更滿足實際的要求,更能實現并聯機組對節能性能和可靠性能的要求。
附圖說明
    圖1是現有技術中采用中性區調節下壓縮機工作狀態示意圖。
圖2是現有技術中采用線性區調節下壓縮機工作狀態示意圖。
圖3是采用本發明調節下壓縮機工作狀態示意圖。
圖4是現有技術中制冷及其控制系統示意圖。
圖5是本發明中制冷及其控制系統示意圖。
具體實施方式
     如圖5,一種并聯機組節能運行調節系統,由601制冷機組通過管道和602冷凝器相連,602冷凝器通過管道和603節流閥相連,603節流閥通過管道和604蒸發器相連(蒸發器放置于冷庫內),604蒸發器通過管道和601制冷機組相連;PLC605通過電纜和機組吸氣壓力傳感器606連接,同時通過電纜和觸摸屏607相連。制冷劑被601制冷機組中的壓縮機壓縮之后,變成高溫高壓的過熱蒸汽,進入602冷凝器中冷凝后,變成低溫高壓的液體,進入603節流閥后,變成低溫低壓的汽液混合物,在蒸發器604中蒸發成過熱氣體后,被制冷機組中的壓縮機吸入,完成整個制冷循環。
     如圖3所示,一種并聯機組節能運行調節控制方法,它包括如下步驟:
(1)根據需要設定機組的吸氣壓力設定值,通過607觸摸屏進行設定,其設定的參數通過電纜傳送給605PLC;
(2)通過PLC控制系統實時測定機組的吸氣壓力測量值,吸氣壓力傳感器606通過電纜將吸氣壓力模擬里數據傳送給605PLC進行處理得到吸氣壓力數據;
(3)實時將吸氣壓力測量值與吸氣壓力設定值之間進行差值x計算,根據數學模型f(x),計算出壓縮機進行加卸載的實時時間間隔y,并確定實際上壓縮機進行加卸載的實時時間間隔;
(4)根據實際上壓縮機進行加卸載的實時時間間隔,對壓縮機進行實時加卸載。
并聯機組調節的數學模型
建立數學模型y=f(x),x=吸氣壓力實時測量值與吸氣壓力設定值之間的差值,y=壓縮機加卸載時間間隔。PLC實時測量吸氣壓力,并實時將吸氣壓力測量值和吸氣壓力設定值之間進行差值計算,然后根據數學模型f(x),計算出壓縮機進行加卸載的實時時間間隔。函數y=f(x)可以是一次函數,也可以是二次函數。一次函數建模簡單,二次函數建模復雜,但是二次函數擬合出來的曲線比一次函數擬合出來的曲線更接近實際,也能更好的指導程序設計人員。
壓縮機加載時間間隔數學模型的建立
建立數學模型y1=f1(x1),x1=吸氣壓力實時測量值與吸氣壓力上限設定值之間的差值,y1=壓縮機實時加載時間間隔。PLC實時測量吸氣壓力,并實時將吸氣壓力測量值和吸氣壓力上限設定值之間進行差值計算,然后根據數學模型f1(x1),計算出壓縮機進行加載的實時時間間隔。
此時,還需要設定最大加載時間間隔(T1max)和最小加載時間間隔(T1 min)。
當根據數學模型f1(x1)計算出來的時間間隔大于最大加載時間間隔時,即當y1>T1max時,y1=T1max;
當根據數學模型f1(x1)計算出來的時間間隔小于等于最大加載時間間隔,且大于等于最小加載時間間隔時,將實時測量的吸氣壓力值和吸氣壓力上限值的差值,根據數學模型f1(x1)進行計算,即當T1 min≤y1≤T1max時,y1= f1(x1);
當根據數學模型f1(x1)計算出來的時間間隔小于最小加載時間間隔時,即當y1<T1max時,y1=T1min;
以建立一次函數為例說明:
設定壓力上限為1.5bara,吸氣壓力下限為1.2bara;預設當吸氣壓力上限和實時測量吸氣壓力的差值為0.5bara時,加載時間間隔為180s;預設當吸氣壓力上限和吸氣壓力實時測量的差值為0.1bara時,加載時間間隔為60s,即獲得兩個點,點1(0.5,180),點2(0.1,60)可建立一次函數:y1=300x1+30。
再預設最大加載時間間隔T1max=240s;最小加載時間間隔T1 min=30s;可得如下完整的函數:
當y1<30時,y1=30
當30≤y1≤240時,y1=300x1+30
當y1>240時,y1=240
 PLC加載定時器根據加載時間間隔y1進行計時,當計時器值等于加載時間間隔時,加載C1,定時器清零后再次進行計時,當計時器值等于加載時間間隔時,加載C2,同理加載C3(壓縮機C3運行時間最長,壓縮機C2次之,壓縮機C1最短)。
壓縮機卸載時間間隔數學模型的建立
建立數學模型y2=f2(x2),x2=吸氣壓力下限設定值與吸氣壓力實時測量值之間的差值,y2=壓縮機卸載實時時間間隔。PLC實時測量吸氣壓力,并實時將吸氣壓力下限設定值和吸氣壓力測量值之間進行差值計算,然后根據數學模型f2(x2),計算出壓縮機進行卸載的實時時間間隔。
此時,還需要設定最大卸載時間間隔(T2max)和最小卸載時間間隔(T2 min)。
當根據數學模型f2(x2)計算出來的時間間隔大于最大卸載時間間隔時,即當y2>T2max時,y2=T2max;
當根據數學模型f2(x2)計算出來的時間間隔小于等于最大卸載時間間隔,且大于等于最小卸載時間間隔時,將吸氣壓力下限設定值和實時測量的吸氣壓力值的差值,根據數學模型f2(x2)進行計算,即當T2 min≤y2≤T2max時,y2= f2(x);
當根據數學模型f2(x2)計算出來的時間間隔小于最小卸載時間間隔時,即當y2<T2max時,y2=T2min;
以建立一次函數為例說明:
設定壓力上限為1.5bara,吸氣壓力下限為1.2bara;預設當吸氣壓力下限和實時測量吸氣壓力的差值為0.2bara時,卸載時間間隔為30s;預設當吸氣壓力下限和實時測量吸氣壓力的差值為0.1bara時,卸載時間間隔為120s,即獲得兩個點,點1(0.2,30),點2(0.1,120)可建立一次函數:y2=﹣900x2+210。
再預設最大卸載時間間隔T1max=180s;最小加載時間間隔T1 min=15s;可得如下完整的函數:
當y2<15時,y2=15
當15≤y2≤180時,y2=﹣900x2+210
當y2>180時,y2=180
 PLC卸載定時器根據卸載時間間隔y2進行計時,當計時器值等于卸載時間間隔時,卸載C3,定時器清零后再次進行計時,當計時器值等于卸載時間間隔時,卸載C2,同理卸載C3(壓縮機C3運行時間最長,壓縮機C2次之,壓縮機C1最短)。
壓縮機能量調節數學模型的建立
為了使測量的吸氣壓力的趨勢比較穩定,該數學模型的建立中采用了滑動平均濾波的算法。其方法是把連續N個采樣值看成一個隊列,隊列的固定長度為N,每次采樣到一個新數據放入隊尾,并扔掉原來隊首的一個數據(先進先出原則),把隊列中的N個數據進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果。
建立離散數學模型y3=f(x3),x3=秒脈沖數值,y3=測量的吸氣壓力值。PLC在系統加電后開始,每隔5秒產生時序脈沖。根據滑動平均濾波的算法,在每個時序脈沖的上升沿可以觸發兩個滑動平均濾波值:



比較a和b的值,如果發現a>b,則說明吸氣壓力有下降的趨勢,這個時候可以采用螺桿壓縮機特有的能量調節功能進行調節,把運行時間長的壓縮機由100%能級卸載到75%能級工作。
比較a和b的值,如果發現a<b,則說明吸氣壓力有上升的趨勢,把運行時間短的壓縮機由75%能級加載到100%能級工作。
采用以上算法,可以采用螺桿壓縮機特有的能量調節功能,對測量吸氣壓力在設定范圍之內時,根據其測量吸氣壓力的變化趨勢,進行微調,避免壓縮機進行頻繁的啟動。

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一種 并聯 機組 節能 運行 調節 系統 及其 控制 方法
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