一種并聯機組節能運行調節控制裝置制造方法

一種并聯機組節能運行調節控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型要解決的技術問題是現有的調節系統，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裝置，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。本實用新型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。
【專利說明】一種并聯機組節能運行調節控制裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及冷庫并聯機組節能技術，具體涉及一種并聯機組節能運行調節控 制裝置。

【背景技術】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 中性區調節方式：
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 線性區調節方式：
[0008] 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 - 1 Λ P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 + 1 Λ Ρ 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 + 2 Λ P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 + 1 Λ Ρ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 - 1 Λ P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 - 2 Λ P時，按運行時間輪值運行時間長的壓縮機C1進行卸載。
[0009] 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。
[0010] 兩種調節方式的比較：
[0011] 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。
[0012] 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：
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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°C?-32°C時，其蒸發溫度在-41°C?-37°C， 蒸發壓力在1. 〇〇bara~l. 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 圖4是目前市場上設計和使用較多的系統配置方式。
[0020] 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】

[0021] 本實用新型要解決的技術問題是現有的調節系統，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裝置。
[0022] 本實用新型的目的是以下述方式實現的：
[0023] 一種并聯機組節能運行調節控制裝置，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。
[0024] 所述冷庫為并聯在一起多路冷庫。
[0025] 相對于現有技術，本實用新型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。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 圖3是采用本發明調節下壓縮機工作狀態示意圖。
[0029] 圖4是現有技術中制冷及其控制系統示意圖。
[0030] 圖5是本發明中制冷及其控制系統示意圖。

【具體實施方式】
[0031] 如圖5, 一種并聯機組節能運行調節控制裝置，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。
[0032] 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：
[0033] (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 ;
[0034] (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；
[0035] (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；
[0036] (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。
[0037] 并聯機組調節的數學模型
[0038] 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。
[0039] 壓縮機加載時間間隔數學模型的建立
[0040] 建立數學模型yi=fi (Xl)，Xl=吸氣壓力實時測量值與吸氣壓力上限設定值之間的 差值，yi=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( Xl)，計算出壓縮機進行加載 的實時時間間隔。
[0041] 此時，還需要設定最大加載時間間隔（Tlmax)和最小加載時間間隔（I\ min)。
[0042] 當根據數學模型AOq)計算出來的時間間隔大于最大加載時間間隔時，即當yi > Timax W? yl=Tlmax ；
[0043] 當根據數學模型AOq)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(X)進行計算，艮口當 min彡yi彡Tlmax時，yl= (xj ;
[0044] 當根據數學模型AOq)計算出來的時間間隔小于最小加載時間間隔時，即當yi < Tlniax 時，yPTpin ;
[0045] 以建立一次函數為例說明：
[0046] 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〇. 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〇. lbara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：7ι=300Χι+30。
[0047] 再預設最大加載時間間隔Tlniax = 240s ;最小加載時間間隔?\ nin = 30s ;可得如下 完整的函數：
[0048] 當 5^ < 30 時，5^=30
[0049] 當 30 < 5^ < 240 時，5^=30(^+30
[0050] 當 yi > 240 時，7^240
[0051] PLC加載定時器根據加載時間間隔71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)。
[0052] 壓縮機卸載時間間隔數學模型的建立
[0053] 建立數學模型y2=f2(x2)，x 2=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f 2 (x2)，計算出壓縮機進行卸載 的實時時間間隔。
[0054] 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（T 2 min)。
[0055] 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y 2 > 丁2眶時，y2=T2max ;
[0056] 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f 2 (X2)進行計算，即當τ2 _彡y2彡Τ2_時，y2= f2 (X);
[0057] 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y 2 < T2niax 時，y2=T2min ;
[0058] 以建立一次函數為例說明：
[0059] 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〇. 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O.lbara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：72=-90(^2+210。
[0060] 再預設最大卸載時間間隔Tlniax = 180s ;最小加載時間間隔nin = 15s ;可得如下 完整的函數：
[0061] 當 y2 < 15 時，y2=15
[0062] 當 15 彡 y2 彡 180 時，y2= - 900x2+210
[0063] 當 y2 > 180 時，y2=180
[0064] PLC卸載定時器根據卸載時間間隔72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)。
[0065] 壓縮機能量調節數學模型的建立
[0066]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。
[0067] 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：
[0068]

【權利要求】
1. 一種并聯機組節能運行調節控制裝置，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，所述冷庫為并聯在一起多路冷庫。
【文檔編號】F25B49/02GK204063773SQ201420182518
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2014年4月16日
【發明者】盧永祥, 李佳, 杜雙林, 路萬里 申請人:河南千年冷凍設備有限公司