一种螺杆压缩机制冷控制系统及其方法与流程

本发明属于压缩机制冷技术领域，具体涉及一种螺杆压缩机制冷控制系统及其方法。

背景技术：

在中国，螺杆式空气压缩机以其优越性得到了用户的认可,并逐步取代活塞式空气压缩机。目前螺杆压缩机作为制冷动力的运行方式，大多采用单机运行方式，该方式制冷硬件系统简单，造价低廉，控制系统只需采用专用的分电控及继电接触器控制电路即可实现，已存在了相当长时间。但是存在以下缺点：

单机运行其制冷量的加载和卸载是突变方式，而冷库温度控制属于纯滞后、大惯性系统，制冷量的突变控制远远不能满足冷库控制的精度；

冷库因工作状态的不同，制冷量的需求有时较小，而此时的压缩机只能突变加载而满负荷运行，造成能源的不必要浪费；

由于制冷量不能连续控制，故压缩机工作中频繁地加载和卸载，缩短了压缩机的使用寿命。

理想的压缩机运行方式是根据冷库工作状况制冷量能连续调节，只有压缩机制冷量连续调节时才可以采用pid等精确的控制方法，使系统的运行性能得以改善。但采用连续调节的运行方式需采用变频器控制技术，且由于压缩机运行功率大，因此成本过高，不能被用户接受。

专利一种多压缩机制冷系统(公开号：cn206269449u)公开了一种包括电源模块；还包括至少两台压缩机和检测单元；所述电源模块通过独立的供电回路分别为所述压缩机供电，所述检测单元检测并生成检测信号输出至所述电源模块导通或切断其中一路或多路供电回路。此专利虽然通过采用太阳能直接供电，使多个压缩机独立运行，但只通过电气部分的改造，运行复杂，且控制精度低，无法保证压缩机的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种螺杆压缩机制冷控制系统及其方法，克服了压缩机单机运行控制精度低、浪费能源和压缩机使用寿命短等缺陷。

本发明提供了如下的技术方案：

一种螺杆压缩机制冷控制系统，包括plc控制器以及与所述plc控制器连接的冷库、若干螺杆压缩机、阀门系统和冷却塔，所述冷库内设有蒸发器，所述蒸发器分别连接所述plc控制器和所述螺杆压缩机，所述螺杆压缩机之间相互并联，所述螺杆压缩机分别连接所述阀门系统和所述冷却塔，所述冷却塔连接有储液罐，所述储液罐连接所述阀门系统，所述阀门系统包括分别与所述plc控制器连接的若干经济阀，所述经济阀之间相互连接，所述经济阀与所述螺杆压缩机一一对应连接。

优选的，所述蒸发器与螺杆压缩机之间依次连接有过滤器和吸气管，经螺杆压缩机控制对冷库制冷进行控制。

优选的，所述螺杆压缩机与所述经济阀之间还设有止回阀，防止回流。

优选的，所述螺杆压缩机与所述冷却塔之间还设有止回阀和排气管，防止液体倒流，并且进行排气工作。

优选的，所述冷却塔与所述储液罐之间设有手动阀，可对储存液体进行手动控制。

优选的，所述储液罐与所述阀门系统之间还设有止回阀和高压液体管，防止液体回流。

优选的，所述plc控制器还连接有远程pc，可远程对plc控制器进行设定控制以及监控管理。

优选的，所述一种螺杆压缩机制冷控制系统的控制方法，包括以下步骤：

s1：将所述螺杆压缩机并联运行，每台所述螺杆压缩机经能量调节电磁阀分2～3级运行；

s2：由所述plc控制器根据压缩机运行过程中吸气压力的变化，采用模糊控制原理，动态启动和卸载所述螺杆压缩机；

s3：通过所述plc控制器实现对所述螺杆压缩机的精确控制，从而对所述冷库的制冷量进行控制调节。

本发明的有益效果是：螺杆压缩机采用了制冷量有级调节的压缩机运行方式，提高了压缩机的使用寿命；plc控制器采用模糊控制理论，实现精确控制，较好地克服了压缩机单机运行控制精度低和浪费能源浪费问题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明系统结构示意图；

图2是模糊控制系统逻辑框图；

图3是系统压力实际运行的效果图；

图中标记为：1.冷库；2.过滤器；3.止回阀；4.经济阀；5.手动阀；6.吸气管；7.排气管；8.高压液体管。

具体实施方式

如图1所示，一种螺杆压缩机制冷控制系统，包括plc控制器以及与plc控制器连接的冷库1、若干螺杆压缩机、阀门系统和冷却塔，冷库1内设有蒸发器，蒸发器分别连接plc控制器和螺杆压缩机，蒸发器与螺杆压缩机之间依次连接有过滤器2和吸气管6，经螺杆压缩机控制对冷库制冷进行控制。螺杆压缩机之间相互并联，螺杆压缩机分别连接阀门系统和冷却塔，螺杆压缩机与冷却塔之间还设有止回阀3和排气管7，防止液体倒流，并且进行排气工作。冷却塔连接有储液罐，冷却塔与储液罐之间设有手动阀5，可对储存液体进行手动控制。储液罐连接阀门系统，储液罐与阀门系统之间还设有止回阀3和高压液体管8，防止液体回流。阀门系统包括分别与plc控制器连接的若干经济阀4，螺杆压缩机与经济阀4之间还设有止回阀3，防止回流，经济阀4之间相互连接，经济阀4与螺杆压缩机一一对应连接。进一步地，plc控制器还连接有远程pc，可远程对plc控制器进行设定控制以及监控管理。

如图1和图2所示，一种螺杆压缩机制冷控制系统的控制方法，包括以下步骤：

s1：将螺杆压缩机并联运行，每台螺杆压缩机经能量调节电磁阀分2～3级运行；

s2：由plc控制器根据压缩机运行过程中吸气压力的变化，采用模糊控制原理，动态启动和卸载螺杆压缩机；

s3：通过plc控制器实现对螺杆压缩机的精确控制，从而对冷库的制冷量进行控制调节。

如图1-图3所示，本发明提出了制冷量有级调节的压缩机运行方式，如针对最大制冷量120kw的需求，将一台100kw的压缩机改换为三台40kw的压缩机并联运行，而每台压缩机又经能量调节电磁阀分2～3级运行。这样就实现压缩机的6～9级制冷量可调节的并联运行。6级运行时压缩机运行能量级别为：20、40、60、80、100和120kw。再采用模糊控制理论，借助plc实现精确控制，较好地克服了压缩机单机运行控制精度低、浪费能源和压缩机使用寿命短的缺点。

如图1-图3所示，由plc控制根据压缩机运行过程中吸气压力的变化，采用模糊控制原理，动态启动和卸载压缩机。

模糊控制具有实现简单、成本低、对采样要求不高、无需建模等优点，它与传统控制相比，在处理非线性大时滞系统上具有良好的效果，有以下几个方面：

1、模糊控制对象：冷库温度是一个比较复杂的被控对象，由螺杆压缩机并联运行的工作性质，根据压缩机提供技术说明和技术参数，将冷库温度折算到并联机组的吸气压力作为模糊控制对象。

2、模糊控制器设计：模糊控制器的设计主要是设定各输入与输出变量模糊子集的隶属函数、模糊变量的量化域、模糊控制规则、输入输出变量的比例变换因子等参数。

模糊控制器选用双输入单输出控制方式。两个输入为机组吸气压力在线检测值与内存数据库资料比较得到的偏差e以及其偏差变化率△e，一个输出为压缩机运行台数及压缩机能量电磁阀开关控制，可把它分为7档。

3、实测值的模糊化:因为在模糊逻辑推断中运用了语言变量，而模糊控制器的输入、输出是确定值，所以要求有模糊化过程，将输入确定值变成模糊变量值，以实现调节和控制作用。

本系统涉及的模糊控制器有两个输入信号和一个输出信号，分别为：

输入语言变量e：将冷库温度折算到并联机组的吸气压力设定值t与实测机组吸气压力值d之差，e＝t－d。

输入语言变量△e：△e＝ei+1-ei。

输出语言变量u，为压缩机运行台数及压缩机能量调节电磁阀开关控制。

输入变量被划分为负大、负中、负小、零、正小、正中、正大7个模糊状态，分别用符号nl、nm、ns、zo、ps、pm、pl表示，语言的隶属函数选择三角形和梯形；输出变量u的取值也分为7种状态，表示符号为cl、cm、cs、h、os、om、ol，每种具体输出状态对应7个模糊输出状态的隶属度值。

4、模糊控制规则生成：考虑到控制系统的非线性、大时滞等情况,根据现场熟练操作者长期工作经验,得出如下控制规则。

if(实测吸气压力较高)and(压力有上升趋势)then(ol:压缩机全部启动)；

if(实测吸气压力较低)and(压力有下降趋势)then(cl:压缩机全部停止)。

模糊控制规则表如下表1所示：

表1

om：两台压缩机100％工作，一台压缩机75％工作；

os：两台压缩机100％工作；

h:一台压缩机100％工作，一台压缩机75％工作；

cs:一台压缩机100％工作；

cm:一台压缩机75％工作；

cl:压缩机全停

5、plc控制实现：首先将模糊化过程的量化因子置入plc的存储器中,然后利用a/d模块将输入量采集到plc的dm区,经过限幅量化处理后,根据所对应的输入模糊论域中的相应元素,查模糊控制量表求出模糊输出量,再乘以输出量化因子即可得实际输出值,由plc相应的梯形图进行控制。

模糊控制算法流程:

将输入偏差量化因子e、偏差变化率量化因子δe和输出量化因子u置入数据存储器中；

采样计算e和δe；

判断e和是否δe越限,如越限令其为上限或下限值。否则将输入量分别量化为输入变量模糊论域中对应的元素e和δe；

查模糊控制量表,求得u并将结果存入plc的1400通道。

其结果从plc的1400通道的1400.00～1400.09位输出这些输出分别控制其他程序完成系统相关动作。

以上控制方法使系统获得了良好的控制特性,达到了控制目的和要求。有效的克服了压力控制的滞后性,模糊控制的实时性好,自适应能力强,易于工程实现,有很好的应用及推广价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。