一种并联机组节能运行调节控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型要解决的技术问题是现有的调节系统，启动速度不能满足要求，容易出现压缩机频繁启动的问题，为解决上述问题，提供一种并联机组节能运行调节控制装置，包括制冷机组，制冷机组依次与冷凝器、节流阀、蒸发器相连，蒸发器通过吸气管道与制冷机组相连，蒸发器设置在冷库内，制冷机组与PLC相连，PLC连有触摸屏，吸气管道上设置吸气压力传感器，吸气压力传感器与PLC相连。本实用新型采用吸气压力作为控制对象，能够适用于冷库群，还避免了制冷系统中末端温度控制滞后于并联机组降温能力输出，避免了压缩机的频繁启动。
【专利说明】一种并联机组节能运行调节控制装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及冷库并联机组节能技术，具体涉及一种并联机组节能运行调节控 制装置。
【背景技术】
[0002] 随着国内商用冷冻市场的发展，并联压缩机组因其良好的调峰能力和节能特性得 到了市场的广泛认可。特别是近年来，螺杆并联机组由于其具有冷量范围大、运行高效可靠 等突出特点，成为大中型冷库和速冻隧道等领域所需冷源的首选。
[0003] 目前市场上并联机组传统的运行调节方式有中性区调节方式和线性区调节方式 两种。
[0004] 中性区调节方式：
[0005] 中性区控制适用于所有的负载。根据制冷系统的运行工况，设定某个压力值(温度 值)，中性区宽度以设定值为中心对称，存在上限和下限。如果吸气压力（冷库温度）值在上 限和下限范围内，控制系统中投入运行的压缩机台数不作改变。当吸气压力（冷库温度）超 过上限范围时，按运行时间轮值运行时间短的压缩机进行加载。当吸气压力（冷库温度）超 过下限范围时，按运行时间轮值运行时间长的压缩机进行卸载。为保护每台压缩机，可设定 相关延时参数：同台压缩机及不同压缩机间的两次连续启动及两次连续停止延时。如图1 所示为3台等容压缩机在中性调节下的工作状态，在开机指令状态下认为压缩机C1运行时 间最短，压缩机C2次之，压缩机C3最长；在停机指令状态下认为压缩机C3运行时间最长， 压缩机C2次之，压缩机C1最短。所以，在加载压缩机的时候的顺序是先加载C1，加载延时 设定时间后加载C2,加载延时设定时间后加载C3,同理，在卸载压缩机的时候是C3，C2，C1。
[0006] 中性区调节方式中的控制器可以是单片机封装的简单控制器，也可以是PLC ;控 制的对象可以是吸气压力，也可以是冷库温度。
[0007] 线性区调节方式：
[0008] 根据制冷系统的运行工况，设定某个压力值(温度值)，然后在设定值上、下对称设 置一个线性区间，并按照压缩机数量将此区间平均分隔，每个区间代表一个压力工作等级。 当压力增大(温度升高)，并进入不同工作等级，控制器依次驱动对应压缩机投入工作；当压 力减小(温度降低)，并退出各个工作等级，压缩机依次停止。因此，吸气压力（冷库温度）在 线性区之上，所有压缩机工作；吸气压力(冷库温度）在线性区之下，所有压缩机停止。如图 2所示为3台等容压缩机在线性区调节下的工作状态，在开机指令状态下认为压缩机C1运 行时间最短，压缩机C2次之，压缩机C3最长；在停机指令状态下认为压缩机C3运行时间最 长，压缩机C2次之，压缩机C1最短。所以，当吸气压力（冷库温度）值超过SET - 1 Λ P时， 按运行时间轮值运行时间短的压缩机C1进行加载，当吸气压力（冷库温度)超过SET + 1 Λ Ρ 时，按运行时间轮值运行时间短的压缩机C2进行加载，当吸气压力（冷库温度）超过SET + 2 Λ P时，按运行时间轮值运行时间短的压缩机C3进行加载。当吸气压力（冷库温度）值小 于SET + 1 Λ Ρ时，按运行时间轮值运行时间长的压缩机C3进行卸载，当吸气压力（冷库温 度)小于SET - 1 Λ P时，按运行时间轮值运行时间长的压缩机C2进行卸载，当吸气压力（冷 库温度）小于SET - 2 Λ P时，按运行时间轮值运行时间长的压缩机C1进行卸载。
[0009] 线性区调节方式中的控制器可以是单片机封装的简单控制器，也可以是PLC;控 制的对象可以是吸气压力，也可以是冷库温度。
[0010] 两种调节方式的比较：
[0011] 当采用吸气压力控制时，可以适用于制冷机组给单个冷库提供冷源，也适用于制 冷机组给冷库群（即多个冷库）提供冷源。
[0012] 中性区调节方式中，当吸气压力大于上限时，需要加载压缩机，但是每台压缩机加 载的时间间隔是靠固定的时间间隔来实现的，自适应控制能力差。（自适应控制就是它能修 正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化)。采用以上方式，会出现如下问题：
[0013] ①如果设定的时间间隔较长，整个机组的启动时间也较长，用户末端设定的温度 都已经超过设定的上限，虽然供液电磁阀开启，但是由于间隔时间较长，压缩机还没有加 载，系统的吸气压力还没有达到末端设定的温度对应的蒸发压力，这样温度就不可能将下 来，不能满足用户对启动速度的要求。
[0014] ②如果设定的时间间隔较短，冷库或者速冻隧道的温度还没有降到需要的温度的 时候，吸气压力就偏低，容易导致吸气压力下限报警，机组全部停掉。
[0015] 线性区调节方式中，由于区间经过平均后，调节范围比较窄。假如某个工程为5台 压缩机并联，客户需要的温度区间在-36°C?-32°C时，其蒸发温度在-41°C?-37°C， 蒸发压力在1. 〇〇bara~l. 21bara之间，只有0. 21bar的差值。要将这个差值分为5个区间， 每个区间达到0. 04bar，且传感器采集过来的数据，要是没有经过数字平滑滤波，还是有波 动的，这么小的区间，再加上数据的波动，只要负荷稍微的变化，压缩机就开始调节，这样压 缩机容易出现频繁启动。
[0016] 当采用冷库温度控制时，只能适用于制冷机组给单个冷库提供冷源。
[0017] 线性区调节方式中，可以避免采用吸气压力调节中出现的调节范围比较窄出现的 频繁启动，但是目前市场上控制器(单片机封装的）产品都是控制器厂商自己研发的，目前 中性区调节中，采用温度作为控制对象的产品是没有的。
[0018] 不管采用中性区调节，还是采用线性区调节，当采用温度作为控制对象时，其应用 范围是比较窄的。因为这个方面的产品只能用于制冷机组作为单个冷库的冷源时才适用， 当多个冷库使用时，就出现多个冷库的温度，这样就不知道使用哪个冷库的温度来控制制 冷机组。
[0019] 图4是目前市场上设计和使用较多的系统配置方式。
[0020] 如图4所示，由401制冷机组通过管道和402冷凝器相连，402冷凝器通过管道和 403节流阀相连，403节流阀通过管道和404蒸发器相连(蒸发器放置于冷库内），404蒸发 器通过管道和401制冷机组相连；控制器405通过电缆和冷库温度传感器406连接。制冷 剂被401制冷机组中的压缩机压缩之后，变成高温高压的过热蒸汽，进入402冷凝器中冷凝 后，变成低温高压的液体，进入403节流阀后，变成低温低压的汽液混合物，在蒸发器404中 蒸发成过热气体后，被制冷机组中的压缩机吸入，完成整个制冷循环。其中的控制采用冷库 温度作为控制对象，采用中心区调节或者采用线性区调节方式，控制单个冷库进行制冷，只 能适用于单个冷库。
【发明内容】
[0021] 本实用新型要解决的技术问题是现有的调节系统，启动速度不能满足要求，容易 出现压缩机频繁启动的问题，为解决上述问题，提供一种并联机组节能运行调节控制装置。
[0022] 本实用新型的目的是以下述方式实现的：
[0023] 一种并联机组节能运行调节控制装置，包括制冷机组，制冷机组依次与冷凝器、节 流阀、蒸发器相连，蒸发器通过吸气管道与制冷机组相连，蒸发器设置在冷库内，制冷机组 与PLC相连，PLC连有触摸屏，吸气管道上设置吸气压力传感器，吸气压力传感器与PLC相 连。
[0024] 所述冷库为并联在一起多路冷库。
[0025] 相对于现有技术，本实用新型采用吸气压力作为控制对象，能够适用于冷库群，还 避免了制冷系统中末端温度控制滞后于并联机组降温能力输出，避免了压缩机的频繁启 动，并联机组中每台压缩机按照轮值时间进行加载和卸载，使每台压缩机运行时间均衡，能 够使压缩机机组的工作状态更满足实际的要求，更能实现并联机组对节能性能和可靠性能 的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是现有技术中采用中性区调节下压缩机工作状态示意图。
[0027] 图2是现有技术中采用线性区调节下压缩机工作状态示意图。
[0028] 图3是采用本发明调节下压缩机工作状态示意图。
[0029] 图4是现有技术中制冷及其控制系统示意图。
[0030] 图5是本发明中制冷及其控制系统示意图。
【具体实施方式】
[0031] 如图5, 一种并联机组节能运行调节控制装置，由601制冷机组通过管道和602冷 凝器相连，602冷凝器通过管道和603节流阀相连，603节流阀通过管道和604蒸发器相连 (蒸发器放置于冷库内），604蒸发器通过管道和601制冷机组相连；PLC605通过电缆和机组 吸气压力传感器606连接，同时通过电缆和触摸屏607相连。制冷剂被601制冷机组中的 压缩机压缩之后，变成高温高压的过热蒸汽，进入602冷凝器中冷凝后，变成低温高压的液 体，进入603节流阀后，变成低温低压的汽液混合物，在蒸发器604中蒸发成过热气体后，被 制冷机组中的压缩机吸入，完成整个制冷循环。
[0032] 如图3所示，一种并联机组节能运行调节控制方法，它包括如下步骤：
[0033] (1)根据需要设定机组的吸气压力设定值，通过607触摸屏进行设定，其设定的参 数通过电缆传送给605PLC ;
[0034] (2)通过PLC控制系统实时测定机组的吸气压力测量值，吸气压力传感器606通过 电缆将吸气压力模拟里数据传送给605PLC进行处理得到吸气压力数据；
[0035] (3)实时将吸气压力测量值与吸气压力设定值之间进行差值X计算，根据数学模 型f(x)，计算出压缩机进行加卸载的实时时间间隔y，并确定实际上压缩机进行加卸载的 实时时间间隔；
[0036] (4)根据实际上压缩机进行加卸载的实时时间间隔，对压缩机进行实时加卸载。
[0037] 并联机组调节的数学模型
[0038] 建立数学模型y=f(x)，x=吸气压力实时测量值与吸气压力设定值之间的差值，y= 压缩机加卸载时间间隔。PLC实时测量吸气压力，并实时将吸气压力测量值和吸气压力设定 值之间进行差值计算，然后根据数学模型f(x)，计算出压缩机进行加卸载的实时时间间隔。 函数y=f(x)可以是一次函数，也可以是二次函数。一次函数建模简单，二次函数建模复杂， 但是二次函数拟合出来的曲线比一次函数拟合出来的曲线更接近实际，也能更好的指导程 序设计人员。
[0039] 压缩机加载时间间隔数学模型的建立
[0040] 建立数学模型yi=fi (Xl)，Xl=吸气压力实时测量值与吸气压力上限设定值之间的 差值，yi=压缩机实时加载时间间隔。PLC实时测量吸气压力，并实时将吸气压力测量值和 吸气压力上限设定值之间进行差值计算，然后根据数学模型( Xl)，计算出压缩机进行加载 的实时时间间隔。
[0041] 此时，还需要设定最大加载时间间隔（Tlmax)和最小加载时间间隔（I\ min)。
[0042] 当根据数学模型AOq)计算出来的时间间隔大于最大加载时间间隔时，即当yi > Timax W? yl=Tlmax ；
[0043] 当根据数学模型AOq)计算出来的时间间隔小于等于最大加载时间间隔，且大于 等于最小加载时间间隔时，将实时测量的吸气压力值和吸气压力上限值的差值，根据数学 模型(X)进行计算，艮口当 min彡yi彡Tlmax时，yl= (xj ;
[0044] 当根据数学模型AOq)计算出来的时间间隔小于最小加载时间间隔时，即当yi < Tlniax 时，yPTpin ;
[0045] 以建立一次函数为例说明：
[0046] 设定压力上限为1. 5bara，吸气压力下限为1. 2bara ;预设当吸气压力上限和实时 测量吸气压力的差值为〇. 5bara时，加载时间间隔为180s ;预设当吸气压力上限和吸气压 力实时测量的差值为〇. lbara时，加载时间间隔为60s，即获得两个点，点1 (0.5, 180)，点 2 (0. 1，60)可建立一次函数：7ι=300Χι+30。
[0047] 再预设最大加载时间间隔Tlniax = 240s ;最小加载时间间隔?\ nin = 30s ;可得如下 完整的函数：
[0048] 当 5^ < 30 时，5^=30
[0049] 当 30 < 5^ < 240 时，5^=30(^+30
[0050] 当 yi > 240 时，7^240
[0051] PLC加载定时器根据加载时间间隔71进行计时，当计时器值等于加载时间间隔时， 加载C1，定时器清零后再次进行计时，当计时器值等于加载时间间隔时，加载C2,同理加载 C3 (压缩机C3运行时间最长，压缩机C2次之，压缩机C1最短)。
[0052] 压缩机卸载时间间隔数学模型的建立
[0053] 建立数学模型y2=f2(x2)，x 2=吸气压力下限设定值与吸气压力实时测量值之间的 差值，y2=压缩机卸载实时时间间隔。PLC实时测量吸气压力，并实时将吸气压力下限设定 值和吸气压力测量值之间进行差值计算，然后根据数学模型f 2 (x2)，计算出压缩机进行卸载 的实时时间间隔。
[0054] 此时，还需要设定最大卸载时间间隔（T2max)和最小卸载时间间隔（T 2 min)。
[0055] 当根据数学模型f2(x2)计算出来的时间间隔大于最大卸载时间间隔时，即当y 2 > 丁2眶时，y2=T2max ;
[0056] 当根据数学模型f2(x2)计算出来的时间间隔小于等于最大卸载时间间隔，且大于 等于最小卸载时间间隔时，将吸气压力下限设定值和实时测量的吸气压力值的差值，根据 数学模型f 2 (X2)进行计算，即当τ2 _彡y2彡Τ2_时，y2= f2 (X);
[0057] 当根据数学模型f2(x2)计算出来的时间间隔小于最小卸载时间间隔时，即当y 2 < T2niax 时，y2=T2min ;
[0058] 以建立一次函数为例说明：
[0059] 设定压力上限为1. 5bara，吸气压力下限为1. 2bara ;预设当吸气压力下限和实时 测量吸气压力的差值为〇. 2bara时，卸载时间间隔为30s ;预设当吸气压力下限和实时测量 吸气压力的差值为O.lbara时，卸载时间间隔为120s，即获得两个点，点1 (0.2, 30)，点2 (0.1，120)可建立一次函数：72=-90(^2+210。
[0060] 再预设最大卸载时间间隔Tlniax = 180s ;最小加载时间间隔nin = 15s ;可得如下 完整的函数：
[0061] 当 y2 < 15 时，y2=15
[0062] 当 15 彡 y2 彡 180 时，y2= - 900x2+210
[0063] 当 y2 > 180 时，y2=180
[0064] PLC卸载定时器根据卸载时间间隔72进行计时，当计时器值等于卸载时间间隔时， 卸载C3,定时器清零后再次进行计时，当计时器值等于卸载时间间隔时，卸载C2,同理卸载 C3 (压缩机C3运行时间最长，压缩机C2次之，压缩机C1最短)。
[0065] 压缩机能量调节数学模型的建立
[0066]为了使测量的吸气压力的趋势比较稳定，该数学模型的建立中采用了滑动平均滤 波的算法。其方法是把连续N个采样值看成一个队列，队列的固定长度为N，每次采样到一 个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一个数据(先进先出原则)，把队列中的N个数据进行 算术平均运算，就可获得新的滤波结果。
[0067] 建立离散数学模型y3=f (x3)，x3=秒脉冲数值，y3=测量的吸气压力值。PLC在系统 加电后开始，每隔5秒产生时序脉冲。根据滑动平均滤波的算法，在每个时序脉冲的上升沿 可以触发两个滑动平均滤波值：
[0068]
【权利要求】
1. 一种并联机组节能运行调节控制装置，包括制冷机组，制冷机组依次与冷凝器、节流 阀、蒸发器相连，蒸发器通过吸气管道与制冷机组相连，蒸发器设置在冷库内，制冷机组与 PLC相连，PLC连有触摸屏，其特征在于：吸气管道上设置吸气压力传感器，吸气压力传感器 与PLC相连，所述冷库为并联在一起多路冷库。
【文档编号】F25B49/02GK204063773SQ201420182518
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】卢永祥, 李佳, 杜双林, 路万里 申请人:河南千年冷冻设备有限公司