专利名称：一种复叠式压缩机组的自动控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种压縮机组的自动控制装置及其控制方法，尤其 涉及的是一种复叠式半封螺杆压縮机组的自动控制装置及其控制方法。
背景技术：
螺杆压縮机组广泛应用于食品、医药、化工、军工、科研试验 等方面，是制冷系统中的必要设备。传统的螺杆压縮机组通常采用固定转速的 交流电动机，在系统需求制冷量发生改变时，并不能够通过变速进行调节，一 般是通过压縮机体内的滑阀位置的改变来实现制冷量调节。这种能量调节方式 多用于单机头的螺杆压縮机中。但是，当用户需要的制冷量比较小时，压縮机 在低载位状态下运行，如果采用单纯的滑阀能量调节，压縮机的制冷效率比较 低，浪费能源。此外，在设计压縮机的装机容量时，考虑到运行工况的多样性， 一般按用户需要的最大制冷量来决定电动机的容量，选用较大的电机，既增加了 电机成本，也增大了整个机组的整体尺寸，也不能在压縮机运行工况变化较大 时使电机的耗能有效下降。发明内容本发明所要解决的技术问题在于克服上述传统复叠式压缩机 组的自动控制装置及其控制方法和控制方法的不足，而提供一种复叠式压縮机 组的自动控制装置及其控制方法。通过变频器改变高温螺杆压縮机电机转速， 完成制冷量的连续调节，达到节约能源的目的。本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下一种复叠式压縮机组的自动控制装置，其特征在于包括变频器、触摸屏 和控制器；还包括分别安装在高温螺杆压縮机和低温螺杆压縮机上的温度传感 器、压力传感器，在低温螺杆压縮机上安装有上卸载电磁阀；高温螺杆压縮机的变频电机与变频器的输出接线柱连接，低温螺杆压縮机 的电机与星三角启动器接线柱连接，压力传感器输出信号与控制器的模拟量模 块连接；变频器和控制器通过屏蔽电缆连接，控制器与触摸屏之间通过专用通 讯电缆连接。控制器根据安装在高温螺杆压縮机的压力传感器的反馈信号，与用户的设定压力值进行比较，进行PID比例微分积分运算后，将输出模拟信号给变频器，调节高温螺杆压缩机的转速和输出功率，形成一闭环反馈系统，自动依实际需要调节压縮机制冷量，并保持压力的恒定，以达到节能的目的；控制器根据安装在低温螺杆压縮机上的压力传感器的反馈信号，与用户的 设定压力值进行比较，进行PID比例微分积分运算后，调节压縮机内滑阀的位 置，实现低温螺杆压縮机的制冷量调节。PID运算功能是控制器编程语言的基本成分，通过控制器内编程软件实现。 高温螺杆压縮机启动完成后，进入PID能量调节；控制器程序对PID调节 的参数进行定义，包括运算时间、扫描周期、输出最小频率、输出最大频率、 频率输出范围；当检测的高温螺杆压縮机上的中间压力高于设定压力时，控制 器输出的频率信号增加，则压縮机转速提高，当达到输出频率最大值时停止增 大频率，并在此时输出"压縮机最高频率运行"信号，提示用户压縮机已经达 到满载的状态，也防止了压縮机因为在过高频率下运行，导致电机电流过高引 起非正常停机；当检测的中间压力低于设定压力时，输出的频率减小，则压縮 机转速降低，当达到输出频率最小值时停止减小频率，并在此时输出"压縮机 最低频率运行"信号。本发明与已有技术相比，具有如下积极效果集成了变频器、触摸屏和控 制器，通过软件控制、硬线连接、模拟信号通讯等方式完成高温螺杆压縮机和 低温螺杆压縮机的能量调节、运行监控、报警显示等功能。(1) 、节约能源。变频器控制的螺杆压縮机与传统控制的压縮机比较，节约 能源是最突出的特点之一，根据用户对制冷量的需求来调整压縮机的运行工况 是最节能的运行方式。(2) 、降低对电网冲击。传统的螺杆压缩机即使采用星三角降压起动，其起动电流也能达到额定电流的2-3倍，对用户电网系统造成冲击。使用变频器起动压縮机后，通过改变输出电源的频率实现电机的转速调整，启动过程比较 平缓，减少电机启动瞬间的大电流对电网和其他电器设备的冲击。(3) 、提高控制精度。为减少谐波和EMC干扰影响，变频器配有原装减少 谐波的直流电抗器和减少EMC干扰的滤波器。变频器开环调速范围l: 100，闭 环为1: 1000，变频器开环调速精度±10%额定电机滑差，闭环精度±0.01%内。 变频器的频率输出采用PID调节，可根据压力传感器的信号准确计算出压縮机 电机的运行频率，从而调节压縮机的制冷量，满足用户对不同制冷量的需求。
图1为本发明的控制电路图。 图2为本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。如图1所示，本发明提供一种复叠式压縮机组的自动控制装置及其控制方 法，包括变频器l、触摸屏2和控制器3。还包括分别安装在高温螺杆压縮机和 低温螺杆压縮机上的温度传感器4、压力传感器5，在低温螺杆压缩机上安装有 上卸载电磁阀6。高温螺杆压縮机的变频电机与变频器1的输出接线柱连接，低温螺杆压縮机的 电机与星三角启动器接线柱连接，压力传感器5输出信号与控制器3的模拟量 模块连接。变频器1和控制器3通过屏蔽电缆连接，控制器3与触摸屏2之间 通过专用通讯电缆连接。其中，温度传感器4主要用于采集、输出排气温度传感器的信号，压力传感器主要主要用于采集、输出排气压力传感器信号、中间压力传感器信号和吸 气压力传感器信号。此外，控制器3还采集了压縮机电机的电流，用于检测压 缩机的运行状态。本发明的高温螺杆压縮机的能量调节控制是通过变频器1、触摸屏2和控制器3的配合完成的。控制器3根据高温螺杆压縮机上的压力传感器的反馈信号， 与设定的压力值进行比较，进行PID (比例-微分-积分)运算。得出压縮机需要 的运行频率信号。再通过控制器3上的模拟量输出模块转化模拟信号给变频器1。 变频器1调节高温螺杆压縮机的转速和输出功率，形成一个闭环反馈系统，可以 自动根据实际需要调节压縮机制冷量，并保持压力的恒定。低温螺杆压縮机的能量调节是通过其内部安装的滑阀调节装置完成的。控 制器3根据低温螺杆压縮机上的压力传感器的反馈信号，与设定的压力值进行 比较，进行PID (比例-微分-积分)运算后，对压縮机的上卸载电磁阀6进行开 停操作。从而改变压縮机内部滑阀的位置，达到调节压縮机制冷量的目的，并保 持压力的恒定。本发明中PID运算功能是通过控制器的软件编程实现的，在下列基础上推 算出变频器的控制信号a) 由控制器3输入模块采样的测量值。b) 由触摸屏给出的设定值。c) 各种PID控制器的参数值。各项参数的基本用途如下 PV:测量值，即压力传感器的测量值。OUT: PID模拟输出，即给出的变频器的频率模拟信号 SP:内部设定点。当PV〉SP，需提高0UT;当PV〈SP，需降低0UT。如图2所示，本发明的控制流程图中，包括了变频压縮机的启动过程和PID 能量调节过程。用户首先要在发出开机指令之前，在触摸屏监控系统中，确认 压縮机开机之前的各项参数显示均正常，且无任何异常显示，方可发出开机指 令。控制器得到开机指令后，首先要确认关于压縮机的各项报警是否消除，例 如油温过高、电源故障等等。其次，为了保证压縮机电机的正常使用，防止其 频繁启动，要在"重新启动延时"时间到了之后，压縮机才能进入启动过程。 高温螺杆压縮机首先通过变频器启动，然后低温螺杆压縮机才能启动。其相关 的启动参数，可以通过变频器上的人机操作界面进行设定，比如启动电流、高 速提升、负荷分配、输出接触器控制等。启动时间大致在10秒左右。高温螺杆压縮机启动完成后，进入PID能量调节。控制器程序对PID调节 的参数进行定义，包括运算时间、扫描周期、输出最小频率、输出最大频率、 频率输出范围等。当检测的高温螺杆压縮机上的中间压力高于设定压力时，控 制器输出的频率信号增加，则压縮机转速提高，当达到输出频率最大值时停止 增大频率，并在此时输出"压縮机最高频率运行"信号，提示用户压縮机已经 达到满载的状态，也防止了压縮机因为在过高频率下运行，导致电机电流过高 引起非正常停机。当检测的中间压力低于设定压力时，输出的频率减小，则压 縮机转速降低，当达到输出频率最小值时停止减小频率，并在此时输出"压縮 机最低频率运行"信号。因为在低频状态下，压縮机的C0P降低，达不到变频 调节的节能效果，用户可根据制冷量需求考虑是否关闭压縮机。
权利要求
1、一种复叠式压缩机组的自动控制装置，其特征在于包括变频器(1)、触摸屏(2)和控制器(3)；还包括分别安装在高温螺杆压缩机和低温螺杆压缩机上的温度传感器(4)、压力传感器(5)，在低温螺杆压缩机上安装有上卸载电磁阀(6)；高温螺杆压缩机的变频电机与变频器(1)的输出接线柱连接，低温螺杆压缩机的电机与星三角启动器接线柱连接，压力传感器(5)输出信号与控制器(3)的模拟量模块连接；变频器(1)和控制器(3)通过屏蔽电缆连接，控制器(3)与触摸屏(2)之间通过专用通讯电缆连接。
2、 如权利要求l所述的复叠式压缩机组的自动控制装置的控制方法，其特 征在于控制器(3)根据安装在高温螺杆压縮机的压力传感器的反馈信号，与 用户的设定压力值进行比较，进行PID比例微分积分运算后，将输出模拟信号 给变频器(1)，调节高温螺杆压縮机的转速和输出功率，形成一闭环反馈系统， 自动依实际需要调节压縮机制冷量,并保持压力的恒定，以达到节能的目的；控制器(3)根据安装在低温螺杆压縮机上的压力传感器的反馈信号，与用 户的设定压力值进行比较，进行PID比例微分积分运算后，调节压縮机内滑阀 的位置，实现低温螺杆压缩机的制冷量调节。
3、 如权利要求2所述的复叠式压缩机组的自动控制装置的控制方法，其特 征在于PID运算功能是控制器编程语言的基本成分，通过控制器内编程软件实 现。
4、 如权利要求3'所述的复叠式压縮机组的自动控制装置的控制方法，其特 征在于高温螺杆压縮机启动完成后，迸入PID能量调节；控制器程序对PID调节的参数进行定义，包括运算时间、扫描周期、输出最小频率、输出最大频率、频率输出范围；当检测的高温螺杆压縮机上的中间压力高于设定压力时，控制器输出的频率信号增加，则压縮机转速提高，当达到输出频率最大值时停止增大频率，并在此时输出"压縮机最高频率运行"信号，提示用户压縮机已 经达到满载的状态，也防止了压縮机因为在过高频率下运行，导致电机电流过 高引起非正常停机；当检测的中间压力低于设定压力时，输出的频率减小，则 压缩机转速降低，当达到输出频率最小值时停止减小频率，并在此时输出"压 縮机最低频率运行"信号。
全文摘要
本发明是一种复叠式压缩机组的自动控制装置及其控制方法，高温螺杆压缩机利用变频器实现制冷量调节，低温螺杆压缩机利用滑阀调节结构实现制冷量调节，两种能量调节方式的和谐配合完成了整个制冷压缩机组的制冷量调节，使整个制冷压缩机组能够应用于多种工况条件下，且能量调节更加节约能源、降低运行成本。
文档编号F04C28/02GK101251110SQ20081001375
公开日2008年8月27日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者于志强, 蔡宗莲, 赵广涛 申请人:烟台冰轮股份有限公司