跨临界CO2制冷系统电子膨胀阀开度控制软件

本发明涉及跨临界co2制冷系统控制领域，尤其是一种跨临界co2制冷系统电子膨胀阀控制软件。

背景技术：

1、随着电子信息技术的空前发展，先进的自动化控制系统在不断地更新换代，其被广泛应用于各种工业生产中。可编程控制器(plc)便是其中的一种现代化控制系统。目前，在我国的很多行业中，都会用到plc作为控制器来实现设备的可编程控制。在这样的背景下，采用plc为制冷设备提供强有力的现代化控制技术支持，可以在一定程度上提高制冷系统的运行效率及制冷效能。

2、labview是一种程序开发环境，由美国国家仪器（ni）公司研制开发，类似于c和basic开发环境，其主要用于开发测试、测量与控制系统。它是专门为工程师和科学家而设计的直观图形化编程语言——用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序觉得程序的执行顺序，而labview则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。labview可以用来创建通用的应用程序，它是一种通用的编态方式显示数据及其子程序的结果、单步执行等，便于程序的调试．labview提供很多外观与传统仪器类似的控件，可用来方便快速的创建用户交互界面．采用labview编写程序比一般文本语言编写程序的效率高3~5倍。labview还提供了友好的人机交互界面，相比于wincc等组态软件，其优势更多。经过多年的发展，labview在测试测量领域获得了广泛的认可。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的labview驱动程序，使用labview可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时，labview具有强大的数据分析和处理能力，不仅界面友好、操作简便，而且准确度高，能有效提高用户数据处理的效率。

3、在制冷系统中,过热度的大小不仅影响着蒸发器的换热效率,也影响着系统运行的安全性。同时过热度作为反映节流装置控制能力的最重要性能参数之一，过热度越小，节能效果越好;因此只有对过热度进行优化和适当控制，才能使系统更加稳定、可靠和节能。跨临界二氧化碳制冷系统也有同样的特点，再加上二氧化碳制冷剂的特殊性，如果能通过智能控制方法来调控系统的各阀门和器件（如电子膨胀阀、压力调节阀等），得出哪一种控制为最优控制，那么系统在实验效率和安全性、可靠性、精确性等各方面都将会得到进一步的保障。

4、相较于热力膨胀阀，电子膨胀阀具有高度自动化的特点，其在制冷系统中应用时，能自动调节制冷剂流量，确保系统能够始终维持在最佳运行状况。在控制领域中，pid控制及模糊控制是极其重要的控制技术，应用范围非常广，而且应用项目已经成熟。因此在原有的系统下，虽然电子膨胀阀的开度有一定的滞后性，但通过对其进行pid控制或模糊控制，可有效消除滞后性，并增强整个系统的鲁棒性，提高系统的运行效率，进一步改善系统性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是通过具有友好人机交互界面的labview开发环境来进行上位机程序的编写，并配合下位机plc实现跨临界co2制冷系统电子膨胀阀的开度控制。

2、所述软件采用西门子公司出品的s7-1200系列plc进行硬件平台的搭建，用于向上位机传输采集来的数据，和向执行机构发送上位机控制指令的功能。

3、临界co2制冷系统电子膨胀阀开度控制软件分为三个模块：实时过热度计算、电子膨胀阀开度控制和实验数据导出与清除。

4、所述的实时过热度计算，用于实时计算蒸发器出口过热度；

5、当软件运行时，可通过过热度计算程序查询到蒸发器出口压力对应的饱和温度，并将其与蒸发器出口温度作差，进行实时过热度的计算与显示；

6、饱和温度的查询首先是通过excle调用refprop，然后再通过labview读取和写入excle的数据程序来实现。

7、所述的电子膨胀阀开度控制界面显示了电子膨胀阀的运行状态包括控制曲线、蒸发器出口温度和蒸发器出口压力、饱和温度和实时过热度；

8、当软件运行时，系统自动启动数据采集程序并进行蒸发器出口压力、蒸发器出口温度、饱和温度和实时过热度的采集、计算与显示；

9、控制曲线直观显示了实时过热度、过热度设定值以及电子膨胀阀的开度变化情况，其可根据控制器的不同输出pid控制、模糊控制和模糊pid控制的控制曲线；

10、所述的电子膨胀阀开度控制界面显示了控制模式的选择与参数调节；

11、本控制系统有自动和手动两种控制模式，其中自动模式的控制器包括pid控制器、模糊控制器和模糊pid控制器三种，手动模式直接输入开度大小进行控制即可；

12、pid控制器根据控制规律的不同，分为pi控制和pid控制；

13、模糊控制器根据影响过热度因素的不同，分为fc1和fc2两种，其中fc1的输入为过热度偏差和电子膨胀阀开度，输出为电子膨胀开度，fc2的输入为过热度偏差、过热度偏差变化率和压缩机转速，输出为电子膨胀阀的开度增量；

14、当用户需要进行手动控制时，可先将控制开关拨到“手动”位，然后在“手动输入”处输入开度大小进行控制；

15、当用户需要进行自动控制时，可先将控制开关拨到“自动”位，然后选择控制器，并激活相应的控制器，即将控制器的激活开关拨到“t”位；

16、当用户需要关闭控制器时，可先将激活开关拨到“f”位，然后再关闭对应的控制器开关；

17、此系统的三种自动控制模式可供选择与切换，但在切换时，选择的控制器类型和激活开关需要对应；可通过pid控制、模糊控制和模糊pid控制选项卡进行控制参数的设定。

18、所述的实验数据导出与清除，用于保存和清除电子膨胀阀的开度控制实验数据；

19、当用户需要保存实验数据时，可以通过点击相应的数据采集开关，按钮变亮，则进行采集，同时数据会保存在对应的excle表格中；

20、当用户需要清除实验数据时，可以通过点击清除历史图形开关，按钮变亮，则可对控制曲线的历史图形进行清除，方便进行下一次实验。

21、跨临界co2制冷系统电子膨胀阀开度控制软件，基于程序开发环境labview，具有简单明了、功能丰富的人机交互界面；本发明采用传统的pid控制、模糊控制和模糊pid控制，利用各控制器的优点对电子膨胀阀的开度进行控制；三种自动控制方法也可供选择和切换，同时该系统的实验数据也可实时导出，方便作进一步的实验分析。

技术特征：

1.跨临界co2制冷系统电子膨胀阀开度控制软件，其特征在于：跨临界co2制冷系统电子膨胀阀开度控制软件使用labview程序开发环境进行编程，并采用下位机s7-1200系列的plc进行硬件平台的搭建，以实现跨临界co2制冷系统电子膨胀阀的开度控制，所述软件包括三个模块：实时过热度计算、电子膨胀阀开度控制和实验数据导出与清除。

2.根据权利要求1所述的跨临界co2制冷系统电子膨胀阀开度控制软件，其特征还于：

3.根据权利要求1所述的跨临界co2制冷系统电子膨胀阀开度控制软件，其特征还于：

4.根据权利要求1所述的跨临界co2制冷系统电子膨胀阀开度控制软件，其特征还于：

5.根据权利要求1所述的跨临界co2制冷系统电子膨胀阀开度控制软件，其特征还在于：

技术总结
跨临界CO<subgt;2</subgt;制冷系统电子膨胀阀开度控制软件，其特征在于：跨临界CO<subgt;2</subgt;制冷系统电子膨胀阀开度控制软件使用LabVIEW程序开发环境进行编程，并采用下位机S7‑1200系列的PLC进行硬件平台的搭建，以实现跨临界CO<subgt;2</subgt;制冷系统电子膨胀阀的开度控制，所述软件包括三个模块：实时过热度计算、电子膨胀阀开度控制和实验数据导出与清除。本发明采用传统的PID控制、模糊控制和模糊PID控制，利用各控制器的优点对电子膨胀阀的开度进行控制；三种自动控制方法也可供选择和切换，同时该系统的实验数据也可实时导出，方便作进一步的实验分析。

技术研发人员：谢晶,刘任,王金锋
受保护的技术使用者：上海海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13