專利名稱：一種復(fù)疊式壓縮機(jī)組的自動控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓縮機(jī)組的自動控制裝置及其控制方法，尤其 涉及的是一種復(fù)疊式半封螺桿壓縮機(jī)組的自動控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
螺桿壓縮機(jī)組廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、軍工、科研試驗 等方面，是制冷系統(tǒng)中的必要設(shè)備。傳統(tǒng)的螺桿壓縮機(jī)組通常采用固定轉(zhuǎn)速的 交流電動機(jī)，在系統(tǒng)需求制冷量發(fā)生改變時，并不能夠通過變速進(jìn)行調(diào)節(jié)，一 般是通過壓縮機(jī)體內(nèi)的滑閥位置的改變來實(shí)現(xiàn)制冷量調(diào)節(jié)。這種能量調(diào)節(jié)方式 多用于單機(jī)頭的螺桿壓縮機(jī)中。但是，當(dāng)用戶需要的制冷量比較小時，壓縮機(jī) 在低載位狀態(tài)下運(yùn)行，如果采用單純的滑閥能量調(diào)節(jié)，壓縮機(jī)的制冷效率比較 低，浪費(fèi)能源。此外，在設(shè)計壓縮機(jī)的裝機(jī)容量時，考慮到運(yùn)行工況的多樣性， 一般按用戶需要的最大制冷量來決定電動機(jī)的容量，選用較大的電機(jī)，既增加了 電機(jī)成本，也增大了整個機(jī)組的整體尺寸，也不能在壓縮機(jī)運(yùn)行工況變化較大 時使電機(jī)的耗能有效下降。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述傳統(tǒng)復(fù)疊式壓縮機(jī) 組的自動控制裝置及其控制方法和控制方法的不足，而提供一種復(fù)疊式壓縮機(jī) 組的自動控制裝置及其控制方法。通過變頻器改變高溫螺桿壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速， 完成制冷量的連續(xù)調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)約能源的目的。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種復(fù)疊式壓縮機(jī)組的自動控制裝置，其特征在于包括變頻器、觸摸屏 和控制器；還包括分別安裝在高溫螺桿壓縮機(jī)和低溫螺桿壓縮機(jī)上的溫度傳感 器、壓力傳感器，在低溫螺桿壓縮機(jī)上安裝有上卸載電磁閥；高溫螺桿壓縮機(jī)的變頻電機(jī)與變頻器的輸出接線柱連接，低溫螺桿壓縮機(jī) 的電機(jī)與星三角啟動器接線柱連接，壓力傳感器輸出信號與控制器的模擬量模 塊連接；變頻器和控制器通過屏蔽電纜連接，控制器與觸摸屏之間通過專用通 訊電纜連接?？刂破鞲鶕?jù)安裝在高溫螺桿壓縮機(jī)的壓力傳感器的反饋信號，與用戶的設(shè)定壓力值進(jìn)行比較，進(jìn)行PID比例微分積分運(yùn)算后，將輸出模擬信號給變頻器，調(diào)節(jié)高溫螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，形成一閉環(huán)反饋系統(tǒng)，自動依實(shí)際需要調(diào)節(jié)壓縮機(jī)制冷量，并保持壓力的恒定，以達(dá)到節(jié)能的目的；控制器根據(jù)安裝在低溫螺桿壓縮機(jī)上的壓力傳感器的反饋信號，與用戶的 設(shè)定壓力值進(jìn)行比較，進(jìn)行PID比例微分積分運(yùn)算后，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)內(nèi)滑閥的位 置，實(shí)現(xiàn)低溫螺桿壓縮機(jī)的制冷量調(diào)節(jié)。PID運(yùn)算功能是控制器編程語言的基本成分，通過控制器內(nèi)編程軟件實(shí)現(xiàn)。 高溫螺桿壓縮機(jī)啟動完成后，進(jìn)入PID能量調(diào)節(jié)；控制器程序?qū)ID調(diào)節(jié) 的參數(shù)進(jìn)行定義，包括運(yùn)算時間、掃描周期、輸出最小頻率、輸出最大頻率、 頻率輸出范圍；當(dāng)檢測的高溫螺桿壓縮機(jī)上的中間壓力高于設(shè)定壓力時，控制 器輸出的頻率信號增加，則壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速提高，當(dāng)達(dá)到輸出頻率最大值時停止增 大頻率，并在此時輸出"壓縮機(jī)最高頻率運(yùn)行"信號，提示用戶壓縮機(jī)已經(jīng)達(dá) 到滿載的狀態(tài)，也防止了壓縮機(jī)因為在過高頻率下運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)電流過高引 起非正常停機(jī)；當(dāng)檢測的中間壓力低于設(shè)定壓力時，輸出的頻率減小，則壓縮 機(jī)轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)達(dá)到輸出頻率最小值時停止減小頻率，并在此時輸出"壓縮機(jī) 最低頻率運(yùn)行"信號。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有如下積極效果集成了變頻器、觸摸屏和控 制器，通過軟件控制、硬線連接、模擬信號通訊等方式完成高溫螺桿壓縮機(jī)和 低溫螺桿壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)、運(yùn)行監(jiān)控、報警顯示等功能。(1) 、節(jié)約能源。變頻器控制的螺桿壓縮機(jī)與傳統(tǒng)控制的壓縮機(jī)比較，節(jié)約 能源是最突出的特點(diǎn)之一，根據(jù)用戶對制冷量的需求來調(diào)整壓縮機(jī)的運(yùn)行工況 是最節(jié)能的運(yùn)行方式。(2) 、降低對電網(wǎng)沖擊。傳統(tǒng)的螺桿壓縮機(jī)即使采用星三角降壓起動，其起動電流也能達(dá)到額定電流的2-3倍，對用戶電網(wǎng)系統(tǒng)造成沖擊。使用變頻器起動壓縮機(jī)后，通過改變輸出電源的頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整，啟動過程比較 平緩，減少電機(jī)啟動瞬間的大電流對電網(wǎng)和其他電器設(shè)備的沖擊。(3) 、提高控制精度。為減少諧波和EMC干擾影響，變頻器配有原裝減少 諧波的直流電抗器和減少EMC干擾的濾波器。變頻器開環(huán)調(diào)速范圍l: 100，閉 環(huán)為1: 1000，變頻器開環(huán)調(diào)速精度±10%額定電機(jī)滑差，閉環(huán)精度±0.01%內(nèi)。 變頻器的頻率輸出采用PID調(diào)節(jié)，可根據(jù)壓力傳感器的信號準(zhǔn)確計算出壓縮機(jī) 電機(jī)的運(yùn)行頻率，從而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的制冷量，滿足用戶對不同制冷量的需求。


圖1為本發(fā)明的控制電路圖。 圖2為本發(fā)明的控制流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明提供一種復(fù)疊式壓縮機(jī)組的自動控制裝置及其控制方 法，包括變頻器l、觸摸屏2和控制器3。還包括分別安裝在高溫螺桿壓縮機(jī)和 低溫螺桿壓縮機(jī)上的溫度傳感器4、壓力傳感器5，在低溫螺桿壓縮機(jī)上安裝有 上卸載電磁閥6。高溫螺桿壓縮機(jī)的變頻電機(jī)與變頻器1的輸出接線柱連接，低溫螺桿壓縮機(jī)的 電機(jī)與星三角啟動器接線柱連接，壓力傳感器5輸出信號與控制器3的模擬量 模塊連接。變頻器1和控制器3通過屏蔽電纜連接，控制器3與觸摸屏2之間 通過專用通訊電纜連接。其中，溫度傳感器4主要用于采集、輸出排氣溫度傳感器的信號，壓力傳感器主要主要用于采集、輸出排氣壓力傳感器信號、中間壓力傳感器信號和吸 氣壓力傳感器信號。此外，控制器3還采集了壓縮機(jī)電機(jī)的電流，用于檢測壓 縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明的高溫螺桿壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)控制是通過變頻器1、觸摸屏2和控制器3的配合完成的?？刂破?根據(jù)高溫螺桿壓縮機(jī)上的壓力傳感器的反饋信號， 與設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，進(jìn)行PID (比例-微分-積分)運(yùn)算。得出壓縮機(jī)需要 的運(yùn)行頻率信號。再通過控制器3上的模擬量輸出模塊轉(zhuǎn)化模擬信號給變頻器1。 變頻器1調(diào)節(jié)高溫螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，形成一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)，可以 自動根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)壓縮機(jī)制冷量，并保持壓力的恒定。低溫螺桿壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)是通過其內(nèi)部安裝的滑閥調(diào)節(jié)裝置完成的?？?制器3根據(jù)低溫螺桿壓縮機(jī)上的壓力傳感器的反饋信號，與設(shè)定的壓力值進(jìn)行 比較，進(jìn)行PID (比例-微分-積分)運(yùn)算后，對壓縮機(jī)的上卸載電磁閥6進(jìn)行開 停操作。從而改變壓縮機(jī)內(nèi)部滑閥的位置，達(dá)到調(diào)節(jié)壓縮機(jī)制冷量的目的，并保 持壓力的恒定。本發(fā)明中PID運(yùn)算功能是通過控制器的軟件編程實(shí)現(xiàn)的，在下列基礎(chǔ)上推 算出變頻器的控制信號a) 由控制器3輸入模塊采樣的測量值。b) 由觸摸屏給出的設(shè)定值。c) 各種PID控制器的參數(shù)值。各項參數(shù)的基本用途如下 PV:測量值，即壓力傳感器的測量值。OUT: PID模擬輸出，即給出的變頻器的頻率模擬信號 SP:內(nèi)部設(shè)定點(diǎn)。當(dāng)PV〉SP，需提高0UT;當(dāng)PV〈SP，需降低0UT。如圖2所示，本發(fā)明的控制流程圖中，包括了變頻壓縮機(jī)的啟動過程和PID 能量調(diào)節(jié)過程。用戶首先要在發(fā)出開機(jī)指令之前，在觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)中，確認(rèn) 壓縮機(jī)開機(jī)之前的各項參數(shù)顯示均正常，且無任何異常顯示，方可發(fā)出開機(jī)指 令。控制器得到開機(jī)指令后，首先要確認(rèn)關(guān)于壓縮機(jī)的各項報警是否消除，例 如油溫過高、電源故障等等。其次，為了保證壓縮機(jī)電機(jī)的正常使用，防止其 頻繁啟動，要在"重新啟動延時"時間到了之后，壓縮機(jī)才能進(jìn)入啟動過程。 高溫螺桿壓縮機(jī)首先通過變頻器啟動，然后低溫螺桿壓縮機(jī)才能啟動。其相關(guān) 的啟動參數(shù)，可以通過變頻器上的人機(jī)操作界面進(jìn)行設(shè)定，比如啟動電流、高 速提升、負(fù)荷分配、輸出接觸器控制等。啟動時間大致在10秒左右。高溫螺桿壓縮機(jī)啟動完成后，進(jìn)入PID能量調(diào)節(jié)?？刂破鞒绦?qū)ID調(diào)節(jié) 的參數(shù)進(jìn)行定義，包括運(yùn)算時間、掃描周期、輸出最小頻率、輸出最大頻率、 頻率輸出范圍等。當(dāng)檢測的高溫螺桿壓縮機(jī)上的中間壓力高于設(shè)定壓力時，控 制器輸出的頻率信號增加，則壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速提高，當(dāng)達(dá)到輸出頻率最大值時停止 增大頻率，并在此時輸出"壓縮機(jī)最高頻率運(yùn)行"信號，提示用戶壓縮機(jī)已經(jīng) 達(dá)到滿載的狀態(tài)，也防止了壓縮機(jī)因為在過高頻率下運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)電流過高 引起非正常停機(jī)。當(dāng)檢測的中間壓力低于設(shè)定壓力時，輸出的頻率減小，則壓 縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)達(dá)到輸出頻率最小值時停止減小頻率，并在此時輸出"壓縮 機(jī)最低頻率運(yùn)行"信號。因為在低頻狀態(tài)下，壓縮機(jī)的C0P降低，達(dá)不到變頻 調(diào)節(jié)的節(jié)能效果，用戶可根據(jù)制冷量需求考慮是否關(guān)閉壓縮機(jī)。
權(quán)利要求
1、一種復(fù)疊式壓縮機(jī)組的自動控制裝置，其特征在于包括變頻器(1)、觸摸屏(2)和控制器(3)；還包括分別安裝在高溫螺桿壓縮機(jī)和低溫螺桿壓縮機(jī)上的溫度傳感器(4)、壓力傳感器(5)，在低溫螺桿壓縮機(jī)上安裝有上卸載電磁閥(6)；高溫螺桿壓縮機(jī)的變頻電機(jī)與變頻器(1)的輸出接線柱連接，低溫螺桿壓縮機(jī)的電機(jī)與星三角啟動器接線柱連接，壓力傳感器(5)輸出信號與控制器(3)的模擬量模塊連接；變頻器(1)和控制器(3)通過屏蔽電纜連接，控制器(3)與觸摸屏(2)之間通過專用通訊電纜連接。
2、 如權(quán)利要求l所述的復(fù)疊式壓縮機(jī)組的自動控制裝置的控制方法，其特 征在于控制器(3)根據(jù)安裝在高溫螺桿壓縮機(jī)的壓力傳感器的反饋信號，與 用戶的設(shè)定壓力值進(jìn)行比較，進(jìn)行PID比例微分積分運(yùn)算后，將輸出模擬信號 給變頻器(1)，調(diào)節(jié)高溫螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，形成一閉環(huán)反饋系統(tǒng)， 自動依實(shí)際需要調(diào)節(jié)壓縮機(jī)制冷量,并保持壓力的恒定，以達(dá)到節(jié)能的目的；控制器(3)根據(jù)安裝在低溫螺桿壓縮機(jī)上的壓力傳感器的反饋信號，與用 戶的設(shè)定壓力值進(jìn)行比較，進(jìn)行PID比例微分積分運(yùn)算后，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)內(nèi)滑閥 的位置，實(shí)現(xiàn)低溫螺桿壓縮機(jī)的制冷量調(diào)節(jié)。
3、 如權(quán)利要求2所述的復(fù)疊式壓縮機(jī)組的自動控制裝置的控制方法，其特 征在于PID運(yùn)算功能是控制器編程語言的基本成分，通過控制器內(nèi)編程軟件實(shí) 現(xiàn)。
4、 如權(quán)利要求3'所述的復(fù)疊式壓縮機(jī)組的自動控制裝置的控制方法，其特 征在于高溫螺桿壓縮機(jī)啟動完成后，迸入PID能量調(diào)節(jié)；控制器程序?qū)ID調(diào)節(jié)的參數(shù)進(jìn)行定義，包括運(yùn)算時間、掃描周期、輸出最小頻率、輸出最大頻率、頻率輸出范圍；當(dāng)檢測的高溫螺桿壓縮機(jī)上的中間壓力高于設(shè)定壓力時，控制器輸出的頻率信號增加，則壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速提高，當(dāng)達(dá)到輸出頻率最大值時停止增大頻率，并在此時輸出"壓縮機(jī)最高頻率運(yùn)行"信號，提示用戶壓縮機(jī)已 經(jīng)達(dá)到滿載的狀態(tài)，也防止了壓縮機(jī)因為在過高頻率下運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)電流過 高引起非正常停機(jī)；當(dāng)檢測的中間壓力低于設(shè)定壓力時，輸出的頻率減小，則 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)達(dá)到輸出頻率最小值時停止減小頻率，并在此時輸出"壓 縮機(jī)最低頻率運(yùn)行"信號。
全文摘要
本發(fā)明是一種復(fù)疊式壓縮機(jī)組的自動控制裝置及其控制方法，高溫螺桿壓縮機(jī)利用變頻器實(shí)現(xiàn)制冷量調(diào)節(jié)，低溫螺桿壓縮機(jī)利用滑閥調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)制冷量調(diào)節(jié)，兩種能量調(diào)節(jié)方式的和諧配合完成了整個制冷壓縮機(jī)組的制冷量調(diào)節(jié)，使整個制冷壓縮機(jī)組能夠應(yīng)用于多種工況條件下，且能量調(diào)節(jié)更加節(jié)約能源、降低運(yùn)行成本。
文檔編號F04C28/02GK101251110SQ20081001375
公開日2008年8月27日 申請日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者于志強(qiáng), 蔡宗蓮, 趙廣濤 申請人:煙臺冰輪股份有限公司