CN100454186C - 恒温恒湿库变容量自动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于恒温库控制领域，尤其是涉及恒温恒湿库变容量自动控制系统。为提供一种能达到节能和优化控制的恒温恒湿库变容量自动控制系统。本发明采用的技术方案是：恒温恒湿库变容量自动控制系统，由负责采集机组的运行参数并传递给控制器的数据采集装置，负责对运行参数进行模数转换，根据控制策略进行算术、逻辑运算得到运算结果，将运算结果进行数模转换输出到执行器的控制器，决定进行何种算术、逻辑运算的控制策略，和负责根据运算结果进行相应动作的执行器组成。本发明主要用于设计恒温库。

Description

恒温恒湿库变容量自动控制系统
技术领域
本发明属于恒温库控制领域，尤其是涉及恒温恒湿库变容量自动控制系统。
背景技术
有关统计表明：制冷系统动力消耗中压缩机占60％，冷风机占25％。制冷装置设计工况是冷耗最大的最不利工作条件。然而在大多数情况下系统是在部分负荷下运行，节能潜力较大。同时，传统双位继电器控制系统控制精度低。保鲜库作为终端用户，既要求有良好的(恒温恒湿度)储存环境以保持果品新鲜又要求尽可能的节约能源。目前关于恒温恒湿库的控制主要是关于压缩机的变容量控制，相关报导没有涉及送风机的联合变容量控制。然而，在低温时，内置风机的发热量是制冷装置的主要负荷。物品储藏过程的动态分析认为，变风量控制不仅可以提高储藏品质，且有较大的节能潜力。在控制策略的选择上，PLC是一种工业用计算机，通过用户编辑程序实现各种控制目的。具有可靠性高、编程简单、易于维护的优点，已广泛应用于工业控制中。
要实现恒温恒湿，即要满足制冷系统或加热装置的供冷、热量与恒温恒湿库冷热负荷相等。而库体冷热负荷受环境温度变化、库内置电机发热量、库内货品储存量及呼吸热、人员进出开门次数及时间等因素的影响波动范围较大。而制冷系统本身是一个复杂综合的能量系统，存在非线性、时变、纯滞后和强耦合等因素。难以建立精确的数学模型，使得经典控制理论或者现代控制理论缺乏最根本的基础，难以实现有效的控制。
传统PID有调节精度高和很好的静态特性。但需要知道控制对象数学模型，而且适应性较差。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能达到节能和优化控制的恒温恒湿库变容量自动控制系统。本发明采用的技术方案是：恒温恒湿库变容量自动控制系统，由负责采集机组的运行参数并传递给控制器的数据采集装置，负责对运行参数进行模数转换，根据控制策略进行算术、逻辑运算得到运算结果，将运算结果进行数模转换输出到执行器的控制器，决定进行何种算术、逻辑运算的控制策略，和负责根据运算结果进行相应动作的执行器组成；数据采集装置为温度传感器、压力传感器和速度传感器；控制器为PLC可编程控制器，分为以压缩机变频器为执行机构的第一闭环控制回路控制器，以步进电机为执行机构带动的电子膨胀阀开度控制的第二闭环控制系统控制器，以风机变频器为执行机构的开环控制系统二维模糊控制器，以可控硅为执行器的闭环控制系统控制器；与控制器相对应，控制策略分为双变频变容量控制系统、电子膨胀阀容量系统及可控硅调节系统，前述以可控硅为执行器的闭环控制系统控制器为模糊PID的复合控制模式控制器，PID为比例积分微分控制，其特征在于，所说的第一闭环控制回路和第二闭环控制系统间在传统PID控制的基础上设置有单神经元PID解耦控制。
所说的第一和第二闭环控制系统间在传统PID控制的基础上设置有单神经元PID解耦控制。
所说的风机的电机发热量作为系统主要扰动，以前馈控制的形式与第一闭环的反馈控制组成复合控制系统。
所说的压缩机的高低压力、曲轴箱油温，以常开触点的形式接入可编程控制器PLC开关量输入端子。
所说的恒温恒湿库变容量自动控制系统还设置有控制融霜开始时间的多维模糊控制器，采用开关量控制模式，控制执行机构为离心式加湿器，以检测翅片温度作为融霜结束的标志信号。
本发明具备以下效果：由于本发明采用了模糊PID的复合控制模式控制器，从而实现了恒温恒湿库的多目标控制，即系统具有优良的控制品质和显著的节能效果。此外，本发明还具有采用的调控系统结构简单、操作方便、控制精度高和运行安全可靠的特点。
附图说明
图1为本发明的整体结构图。
图中：1、压缩机  2、压缩机变频器  3、压缩机进口压力  4、压缩机出口压力，5、压缩机外壳温度  6、冷凝器  7、冷凝器进口风温度  8、冷凝器进口工作温度，9冷凝器出口工质温度  10、储液器  11、过滤干燥器  12、电磁阀，13、视液镜  14、电子膨胀阀  15、蒸发器  16、蒸发器翅片温度，17、蒸发器进口风温  18、蒸发器出口风温  19、蒸发器进口工质温度，20、蒸发器出口工质温度  21、气液分离器  22、#1送风机  23、#2送风机，24、送风机变频器。
图2为本发明的神经网络示意图。
图3为本发明的单神经元PID解耦控制示意图。
图4为本发明的以前馈控制的形式与第一闭环的反馈控制组成复合控制系统示意图。
图5为本发明的逻辑结构框图。
图6为本发明的库温、过热度设定示意图，其中，W11，W12，W21，W22为过程传递函数。
图3、图4和图6中的
Figure C20061001476700041
符号表示加法器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
本发明中采用压缩机、冷风机联合变容量控制。在控制策略的选择上，PLC是一种工业用计算机，通过用户编辑程序实现各种控制目的。具有可靠性高、编程简单、易于维护的优点，已广泛应用于工业控制中。本系统选用西门子S7-300中型PLC为控制器，对整个机组实现智能控制，达到了节能和优化控制的双重目的。系统控制主要包括：参数控制、安全控制、自动运行控制和融霜控制。
本发明以语言规则模型为基础的模糊控制理论与具有自学习和任意逼近非线性映射能力的神经网络理论相结合，配合以经典控制方法解决恒温恒湿系统中存在的系统控制参数强耦合和PID参数适应性较差的问题。
本发明主要由数据采集装置、控制器、执行器和控制策略组成，数据采集装置负责采集机组的运行参数，控制器负责对运行参数进行模数转换，根据控制策略进行算术、逻辑运算得到运算结果，将运算结果进行数模转换输出到执行器，执行器负责根据运算结果进行相应动作，控制策略是控制器的软件内容，决定进行何种算术、逻辑运算。本实施例中用温度传感器、压力传感器和速度传感器为数据采集装置，可编程控制器PLC为控制器，被步进电机拖动的电子膨胀阀、变频器(风机。压缩机)及可控硅为主要执行器，恒温库、库内食品、制冷机组为被控对象。控制策略由双变频变容量控制系统和电子膨胀阀容量及可控硅调节系统组成。
采用上述的调控系统对恒温恒湿库实时控制，其特征在于包括以下过程：
1：制冷工况
当设定值小于系统当前值时进入制冷工况。
制冷工况下控制主要包括：以室内温度为被控参数，压缩机变频器为执行机构的第一闭环控制回路；以蒸发器出口过热度为被控制参数，以步进电机为执行机构带动的电子膨胀阀开度控制的第二闭环控制系统；以室内货品储藏温度为被控参数，以风机变频器为执行机构的二维模糊控制器(以果品温度与室内温度偏差和果品温度变化梯度为控制器输入，以风机频率为控制器输出)的开环控制系统。
闭环系统的控制均采用先进PID控制，由于第一和第二闭环控制系统间存在强耦合关系，本发明提出了基于BRISTOL的相对增益理论的解耦控制，在传统PID控制的基础上加入单神经元PID解耦控制，大大提高系统的稳定性，减小了系统过渡过程的时间和最大偏差，提高了系统的控制品质。由于制冷系统存在时滞性，中心控制环节引入Smith预估补偿器。同时，由于送风机是属于内置式，其电机发热量等于其电机功率，是恒温恒湿库的主要热负荷之一，在低温工况下。其发热量对制冷系统影响较大。针对此，将风机电机发热量作为系统主要扰动，以前馈控制的形式与第一闭环的反馈控制组成复合控制系统。进一步提高系统的控制精度，同时有利于制冷系统平稳运行。
2：加热工况
当设定值大于当前值时，系统进入加热工况。
加热控制采用闭环控制，控制器选用模糊PID的复合控制模式。控制执行器为可控硅，
3：湿度控制
4：安全控制
主要是针对压缩机的，模型中采用检测压缩机的高低压力、曲轴箱油温，以常开触点的形式接入PLC开关量输入端子。同时，在程序中对压缩机的启停次数给予限制。同时，对库内温度、湿度异常报警。上位机中有报警处理报告。
5：融霜控制
融霜控制是在大量实验基础上，以蒸发器进出口风压降、蒸发器入口风的温度、湿度、风机电流为主要参数，采用多维模糊控制器控制融霜开始时间，以检测翅片温度作为融霜结束的标志信号。
湿度控制采用开关量控制模式，控制执行机构为离心式加湿器。

Claims (4)

1.一种恒温恒湿库变容量自动控制系统，由负责采集机组的运行参数并传递给控制器的数据采集装置，负责对运行参数进行模数转换，根据控制策略进行算术、逻辑运算得到运算结果，将运算结果进行数模转换输出到执行器的控制器，决定进行何种算术、逻辑运算的控制策略，和负责根据运算结果进行相应动作的执行器组成；数据采集装置为温度传感器、压力传感器和速度传感器；控制器为PLC可编程控制器，分为以压缩机变频器为执行机构的第一闭环控制回路控制器，以步进电机为执行机构带动的电子膨胀阀开度控制的第二闭环控制系统控制器，以风机变频器为执行机构的开环控制系统二维模糊控制器，以可控硅为执行器的闭环控制系统控制器；与控制器相对应，控制策略分为双变频变容量控制系统、电子膨胀阀容量系统及可控硅调节系统，前述以可控硅为执行器的闭环控制系统控制器为模糊PID的复合控制模式控制器，PID为比例积分微分控制，其特征在于，所说的第一闭环控制回路和第二闭环控制系统间在传统PID控制的基础上设置有单神经元PID解耦控制。
2.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿库变容量自动控制系统，其特征在于，所说的风机的电机发热量作为系统主要扰动，以前馈控制的形式与第一闭环的反馈控制组成复合控制系统。
3.根据权利要求1所说的一种恒温恒湿库变容量自动控制系统，其特征在于，所说的压缩机的高低压力、曲轴箱油温，以常开触点的形式接入可编程控制器PLC开关量输入端子。
4.根据权利要求1所说的一种恒温恒湿库变容量自动控制系统，其特征在于，所说的恒温恒湿库变容量自动控制系统还设置有控制融霜开始时间的多维模糊控制器，采用开关量控制模式，控制执行机构为离心式加湿器，以检测翅片温度作为融霜结束的标志信号。
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