CN101865579B - 一种多温区制冷系统pd节能控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多温区制冷系统PD节能控制方法，包括步骤：a选用一种多温区制冷系统，包括压缩机、冷凝器、对应两个以上不同温区的蒸发器、步进阀以及运行控制部分，由步进阀在不同温区的蒸发器之间进行切换调整制冷剂的流向；在运行控制部分设置PD单片机，利用PD单片机在每次压缩机停机前，计算出各温区保持的停机时间，若变温区停机时间短于基准停机时间，则根据温度降低特性计算出保持到基准停机时间需补偿的拉温时间，并将步进阀切换到变温区运行满需要补偿的拉温时间后关闭压缩机。本发明其利用PID控制思想，实现基于比例微分的精准温度控制，能够提高多温区制冷系统的温控精度，有利于降低能耗。

Description

一种多温区制冷系统PD节能控制方法
技术领域
本发明属于白色家电制造技术与PD单片机控制技术整合领域，具体地说是涉及一种多温区制冷系统如冰箱或空调系统的节能控制方法。
背景技术
随着人类文明的发展，人们对生活需求不断提高，同时对能源节约也提出了更高的要求。目前国内市场多温区制冷控制系统大多是定频控制系统，一般采用单纯的温度点控制方法进行温度控制，即此温区温度升高到开机点温度时压缩机开机，降低到关机点温度时压缩机关机，正是依靠压缩机制冷系统周而复始的开停机，实现该温区温度的基本稳定。申请人在生产实践中发现采用此种传统控制技术的制冷系统往往存在开停机频繁、温度控制范围波动大、能耗高等问题。上述传统制冷系统控制技术一般采用开停机温度滞回比较的方法进行温度控制，即温度高于开机点则开机，低于关机点则关机。在多温区制冷系统中由于各温区具有不同的热交换特性，各区的温度变化特性不同，譬如若出现某个区刚刚到关机点而另有个别温区将达开机点但还未到开机点时，这时需要如何进行控制呢？若出现上述情况，一般在压缩机停机前判断：是否有温区将要达到开机点温度？然后步进阀切换到此区进行补偿拉温，直到拉温到此区的关机点为止，这样补偿拉温时间一般较长，易导致平均温度过低，也不能根本解决开停机频次高的问题；上述补偿控制方法只是简单依靠温度点控制，很难取得良好的效果。
发明内容
本发明在于解决现有技术中多温区制冷系统控制方法所存在的上述技术问题，提供一种多温区制冷系统PD节能控制方法；其利用PID控制思想，实现基于比例微分的精准温度控制，能够提高多温区制冷系统的温控精度，有利于降低能耗。
其技术解决方案是：
一种多温区制冷系统PD节能控制方法，包括步骤：
a选用一种多温区制冷系统，多温区制冷系统包括压缩机、冷凝器、对应两个以上不同温区的蒸发器、步进阀以及运行控制部分，由步进阀在不同温区的蒸发器之间进行切换调整制冷剂的流向；
b在上述运行控制部分设置PD单片机，利用PD单片机在每次压缩机停机前，通过各温区温升特性近似计算出各温区保持的停机时间，若变温区停机时间短于基准停机时间，则根据温度降低特性计算出保持到基准停机时间需补偿的拉温时间，并将步进阀切换到变温区的蒸发器，该变温区的蒸发器运行满需要补偿的拉温时间后关闭压缩机。
上述步骤b中，在压缩机运行初期制冷系统未达到平衡状态时，PD单片机暂不进行上述运算，当制冷系统基本达到平衡状态后，PD单片机开始进行上述运算。
上述步骤b中，PD单片机运算方式为：假设某个温区制冷拉温几个周期稳定后，从压缩机开始制冷时的开机点温度一直拉温到关机点温度，在开机点温度PD单片机中的AD转换模块采样值为AD1，时刻单位为T1，关机点温度的AD转换模块采样值为AD2，时刻单位为T2，一是计算出该温区拉温时的温度降低速率VD，VD＝ΔAD/ΔT＝(AD1-AD2)/(T2-T1)，按照同样的方式分别计算出各温区的温度降低速率；二是同时计算出该温区升温时的温度升高速率VU，VU＝ΔAD/ΔT＝(AD1-AD2)/(T2-T1)，按照同样的方式分别计算出各温区的温度升高速率；在压缩机停机前分别计算出各温区温度升高到开机点所需的停机时间，在各温区所需停机时间中并选取一中间时长作为基准时间，再按照温度降低速率确定需补偿的拉温时间。
上述步骤b中，各温区的温度升高速率或温度降低速率根据制冷系统的开停机时间实时进行更新，为下个周期计算补偿时间提供依据。
本发明具有以下有益技术效果：
本发明利用PID控制思想，实现基于比例微分的精准温度控制，能够提高多温区制冷系统的温控精度，具有智能化程度高、成本低、能耗低，以及对制冷系统的适应性强，还能够延长制冷系统的使用寿命等诸多特点。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明进行说明：
图为本发明应用于三温区冰箱制冷系统的一种结构原理示意图。
具体实施方式
一种多温区制冷系统PD节能控制方法，选用一种多温区制冷系统，多温区制冷系统包括压缩机、冷凝器、对应两个以上不同温区的蒸发器、步进阀以及制冷系统运行控制部分，由步进阀在不同温区的蒸发器之间进行切换调整制冷剂的流向；在上述运行控制部分设置PD单片机，利用PD单片机在每次压缩机停机前，通过各温区温升特性近似计算出各温区保持的停机时间，若变温区停机时间短于基准停机时间，则根据温度降低特性计算出保持到基准停机时间需补偿的拉温时间，并将步进阀切换到变温区的蒸发器，该变温区的蒸发器运行满需要补偿的拉温时间后关闭压缩机。上述PD单片机运算较为具体的方式为：假设某个温区制冷拉温几个周期稳定后，从压缩机开始制冷时的开机点温度一直拉温到关机点温度，在开机点温度PD单片机中的AD转换模块采样值为AD1，时刻单位为T1，关机点温度的AD转换模块采样值为AD2，时刻单位为T2，一是计算出该温区拉温时的温度降低速率VD，VD＝ΔAD/ΔT＝(AD1-AD2)/(T2-T1)，按照同样的方式分别计算出各温区的温度降低速率；二是同时计算出该温区升温时的温度升高速率VU，VU＝ΔAD/ΔT＝(AD1-AD2)/(T2-T1)，按照同样的方式分别计算出各温区的温度升高速率；在压缩机停机前分别计算出各温区温度升高到开机点所需的停机时间，在各温区所需停机时间中并选取一中间时长作为基准停机时间，再按照温度降低速率确定需补偿的拉温时间。
在压缩机运行初期制冷系统未达到平衡状态时，PD单片机暂不进行上述运算，当制冷系统基本达到平衡状态后，PD单片机开始进行上述运算。
上述各温区的温度升高速率或温度降低速率根据制冷系统的开停机时间实时进行更新，为下个周期计算补偿时间提供依据。
结合附图，下面以本发明提供或使用于一种三温区冰箱制冷系统为例，对其作更进一步的说明：
上述制冷系统包括对应第一温区的冷藏蒸发器1、对应第二温区的变温蒸发器2、对应第三温区的冷冻蒸发器3、压缩机4、步进阀5以及冷凝器6；由步进阀在上述三个不同温区的蒸发器之间进行切换调整制冷剂的流向。
制冷系统运行控制部分的PD单片机7可选用目前普遍采用的8位单片机(芯片)，根据8位芯片的运算处理能力和冰箱各温区温度变化情况，在保证运算处理精度的前提下将15秒作为计算温度变化速率的最小时间单位，即t＝15秒，255t＝3825秒，AD转换模块采用10位采样方式，分辨率可达1/1024。假设某个温区制冷拉温几个周期稳定后，从压缩机开始制冷时的开机点温度(AD值为AD1，时刻单位T1)，一直拉温到关机点温度(AD值为AD2，时刻单位为T2)，这样可以计算出此温区拉温的温度降低速率VD＝ΔAD/ΔT＝(AD1-AD2)/(T2-T1)，VD代表此温区拉温时的温度降低速率。按照上述方法分别计算出第一、第二、第三温区的温度降低速率。同时计算出上述某个温区升温时的温度升高速率VU＝ΔAD/ΔT＝(AD1-AD2)/(T2-T1)，VU代表某温区温度升高速率，AD2代表关机点AD值，T2代表关机点时刻，AD1代表开机点AD值，T1代表开机点时刻。按照上述方法分别计算出第一、第二、第三温区的温度升高速率。在压缩机停机前由各温区的温度升高可分别计算出各温区温度升高到开机点所需的停机时间即第一温区、第二温区与第三温区的停机时间分别为t1、t2、t3，若t1＜t2＜t3，则取中间时长t2作为基准停机时间，再按照温度降低速率确定需要补偿的拉温时间，并将步进阀切换到需要补偿拉温温区的蒸发器，该温区的蒸发器运行满需要补偿的拉温时间后关闭压缩机。需要补偿的拉温时长可根据时间相等列出公式：t1+VD/VU*tb＝t2-tb(tb代表补偿拉温时间)，由此可计算得到需要补偿的拉温时间tb＝VU/(VD+VU)*(t2-t1)。为保证时间计算的准确性，在冰箱各温区制冷拉温5个开停基本平衡后开始计算，然后连续的6个开停后软件滤波后取平均值得到基本反映实际情况的VD和VU值。
上述冰箱刚上电时压缩机开始制冷，在压缩机的前5个开停周期，由于制冷系统未达到平衡状态，制冷系统暂不补偿。当制冷系统基本达到平衡后，采样软件滤波计算各温区的VU和VD值，然后计算出某个温区需要补偿的拉温时间，并在该时长内进行补偿拉温。VU和VD值根据开停机时间实时进行更新，为下个周期计算补偿时间提供依据。如此周而复始地达到冰箱制冷系统稳定控温的目的。
本发明还适用于设置有两个、四个或五个以上不同温区的制冷控制系统。
本发明也同样适用于“一拖多”空调制冷系统。
还需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员对本发明所作出的任何等同替代方式或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多温区制冷系统PD节能控制方法，特征在于其包括步骤：
a选用一种多温区制冷系统，多温区制冷系统包括压缩机、冷凝器、对应两个以上不同温区的蒸发器、步进阀以及运行控制部分，由步进阀在不同温区的蒸发器之间进行切换调整制冷剂的流向；
b在上述运行控制部分设置PD单片机，利用PD单片机在每次压缩机停机前，通过各温区温升特性近似计算出各温区保持的停机时间，若变温区停机时间短于基准停机时间，则根据温度降低特性计算出保持到基准停机时间需补偿的拉温时间，并将步进阀切换到变温区的蒸发器，该变温区的蒸发器运行满需要补偿的拉温时间后关闭压缩机。
2.根据权利要求1所述的多温区制冷系统PD节能控制方法，其特征在于：所述步骤b中，在压缩机运行初期制冷系统未达到平衡状态时，PD单片机暂不进行上述计算，当制冷系统基本达到平衡状态后，PD单片机开始进行上述计算。
3.根据权利要求1所述的多温区制冷系统PD节能控制方法，其特征在于：所述步骤b中，PD单片机运算方式为：假设某个温区制冷拉温几个周期稳定后，从压缩机开始制冷时的开机点温度一直拉温到关机点温度，在开机点温度PD单片机中的AD转换模块采样值为AD1，时刻单位为T1，关机点温度的AD转换模块采样值为AD2，时刻单位为T2，一是计算出该温区拉温时的温度降低速率VD，VD＝ΔAD/ΔT＝(AD1-AD2)/(T2-T1)，按照同样的方式分别计算出各温区的温度降低速率；二是同时计算出该温区升温时的温度升高速率VU，VU＝ΔAD/ΔT＝(AD1-AD2)/(T2-T1)，按照同样的方式分别计算出各温区的温度升高速率；在压缩机停机前分别计算出各温区温度升高到开机点所需的停机时间，在各温区所需停机时间中选取一中间时长作为基准时间，再按照温度降低速率确定需补偿的拉温时间。
4.根据权利要求3所述的多温区制冷系统PD节能控制方法，其特征在于：上述步骤b中，各温区的温度升高速率或温度降低速率根据制冷系统的开停机时间实时进行更新，为下个周期计算补偿时间提供依据。
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