CN102353122A - 一种模块式多联机控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模块式多联机控制方法及系统，控制方法是根据室内机组的总能力需求和主机的最佳负荷点确定辅机能力需求；按单台辅机压缩机的输出能力计算出系统需投入运行的辅机压缩机总数；将需投入运行的辅机压缩机总数平均分配到各辅机上，不能均分部分按先后次序在各辅机内逐一分配。本发明通过计算需要运行的压缩机台数，将室外机组能力输出基本均匀地分配到室外机组的主机及各辅机上，避免了主机及部分辅机压缩机长时间运行，提高整个机组的压缩机使用寿命，大大提高系统部分负荷能效比。

Description

一种模块式多联机控制方法及系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，更具体地说，是涉及一种模块式多联机控制方法及其系统。

背景技术

多联机空调系统上世纪90年代才进入中国市场，它能满足消费者对舒适性、方便性等方面的要求，与传统空调相比，它具有控制自由、高效节能、便于安装维护等优点，很快在中央空调市场占据了重要地位。与多台家用空调相比，它的室外机组共用，安装方便美观，并且投资少。可实现各室内机的集中管理，可单独启动一台室内机运行，也可多台室内机同时启动，使得控制更加灵活和节能。

目前主要商用空调厂家都有多联机产品，特别是模块组合式多联机，模块式多联机从变容量方案上分类，主要有三种方式：

一、室外机组的主机、辅机都为1台或多台变频压缩机。

二、室外机组主机和辅机都有一个变频压缩机，其余为一台或多台定频压缩机。

三、主机有一个变频压缩机，其余为一台或多台定频压缩机；辅机都为多台定频压缩机。

方式三的模块式多联机由于辅机压缩机都采用定频压缩机，省去了变频压缩机驱动控制方面的成本，压缩机的成本也大大降低，逐渐成为模块式多联机的主流而越来越受到多联机厂家的关注和研究。

现有采用方式三组合的模块式多联机，其控制方式是：假设制冷能力需求是A，先由主机开足马力，当主机制冷能力B满足不了冷量的需求时，将剩余的冷量需求(A-B)分给第一辅机，若第一辅机能力C仍然不够，则把余下部分的需求(A-B-C)再分给第二辅机，如此依次往下分配。该外机能力分配方式虽然十分简单、容易实现，但是在空调系统能力需求较低时，主机及前面的辅机几乎满负荷输出，后面的辅机却不运行，导致外机之间能力输出分配十分不均匀，这种外机输出分配的不均匀会导致如下问题：

1、主机及前面的辅机由于几乎满负荷输出，压缩机长时间运行，使用寿命大受影响；而排后的辅机却没有充分发挥作用，使总体能效比较低。

2、多个模块间能力输出分配的不均匀，容易导致外机之间冷冻油的分配不均，严重者会导致某些压缩机缺油而烧毁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有技术之不足，提供一种使室外机组能力分配均匀的模块式多联机的控制方法，从而提高部分负荷的能效比，提高主机、辅机压缩机使用寿命及系统可靠性。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种使室外机组能力分配均匀的模块式多联机的控制系统。

本发明的技术方案是：一种模块式多联机控制方法，多联机包括室内机组和室外机组，室外机组由主机和辅机并联组成，主机和辅机内设置多台压缩机，由控制器驱动主机和辅机内的压缩机运行，包括以下步骤：

S1)计算室内机组的总能力需求HP；

S2)将总能力需求HP减主机的最佳负荷点Q₀得出辅机能力需求ΔHP，根据辅机能力需求和单台辅机压缩机的输出能力计算出系统需投入运行的辅机压缩机总数，并修正主机输出；

S3)将需投入运行的辅机压缩机数量平均分配到各辅机上，不能均分部分按先后次序在各辅机内逐一分配。

进一步，所述主机内设有变频压缩机和定频压缩机，所述辅机内设有定频压缩机，所述的步骤S2细分为以下步骤：

S21)确定主机最佳负荷点Q₀，以总能力需求HP减主机最佳负荷点Q₀得出辅机能力需求ΔHP，判断辅机能力需求ΔHP是否大于0，是执行步骤S22，否则执行S25；

S22)计算需运行的辅机压缩机数量N1；

S23)比较需运行的辅机压缩机数量N1是否小于辅机压缩机总数N2，是则执行步骤S24，否则执行步骤S26；

S24)按需运行的辅机压缩机数量N1修正主机输出，并确定主机变频压缩机的输出控制；

S25)仅由主机提供能力输出，并确定主机变频压缩机的输出控制；

S26)确定主机输出为总需求HP减辅机最大能力输出，其中，辅机最大能力输出为全部辅机投入运行的能力输出的总和。

进一步，所述主机最佳负荷点Q₀是主机内各压缩机负荷能力总和Q₁₀与系数K的乘积。

进一步，所述系数K的范围是0.5-0.7。

进一步，所述数K取值0.6。

进一步，所述主机内包括一台变频压缩机，其余为定频压缩机，所述辅机内的压缩机均为定频压缩机且辅机的定频压缩机的制冷能力均为Q₂；将辅机能力需求ΔHP除以定频压缩机的制冷能力Q₂，余数进1得出需运行的辅机压缩机数量N1。

进一步，所述主机输出的修正值为总能力需求HP减去N1与Q₂的乘积，控制器根据主机输出的修正值和主机定频压缩机的输出能力确定主机定频压缩机的运行数量，余下的能力输出由变频压缩机提供。

进一步，在步骤S3中，对于某一辅机，当分配的压缩机运行数小于所述辅机的压缩机总数时，所述辅机内的压缩机按顺序轮流运行。

一种模块式多联机控制系统，包括室内机组、室外机组，室外机组由主机和辅机并联组成，主机和辅机内设置多台压缩机，由控制器驱动主机和辅机内的压缩机运行，还包括能力需求计算模块、输出能力分配计算模块、压缩机运行驱动模块；

所述能力需求计算模块用于接收室内机组各内机负荷需求的信息，并对各内机负荷需求信息求和，得到总能力需求值；

所述输出能力分配计算模块用于优先将主机按最佳负荷点状态控制，将余下输出能力分配到各辅机中去，最后修正主机的输出能力实际要求；

所述压缩机运行驱动模块用于按照所述输出能力分配计算模块得出的方案驱动各压缩机的运行。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

当空调在非满负荷下运行时，控制系统根据总负荷的大小，计算需要运行的压缩机台数，将室外机组能力输出基本均匀地分配到室外机组的主机及各辅机上，避免了主机及部分辅机压缩机长时间运行，提高整个机组的压缩机使用寿命，大大提高系统部分负荷能效比。

在部分负荷的情况下，室外机的主机控制在最佳负荷点附近运行，有效保证了主机的运行安全性。而且，由于室外机组能力输出几乎均匀分配到主机及辅机上，使各压缩机的开机时间相对较为一致，各压缩机冷冻油分配均匀，从而避免了某些压缩机由于缺油启动而烧毁的现象，大大提高了系统运行的可靠性。

附图说明

图1是本发明模块式多联机的外机结构示意图；

图2是本发明模块式多联机的控制方法流程图。

具体实施方式

对于大型的空调机组，由于单台压缩机的能力输出有限，不能满足多台室内机同时工作的要求，采用多台压缩机并联，可提高多联机的能力输出，满足多台内机不同负荷的需求。本发明目的是将模块式多联机空调系统的总能力负荷，尽量均匀的分配到主机和不同的辅机上。以主机部分负荷能效比最高为原则，设置主机的最佳负荷点，在系统控制时，使主机的制冷运行在最佳负荷点上。当系统总负荷大于主机的最佳负荷点，主机运转到最佳负荷点，不足的负荷尽量均匀分到各个辅机上。通过以上控制，保证系统在部分负荷下，主机在最佳负荷点附近运行，而各个辅机较均匀的在半负荷状态运行，大大提高系统部分负荷能效比及系统可靠性。

参见图1，本发明的模块式多联机室外机组由一台主机和N台辅机组成，主机内有n个压缩机并联连接，其中一个为变频压缩机B1，其余为定频压缩机D2～Dn；辅机内的n台定频压缩机并联连接。外机的主机与辅机并联后再连接室内机组，室内机组由多台独立并联的内机组成。

多联机的内机是独立控制的，因此，空调系统的负荷并不是固定不变的，当较多内机运行时，负荷将会较大，因而也相应要求外机的压缩机机组作出适当的调整。外机压缩机的控制系统包括三大模块：能力需求计算模块、输出能力分配计算模块、压缩机运行驱动模块。多大模块的功能描述如下：

能力需求计算模块：将需运行的室内机组各内机的制冷量需求求和，计算出总的负荷需求。

输出能力分配计算模块：优先考虑主机按最佳负荷点状态控制，当系统总需求小于或等于主机按最佳负荷点时，只开主机；当系统总需求大于主机按最佳负荷点时，原则上主机按最佳负荷点分配输出能力，将余下输出能力分配到各辅机中去，最后修正主机的输出能力实际要求。

压缩机运行驱动模块：是命令的执行者，按输出能力分配计算模块得出的方案驱动主机、辅机各压缩机的运行。

参见图2，下面结合具体步骤来描述模块式多联机的外机能力输出的控制方法：

为了更清晰地说明本控制方法，首先，我们对空调室外机组各压缩机的制冷能力及相关名词定义如下：

定义单台定频压缩机输出能力为Q₂，即主机、辅机内的定频压缩机输出能力均为Q₂。主机的变频压缩机输出能力为Q₁、则主机总输出能力最大负荷为Q₁₀＝Q₁+Q₂×(n-1)

第一辅机输出能力最大负荷为Q₂₀＝Q₂×n

第N辅机输出能力最大负荷为Q_n0＝Q₂×n

辅机最大能力输出为从一至第N台辅机的输出能力最大负荷的总和。

定义系统对外机的总能力需求为HP，辅机能力需求为ΔHP。

多联机主机和辅机能力输出的控制方法由以下步骤完成：

步骤S1：计算内机总负荷，即系统总能力需求HP；

步骤S2是计算辅机能力需求ΔHP和修正主机输出的过程，细分为如下步骤：

步骤S21：确定主机最佳负荷点，最佳负荷点Q₀＝Q₁₀×K，其中K取0.6，并以外机的总能力需求HP减主机最佳负荷点，若差为负数，则执行步骤S25；若差为正数，则进入步骤S22；

步骤S22：计算需运行的辅机压缩机数量N1。由于外机除主机有一变频压缩机B1外，其余均为定频压缩机D1、D2…Dn，设定频压缩机Dn的制冷量为Q₂，则需投入的定频压缩机数量按如下公式计算：N1＝(HP-Q₀)/Q₂，遇小数则进1取整。

步骤S23：比较N1是否小于外机的辅机压缩机总数N2，(压缩机总数为第一辅机的压缩机台数+第二辅机的压缩机台数+。。。+第N辅机的压缩机台数)，若是则执行步骤S24，若否，则执行步骤S26。在该步骤中，按两种不同的结果，控制器将按不同的方法控制主机和辅机的能力输出安排，如果N1小于N2，说明系统的总负荷较小，辅机不需全额运行即可满足系统要求。如果N1等于N2，则辅机需全额运行才能保证主机仍然控制在最佳负荷点上运行。如果N1大于N2，说明系统的总负荷较大，辅机全额运行仍不足以满足系统要求，此时需要主机在最佳负荷点基础上增加能力输出。

步骤S24：当辅机最大能力输出大于实际需求时，修正外机的主机能力输出值，按以下公式计算：主机实际输出要求Q₁₁＝HP-N1×Q₂。然后确定主机运行定频压缩机Dn的台数和变频压缩机B1的频率，按Q₁₁-MQ₂＞0的公式选M的最大值，M即为需启动的主机定频压缩机的台数，而主机变频压缩机B1的频率则按(Q₁₁-MQ₂)的负荷需求来决定。然后执行步骤S3。

步骤S25：当系统需求较小，辅机不需投入运行时，仅由主机运行即可向室内机组提供足够的能力输出，此时，确定主机运行定频压缩机的台数和变频压缩机的频率，按HP-MQ₂＞0的公式选M的最大值，M即为需启动的主机定频压缩机的台数，而主机变频压缩机B1的频率则按(HP-MQ₂)的负荷需求来决定。

步骤S26：当系统需求较大，辅机的所有定频压缩机Dn投入运行，主机实际输出要求Q₁₁＝HP-N1×Q₂，并确定主机运行定频压缩机和变频压缩机的频率；同理，按Q₁₁-MQ₂＞0的公式选M的最大值，M即为需启动的主机定频压缩机的台数，而主机变频压缩机B1的频率则按(Q₁₁-MQ₂)的负荷需求来决定。

步骤S3：按N1/N，将需要运行的定频压缩机总数尽量分配至各个辅机，不能整除部分按第一辅机、第二辅机、第N辅机的顺序依次分配。

在各辅机中，当分配的压缩机运行数小于所述辅机的压缩机总数时，也是按第一压缩机、第二压缩机、第N压缩机的的顺序依次分配，轮流运行一段时间然后切换，保证各压缩机都参加运行且运行的时间大致相等。例如：如第一辅机共有三台定频压缩机，当只需要运行一台压缩机时，则先开第一定频压缩机，运行4小时后切换到运行第二定频压缩机，第二定频压缩机运行4小时后再切换到运行第三定频压缩机，如此轮流有序控制。

为更具体地说明本发明的控制方法，现以四外机模块组合的模块式多联机空调系统为例说明如下：

多联机外机由一主机和三个辅机组成，其中，主机有三台压缩机，分别为一台5匹的变频压缩机、两台5匹定频压缩机D01、D02。

第一辅机有三台5匹定频压缩机D11、D12、D13。

第二辅机有三台5匹定频压缩机D21、D22、D23。

第三辅机有三台5匹定频压缩机D31、D32、D33。

主机最佳负荷点Q₀＝Q₁₀×K，K取0.6，则Q₀＝9匹。

当模块式多联机空调系统总负荷为8匹时，控制器控制只运行主机，主机按8匹能力需求来控制变频压缩机频率及定频压缩机开启个数，此时，变频压缩机按3匹输出运行、定频压缩机D01、D02轮流运行且保持只有一台在工作。

当模块式多联机空调系统总负荷为11匹，需同时开启主机和辅机，控制器计算辅机需要开启定频压缩机总数为：(11-9)/5＝0.4，向上取整为1，即需要开启第一辅机的一台定频压缩机，定频压缩机D11、D12、D13按顺序轮流运行。主机输出为：11-5＝6匹，主机按6匹能力需求来控制变频压缩机频率及定频压缩机开启个数，即变频压缩机按1匹输出运行、定频压缩机D01、D02轮流运行且保持只有一台在工作。

当模块式多联机空调系统总负荷为27匹，需同时开启主机和辅机，控制器计算辅机需要开启定频压缩机总数＝(27-9)/5＝3.6，向上取整为4，即需要开启四台辅机定频压缩机，分配如下：每一辅机开两台压缩机，第二、第三辅机各开一台定频压缩机，定频压缩机D11、D12、D13按顺序每两台一起轮流运行。定频压缩机D21、D22、D23按顺序轮流运行。定频压缩机D31、D32、D33按顺序轮流运行。主机输出＝32-4X5＝12匹，主机按12匹能力需求，控制变频压缩机按2匹输出运行、定频压缩机D01、D02均投入运行。

当模块式多联机空调系统总负荷为62匹时，计算辅机需要开启定频压缩机总数＝(62-9)/5＝10.6，向上取整为11，即需要开启11个定频压缩机。因辅机压缩机总数只有九台，因此所有辅机压缩机均需开启。主机输出为：62-9X5＝17匹，主机按17匹能力需求，控制变频压缩机按7匹输出运行、定频压缩机D01、D02均投入运行。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种模块式多联机控制方法，多联机包括室内机组和室外机组，室外机组由主机和辅机并联组成，主机和辅机内设置多台压缩机，由控制器驱动主机和辅机内的压缩机运行，其特征在于：包括以下步骤：

S1)计算室内机组的总能力需求HP；

S2)将总能力需求HP减主机的最佳负荷点Q₀得出辅机能力需求ΔHP，根据辅机能力需求和单台辅机压缩机的输出能力计算出系统需投入运行的辅机压缩机总数，并修正主机输出；

S3)将需投入运行的辅机压缩机数量平均分配到各辅机上，不能均分部分按先后次序在各辅机内逐一分配。

2.根据权利要求1所述的模块式多联机控制方法，其特征在于：所述主机内设有变频压缩机和定频压缩机，所述辅机内设有定频压缩机，所述的步骤S2细分为以下步骤：

S21)确定主机最佳负荷点Q₀，以总能力需求HP减主机最佳负荷点Q₀得出辅机能力需求ΔHP，判断辅机能力需求ΔHP是否大于0，是执行步骤S22，否则执行S25；

S22)计算需运行的辅机压缩机数量N1；

S23)比较需运行的辅机压缩机数量N1是否小于辅机压缩机总数N2，是则执行步骤S24，否则执行步骤S26；

S24)按需运行的辅机压缩机数量N1修正主机输出，并确定主机变频压缩机的输出控制；

S25)仅由主机提供能力输出，并确定主机变频压缩机的输出控制；

S26)确定主机输出为总需求HP减辅机最大能力输出，其中，辅机最大能力输出为全部辅机投入运行的能力输出的总和。

3.根据权利要求2所述的模块式多联机控制方法，其特征在于：所述主机最佳负荷点Q₀是主机内各压缩机负荷能力总和Q₁₀与系数K的乘积。

4.根据权利要求3所述的模块式多联机控制方法，其特征在于：所述系数K的范围是0.5至0.7。

5.根据权利要求4所述的模块式多联机控制方法，其特征在于：所述系数K取值0.6。

6.根据权利要求3所述的模块式多联机控制方法，其特征在于：所述主机内包括一台变频压缩机，其余为定频压缩机，所述辅机内的压缩机均为定频压缩机且辅机的定频压缩机的制冷能力均为Q₂；将辅机能力需求ΔHP除以定频压缩机的制冷能力Q₂，余数进1得出需运行的辅机压缩机数量N1。

7.根据权利要求6所述的模块式多联机控制方法，其特征在于：所述主机输出的修正值为总能力需求HP减去N1与Q₂的乘积，控制器根据主机输出的修正值和主机定频压缩机的输出能力确定主机定频压缩机的运行数量，余下的能力输出由变频压缩机提供。

8.根据权利要求3所述的模块式多联机控制方法，其特征在于：在步骤S3中，对于某一辅机，当分配的压缩机运行数小于所述辅机的压缩机总数时，所述辅机内的压缩机按顺序轮流运行。

9.一种模块式多联机控制系统，包括室内机组、室外机组，室外机组由主机和辅机并联组成，主机和辅机内设置多台压缩机，由控制器驱动主机和辅机内的压缩机运行，其特征在于：还包括能力需求计算模块、输出能力分配计算模块、压缩机运行驱动模块；

所述能力需求计算模块用于接收室内机组各内机负荷需求的信息，并对各内机负荷需求信息求和，得到总能力需求值；

所述输出能力分配计算模块用于优先将主机按最佳负荷点状态控制，将余下输出能力分配到各辅机中去，最后修正主机的输出能力实际要求；

所述压缩机运行驱动模块用于按照所述输出能力分配计算模块得出的方案驱动各压缩机的运行。

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