CN104634033B - 一种电子膨胀阀控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电子膨胀阀控制系统，包括传感器和控制器，在蒸发器至压缩机的管道内设置有吸气压力传感器检测吸气压力Ps和吸气温度传感器检测吸气温度Ts，在压缩机至冷凝器的管道内设置排气压力传感器检测排气压力Pd和排气温度传感器检测排气温度Td；控制器通过传感器采集的Ps、Ts、Pd、Td信号，作为压缩机和电子膨胀阀控制逻辑的判断依据。本发明结合了吸气过热度控制和排气过热度控制的优势，同时提出了在压缩机启动后的一定时间内电子膨胀阀依据吸气压力进行控制。本发明的电子膨胀阀控制系统及方法，用于冷水机组的控制，保证冷水机组的电子膨胀阀控制的稳定性，提高机组的可靠性，进而满足用户对于冷水机组产品的需求。

Description

一种电子膨胀阀控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种电子膨胀阀控制系统，还涉及一种电子膨胀阀控制方法。

背景技术

随着国内外经济的发展，大型公共建筑、工厂、住宅应用越来越多，大量的场所对于冷水机组需求强劲。

人们在需求冷水机组的时候，对于产品的稳定性是基本要求之一，一般地，按照冷凝方式分，冷水机组可以分为水冷冷水机组和风冷冷水机组。无论风冷冷水机组还是水冷冷水机组，主要的控制零部件是压缩机、膨胀阀(节流装置)等，而膨胀阀的控制在系统稳定性方面至关重要。

传统的膨胀阀有电子膨胀阀(EXV)、热力膨胀阀、毛细管等，其中，电子膨胀阀EXV的控制精度高，在冷水机组的应用越来越广泛。

电子膨胀阀EXV的控制方式主要分为以下几种：

(1)吸气过热度控制，即通过在系统内设置吸气温度传感器检测吸气温度Ts，吸气压力传感器检测吸气压力Ps，由吸气压力Ps得到吸气压力对应的制冷剂饱和吸气温度Tss，吸气过热度Tts＝Ts-Tss，设定吸气过热度目标值，与实际的吸气过热度Tts作比较，从而控制电子膨胀阀EXV开度的增减。

上述的吸气过热度控制方法，其特点是电子膨胀阀EXV开度跟随吸气过热度变化，吸气过热度能够对压缩机的状态和系统低压状态反应灵敏，其缺点是当压缩机吸气带液时，吸气过热度变化迟缓，压缩机长期吸气带液极易跑油，严重危及压缩机和系统可靠性，且在压缩机启动阶段不能很好的控制电子膨胀阀EXV，更易产生吸气带液情况。

(2)排气过热度控制，即通过在系统内设置排气温度传感器检测排气温度Td，排气压力传感器检测排气压力Pd，由排气压力Pd得到排气气压力对应的制冷剂饱和排气温度Tsd，排气过热度Ttd＝Td-Tsd，设定排气过热度目标值，与实际的排气过热度Ttd作比较，从而控制电子膨胀阀(EXV)的开度增减。

上述的排气过热度控制方法，其特点是电子膨胀阀EXV开度跟随排气过热度变化，排气过热度对于压缩机是否吸气带液反应灵敏，但是其缺点是当机组在启动过程中或者加载过程中，排气压力变化迅速，而排气温度则相对滞后，特别是在压缩机启动的一段时间内，更易引起排气过热度不能正确反应压缩机和系统状态的情况，造成机组非正常停机的情况。

(3)液位控制，即通过控制蒸发器或冷凝器液位来控制决定电子膨胀阀(EXV)的开度增减。

上述的液位控制方法，其特点是电子膨胀阀EXV开度跟随液位传感器测得的液位高低变化，电子膨胀阀EXV控制无论较吸气过热度还是排气过热度都更加稳定，但是其缺点是，要在系统中增加液位传感器，感测液位高低，无疑会带来成本的大幅增加。一般地，除非非常重要的情况，液位控制方法是不被采用的。

在此，应该注意的是，上述涉及到本发明的背景技术，并不是传统的技术。

发明内容

本发明结合吸气过热度和排气过热度的优点和不足，提出一种电子膨胀阀控制系统及方法，在压缩机启动的一段时间内，依据吸气压力对电子膨胀阀EXV进行控制，当达到一定条件后，进入正常运转过程，采用吸气和排气共用的电子膨胀阀EXV控制方法，既解决了吸气过热度控制容易吸气带液的情况，又避免了在启动和加载过程中排气过热度控制滞后的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种电子膨胀阀控制系统，包括传感器和控制器，在蒸发器至压缩机的管道内设置有吸气压力传感器检测吸气压力Ps和吸气温度传感器检测吸气温度Ts，在压缩机至冷凝器的管道内设置排气压力传感器检测排气压力Pd和排气温度传感器检测排气温度Td；控制器通过传感器采集的Ps、Ts、Pd、Td信号，作为压缩机和电子膨胀阀控制逻辑的判断依据；

在压缩机启动阶段的预设时间段t1内，电子膨胀阀依据吸气压力Ps进行控制，直到满足排气过热度大于预设值或者达到预设时间t1退出，进入到正常运转阶段；

进入正常运转阶段，压缩机在非100％能量状态下，电子膨胀阀依据吸气过热度控制，当吸气过热度大于预设目标值时调大EXV开度，当吸气过热度小于目标值时调小EXV开度，否则，EXV保持不变；压缩机在100％能量状态下，电子膨胀阀依据排气过热度控制，当排气过热度大于预设目标值时调大电子膨胀阀开度，当排气过热度小于预设目标值时调小电子膨胀阀开度，否则，电子膨胀阀保持不变。

可选地，压缩机启动后，电子膨胀阀的开度依据吸气压力Ps控制：

当Ps＞0.21MPa，电子膨胀阀的开度调小，同时压缩机依据冷冻水温变化加载或减载；

当0.17Ps＜Ps≤0.21MPa，电子膨胀阀调大，同时压缩机不能加载；

当0.14MPa＜Ps≤0.17MPa，电子膨胀阀调大，同时压缩机减载。

可选地，所述压缩机启动阶段的预设时间段t1设置为100秒。

可选地，所述排气过热度预设值为+3℃。

本发明还提供了一种电子膨胀阀控制方法，由设置在蒸发器至压缩机的管道内的吸气压力传感器检测吸气压力Ps和吸气温度传感器检测吸气温度Ts，由设置在压缩机至冷凝器的管道内的排气压力传感器检测排气压力Pd和排气温度传感器检测排气温度Td，控制器通过传感器采集的Ps、Ts、Pd、Td信号，作为压缩机和电子膨胀阀控制逻辑的判断依据，包括以下步骤：

在压缩机启动阶段的预设时间段t1内，电子膨胀阀依据吸气压力Ps进行控制，直到满足排气过热度大于预设值或者达到预设时间t1退出，进入到正常运转阶段；

进入正常运转阶段，压缩机在非100％能量状态下，电子膨胀阀依据吸气过热度控制，当吸气过热度大于预设目标值时调大电子膨胀阀开度，当吸气过热度小于目标值时调小电子膨胀阀开度，否则，电子膨胀阀保持不变；压缩机在100％能量状态下，电子膨胀阀依据排气过热度控制，当排气过热度大于预设目标值时调大电子膨胀阀开度，当排气过热度小于预设目标值时调小电子膨胀阀开度，否则，电子膨胀阀保持不变。

可选地，压缩机启动后，电子膨胀阀的开度依据吸气压力Ps控制：

当Ps＞0.21MPa，电子膨胀阀的开度调小，同时压缩机依据冷冻水温变化加载或减载；

当0.17Ps＜Ps≤0.21MPa，电子膨胀阀调大，同时压缩机不能加载；

当0.14MPa＜Ps≤0.17MPa，电子膨胀阀调大，同时压缩机减载。

可选地，所述压缩机启动阶段的预设时间段t1设置为100秒。

可选地，所述排气过热度预设值为+3℃。

本发明的有益效果是：

(1)在压缩机刚刚启动的过渡阶段依据吸气压力控制EXV，可以最大可能降低出现吸气压力过低的风险，同时减少系统吸气带液风险；

(2)在正常运转过程中，依据吸气过热度控制非100％能量状态的EXV动作，可以将吸气过热度反应灵敏的优势发挥出来，同时依据排气过热度控制在100％能量状态下的EXV动作，则可以将排气过热度更容易控制吸气带液的优势发挥出来，达到优势互补的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为应用本发明的电子膨胀阀控制系统的冷水机组系统控制框图；

图2为本发明的电子膨胀阀控制系统启动阶段控制流程图；

图3为本发明的电子膨胀阀控制系统正常运转阶段控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对吸气过热度控制方法容易吸气带液的情况，以及排气过热度控制方法在启动和加载过程中排气过热度控制滞后的问题，本发明提出了一种电子膨胀阀EXV控制系统及方法，结合了吸气过热度控制和排气过热度控制的优势，同时提出了在压缩机启动后的一定时间内电子膨胀阀EXV依据吸气压力进行控制。本发明的电子膨胀阀EXV控制系统及方法，用于冷水机组的控制，保证冷水机组的电子膨胀阀EXV控制的稳定性，提高机组的可靠性，进而满足用户对于冷水机组产品的需求。

下面结合说明书附图对本发明的电子膨胀阀控制系统及方法进行详细说明。

如图1所示，应用本发明的电子膨胀阀控制系统的冷水机组系统包括压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器和电子膨胀阀控制系统，制冷剂循环过程是由压缩机排出，经冷凝器冷凝，进入节流装置节流，而后经蒸发器，回到压缩机吸气侧，再次进入下一个循环。

电子膨胀阀控制系统依据各种传感器提供的变量信号和控制器预设程序对整个系统进行控制。具体地，在蒸发器至压缩机的管道内设置有吸气压力传感器检测吸气压力Ps和吸气温度传感器检测吸气温度Ts，同时在压缩机至冷凝器的管道内设置排气压力传感器检测排气压力Pd和排气温度传感器检测排气温度Td；通过各种传感器采集的Ps、Ts、Pd、Td信号，经过控制器内一定模块的转换，成为压缩机和电子膨胀阀EXV控制逻辑的判断依据。

本发明电子膨胀阀控制系统在启动阶段控制逻辑，如图2所示：

在压缩机启动阶段的预设时间段t1内，电子膨胀阀EXV依据吸气压力Ps进行控制，直到满足排气过热度大于预设值或达到预设时间t1退出。其具体过程是：压缩机启动后，电子膨胀阀EXV的开度依据吸气压力Ps控制，当Ps＞0.21MPa，电子膨胀阀EXV的开度以第一速率调小，同时压缩机依据冷冻水温变化自由加载或减载；当0.17Ps＜Ps≤0.21MPa，电子膨胀阀EXV以第二速率X调大，同时压缩机不能加载；当0.14MPa＜Ps≤0.17MPa，电子膨胀阀EXV以第三速率Y调大，同时压缩机减载。以上的电子膨胀阀EXV和压缩机控制，满足以下任一条件：压缩机启动运转100秒或者排气过热度＞预设目标+3℃时进入到下一个逻辑控制阶段，即正常运转阶段。上述压缩机启动阶段的预设时间段t1设置为100秒，排气过热度预设值为+3℃，上述设置仅为一种优选设置方式，本领域技术人员可以根据实际工况进行预设时间段t1和排气过热度预设值的设置。

在压缩机刚刚启动阶段依据吸气压力控制电子膨胀阀EXV，可以最大可能降低出现吸气压力过低的风险，同时减少系统吸气带液风险。

本发明电子膨胀阀控制系统在正常运转阶段控制逻辑，如图3所示：

在控制逻辑跳出启动阶段以后，进入正常运转阶段的控制过程，其具体过程是：压缩机在非100％能量状态下，电子膨胀阀EXV依据吸气过热度控制，当吸气过热度大于预设目标值时以第四速率调大EXV开度，当吸气过热度小于目标值时以第五速率调小EXV开度，否则，EXV保持不变；压缩机100％能量状态下，EXV依据排气过热度控制，当排气过热度大于预设目标值时调大EXV开度，当排气过热度小于预设目标值时调小EXV开度，否则，EXV保持不变。

在正常运转过程中，依据吸气过热度控制非100％能量状态的EXV动作，可以将吸气过热度反应灵敏的优势发挥出来，同时依据排气过热度控制在100％能量状态下的EXV动作，则可以将排气过热度更容易控制吸气带液的优势发挥出来，达到优势互补的作用。

上述第一速率、第二速率、第三速率、第四速率和第五速率的设置，依据用户对于电子膨胀阀EXV的开度调节时间的需求进行设置。

通过试验验证，本发明的控制方案在整体成本不增加的情况下，使冷水机组的可靠性得到大幅提升。

本发明的电子膨胀阀控制系统及方法，在压缩机刚刚启动的过渡阶段依据吸气压力控制EXV，可以最大可能降低出现吸气压力过低的风险，同时减少系统吸气带液风险；在正常运转过程中，依据吸气过热度控制非100％能量状态的EXV动作，可以将吸气过热度反应灵敏的优势发挥出来，同时依据排气过热度控制在100％能量状态下的EXV动作，则可以将排气过热度更容易控制吸气带液的优势发挥出来，达到优势互补的作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电子膨胀阀控制系统，其特征在于，包括传感器和控制器，在蒸发器至压缩机的管道内设置有吸气压力传感器检测吸气压力Ps和吸气温度传感器检测吸气温度Ts，在压缩机至冷凝器的管道内设置排气压力传感器检测排气压力Pd和排气温度传感器检测排气温度Td；控制器通过传感器采集的Ps、Ts、Pd、Td信号，作为压缩机和电子膨胀阀控制逻辑的判断依据；

在压缩机启动阶段的预设时间段t1内，电子膨胀阀依据吸气压力Ps进行控制，直到满足排气过热度大于预设值或者达到预设时间t1退出，进入到正常运转阶段；压缩机启动后，电子膨胀阀的开度依据吸气压力Ps控制：

当Ps＞0.21MPa，电子膨胀阀的开度调小，同时压缩机依据冷冻水温变化加载或减载；

当0.17MPa＜Ps≤0.21MPa，电子膨胀阀调大，同时压缩机不能加载；

当0.14MPa＜Ps≤0.17MPa，电子膨胀阀调大，同时压缩机减载；

进入正常运转阶段，压缩机在非100％能量状态下，电子膨胀阀依据吸气过热度控制，当吸气过热度大于预设目标值时调大EXV开度，当吸气过热度小于目标值时调小EXV开度，否则，EXV保持不变；压缩机在100％能量状态下，电子膨胀阀依据排气过热度控制，当排气过热度大于预设目标值时调大电子膨胀阀开度，当排气过热度小于预设目标值时调小电子膨胀阀开度，否则，电子膨胀阀保持不变。

2.如权利要求1所述的电子膨胀阀控制系统，其特征在于，所述压缩机启动阶段的预设时间段t1设置为100秒。

3.如权利要求1所述的电子膨胀阀控制系统，其特征在于，所述排气过热度预设值为+3℃。

4.一种电子膨胀阀控制方法，其特征在于，由设置在蒸发器至压缩机的管道内的吸气压力传感器检测吸气压力Ps和吸气温度传感器检测吸气温度Ts，由设置在压缩机至冷凝器的管道内的排气压力传感器检测排气压力Pd和排气温度传感器检测排气温度Td，控制器通过传感器采集的Ps、Ts、Pd、Td信号，作为压缩机和电子膨胀阀控制逻辑的判断依据，包括以下步骤：

在压缩机启动阶段的预设时间段t1内，电子膨胀阀依据吸气压力Ps进行控制，直到满足排气过热度大于预设值或者达到预设时间t1退出，进入到正常运转阶段；压缩机启动后，电子膨胀阀的开度依据吸气压力Ps控制：

当Ps＞0.21MPa，电子膨胀阀的开度调小，同时压缩机依据冷冻水温变化加载或减载；

当0.17MPa＜Ps≤0.21MPa，电子膨胀阀调大，同时压缩机不能加载；

当0.14MPa＜Ps≤0.17MPa，电子膨胀阀调大，同时压缩机减载；

进入正常运转阶段，压缩机在非100％能量状态下，电子膨胀阀依据吸气过热度控制，当吸气过热度大于预设目标值时调大电子膨胀阀开度，当吸气过热度小于目标值时调小电子膨胀阀开度，否则，电子膨胀阀保持不变；压缩机在100％能量状态下，电子膨胀阀依据排气过热度控制，当排气过热度大于预设目标值时调大电子膨胀阀开度，当排气过热度小于预设目标值时调小电子膨胀阀开度，否则，电子膨胀阀保持不变。

5.如权利要求4所述的电子膨胀阀控制方法，其特征在于，所述压缩机启动阶段的预设时间段t1设置为100秒。

6.如权利要求4所述的电子膨胀阀控制方法，其特征在于，所述排气过热度预设值为+3℃。