CN106970661B - 水箱的高精度控温方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水箱的高精度控温方法，包括水箱，冷水机组，以及相互连接的出水管、出水阀、回水管和回水阀，所述的冷水机组包括变频器和变频压缩机，所述的变频器的工作频率为f，还包括进行集中控制的控制器，以及安装在所述的出水管内的出水温度传感器，所述的出水温度传感器测量的数据为出水温度t₁，所述的水箱的目标温度为T，允许的误差为±δ，所述的控制器内部设置温度控制算法，所述的温度控制算法设置5个步骤循环执行，采用二分法原则，逐次逼近目标工况的方法，具有控制稳定性好，温度控制精度高的优点。

Description

水箱的高精度控温方法

技术领域

本发明涉及水箱的高精度水温控制方法。

背景技术

在工业领域，一些重要设备在工作过程中发热量大，为了不损坏其中的高温部件需要用特定水冷系统进行冷却。在一些特殊的应用场合，对水温的稳定性要求很高，比如进行蓝宝石晶体生长的长晶炉。传统的控制温度方式是采用PID算法，以当前水温跟目标水温的差值作为控制依据，进行水温调节，这种方法具有响应速度快、静差小以及算法成熟的优点。但是，对于水系统而言，水的热熔量大，并且对于水箱，具有严重的滞后性，导致水温的变化速度很慢，而PID算法调节速度快，导致经常调节过量，到水温来回波动。

发明内容

本发明的目的是为了解决水箱的高精度水温控制问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

水箱的高精度控温方法，包括水箱，所述的水箱的出水口通过出水管连接冷水机组，所述的出水管上设置进行开关控制的出水阀，所述的冷水机组通过回水管连接所述的水箱的回水口，所述的回水管上设置进行开关控制的回水阀，所述的冷水机组包括变频器和变频压缩机，所述的变频器的工作频率为f，其工作范围为(f_min，f_max)，还包括进行集中控制的控制器，以及安装在所述的出水管内的出水温度传感器，所述的出水温度传感器测量的数据为出水温度t₁，所述的水箱的目标温度为T，允许的误差为±δ，所述的出水温度传感器和变频器与所述的控制器连接，所述的控制器内部设置温度控制算法，所述的温度控制算法包括以下步骤：

S1：当前出水温度t₁，所述的变频器的工作频率f；随着温度的变化，如果出水温度t₁＜T-δ，n＝1，α＝(f-f_min)，关闭所述的变频器，进入步骤S2；如果出水温度 t₁＞T+δ，n＝1，α＝(f_max-f)，进入步骤S3；

S2：当出水温度t₁＞T+δ，将当前变频器的工作频率f的值赋予f_k-1，如果α/2ⁿ＞1，频率值f_k＝f_k-1-α/2ⁿ，如果α/2ⁿ＜1，频率值f_k＝f_k-1-1；启动所述的变频器，设置工作频率f＝f_k；返回步骤S4；

S3：将当前变频器的工作频率f的值赋予f_k-1，如果α/2ⁿ＞1，频率值f_k＝f_k-1+α/2ⁿ，如果α/2ⁿ＜1，频率值f_k＝f_k-1+1；设置工作频率f＝f_k；返回步骤S4；

S4：如果出水温度t₁＜T-δ，n＝n+1，关闭所述的变频器，进入步骤S2；如果出水温度t₁＞T+2δ，设置工作频率f＝f_max，进入步骤S5；

S5：当出水温度t₁＜T-δ，n＝n+1，关闭所述的变频器，进入步骤S3。

本发明的有益效果主要表现在：1、系统结构简单，硬件成本低；2、采用逐次逼近的方法，控制稳定性好，温度控制精度高。

附图说明

图1是水箱的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，水箱的高精度控温方法，包括水箱1，所述水箱1的出水口通过出水管4连接冷水机组2，所述的出水管4上设置进行开关控制的出水阀3，所述的冷水机组2通过回水管5连接所述的水箱1的回水口，所述的回水管5上设置进行开关控制的回水阀6。所述的水箱1的液体经过所述的出水管4、出水阀3 进入所述的冷水机组2，温度降低以后经过所述的回水管5、回水阀6进入所述的水箱1。

所述的冷水机组2包括变频器和变频压缩机，所述的变频器的工作频率为f，其工作范围为(f_min，f_max)，所述的变频器与所述的变频压缩机连接，控制制冷功率，所述的工作频率f越大，制冷功率越大，冷却效果越好。还包括进行集中控制的控制器，所述的控制器负责信号采集和集中控制。

还包括安装在所述的出水管4内的出水温度传感器，所述的出水温度传感器测量的数据为出水温度t₁，所述的出水温度传感器和变频器与所述的控制器连接，所述的水箱1的目标温度为T，允许的误差为±δ。对于控温精度要求很高的领域，温度波动范围都很小，误差值δ可小到0.1℃，为了达到这样的要求，需要增加所述的水箱1的容量，以减小负载变化以及外界干扰对温度的影响，但是这样又使系统的响应变慢，以至于超调导致震荡，使控温失败。

为了克服上述难题，所述的控制器内部设置温度控制算法，所述的温度控制算法包括以下步骤：

S1：当前出水温度t₁，所述的变频器的工作频率f；随着温度的变化，如果出水温度t₁＜T-δ，n＝1，α＝(f-f_min)，关闭所述的变频器，进入步骤S2；如果出水温度 t₁＞T+δ，n＝1，α＝(f_max-f)，进入步骤S3；

S2：当出水温度t₁＞T+δ，将当前变频器的工作频率f的值赋予f_k-1，如果α/2ⁿ＞1，频率值f_k＝f_k-1-α/2ⁿ，如果α/2ⁿ＜1，频率值f_k＝f_k-1-1；启动所述的变频器，设置工作频率f＝f_k；返回步骤S4；

S3：将当前变频器的工作频率f的值赋予f_k-1，如果α/2ⁿ＞1，频率值f_k＝f_k-1+α/2ⁿ，如果α/2ⁿ＜1，频率值f_k＝f_k-1+1；设置工作频率f＝f_k；返回步骤S4；

S4：如果出水温度t₁＜T-δ，n＝n+1，关闭所述的变频器，进入步骤S2；如果出水温度t₁＞T+2δ，设置工作频率f＝f_max，进入步骤S5；

S5：当出水温度t₁＜T-δ，n＝n+1，关闭所述的变频器，进入步骤S3。

在步骤S1中，所述的水箱1处在初始状态，所述的冷水机组2的制冷能力与热负载比较可能大，也可能小，如果出水温度降低到t₁＜T-δ，说明制冷能力大于热负载，需要进入步骤S2，降低工作频率f，变量n用于存储调节的次数，参数α用来确定向下的最大调节量；如果出水温度t₁＞T+δ，说明制冷能力小于热负载，需要进入步骤S3，提高工作频率f，变量n用于存储调节的次数，参数α用来确定向上的最大调节量。

在步骤S2中，等到温度升高到阈值上限，开始启动所述的变频器，并调节工作频率f，调节幅度采用二分法原则，可以加快速度逼近目标值，随着调节次数的增加，调节量α/2ⁿ有可能小于1，而失去实际意义，因此需要强制设为最小调节量1。调节结束以后，进入步骤4去判断调节效果。

在步骤S3中，直接调节工作频率f，调节幅度也是采用二分法原则，可以加快速度逼近目标值，随着调节次数的增加，调节量α/2ⁿ有可能小于1，而失去实际意义，因此需要强制设为最小调节量1。调节结束以后，进入步骤4去判断调节效果。

在步骤S4，判断调节效果，如果制冷功率大于热负载，出水温度t₁下降到 T-δ，则返回步骤S2，降低工作频率f；相反制冷功率小于热负载，出水温度t₁升高到T+2δ，此时为了将温度迅速控制到允许范围，将工作频率f调节到最大。

在在步骤S5中，等到温度下降到最低阈值T-δ，关闭所述的变频器，进入步骤S3进行调节。

多次循环调节以后，工作频率f会逼近一个目标值，使所述的水箱1的出水温度t₁接近甚至等于目标温度T。

Claims (1)

1.水箱的高精度控温方法，包括水箱，所述的水箱的出水口通过出水管连接冷水机组，所述的出水管上设置进行开关控制的出水阀，所述的冷水机组通过回水管连接所述水箱的回水口，所述的回水管上设置进行开关控制的回水阀，所述的冷水机组包括变频器和变频压缩机，所述的变频器的工作频率为f，其工作范围为(f_min，f_max)，还包括进行集中控制的控制器，以及安装在所述的出水管内的出水温度传感器，所述的出水温度传感器测量的数据为出水温度t₁，所述的水箱的目标温度为T，允许的误差为±δ，所述的出水温度传感器和变频器与所述的控制器连接，其特征在于：所述的控制器内部设置温度控制算法，所述的温度控制算法包括以下步骤：

S1：当前出水温度t₁，所述的变频器的工作频率f；随着温度的变化，如果出水温度t₁＜T-δ，n＝1，α＝(f-f_min)，关闭所述的变频器，进入步骤S2；如果出水温度t₁＞T+δ，n＝1，α＝(f_max-f)，进入步骤S3；

S2：当出水温度t₁＞T+δ，将当前变频器的工作频率f的值赋予f_k-1，如果α/2ⁿ＞1，频率值f_k＝f_k-1-α/2ⁿ，如果α/2ⁿ＜1，频率值f_k＝f_k-1-1；启动所述的变频器，设置工作频率f＝f_k；返回步骤S4；

S3：将当前变频器的工作频率f的值赋予f_k-1，如果α/2ⁿ＞1，频率值f_k＝f_k-1+α/2ⁿ，如果α/2ⁿ＜1，频率值f_k＝f_k-1+1；设置工作频率f＝f_k；返回步骤S4；

S4：如果出水温度t₁＜T-δ，n＝n+1，关闭所述的变频器，进入步骤S2；如果出水温度t₁＞T+2δ，设置工作频率f＝f_max，进入步骤S5；

S5：当出水温度t1＜T-δ，n＝n+1，关闭所述的变频器，进入步骤S3。