CN107401787A - 提高燃气热泵空调稳定性的控制系统及控制方法 - Google Patents
提高燃气热泵空调稳定性的控制系统及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种提高燃气热泵空调稳定性的控制系统,该控制系统对燃气热泵空调控制,该控制系统包括主控制和副控制两套结构。还提供一种利用提高燃气热泵空调稳定性的控制系统的控制方法。有益效果是燃气热泵空调的热泵机组出水温度可以得到更快的调节,增加燃气热泵空调的稳定性,使得热泵系统的热泵机组出水温度的波动减小,使热泵机组出水温度波动范围变为45到47摄氏度。本发明方案有助于提高燃气热泵系统的热泵机组出水温度的实时控制,降低燃气发动机的转速增加或者减小100r/min时对热泵系统稳定性的影响,优化燃气热泵系统的当前压缩机转速与当前制冷剂循环量的匹配,减小气缸压力扰动和环境温度扰动对热泵系统启动和正常运行的扰动。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高燃气热泵空调稳定性的控制系统及控制方法。
背景技术
目前,在燃气热泵空调控制系统当中燃气发动机的转速对燃气热泵空调系统的稳定运行至关重要,在燃气热泵空调控制系统的设计当中,往往仅限于考虑热泵子系统控制的基础上,并不能合理的考虑燃气发动机控制系统的运行性能,现有技术只考虑了空气源热泵空调系统的热泵子系统控制单元的数据采集与控制,对于燃气发动机方面并没有考虑燃气发动机在带压缩机运行时的燃气发动机参数对热泵空调系统的影响,以及燃气发动机转速改变时扰动量的干扰,在燃气发动机带动压缩机运行时,燃气发动机转速改变带来的扰动会直接对热泵空调系统产生影响,这样在有扰动干扰的情况下对热泵空调系统的热泵机组的出水温度不能及时调整到合理范围内。因为目前燃气发动机的工作性能是通过电子控制单元(ECU)来进行实时数据的监控和判断并实现燃气发动机的稳定运行,但是燃气发动机在带动压缩机运行时,燃气发动机的转速调整对整个燃气热泵空调系统的稳定运行来说起着至关重要的作用,但是目前尚未发现有对燃气热泵空调系统的热泵机组的出水温度进行实时监控的合理控制方案。现有的调速系统的动、静态性能不是很理想,稳定性不高。因此,在结合燃气发动机的系统控制和热泵子系统的控制方面做得不够,导致对燃气热泵空调系统的控制存在较为严重的不稳定性,相应数据的传输和合理的控制方式对于在燃气发动机带负载正常运行时,既保证燃气发动机的运行在负载改变时依然稳定,受扰动影响小,又能结合燃气热泵的工艺流程和实时采集的数据进行合理的控制。这样建立的两个子系统之间配合的控制系统对于燃气热泵空调系统能够输出要求的热泵系统的热泵机组出水温度非常必要。
发明内容
针对现有技术中方法上的不足,本发明的目的是提供一种提高燃气热泵空调稳定性的控制系统及控制方法,提出这种串级抗扰模式的控制方式,有利于降低扰动参数之间的耦合特性,降低燃气发动机转速突然变化带来的扰动,让热泵系统的热泵机组出水温度维持在理想状态。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是提供一种提高燃气热泵空调稳定性的控制系统,该控制系统对燃气热泵空调控制,其中:该控制系统包括主控制和副控制两套结构。
所述主控制包括主控制器和威纶通触摸屏HMI,所述主控制器通过RS485总线通讯方式依次串联开关量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输入/输出模块和GU3311监控设备,主控制器通过RS485-2W总线通讯方式连接威纶通触摸屏HMI,模拟量输入模块实时采集热泵系统的热泵机组出水温度,最终通过RS485总线传输信号到主控制器,经过主控制器的运算后通过RS485-2W总线传输信号在威纶通触摸屏HMI上显示,同时经过主控制器的运算然后通过RS485总线传输信号到副控制器运算。
所述副控制包括副控制器,副控制器与主控制的GU3311监控设备通过MODBUS总线通讯方式连接,所述副控制是针对燃气发动机的控制,因此需要的参数有燃气发动机转速、燃气发动机水温、燃气发动机油压,这三个参数通过MODBUS总线传输到副控制器,GU3311监控设备读取副控制器的数据用于显示,副控制器运算之后输出信号来控制燃气发动机转速。
同时提供一种利用提高燃气热泵空调稳定性的控制系统的控制方法。
本发明的效果是燃气热泵空调的热泵机组出水温度可以得到更快的调节,增加燃气热泵空调的稳定性,在满足现有热泵系统热泵机组出水温度的前提下,使得热泵系统的热泵机组出水温度的波动减小,原有热泵系统的热泵机组出水温度维持在45到50摄氏度的出水温度,并且波动比较剧烈,此方案使得热泵系统的热泵机组出水温度波动范围变为45到47摄氏度。本发明方案有助于提高燃气热泵系统的热泵机组出水温度的实时控制,降低燃气发动机的转速增加或者减小100r/min时对热泵系统稳定性的影响,优化燃气热泵系统的当前压缩机转速与当前制冷剂循环量的匹配,减小扰动一(气缸压力)和扰动二(环境温度)对热泵系统启动和正常运行的扰动。
附图说明
图1是本发明的串级控制原理框图;
图2是本发明的设备连接的电气结构框图。
图中:
1-4、主控制器 1-1、模拟量输入模块 1-3、开关量输入模块
1-3、触摸屏HMI 1-4、主控制器 1-5、GU3311监控设备
1-6、模拟量输入/输出模块 2-1、燃气发动机 2-4、油压燃气发动机水温
2-3、燃气发动机转速 2-2、副控制器
具体实施方式
结合附图对本发明的提高燃气热泵空调稳定性的控制系统及控制方法加以说明。
本发明的提高燃气热泵空调稳定性的控制系统及控制方法的设计思想是考虑到空气源热泵系统的热泵子系统的控制,提出热泵空调系统两个子控制单元分别组成单闭环的控制系统,该燃气热泵子控制系统对空气源热泵机组进行实时监控,友好人机交互,有热泵故障报警进行保护,通过分别控制燃气发动机转速和热泵系统的热泵机组出水温度,并将这两个参数之间的耦合特性降低,提高燃气热泵空调系统的稳定性。
本发明是在现有热泵空调系统控制的图形触控单元和数据采集处理单元的基础上,将燃气发动机的转速和燃气发动机水温等关键参数作为整个燃气热泵系统的被控变量输入到数据采集处理单元,其中热泵系统的热泵机组出水温度作为主控制器调节参数,燃气发动机转速作为副控制器调节参数组成串级控制系统,主控制器采用模糊控制,通过对燃气发动机的运行参数(转速和影响转速的气缸压力)进行必要的分析运算和现有热泵系统采集参数的整合,将温度传感器采集的热泵空调系统的热泵机组出水温度作为热泵空调系统的主控器输入参数,并且利用总线方式采集数据(发动机转速)作为被控参数结合副控制器PID控制从而实现燃气发动机的合理调速,这样既考虑了热泵系统当前的运行状况,又结合燃气发动机的实时转速进行调速来改变热泵子系统的压缩机对制冷剂的吸入量,从而调节制冷效果,让热泵系统的热泵机组出水温度始终维持在一个既定要求的合理运行范围内。
本发明的提高燃气热泵空调稳定性的控制系统,减少在燃气发动机转速发生改变时带来的扰动量一对热泵系统的稳定运行的影响,从而提高燃气热泵空调系统的热泵机组出水温度的稳、动态性能。
该控制系统包括主控制1和副控制2两套结构,
所述主控制1包括主控制器1-4和威纶通触摸屏HMI1-3,所述主控制器1-4通过RS485总线通讯方式依次串联开关量输入模块1-2、模拟量输入模块1-1、模拟量输入/输出模块1-6和GU3311监控设备1-5,主控制器1-4通过RS485-2W总线通讯方式连接威纶通触摸屏HMI1-3,模拟量输入模块1-1实时采集热泵系统的热泵机组出水温度,最终通过RS485总线传输信号到主控制器1-4,经过主控制器1-4的运算后通过RS485-2W总线传输信号在威纶通触摸屏HMI1-3上显示,同时经过主控制器1-4的运算然后通过RS485总线传输信号到副控制器2-2运算。
所述副控制2包括副控制器2-2,副控制器2-2与主控制1的GU3311监控设备1-5通过MODBUS总线通讯方式连接,所述副控制2是针对燃气发动机的控制,因此需要的参数有燃气发动机转速2-3、燃气发动机水温2-4、燃气发动机油压2-1,这三个参数通过MODBUS总线传输到副控制器2-2,GU3311监控设备1-5读取副控制器2-2的数据用于显示,副控制器2-2运算之后输出信号来控制燃气发动机转速。
所述的主控制1为采用模糊控制;所述的副控制2为采用PID控制的闭环控制系统;所述主控制1和副控制2的闭环控制系统组成串级控制系统。
利用提高燃气热泵空调稳定性的控制系统的控制方法,该方法是将主控制器1-4和副控制器2-2组成串级后的控制方法,包括有以下步骤:
步骤1:启动燃气发动机,在燃气发动机带动热泵系统的压缩机运行时,将燃气发动机转速2-3信号通过RS485总线通讯方式传输给副控制器2-2,经过副控制器2-2内的PID运算输出调节节气门开度的模拟量信号,组成闭环控制系统;
步骤2:启动燃气热泵空调系统,通过温度传感器将热泵系统的热泵机组出水温度信号通过RS485总线通讯方式传输给主控制器1-4,经过主控制器1-4内的模糊控制运算输出信号给副控制器2-2运算;
步骤3:经过副控制器2-2内的PID运算输出1-5V的电压信号之后作用于燃气发动机节气门,控制节气门开度从而调节燃气发动机转速2-3,燃气热泵空调系统的压缩机在1450r/min时,燃气热泵空调系统的制冷效果最好,从而控制热泵系统的热泵机组出水温度稳定在要求的范围内。
如图1所示,在考虑燃气发动机控制系统的情况之下,将热泵系统组成燃气发动机转速2-3和热泵空调系统的热泵机组出水温度两个被控对象的串级控制方式。此发明系统的权利要求是将控制分为内环控制和外环控制,内环实时采集燃气发动机的转速2-3进行燃气发动机调速,外环实时采集燃气热泵空调系统的热泵机组出水温度进行信号处理,主控制器1-4通过模糊控制运算得到的信号输入到副控制器2-2进行PID运算,副控制器2-2输出的信号用来调节燃气发动机的节气门开度,从而燃气发动机转速2-3就得到了合理的调整,通过调整燃气发动机转速2-3影响燃气热泵空调系统的压缩机转速,压缩机的转速直接影响燃气热泵空调系统制冷剂循环量,这样构成循环往复的实时测量运算的燃气热泵空调控制系统,使得燃气热泵空调系统的热泵机组出水温度维持在45到47摄氏度,波动范围不会超过2摄氏度。
如图2所示,在图1的燃气热泵空调系统的串级控制思想的指导下,各个设备连接的电气结构框图反映了热泵空调系统的控制方法。此控制方方法是两个控制单元独立工作,单元之间通过总线通讯。首先,在燃气发动机启动之后,副控制器2-2利用PID控制运算处理主控制器1-4传输信号组成闭环控制系统实时控制燃气发动机稳定运行,在燃气发动机运行稳定后,热泵子系统利用温度传感器传输燃气热泵空调系统的热泵机组出水温度到模拟量输入模块1-1再传输到主控制器1-4进行实时调节,然后,燃气发动机根据热泵空调系统的热泵机组出水温度调整燃气发动机转速2-3从而满足实际的热泵空调系统的运行要求,两个控制系统之间的联系是通过主控制器1-4的模糊控制运算之后来实时调整燃气发动机转速2-3从而达到满意的燃气热泵空调系统的热泵机组出水温度。无论是热泵子系统还是燃气发动机子系统都是分别通过总线传输至触摸屏单元HMI1-3,根据指令控制模拟信号1-6的输出,实现燃气热泵空调系统稳定性控制方法。此发明方法的权利要求是串级控制思想的燃气热泵控制系统,电气设备连接结构反映了燃气热泵空调系统的控制特点,主副控制之间既有联系又各自独立运行。
此发明的控制方法所反应的权利要求是将燃气发动机子系统作为燃气热泵系统稳定运行的关键因素,在燃气发动机带动压缩机运行时,通过实时反馈热泵子系统的热泵机组出水温度,调整燃气发动机转速,从而让燃气热泵空调系统的热泵机组出水温度始终维持在2摄氏度的波动范围之内,此发明控制方法的权利要求是依赖于主控制器1-4模糊控制算法的计算和副控制器2-2PID控制调速。
Claims (3)
1.一种提高燃气热泵空调稳定性的控制系统,该控制系统对燃气热泵空调控制,其特征是:该控制系统包括主控制(1)和副控制(2)两套结构;
所述主控制(1)包括主控制器(1-4)和威纶通触摸屏HMI(1-3),所述主控制器(1-4)通过RS485总线通讯方式依次串联开关量输入模块(1-2)、模拟量输入模块(1-1)、模拟量输入/输出模块(1-6)和GU3311监控设备(1-5),主控制器(1-4)通过RS485-2W总线通讯方式连接威纶通触摸屏HMI(1-3),模拟量输入模块(1-1)实时采集热泵系统的热泵机组出水温度,最终通过RS485总线传输信号到主控制器(1-4),经过主控制器(1-4)的运算后通过RS485-2W总线传输信号在威纶通触摸屏HMI(1-3)上显示,同时经过主控制器(1-4)的运算然后通过RS485总线传输信号到副控制器(2-2)运算;
所述副控制(2)包括副控制器(2-2),副控制器(2-2)与主控制(1)的GU3311监控设备(1-5)通过MODBUS总线通讯方式连接,所述副控制(2)是针对燃气发动机的控制,因此需要的参数有燃气发动机转速(2-3)、燃气发动机水温(2-4)、燃气发动机油压(2-1),这三个参数通过MODBUS总线传输到副控制器(2-2),GU3311监控设备(1-5)读取副控制器(2-2)的数据用于显示,副控制器(2-2)运算之后输出信号来控制燃气发动机转速。
2.根据权利要求1所述提高燃气热泵空调稳定性的控制系统,其特征是:所述的主控制(1)为采用模糊控制;所述的副控制(2)为采用PID控制的闭环控制系统;所述主控制(1)和副控制(2)的闭环控制系统组成串级控制系统。
3.利用提高燃气热泵空调稳定性的控制系统的控制方法,该方法是将主控制器(1-4)和副控制器(2-2)组成串级后的控制方法,包括有以下步骤:
步骤1:启动燃气发动机,在燃气发动机带动热泵系统的压缩机运行时,将燃气发动机转速(2-3)信号通过RS485总线通讯方式传输给副控制器(2-2),经过副控制器(2-2)内的PID运算输出调节节气门开度的模拟量信号,组成闭环控制系统;
步骤2:启动燃气热泵空调系统,通过温度传感器将热泵系统的热泵机组出水温度信号通过RS485总线通讯方式传输给主控制器(1-4),经过主控制器(1-4)内的模糊控制运算输出信号给副控制器(2-2)运算;
步骤3:经过副控制器(2-2)内的PID运算输出1-5V的电压信号之后作用于燃气发动机节气门,控制节气门开度从而调节燃气发动机转速(2-3),燃气热泵空调系统的压缩机在1450r/min时,燃气热泵空调系统的制冷效果最好,从而控制热泵系统的热泵机组出水温度稳定在要求的范围内。
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