CN111043802A - 单机双级制冷系统监控软件 - Google Patents

Abstract

单机双级制冷系统监控软件，包括监控层、控制层和执行层；监控层由西门子触摸屏组成，控制层由西门子S7‑300系列PLC和电气控制柜组成，执行层由船用单机双级制冷机组和金枪鱼渔船超低温冷库组成；软件实现压缩机高压采集、压缩机低压采集、水压采集、测点温度采集和测点压力采集；软件实现阀门开度调节、高低压保护、压缩机能量调节、压缩机油压报警、压缩机超温报警、电加热超温报警、风机过载报警、冷却水系统报警。本发明利用PLC的强大功能使渔船制冷机组运行在最佳状态，结合上位机，方便工作人员直接在控制室获取运行状态，并及时进行调控，起到了及时、节能、降低劳动强度的作用。

Description

单机双级制冷系统监控软件

技术领域

本发明涉及制冷系统监控领域，尤其是单机双级制冷系统监控软件。

背景技术

大洋性金枪鱼作为一种具有高蛋白、低脂肪的高商品价值的大型远洋性重要商品食用鱼，经济价值颇高，是远洋渔业的重要鱼种，但由于其鱼肉含较高的肌红蛋白，极易氧化，因此需要保证金枪鱼冷冻间的温度为-60℃，长期贮藏间的温度为-50℃～-55℃。金枪鱼渔船需要长期在远海海域进行作业，尤其在夏季捕鱼季节，气候炎热，渔船制冷系统的冷凝温度可达到为40℃。目前，我国大部分金枪鱼渔船采用单机双级活塞式压缩制冷系统，R22作为制冷剂来制取相应的低温环境。

传统的冷库控制系统多采用继电器逻辑电路组成的控制器，这种控制方式需要有人员实时监控操作，容易造成调节滞后和误操作。

发明内容

本发明单机双级制冷系统监控软件配合PLC实现将渔船超低温冷库制冷系统库内的金枪鱼鱼货降温并保持在目标温度（-60℃），运行参数的监控和设备故障报警的功能。

所述软件采用西门子公司出品的S7-300系列PLC进行硬件平台的搭建，用于实现向上位机传输采集来的数据，和向执行机构发送上位机指令的功能。

所述软件开发所使用的脚本语言为由西门子公司开发的语句表（STL－StatementList）语言，是一种文本编程语言，由多条语句组成一个程序段，可以实现部分梯形图不能实现的功能，与微软开发的各种操作系统均有良好的兼容性，经过测试程序可达到设计要求，可以在Win7，Win8和Win10操作系统上使用。强大的可视化开发环境——SIEMENS STEP7和WinCC flexible，配合西门子触摸屏，提供给用户一个美观、便捷的操作环境。

单机双级制冷系统监控软件包括监控层、控制层和执行层；监控层由西门子触摸屏组成，控制层由西门子S7-300系列PLC和电气控制柜组成，执行层由船用单机双级制冷机组和金枪鱼渔船超低温冷库组成；

软件实现压缩机高压采集、压缩机低压采集、水压采集、测点温度采集和测点压力采集；

软件实现阀门开度调节、高低压保护、压缩机能量调节、压缩机油压报警、压缩机超温报警、电加热超温报警、风机过载报警、冷却水系统报警。

进一步，阀门开度调节是在单机双级制冷系统中阀门自动控制开启模式下，PLC通过获取压缩机的排气温度，经内置PID算法计算出较好的阀门开度来进行调节。

进一步，高低压保护的特征在于：当制冷机组启动后，PLC通过单机双级制冷系统压缩机排气口的压力变送器获得压缩机高压的数据，当高压超过2.05±0.05mPa时，系统停车并报警，等待用户手动复位，如果高压未能回到合理范围内或用户未手动复位，则机组不能启动；当制冷机组启动后，系统通过单机双级制冷系统压缩机吸气口的压力变送器获得压缩机低压的数据，当低压超出0.03±0.05mPa时，系统断开并报警，接下来判断低压的范围：没有恢复到0.3±0.02mPa，则机组继续断开并报警，恢复到0.3±0.02mPa的正常范围，则机组重新接通。

优选地，通过采集二级吸气压力进行压缩机能量调节操作，当吸气压力超出0.1±0.02mPa则启动能量调节，没有超出则继续不进行能量调节；进一步判断吸气压力的范围，处于0.45±0.02mPa内则复位，即不进行能量调节，不处于0.45±0.02mPa内则继续卸载。

优选地，压缩机油压报警特征在于：根据从油压传感器采集的信号，判断油压的状态，油压超出设定值的范围则停车并报警，需要用户通过手动复位压缩机上油压控制器，使压缩机油压正常才能够重新开机；系统通过采集压缩机曲轴箱温度，判定曲轴箱温度状态，曲轴箱温度超出正常温度范围，则停车并报警，避免出现压缩机过热的情况，保护压缩机。

优选地，冷却水系统报警特征在于：系统采集冷却水系统进水压力，冷却水系统进水压力超出0.08±0.01mPa则停机并报警，当冷却水系统进水压力重新恢复到0.12±0.01mPa范围内，则重新复位，没有恢复则保持停机报警状态。

风机过载报警特征在于：判断风机的状态，风机处于运行状态则采集风机电流，电流超出风机额定电流则说明风机过载，系统停车报警，需要用户手动复位才能够继续运行。

电加热超温报警特征在于：判断电加热的状态，电加热处于运行状态则采集电加热温度，电加热温度超出规定范围则停车报警，需要用户手动复位才能够继续运行。

测点温度采集特征在于：制冷系统中包括10个温度测点，均采用PT1000热电阻传感器采集温度，从热电阻传感器采集来的电阻阻值信号，在PLC内转换为对应的温度，与设定的温度范围比较，超出设定的温度范围则需要停机手动处理；

测点压力采集特征在于：制冷系统中共包括7个压力测点，均采用AKS33压力变送器采集，从压力变送器采集来的电流信号，在PLC内转换为对应的压力信号，与设定的压力范围比较，超出设定的范围则需要停机手动处理。

本发明借助PLC替代传统控制器对渔船冷库制冷机组进行控制，利用PLC的强大功能使渔船制冷机组运行在最佳状态，结合上位机，方便工作人员直接在控制室获取运行状态，并及时进行调控，起到了及时、节能、降低劳动强度的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的软件编写思路，下面对附图进行说明。

附图1为金枪鱼渔船用单机双级制冷监控系统的三个组成部分示意图：监控层、控制层和执行层；监控层由西门子触摸屏组成，控制层由西门子S7-300系列PLC和电气控制柜组成，执行层由船用单机双级制冷机组和金枪鱼渔船超低温冷库组成；

附图2为金枪鱼渔船用单机双级制冷系统的机组控制模式选择流程图；

附图3、4为金枪鱼渔船用单机双级制冷系统的监控系统部分的人机交互界面；

附图5为金枪鱼渔船用单机双级制冷系统中冷却水系统控制操作界面；

附图6为本发明一种金枪鱼渔船用单机双级制冷系统中阀门开度的控制流程图；

附图7为本发明单机双级制冷系统监控软件压缩机高压采集流程图；

附图8为本发明单机双级制冷系统监控软件压缩机低压采集流程图；

附图9为本发明单机双级制冷系统监控软件压缩机能量调节流程图；

附图10为本发明单机双级制冷系统监控软件压缩机油压报警流程图；

附图11为本发明单机双级制冷系统监控软件压缩机超温报警流程图；

附图12为本发明单机双级制冷系统监控软件水压采集流程图；

附图13为本发明单机双级制冷系统监控软件风机过载报警流程图；

附图14为本发明单机双级制冷系统监控软件电加热超温报警流程图；

附图15为本发明单机双级制冷系统监控软件系统机组各测点温度采集流程图；

附图16为本发明单机双级制冷系统监控软件系统机组各测点压力采集流程图；

附图17、18为金枪鱼渔船用单机双级制冷系统的冷库温度显示界面；

附图19为金枪鱼渔船用单机双级制冷系统监控软件的报警显示界面。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

单机双级制冷系统监控软件包括监控层、控制层和执行层；监控层由西门子触摸屏组成，控制层由西门子S7-300系列PLC和电气控制柜组成，执行层由船用单机双级制冷机组和金枪鱼渔船超低温冷库组成；

软件实现压缩机高压采集、压缩机低压采集、水压采集、测点温度采集和测点压力采集；

软件实现阀门开度调节、高低压保护、压缩机能量调节、压缩机油压报警、压缩机超温报警、电加热超温报警、风机过载报警、冷却水系统报警。

进一步，阀门开度调节是在单机双级制冷系统中阀门自动控制开启模式下，PLC通过获取压缩机的排气温度，经内置PID算法计算出较好的阀门开度来进行调节。

进一步，高低压保护的特征在于：当制冷机组启动后，PLC通过单机双级制冷系统压缩机排气口的压力变送器获得压缩机高压的数据，当高压超过2.05±0.05mPa时，系统停车并报警，等待用户手动复位，如果高压未能回到合理范围内或用户未手动复位，则机组不能启动；当制冷机组启动后，系统通过单机双级制冷系统压缩机吸气口的压力变送器获得压缩机低压的数据，当低压超出0.03±0.05mPa时，系统断开并报警，接下来判断低压的范围：没有恢复到0.3±0.02mPa，则机组继续断开并报警，恢复到0.3±0.02mPa的正常范围，则机组重新接通。

优选地，通过采集二级吸气压力进行压缩机能量调节操作，当吸气压力超出0.1±0.02mPa则启动能量调节，没有超出则继续不进行能量调节；进一步判断吸气压力的范围，处于0.45±0.02mPa内则复位，即不进行能量调节，不处于0.45±0.02mPa内则继续卸载。

优选地，压缩机油压报警特征在于：根据从油压传感器采集的信号，判断油压的状态，油压超出设定值的范围则停车并报警，需要用户通过手动复位压缩机上油压控制器，使压缩机油压正常才能够重新开机；系统通过采集压缩机曲轴箱温度，判定曲轴箱温度状态，曲轴箱温度超出正常温度范围，则停车并报警，避免出现压缩机过热的情况，保护压缩机。

优选地，冷却水系统报警特征在于：系统采集冷却水系统进水压力，冷却水系统进水压力超出0.08±0.01mPa则停机并报警，当冷却水系统进水压力重新恢复到0.12±0.01mPa范围内，则重新复位，没有恢复则保持停机报警状态。

风机过载报警特征在于：判断风机的状态，风机处于运行状态则采集风机电流，电流超出风机额定电流则说明风机过载，系统停车报警，需要用户手动复位才能够继续运行。

电加热超温报警特征在于：判断电加热的状态，电加热处于运行状态则采集电加热温度，电加热温度超出规定范围则停车报警，需要用户手动复位才能够继续运行。

测点温度采集特征在于：制冷系统中包括10个温度测点，均采用PT1000热电阻传感器采集温度，从热电阻传感器采集来的电阻阻值信号，在PLC内转换为对应的温度，与设定的温度范围比较，超出设定的温度范围则需要停机手动处理；

测点压力采集特征在于：制冷系统中共包括7个压力测点，均采用AKS33压力变送器采集，从压力变送器采集来的电流信号，在PLC内转换为对应的压力信号，与设定的压力范围比较，超出设定的范围则需要停机手动处理。

附图1中是金枪鱼渔船用单机双级制冷监控系统的三个组成部分：监控层、控制层和执行层；

监控系统的数据测点包括，输出：单机双级制冷系统10个热电阻温度测点，7个压力测点和1个制冷剂制冷流量测点，10个报警点，9个运行状态布尔测点，冷风机和电加热4个电流测点，4个温度测点，冷库内布置的50个热电偶温度测点，共95个；输入：机组故障复位参数4个，机组启动1个，库内温度设定1个，机组运行参数设定3个，共9个；

控制层可选择手动运行模式和自动运行模式；手动运行模式下，机组的控制通过控制柜的按钮进行相关操作；风机、电加热、压缩机、电磁阀的启动与停止均可通过启动停止按钮进行启停（前提是各保护均需正常）；选择自动运行模式下，机组的控制切换至触摸屏进行相关操作，控制柜的相关操作将不起控制作用；

执行层中金枪鱼渔船用单机双级制冷机组和金枪鱼渔船超低温冷库中各个温度传感器将电阻信号，压力变送器将电流信号传送给控制层的PLC，在PLC中完成向温度和压力数据的转换，用户可通过在监控层的触摸屏中监测数据和观察设备运行状态并进行记录。用户也可以通过触摸屏和电气控制柜对机组的运行参数进行设定和启停控制；在参数超出合理范围时，控制系统会进行报警，提醒用户机组运行出现异常。结合远程控制模块，可以实现冷库制冷系统运行状态的远程监控；在异常状态下，还可以通过短信的形式，第一时间通知用户。

附图2是金枪鱼渔船用机组控制模式选择流程图；手动模式下，用户通过控制柜上的按钮进行机组和风机等的启停操作；自动模式下，用户通过触摸屏进行机组的启停以及参数设定等操作，而通过控制柜的操作则不会得到反馈。结合远程控制模块，用户还可以选择远程控制，在该控制模式下，用户可以通过互联网进行机组的控制。

附图3、4是金枪鱼渔船用单机双级制冷系统中监控系统部分的人机交互界面，画面右上角显示当前运行的机组及运行模式，用户可在有该界面中查看运行中的所有参数和修改运行参数。

附图5是金枪鱼渔船用单机双级制冷系统中冷却水系统自动运行模式下的控制操作界面。

附图6是金枪鱼渔船用单机双级制冷系统中阀门自动控制开启模式下，PLC通过获取压缩机的排气温度，经内置PID算法计算出较好的阀门开度来进行调节的控制流程图。

附图7是本发明单机双级制冷系统监控软件中压缩机高压采集流程部分图，当制冷机组启动后，PLC通过金枪鱼渔船用单机双级制冷系统压缩机排气口的压力变送器获得压缩机高压的数据，当高压超过2.05±0.05mPa时，系统停车并报警，等待用户手动复位，如果高压未能回到合理范围内或用户未手动复位，则机组不能启动。

附图8是本发明单机双级制冷系统监控软件中压缩机低压采集部分流程图，当制冷机组启动后，系统通过金枪鱼渔船用单机双级制冷系统压缩机吸气口的压力变送器获得压缩机低压的数据，当低压超出0.03±0.05mPa时，系统断开并报警，接下来判断低压的范围：没有恢复到0.3±0.02mPa，则机组继续断开并报警，恢复到0.3±0.02mPa的正常范围，则机组重新接通。

附图9是本发明单机双级制冷系统监控软件中压缩机能量调节部分流程图，当系统处于部分负荷时，压缩机处于全负荷运行会造成大量的能量浪费，因此压缩机进行部分活塞的卸载，节约能源。通过采集二级吸气压力进行能量调节操作，当吸气压力超出0.1±0.02mPa则启动能量调节，没有超出则继续不进行能量调节；进一步判断吸气压力的范围，处于0.45±0.02mPa内则复位，即不进行能量调节，不处于0.45±0.02mPa内则继续卸载。

附图10是本发明单机双级制冷系统监控软件中压缩机油压报警部分流程图，根据从油压传感器采集的信号，判断油压的状态，油压超出设定值的范围则停车并报警，需要用户通过手动复位压缩机上油压控制器，使压缩机油压正常才能够重新开机。

附图11是本发明单机双级制冷系统监控软件中压缩机超温报警部分流程图，系统通过采集压缩机曲轴箱温度，判定曲轴箱温度状态，曲轴箱温度超出正常温度范围，则停车并报警，避免出现压缩机过热的情况，保护压缩机。

附图12是本发明单机双级制冷系统监控软件中水压采集部分流程图，系统采集冷却水系统进水压力，冷却水系统进水压力超出0.08±0.01mPa则停机并报警，当冷却水系统进水压力重新恢复到0.12±0.01mPa范围内，则重新复位，没有恢复则保持停机报警状态。

附图13是本发明单机双级制冷系统监控软件中风机过载报警部分流程图，首先判断风机的状态，风机处于运行状态则采集风机电流，电流超出风机额定电流则说明风机过载，系统停车报警，需要用户手动复位才能够继续运行。

附图14是本发明单机双级制冷系统监控软件中电加热超温报警部分流程图，首先判断电加热的状态，电加热处于运行状态则采集电加热温度，电加热温度超出规定范围则停车报警，需要用户手动复位才能够继续运行。

附图15是本发明单机双级制冷系统监控软件中系统机组各测点温度采集部分流程图，复叠制冷系统中共包括10个温度测点，均采用PT1000热电阻传感器采集温度，从热电阻传感器采集来的电阻阻值信号，在PLC内转换为对应的温度，与设定的温度范围比较，超出设定的温度范围则需要停机手动处理。

附图16是本发明单机双级制冷系统监控软件中系统机组各测点压力采集部分流程图，复叠制冷系统中共包括7个压力测点，均采用AKS33压力变送器采集，从压力变送器采集来的电流信号，在PLC内转换为对应的压力信号，与设定的压力范围比较，超出设定的范围则需要停机手动处理。

附图17、18是金枪鱼渔船用单机双级制冷系统中冷库温度显示界面，画面右上角显示当前运行的机组及运行模式；画面显示库房内50点处温度及平均温度。

附图19是金枪鱼渔船用单机双级制冷系统的报警显示界面，画面右上角显示当前运行的机组及运行模式；机组运行中所有故障均在此页面显示，用户通过按下消音按钮可对声报警进行消除。

本发明借助PLC替代传统控制器对渔船冷库制冷机组进行控制，利用PLC的强大功能使渔船制冷机组运行在最佳状态，结合上位机，方便工作人员直接在控制室获取运行状态，并及时进行调控，起到了及时、节能、降低劳动强度的作用。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.单机双级制冷系统监控软件，其特征在于：软件包括监控层、控制层和执行层；监控层由西门子触摸屏组成，控制层由西门子S7-300系列PLC和电气控制柜组成，执行层由船用单机双级制冷机组和金枪鱼渔船超低温冷库组成；

软件实现压缩机高压采集、压缩机低压采集、水压采集、测点温度采集和测点压力采集；

软件实现阀门开度调节、高低压保护、压缩机能量调节、压缩机油压报警、压缩机超温报警、电加热超温报警、风机过载报警、冷却水系统报警。

2.根据权利要求1所述的单机双级制冷系统监控软件所述，其特征还在于：阀门开度调节是在单机双级制冷系统中阀门自动控制开启模式下，PLC通过获取压缩机的排气温度，经内置PID算法计算出较好的阀门开度来进行调节。

3.根据权利要求1所述的单机双级制冷系统监控软件所述，高低压保护的特征在于：当制冷机组启动后，PLC通过单机双级制冷系统压缩机排气口的压力变送器获得压缩机高压的数据，当高压超过2.05±0.05mPa时，系统停车并报警，等待用户手动复位，如果高压未能回到合理范围内或用户未手动复位，则机组不能启动；当制冷机组启动后，系统通过单机双级制冷系统压缩机吸气口的压力变送器获得压缩机低压的数据，当低压超出0.03±0.05mPa时，系统断开并报警，接下来判断低压的范围：没有恢复到0.3±0.02mPa，则机组继续断开并报警，恢复到0.3±0.02mPa的正常范围，则机组重新接通。

4.根据权利要求1所述的单机双级制冷系统监控软件所述，其特征在于：通过采集二级吸气压力进行压缩机能量调节操作，当吸气压力超出0.1±0.02mPa则启动能量调节，没有超出则继续不进行能量调节；进一步判断吸气压力的范围，处于0.45±0.02mPa内则复位，即不进行能量调节，不处于0.45±0.02mPa内则继续卸载。

5.根据权利要求1所述的单机双级制冷系统监控软件所述，压缩机油压报警特征在于：根据从油压传感器采集的信号，判断油压的状态，油压超出设定值的范围则停车并报警，需要用户通过手动复位压缩机上油压控制器，使压缩机油压正常才能够重新开机；系统通过采集压缩机曲轴箱温度，判定曲轴箱温度状态，曲轴箱温度超出正常温度范围，则停车并报警，避免出现压缩机过热的情况，保护压缩机。

6.根据权利要求1所述的单机双级制冷系统监控软件所述，冷却水系统报警特征在于：系统采集冷却水系统进水压力，冷却水系统进水压力超出0.08±0.01mPa则停机并报警，当冷却水系统进水压力重新恢复到0.12±0.01mPa范围内，则重新复位，没有恢复则保持停机报警状态。

7.根据权利要求1所述的单机双级制冷系统监控软件所述，风机过载报警特征在于：判断风机的状态，风机处于运行状态则采集风机电流，电流超出风机额定电流则说明风机过载，系统停车报警，需要用户手动复位才能够继续运行。

8.根据权利要求1所述的单机双级制冷系统监控软件所述，电加热超温报警特征在于：判断电加热的状态，电加热处于运行状态则采集电加热温度，电加热温度超出规定范围则停车报警，需要用户手动复位才能够继续运行。

9.根据权利要求1所述的单机双级制冷系统监控软件所述，测点温度采集特征在于：制冷系统中包括10个温度测点，均采用PT1000热电阻传感器采集温度，从热电阻传感器采集来的电阻阻值信号，在PLC内转换为对应的温度，与设定的温度范围比较，超出设定的温度范围则需要停机手动处理。

10.根据权利要求1所述的单机双级制冷系统监控软件所述，测点压力采集特征在于：制冷系统中共包括7个压力测点，均采用AKS33压力变送器采集，从压力变送器采集来的电流信号，在PLC内转换为对应的压力信号，与设定的压力范围比较，超出设定的范围则需要停机手动处理。

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