CN112594187B - 一种螺杆机组控制系统及螺杆机组 - Google Patents

一种螺杆机组控制系统及螺杆机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了螺杆机组控制系统及螺杆机组，该控制系统包括：电流采集单元；满载负荷电流计算单元；负荷计算单元，实时计算实时运行负荷；逻辑计算单元，其接收实时运行负荷、加载阀动作之初的当前加载运行负荷、及卸载阀动作之初的当前卸载运行负荷，并计算实时运行负荷与当前加载运行负荷之差ΔCAP1、及实时运行负荷与当前卸载运行负荷之差ΔCAP2；控制单元，其被配置为在加载过程中周期性执行加载阀的动作，直至ΔCAP1达到预设加载目标负荷，且在卸载过程中周期性执行卸载阀的动作，直至ΔCAP2达到预设卸载目标负荷。本发明实时监测运行负荷，实现固定负荷变化加卸载控制，减小负荷波动，有利于稳定螺杆机组水温。

Description

一种螺杆机组控制系统及螺杆机组
技术领域
本发明涉及一种螺杆机组控制系统技术领域，尤其涉及一种螺杆机组控制系统及螺杆机组。
背景技术
螺杆压缩机作为螺杆机组的能力输出部件，整个机组对外能力输出的大小全由其运行负荷决定，而负荷的变化则是通过螺杆压缩机的滑阀的动作行程来实现的，滑阀行程控制由螺杆压缩机的加载电磁阀（简称加载阀）、卸载电磁阀（简称卸载阀）在控制器控制下的脉冲动作时间长短来决定，当加载阀导通且卸载阀关闭时，高压润滑油进入活塞缸内，在压力作用下推动滑阀进行加载，而当卸载阀导通且加载阀关闭时，在弹簧作用下，润滑油旁通到吸气侧，完成卸载动作。
现有技术中，滑阀的无级调节通常是使负温度系数NTC温度测头对出水温度进行测量，没有位置传感器确定滑阀位置并非反馈至控制器进行控制，因此，实际运行负荷只能通过简单地对加载阀及卸载阀的脉冲动作时间来控制，但是，在不同运行负荷下，脉冲动作时间对压缩机负荷调节的影响并不相同，而且此影响也无法进行“负荷-脉冲动作时间”对应关系转化，因此，导致每次加载、卸载时都存在很大的不稳定性，不合适的脉冲动作时间设置会导致机组水温的剧烈波动，甚至出现频繁停机，即使对脉冲时间优化，也只能减小波动，无法确定负荷调节幅度，仍然对水温的稳定性造成一定影响。
有些竞品中，通过检测螺杆压缩机的当前运行负荷，根据当前运行负荷控制加载、卸载脉冲动作时间，对加、卸载脉冲导通、关闭时间进行动态调整，使压缩机加、卸载的幅度与压缩机的运行负荷关联，虽然能部分改善负荷调节时过调问题，但仍无法得到负荷调节变化值，仅能进行趋势判断，无法精确进行调节。
发明内容
本发明的实施例提供一种螺杆机组控制系统，通过实时监测运行负荷，实现固定负荷变化加卸载控制，减小负荷波动，有利于稳定螺杆机组水温。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
本申请涉及一种螺杆机组控制系统，其特征在于，包括：
电流采集单元，其用于实时采集螺杆压缩机的电流I；
满载负荷电流计算单元，其用于计算所述螺杆压缩机的满载负荷电流IF；
负荷计算单元，其根据电流I和满载负荷电流IF实时计算实时运行负荷；
逻辑计算单元，其接收所述实时运行负荷、加载阀动作之初时的当前加载运行负荷、及卸载阀动作之初时的当前卸载运行负荷，并计算加载过程所述实时运行负荷与所述当前加载运行负荷之差ΔCAP1、及卸载过程所述实时运行负荷与所述当前卸载运行负荷之差ΔCAP2；
控制单元，其被配置为执行加载模式及执行卸载模式；
加载模式，其在加载过程中周期性执行所述加载阀的动作，直至ΔCAP1达到预设加载目标负荷；
卸载模式：其在卸载过程中周期性执行所述卸载阀的动作，直至ΔCAP2达到预设卸载目标负荷。
本发明提供的螺杆机组控制系统，通过实时监测运行负荷，并在有加载信号时存储加载阀动作之初时的加载运行负荷，在加载阀的调阀过程中，周期性执行加载阀的动作，直至ΔCAP1达到预设加载目标负荷，停止加载阀动作，使得保证每次有加载信号的调阀过程中，都能够实现等负荷变化，减小负荷波动，且通过设定预设加载目标负荷，对加载阀的加载进行趋近控制，提高对负荷调节的准确控制；在有卸载信号时存储卸载阀动作之初时的卸载运行负荷，在卸载阀的调阀过程中，周期性执行卸载阀的动作，直至ΔCAP2达到预设卸载目标负荷，停止卸载阀动作，使得保证每次有卸载信号的调阀过程中，都能够实现等负荷变化，减小负荷波动，且通过设定预设卸载目标负荷，对卸载阀的卸载进行趋近控制，提高对负荷调节的准确控制。
在本申请中，所述满载负荷电流IF采取如下公式进行计算：
IF=C1+C2*to+C3*tc+C4*to2+C5*to*tc+C6*tc2+C7*to3+C8*tc*to2+C9*to*tc2+C10*tc3；
其中，C1至C10为系数，to为蒸发温度，tc为冷凝温度。
在本申请中，所述负荷计算单元所计算的实时运行负荷占比为电流I和满载负荷电流IF之比。
在本申请中，在所述加载模式中，所述加载阀的加载周期包括用于所述加载阀的脉冲动作时间及第一预设稳定时间；
其中在所述第一固定稳定时间内，所述加载阀处于持续关闭状态。
在本申请中，在所述卸载模式中，所述卸载阀的卸载周期包括用于所述卸载阀的脉冲动作时间及第二预设稳定时间；
其中在所述第二固定稳定时间内，所述卸载阀处于持续关闭状态。
在本申请中，用于所述加载阀的脉冲动作时间和用于所述卸载阀的脉冲动作时间分别是可设置的固定值；
所述第一固定稳定时间及第二固定稳定时间能够相同或不同。
在本申请中，用于所述加载阀的脉冲动作时间能够根据所述ΔCAP1及所述预设加载目标负荷而设置；
用于所述卸载阀的脉冲动作时间能够根据所述ΔCAP2及所述预设卸载目标负荷而设置。
本申请还涉及一种螺杆机组，包括如上所述的螺杆机组控制系统。
本发明实时监测运行负荷，实现固定负荷变化加卸载控制，减小负荷波动，有利于稳定螺杆机组水温。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提出的一种螺杆机组控制系统一实施例的系统结构图；
图2是本发明提出的一种螺杆机组控制系统实施例进行加载模式时的加载流程图；
图3是本发明提出的一种螺杆机组控制系统实施例中加载阀在调阀过程中的控制时序图；
图4是本发明提出的一种螺杆机组控制系统实施例中进行卸载模式时的卸载流程图；
图5是本发明提出的一种螺杆机组控制系统实施例中卸载阀在调阀过程中的控制时序图。
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。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[螺杆机组控制系统]
螺杆压缩机的滑阀行程控制由螺杆压缩机的加载阀、卸载阀在控制器控制下的脉冲动作时间长短来决定。
在加载周期（卸载周期）内会存在多个脉冲，存在脉冲时加载阀（卸载阀）导通，脉冲之间的低电平时加载阀（卸载阀）关闭，脉冲动作时间包括导通时间和关闭时间。
参考图1，本申请涉及一种螺杆机组控制系统，包括电流采集单元10、满载负荷电流计算单元20、负荷计算单元30、逻辑计算单元40及控制单元50。
电流采集单元10采用电流传感器对螺杆压缩机的电流I进行采样。
满载负荷电流计算单元20用于计算螺杆压缩机的满载负荷电流IF。
在本申请中，利用压缩机厂家提供的计算公式进行满载负荷电流IF的计算，IF=C1+C2*to+C3*tc+C4*to2+C5*to*tc+C6*tc2+C7*to3+C8*tc*to2+C9*to*tc2+C10*tc3，其中，C1至C10为系数，to为蒸发温度，tc为冷凝温度。
负荷计算单元30接收电流采集单元10采集的电流I和满载负荷电流计算单元20所计算的满载负荷电流IF，用于计算运行负荷。
由于电流采集单元10采集的电流I和满载负荷电流计算单元20用于计算的满载负荷电流IF的参数都是实时的，因此，负荷计算单元30计算的运行负荷是实时运行负荷。
在本申请中，负荷计算单元30所计算的实时运行负荷CAP=I/IF。
如下分别对有加载信号的加载阀、以及有卸载信号时的卸载阀的控制说明。
加载模式
参见图2，其示出了加载模式下对加载阀执行动作的流程图。
S21：采集螺杆压缩机的电流I。
如上所述的，采用电流采集单元10获取电流I。
S22：计算满载负荷电流IF。
如上所述的，采用满载负荷电流计算单元20计算满载负荷电流IF。
S23：实时计算运行负荷CAP。
如上所述的，采用负荷计算单元30实时计算运行负荷CAP。
S24：判断是否有加载信号，若是，进行到S25，若否，进行到S27。
加载信号是在螺杆机组需要加载时发出的。
S25：加载阀动作。
S26：此时记录压缩机的当前加载运行负荷CAP_i并存储。
加载阀首次动作的同时，记录当前的运行负荷CAP_i，该CAP_i可以等于当前采集的电流I和当前计算的满载负荷电流IF之比。
S27：判断运行负荷CAP和当前加载运行负荷CAP_i之差ΔCAP1是否达到预设加载目标A，若是，进行到S28，若否，继续进行S25。
逻辑计算单元40接收实时运行负荷CAP并调取当前加载运行负荷CAP_i进行比较，实时计算加载阀加载过程中的差值ΔCAP1（即，加载负荷变化）。
S28：加载过程结束，并返回至S24。
参考图3中示出的时序图，每次有加载信号到本次加载过程结束（即ΔCAP1达到预设加载目标A）称为调阀（此处的阀指加载阀）周期T。
每个调阀周期T可以包括多个加载周期T'，用于周期性执行加载阀的动作。
由于加载阀的动作是由脉冲驱动执行，因此，每个加载周期T'包括用于加载阀的脉冲动作时间Ut，在此时间内，时间t1阀导通（即高电平时加载阀导通），时间t2阀关闭（即低电平时加载阀关闭）。
脉冲动作时间包括固定脉冲次数，用于压缩机的加载，对应的时间安装实际测试情况进行调节。
在调阀周期T内，控制单元50被配置为周期性执行加载阀的动作。
当差值ΔCAP1达到预设加载目标A时，调阀周期被终止，即本次加载过程结束，此时，完成一个固定负荷变化加载的控制周期，然后返回继续检测是否有加载信号，若有，循环至S21，若无加载信号，此时，螺杆压缩机进行维持运行。
每个加载周期T'还会包括第一预设稳定时间t0，其可以是可设置的固定值，用于消除系统惯性，使负荷检测更稳定，按照实际测试进行设定，在t0时间段内加载阀保持为关闭状态。
若运行负荷CAP和当前加载运行负荷CAP_i之差ΔCAP1还没有达到预设加载目标A，表示对应加载信号的调阀周期还没有终止，继续周期性执行加载阀的动作，直至差值ΔCAP1达到预设加载目标A，停止对加载阀的动作。
在每个调阀周期T内固定控制负荷变化，实现等负荷加载控制，减小负荷波动，有助于稳定机组水温。
在加载模式中，由于脉冲次数是固定的，因此，脉冲动作时间Ut也是固定的，但是其数值可以根据ΔCAP1和预设加载目标A而调整变化。
卸载模式
参见图4，其示出了卸载模式下对卸载阀执行动作的流程图。
S41：采集螺杆压缩机的电流I。
如上所述的，采用电流采集单元10获取电流I。
S42：计算满载负荷电流IF。
如上所述的，采用满载负荷电流计算单元20计算满载负荷电流IF。
S43：实时计算运行负荷CAP。
如上所述的，采用负荷计算单元30实时计算运行负荷CAP。
S44：判断是否有卸载信号，若是，进行到S45，若否，进行到S47。
卸载信号是在螺杆机组需要卸载时发出的。
S45：卸载阀动作。
S46：此时记录压缩机的当前卸载运行负荷CAP'_i并存储。
卸载阀首次动作的同时，记录当前的运行负荷CAP'_i，该CAP'_i可以等于当前采集的电流I和当前计算的满载负荷电流IF之比。
S47：判断运行负荷CAP和当前卸载运行负荷CAP'_i之差ΔCAP2是否达到预设卸载目标B，若是，进行到S48，若否，继续进行S45。
逻辑计算单元40接收实时运行负荷CAP并调取当前卸载运行负荷CAP'_i进行比较，实时计算卸载阀卸载过程中的差值ΔCAP2（即，卸载负荷变化）。
S48：卸载过程结束，并返回至S44。
参考图5中示出的时序图，每次有卸载信号到本次卸载过程结束（即ΔCAP2达到预设卸载目标B）称为调阀（此处的阀指卸载阀）周期T。
每个调阀周期T可以包括多个卸载周期T''，用于周期性执行卸载阀的动作。
由于卸载阀的动作是由脉冲驱动执行，因此，每个卸载周期T''包括用于卸载阀的脉冲动作时间Ut'，在此时间内，时间t1'阀导通（即高电平时卸载阀导通），时间t2'阀关闭（即低电平时卸载阀关闭）。
脉冲动作时间Ut'包括固定脉冲次数，用于压缩机的卸载，对应的时间安装实际测试情况进行调节。
在调阀周期T内，控制单元50被配置为周期性执行卸载阀的动作。
当差值ΔCAP2达到预设卸载目标B时，调阀周期被终止，即本次卸载过程结束，此时，完成一个固定负荷变化卸载的控制周期，然后返回继续检测是否有卸载信号，若有，循环至S31，若无卸载信号，此时，螺杆压缩机进行维持运行。
每个卸载周期T''还会包括第二预设稳定时间t0'，其可以是可设置的固定值，用于消除系统惯性，使负荷检测更稳定，按照实际测试进行设定，在t0'时间段内卸载阀保持为关闭状态。
若运行负荷CAP和当前卸载运行负荷CAP'_i之差ΔCAP2还没有达到预设卸载目标B，表示对应卸载信号的调阀周期还没有终止，继续周期性执行卸载阀的动作，直至差值ΔCAP2达到预设卸载目标B，停止对卸载阀的动作。
在每个调阀周期T内固定控制负荷变化，实现等负荷卸载控制，减小负荷波动，有助于稳定机组水温。
在卸载模式中，由于脉冲次数是固定的，因此，脉冲动作时间Ut'也是固定的，但是其数值可以根据ΔCAP2和预设卸载目标B而调整变化。
在加载模式和卸载模式中的第一预设稳定时间t0和第二预设稳定时间t0'根据实际测试情况设定，可以相等，也可以不相等。
通过确定出加载周期内准确的负荷调节大小，即等负荷变化控制调节，能够使控制更加准确，减小负荷波动。
在将螺杆机组控制系统应用在螺杆机组上时，能够等负荷变化执行加、卸载阀的动作，实现更准确地负荷控制，减小负荷波动，有利于稳定机组水温。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种螺杆机组控制系统，其特征在于，包括：
电流采集单元，其用于实时采集螺杆压缩机的电流I；
满载负荷电流计算单元，其用于计算所述螺杆压缩机的满载负荷电流IF；
负荷计算单元，其根据电流I和满载负荷电流IF实时计算实时运行负荷；
逻辑计算单元，其接收所述实时运行负荷、加载阀动作之初时的当前加载运行负荷、及卸载阀动作之初时的当前卸载运行负荷，并计算加载过程所述实时运行负荷与所述当前加载运行负荷之差ΔCAP1、及卸载过程所述实时运行负荷与所述当前卸载运行负荷之差ΔCAP2；
控制单元，其被配置为执行加载模式及执行卸载模式；
加载模式，其在加载过程中周期性执行所述加载阀的动作，直至ΔCAP1达到预设加载目标负荷；
卸载模式：其在卸载过程中周期性执行所述卸载阀的动作，直至ΔCAP2达到预设卸载目标负荷。
2.根据权利要求1所述的一种螺杆机组控制系统，其特征在于，所述满载负荷电流IF采取如下公式进行计算：
IF=C1+C2*to+C3*tc+C4*to2+C5*to*tc+C6*tc2+C7*to3+C8*tc*to2+C9*to*tc2+C10*tc3；
其中，C1至C10为系数，to为蒸发温度，tc为冷凝温度。
3.根据权利要求1所述的一种螺杆机组控制系统，其特征在于，所述负荷计算单元所计算的实时运行负荷为电流I与满载负荷电流IF之比。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种螺杆机组控制系统，其特征在于，
在所述加载模式中，所述加载阀的加载周期包括用于所述加载阀的脉冲动作时间及第一预设稳定时间；
在所述卸载模式中，所述卸载阀的卸载周期包括用于所述卸载阀的脉冲动作时间及第二预设稳定时间；
其中在所述第一预设稳定时间内，所述加载阀处于持续关闭状态，在所述第二预设稳定时间内，所述卸载阀处于持续关闭状态。
5.根据权利要求4所述的一种螺杆机组控制系统，其特征在于，
用于所述加载阀的脉冲动作时间和用于所述卸载阀的脉冲动作时间分别是可设置的固定值；
所述第一预设稳定时间及第二预设稳定时间能够相同或不同。
6.根据权利要求4所述的螺杆机组控制系统，其特征在于，
用于所述加载阀的脉冲动作时间能够根据所述ΔCAP1及所述预设加载目标负荷而设置；
用于所述卸载阀的脉冲动作时间能够根据所述ΔCAP2及所述预设卸载目标负荷而设置。
7.一种螺杆机组，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的螺杆机组控制系统。
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