CN113654255A

CN113654255A - 制冷系统、压缩机频率控制方法、电子设备及存储介质

Info

Publication number: CN113654255A
Application number: CN202110881428.1A
Authority: CN
Inventors: 靳李富; 刘紫阳; 宋朝阳; 冯涛; 胡文达; 芮守祯; 何茂栋; 曹小康
Original assignee: Beijing Jingyi Automation Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingyi Automation Equipment Co Ltd
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2041-08-02
Also published as: CN113654255B

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种制冷系统、压缩机频率控制方法、电子设备及存储介质，制冷系统的压缩机频率控制方法，包括：根据蒸发器出口的实时温度与设定温度的偏差值调节电子膨胀阀的开度；获取负载入口的温度与负载出口的温度的温差的波动范围，确定温差的波动范围小于1℃；根据压缩机的排气压力、蒸发器的出口压力、冷凝器的出口温度、压缩机的吸气温度及制冷剂的质量流量，获得压缩机的实际输气量；根据压缩机的实际输气量与压缩机在稳定运行时对应压缩机频率的理论输气量，获得压缩机的实际输气效率；确定压缩机的实际输气效率小于压缩机的实际最大输气效率，控制压缩机的频率降低1Hz；循环起始调节和压缩机的频率调节步骤。

Description

制冷系统、压缩机频率控制方法、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种制冷系统、压缩机频率控制方法、电子设备及存储介质。

背景技术

在半导体生产制造的刻蚀工艺中，需要其附属温控设备给刻蚀温控腔提供一个精确的工作温度，无论主机台那边的负载大小。在主机台负载不同时需要对温控设备进行调节，即对制冷系统进行调节，主要的调节单元为压缩机频率和电子膨胀阀开度，目前一般是通过调节变频压缩机频率来达到节能降耗的目的，具体方式为通过PID计算控制输出0到100的制冷量来线性对应0到60Hz的压缩机频率和范围为EXPL～EXPH的电子膨胀阀开度，通过循环液侧蒸发器出口的温度值来实时反馈进行调节，在这种控制逻辑下，通过核算往往发现压缩机输气效率偏低，没有达到理想的最大输气效率，压缩机频率偏高，实际的电流偏大，系统没有处在最优的匹配上导致能耗的浪费，不利于节能降耗要求。

发明内容

本发明提供一种制冷系统的压缩机频率控制方法、制冷系统、电子设备及非暂态计算机可读存储介质，用以解决现有技术中半导体生产制造中仅仅依靠PID控制输出制冷量线性对应压缩机频率偏高的缺陷，实现让压缩机保持较高的运行效率，保证了系统的稳定运行，且因压缩机频率降低，耗电量也降低，节能降耗的效果。

本发明提供一种制冷系统的压缩机频率控制方法，包括：

起始调节步骤：

根据蒸发器出口的实时温度与设定温度的偏差值调节电子膨胀阀的开度；

压缩机的频率调节步骤：

获取负载入口的温度与负载出口的温度的温差的波动范围，确定温差的波动范围小于1℃；

根据压缩机的排气压力、蒸发器的出口压力、冷凝器的出口温度、压缩机的吸气温度及制冷剂的质量流量，获得压缩机的实际输气量；

根据压缩机的实际输气量与压缩机在稳定运行时压缩机频率对应的理论输气量，获得压缩机的实际输气效率；

确定压缩机的实际输气效率小于压缩机的实际最大输气效率，控制压缩机的频率降低1Hz；

循环所述起始调节步骤和所述压缩机的频率调节步骤。

根据本发明提供的一种制冷系统的压缩机频率控制方法，所述起始调节步骤还包括：

根据蒸发器出口的实时温度与设定温度的偏差值调节压缩机的频率。

根据本发明提供的一种制冷系统的压缩机频率控制方法，所述压缩机的频率调节步骤还包括：

确定压缩机的实际输气效率等于压缩机的实际最大输气效率，维持当前压缩机的频率和电子膨胀阀的开度。

根据本发明提供的一种制冷系统的压缩机频率控制方法，根据压缩机的设备型号比例确定压缩机在稳定运行时的输气量以及压缩机的实际最大输气效率。

根据本发明提供的一种制冷系统的压缩机频率控制方法，还包括预设参数步骤：

设定制冷量和电子膨胀阀的开度与压缩机的频率和制冷量的对应关系。

根据本发明提供的一种制冷系统的压缩机频率控制方法，0～100的制冷量线性对应压缩机的频率0～60Hz和电子膨胀阀的开度下限与上限。

根据本发明提供的一种制冷系统的压缩机频率控制方法，所述根据压缩机的排气压力、蒸发器的出口压力、冷凝器的出口温度、压缩机的吸气温度及制冷剂的质量流量，获得压缩机的实际输气量包括：

根据蒸发器的出口压力和压缩机的吸气温度，获得压缩机的吸气端的比体积；

根据压缩机的吸气端的比体积与制冷剂的质量流量之积，获得压缩机的实际输气量。

本发明还提供一种应用如上所述的制冷系统的压缩机频率控制方法进行温控的制冷系统，包括冷凝器、蒸发器、压缩机、水箱和泵体，所述冷凝器的放热通路、所述蒸发器的吸热通路和所述压缩机依次连通形成制冷回路，所述蒸发器的放热通路、所述水箱、所述泵体和负载依次连通形成循环回路；

所述蒸发器与所述水箱连通的管路上设有第一温度传感器，用于检测所述蒸发器出口的实时温度；

所述泵体与所述负载连通的管路上设有第二温度传感器，用于检测所述负载入口的温度；

所述负载与所述蒸发器连通的管路上设有第三温度传感器，用于检测所述负载出口的温度；

所述压缩机与所述冷凝器连通的管路上设有第一压力传感器，用于检测所述压缩机的排气压力；

所述蒸发器与所述压缩机连通的管路上设有第二压力传感器，用于检测所述蒸发器的出口压力；

所述冷凝器与所述蒸发器连通的管路上设有第四温度传感器，用于检测所述冷凝器的出口温度；

所述蒸发器与所述压缩机连通的管路上设有第五温度传感器，用于检测所述压缩机的吸气温度；

所述蒸发器与所述压缩机连通的管路上设有质量流量传感器，用于检测制冷剂的质量流量。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述制冷系统的压缩机频率控制方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述制冷系统的压缩机频率控制方法的步骤。

本发明提供的制冷系统的压缩机频率控制方法，在设备稳定运行外界工况没有发生变化时，通过调节压缩机频率，使得压缩机输气效率达到理论最大值，压缩机采用最大输气效率控制配合制冷量控制电子膨胀阀开度，能够让压缩机保持较高的运行效率，保证了系统的稳定运行，且因压缩机频率降低，耗电量也降低，节能降耗。解决仅仅依靠PID控制输出制冷量线性对应压缩机频率偏高的缺陷，使系统处于最优的状态。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。

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是本发明提供的制冷系统的结构示意图；

附图标记：

100：冷凝器；200：蒸发器；

300：压缩机；310：变频器；

400：水箱；410：加热器；

500：泵体；

610：第一温度传感器；620：第二温度传感器；630：第三温度传感器；640：第四温度传感器；650：第五温度传感器；

710：第一压力传感器；720：第二压力传感器；

800：质量流量传感器；810：视液镜；820：干燥过滤器；830：电子膨胀阀；

900：负载。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1所示，本发明实施例提供的制冷系统的压缩机频率控制方法，包括：

S100，起始调节步骤：

S101，根据蒸发器200出口的实时温度与设定温度的偏差值调节电子膨胀阀830的开度；第一温度传感器610检测到的实时温度与设定温度的偏差反馈到微电脑控制单元通过PID输出调节制冷量增大或者减小从而调节电子膨胀阀830开度，形成闭环调节从而保证负载900入口温度的稳定输出；

S200，压缩机300的频率调节步骤：

S201，获取负载900入口的温度与负载900出口的温度的温差的波动范围，确定温差的波动范围小于1℃；设定当第二温度传感器620检测到的负载900入口的温度和第三温度传感器630检测到的负载900出口的温度的温差的波动范围小于1℃时；

S202，根据压缩机300的排气压力、蒸发器200的出口压力、冷凝器100的出口温度、压缩机300的吸气温度及制冷剂的质量流量，获得压缩机300的实际输气量Q2；根据第一压力传感器710、第二压力传感器720、第四温度传感器640、第五温度传感器650和质量流量传感器800收集的制冷系统状态点参数，计算出压缩机300的实际输气量Q2；

S203，根据压缩机300的实际输气量Q2与压缩机300在稳定运行时对应压缩机300频率的理论输气量Q1，获得压缩机300的实际输气效率η1；通过在此检测时的压缩机300的频率下的理论输气量对比，确认其比值作为压缩机300的实际输气效率，即η1＝Q2/Q1；

S204，确定压缩机300的实际输气效率η1小于压缩机300的实际最大输气效率η，控制压缩机300的频率降低1Hz；压缩机300的实际输气效率η1和压缩机300的实际最大输气效率η比较，当压缩机300的实际输气效率η1小于压缩机300的实际最大输气效率η时，通过对此时压缩机300的频率降低1Hz，使制冷系统重新达到平衡；

S300，循环起始调节步骤和压缩机300的频率调节步骤；通过每降低1Hz压缩机300的频率，此时电子膨胀阀830的开度控制仍然按照起始调节步骤调节，当制冷系统重新稳定后，再次核算压缩机300的实际输气效率，如果满足等于压缩机300的实际最大输气效率的要求，则按此状态稳定运行，若不满足要求，则压缩机300的频率再降低1Hz进行运行，重复压缩机300的频率调节步骤，直至压缩机300的实际输气效率满足要求。

本发明实施例的制冷系统的压缩机频率控制方法，在设备稳定运行外界工况没有发生变化时，通过调节压缩机300频率，使得压缩机300输气效率达到理论最大值，压缩机300采用最大输气效率控制配合制冷量控制电子膨胀阀830开度，能够让压缩机300保持较高的运行效率，保证了系统的稳定运行，且因压缩机300频率降低，耗电量也降低，节能降耗。解决仅仅依靠PID控制输出制冷量线性对应压缩机300频率偏高的缺陷，使系统处于最优的状态。

根据本发明提供的一个实施例，起始调节步骤还包括：

S102，根据蒸发器200出口的实时温度与设定温度的偏差值调节压缩机300的频率。本实施例中，第一温度传感器610检测到的实时温度与设定温度的偏差反馈到微电脑控制单元通过PID输出调节制冷量增大或者减小从而调节压缩机300的频率，与电子膨胀阀830的开度调节进行配合，作为起始调节步骤形成闭环调节从而保证负载900入口温度的稳定输出。

根据本发明提供的一个实施例，压缩机300的频率调节步骤还包括：

S205，确定压缩机300的实际输气效率等于压缩机300的实际最大输气效率，维持当前压缩机300的频率和电子膨胀阀830的开度。本实施例中，压缩机300的实际输气效率η1和压缩机300的实际最大输气效率η比较，当压缩机300的实际输气效率η1等于压缩机300的实际最大输气效率η时，则不需要对压缩机300的频率和电子膨胀阀830的开度进行调整。

根据本发明提供的一个实施例，根据压缩机300的设备型号比例确定压缩机300在稳定运行时的输气量Q1以及压缩机300的实际最大输气效率η。本实施例中，根据压缩机300的设备型号比例计算所使用的压缩机300在稳定运行时输气量Q1，根据经验值和厂家推荐值确认压缩机300的实际最大输气效率η。

根据本发明提供的一个实施例，本发明实施例的制冷系统的压缩机频率控制方法还包括S400，预设参数步骤：

S401，设定制冷量和电子膨胀阀830的开度与压缩机300的频率和制冷量的对应关系。本实施例中，设备初上电；根据初始参数设定，即通过前期调试通过PID计算输出比例为0到100的制冷量来代表某一稳定点的带载能力，0到100的制冷量线性对应压缩机300的频率为0～60Hz以及电子膨胀阀830开度上限EXPL和下限EXPH，开机后按照初始参数设定运行。

根据本发明提供的一个实施例，0～100的制冷量线性对应压缩机300的频率0～60Hz和电子膨胀阀830的开度下限与上限。本实施例中，通过前期调试设定不同工况下的制冷量和电子膨胀阀830开度的对应关系，压缩机300频率和制冷量线性对应，制冷量范围0～100，压缩机300频率范围0～60Hz。

根据本发明提供的一个实施例，S202，根据压缩机300的排气压力、蒸发器200的出口压力、冷凝器100的出口温度、压缩机300的吸气温度及制冷剂的质量流量，获得压缩机300的实际输气量包括：

S2021，根据蒸发器200的出口压力和压缩机300的吸气温度，获得压缩机300的吸气端的比体积；

S2022，根据压缩机300的吸气端的比体积与制冷剂的质量流量之积，获得压缩机300的实际输气量。

本实施例中，在计算的过程中使用到了制冷系统设计软件solkane；根据第二压力传感器720检测的系统低压值和第五温度传感器650检测到的压缩机300吸气温度，通过solkane软件得出制冷系统的压缩机300吸气端的比体积V1，具体查询过程可以通过软件内置入PLC实时读取。而且压缩机300的吸气端的比体积V1和制冷剂的质量流量M1与压缩机300的实际输气量Q2的关系为：Q2＝M1×V1。

本发明实施例还提供一种应用如上的制冷系统的压缩机频率控制方法进行温控的制冷系统，包括冷凝器100、蒸发器200、压缩机300、水箱400和泵体500，冷凝器100的放热通路、蒸发器200的吸热通路和压缩机300依次连通形成制冷回路，蒸发器200的放热通路、水箱400、泵体500和负载900依次连通形成循环回路；

蒸发器200与水箱400连通的管路上设有第一温度传感器610，用于检测蒸发器200出口的实时温度；

泵体500与负载900连通的管路上设有第二温度传感器620，用于检测负载900入口的温度；

负载900与蒸发器200连通的管路上设有第三温度传感器630，用于检测负载900出口的温度；

压缩机300与冷凝器100连通的管路上设有第一压力传感器710，用于检测压缩机300的排气压力；

蒸发器200与压缩机300连通的管路上设有第二压力传感器720，用于检测蒸发器200的出口压力；

冷凝器100与蒸发器200连通的管路上设有第四温度传感器640，用于检测冷凝器100的出口温度；

蒸发器200与压缩机300连通的管路上设有第五温度传感器650，用于检测压缩机300的吸气温度；

蒸发器200与压缩机300连通的管路上设有质量流量传感器800，用于检测制冷剂的质量流量。

本发明的实施例制冷系统，采用压缩机300、冷凝器100、蒸发器200的吸热通路依次连接形成制冷回路，采用蒸发器200的放热通路、水箱400、泵体500和负载900依次连通形成循环回路，制冷剂在制冷回路中流通，循环液在循环回路中流通，循环液将负载900中的吸热升温，带走负载900的热量后经过蒸发器200，与蒸发器200中的制冷剂进行热交换后降温，再次回到负载900中，以实现制冷系统对工艺设备的制冷温控。

本实施例中，冷凝器100的放热通路与蒸发器200的吸热通路连通的管路上，沿制冷剂的流向还依次设有干燥过滤器820和视液镜810，水箱400内还设有调控循环液温度的加热器410，压缩机300上配置有变频器310控制压缩机300的频率调节，以及获取各传感器信息的主机台端负载900等控制单元，构成了整个制冷系统的控制回路。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括：处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、存储器(memory)和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行制冷系统的压缩机频率控制方法，该方法包括：

起始调节步骤：

根据蒸发器200出口的实时温度与设定温度的偏差值调节电子膨胀阀830的开度；

压缩机300的频率调节步骤：

获取负载900入口的温度与负载900出口的温度的温差的波动范围，确定温差的波动范围小于1℃；

根据压缩机300的排气压力、蒸发器200的出口压力、冷凝器100的出口温度、压缩机300的吸气温度及制冷剂的质量流量，获得压缩机300的实际输气量；

根据压缩机300的实际输气量与压缩机300在稳定运行时的输气量，获得压缩机300的实际输气效率；

确定压缩机300的实际输气效率小于压缩机300的实际最大输气效率，控制压缩机300的频率降低1Hz；

循环起始调节步骤和压缩机300的频率调节步骤。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的制冷系统的压缩机频率控制方法，该方法包括：

起始调节步骤：

压缩机300的频率调节步骤：

循环起始调节步骤和压缩机300的频率调节步骤。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种制冷系统的压缩机频率控制方法，其特征在于：包括：

起始调节步骤：

压缩机的频率调节步骤：

循环所述起始调节步骤和所述压缩机的频率调节步骤。

2.根据权利要求1所述的制冷系统的压缩机频率控制方法，其特征在于：所述起始调节步骤还包括：

3.根据权利要求1所述的制冷系统的压缩机频率控制方法，其特征在于：所述压缩机的频率调节步骤还包括：

4.根据权利要求1所述的制冷系统的压缩机频率控制方法，其特征在于：根据压缩机的设备型号比例确定压缩机在稳定运行时的输气量以及压缩机的实际最大输气效率。

5.根据权利要求1所述的制冷系统的压缩机频率控制方法，其特征在于：还包括预设参数步骤：

6.根据权利要求5所述的制冷系统的压缩机频率控制方法，其特征在于：0～100的制冷量线性对应压缩机的频率0～60Hz和电子膨胀阀的开度下限与上限。

7.根据权利要求1所述的制冷系统的压缩机频率控制方法，其特征在于：所述根据压缩机的排气压力、蒸发器的出口压力、冷凝器的出口温度、压缩机的吸气温度及制冷剂的质量流量，获得压缩机的实际输气量包括：

8.一种应用如权利要求1至7任意一项所述的制冷系统的压缩机频率控制方法进行温控的制冷系统，其特征在于：包括冷凝器、蒸发器、压缩机、水箱和泵体，所述冷凝器的放热通路、所述蒸发器的吸热通路和所述压缩机依次连通形成制冷回路，所述蒸发器的放热通路、所述水箱、所述泵体和负载依次连通形成循环回路；

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任意一项所述制冷系统的压缩机频率控制方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述制冷系统的压缩机频率控制方法的步骤。