CN114087190B - 一种螺杆压缩机滑阀控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺杆压缩机滑阀控制方法，包括：设滑阀位置下预警值为V_L、滑阀位置下安全极限值为V_LL、滑阀位置上预警值为V_H、滑阀位置上安全极限值为V_HH，滑阀位置精度控制值为ΔV，滑阀允许调节的最大阀位值为V_max和最小阀位值为V_min，螺杆压缩机的排气压力目标值为P_SP；采集当滑阀的实际位置反馈值V_X和当前压缩机的实际排气压力反馈值P_PV；根据P_SP和P_PV，计算出排气压力预期值P_out；将P_out结合V_max和V_min，计算出滑阀位置给定值V_out；根据V_out和ΔV，控制滑阀的注油电磁阀和回油电磁阀动作，直至达到滑阀位置控制目标。该方法滑阀控制精度高，控制平稳，压缩机运行更稳定，响应速度快，滑阀损耗更小，使用寿命更长，维护成本更低。

Description

一种螺杆压缩机滑阀控制方法

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，具体涉及一种螺杆压缩机滑阀控制方法。

背景技术

滑阀是螺杆压缩机中用来调节容积流量的一种结构元件，虽然螺杆压缩机容积流量调节的方法有很多种，但采用滑阀调节的方法得到了广泛的应用，尤其是在喷油制冷螺杆压缩机和工艺螺杆压缩机中，应用尤其普遍。近年来，鉴于在滑阀调节可使压缩机在调节工况下保持较高的效率，在喷油螺杆空气压缩机领域，也有采用滑阀机构的趋势。

现阶段螺杆压缩机滑阀控制的几种方法主要包括二、三、四段分段式调节控制和无级调节控制。控制原理均以进排气压比为目标，控制滑阀达到控制进排气压比，从而实现容积调节。对滑阀的注油电磁阀和回油电磁阀进行分段式脉冲输出，通过改变脉冲频率及间歇时间，控制注油电磁阀及回油电磁阀动作时间和动作间隔。

以进排气压比为控制目标，存在进气和排气两个变化变量，控制目标会随着进排气两个变量的变化随时发生改变，会导致滑阀处于频繁持续动作状态，减少滑阀的使用寿命。

滑阀电磁阀的脉冲动作方式，使电磁阀处于高频动作，极易造成电磁阀的损坏，稳定性差，维护成本高。脉冲控制间歇性动作，滑阀动作滞后性大，调整周期长。同一机组在不同的运行工况下，都按照同一脉冲频率和脉冲间隔时间，调节精度低，难以迅速达到理想的调节目标。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种螺杆压缩机滑阀控制方法。在本发明的螺杆压缩机滑阀控制中，以螺杆压缩机排气压力为最终控制目标值去实现滑阀控制，通过设定排气压力目标值，同时采集实时的排气压力反馈值，运用PID运算法则求出排气压力预期值，将排气压力预期值代入滑阀调节范围，通过比例运算法则求出滑阀位置给定值，按照滑阀位置给定值及滑阀位置精度控制值，对滑阀进行精确控制。该方法滑阀控制精度高，控制平稳，螺杆压缩机运行更稳定，响应速度快，滑阀损耗更小，使用寿命更长，维护成本更低。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种螺杆压缩机滑阀控制方法，包括如下步骤：

分别设螺杆压缩机的滑阀位置下预警值为V_L、滑阀位置下安全极限值为V_LL、滑阀位置上预警值为V_H、滑阀位置上安全极限值为V_HH，设滑阀位置精度控制值为ΔV，设滑阀允许调节的最大阀位值为V_max和最小阀位值为V_min，设螺杆压缩机的排气压力目标值为P_SP；

采集当前螺杆压缩机滑阀的实际位置反馈值V_X和当前螺杆压缩机的实际排气压力反馈值P_PV；

根据排气压力目标值P_SP和实际排气压力反馈值P_PV，计算得出排气压力预期值P_out；

将排气压力预期值P_out结合滑阀允许调节的最大阀位值V_max和最小阀位值V_min，计算得出滑阀位置给定值V_out；

根据滑阀位置给定值V_out和滑阀位置精度控制值ΔV，控制滑阀的注油电磁阀D_Z和回油电磁阀D_H动作，直至达到滑阀位置控制目标。

进一步地，滑阀位置下预警值V_L、滑阀位置下安全极限值V_LL、滑阀位置上预警值V_H、滑阀位置上安全极限值V_HH以及滑阀允许调节的最大阀位值V_max和最小阀位值V_min，均为根据不同型号压缩机线型设计参数结合实验测试数据得出的安全参数；

螺杆压缩机的排气压力目标值P_SP为螺杆压缩机设计范围内结合实际运行需求设置的目标压力值。

进一步地，在采集当前螺杆压缩机滑阀的实际位置反馈值V_X和当前螺杆压缩机的实际排气压力反馈值P_PV的步骤中，滑阀位置数据的范围为0～100％，排气压力的数据范围为机组排气压力传感器的量程。

进一步地，根据排气压力目标值P_SP和实际排气压力反馈值P_PV，通过PID运算计算得出排气压力预期值P_out，具体计算如下：

上式中，K_P代表比例增益，T_I代表积分时间，是个常数，T_D代表微分时间，是个常数，e(t)代表排气压力目标值P_SP与实际排气压力反馈值P_PV的差值。

进一步地，将排气压力预期值P_out结合滑阀允许调节的最大阀位值V_max和最小阀位值V_min，通过比例运算计算得出滑阀位置给定值V_out，具体计算如下：

V_out＝P_out(V_max-V_min)+V_min。

进一步地，滑阀的注油电磁阀D_Z和回油电磁阀D_H动作逻辑具体为：

当V_LL≤Vx≤V_out–ΔV时，D_Z＝1，D_H＝0，控制注油电磁阀D_Z动作，进行注油；

当V_out+ΔV≤Vx≤V_HH时，D_Z＝0，D_H＝1，控制回油电磁阀D_H动作，进行回油；

当V_out–ΔV＜Vx＜V_out+ΔV时，D_Z＝0，D_H＝0，不注油，不回油，保持当前滑阀位置状态；

当Vx＜V_LL或Vx＞V_HH时，控制螺杆压缩机进入紧急保护状态。

上述动作逻辑中，注油电磁阀D_Z和回油电磁阀D_H均采用常闭电磁阀，注油电磁阀D_Z和回油电磁阀D_H的动作逻辑为1时，为得电动作，动作逻辑为0时，失电复位。若注油电磁阀D_Z和回油电磁阀D_H均采用常开电磁阀，注油电磁阀D_Z和回油电磁阀D_H的动作逻辑为0时，为得电动作，动作逻辑为1时，失电复位，则将上述动作逻辑中的D_Z和D_H的的逻辑反过来即可。

进一步地，当V_LL≤Vx≤V_out–ΔV时，控制注油电磁阀D_Z动作，进行注油，直到Vx满足V_out–ΔV＜Vx＜V_out+ΔV时停止注油。

进一步地，当V_out+ΔV≤Vx≤V_HH时，控制回油电磁阀D_H动作，进行回油，直到Vx满足V_out–ΔV＜Vx＜V_out+ΔV时停止回油。

本发明的有益效果是：

1)本发明以螺杆压缩机排气压力为最终控制目标去实现滑阀控制，目标明确，只需要控制排气压力一个参数，可控性强，容易达到平衡状态，减少螺杆压缩机滑阀所需要的调节动作次数，减少损耗，延长滑阀的使用寿命。

2)本发明根据采集到的滑阀的实际位置反馈值、排气压力值等运行数据，运用PID运算及比例运算，将原本的滑阀注油电磁阀和回油电磁阀的开关动作，转换成模拟量运算输出，使滑阀动作精度更高，控制更平稳。

3)本发明中的注油电磁阀及回油电磁阀的动作方式，为持续性输出动作，相较于脉冲动作，减少了动作频率，增加了滑阀响应速度，延长了电磁阀的使用寿命，使设备更稳定，减少维护成本。

附图说明

图1为本发明所述的一种螺杆压缩机滑阀控制方法的逻辑运算图。

图1中，P_SP—螺杆压缩机的排气压力目标值；P_PV—螺杆压缩机的排气压力反馈值；K_P—比例增益；T_I—积分时间；T_D—微分时间；P_out—排气压力预期值；V_max—滑阀允许调节的最大阀位值；V_min—滑阀允许调节的最小阀位值；V_out—滑阀位置给定值。

图2为本发明一种螺杆压缩机滑阀控制方法的滑阀动作示意图。

图2中，V_out—滑阀位置给定值；V_X—螺杆压缩机滑阀的实际位置反馈值；V_L—滑阀位置下预警值；V_LL—滑阀位置下安全极限值；V_H—滑阀位置上预警值；V_HH—滑阀位置上安全极限值；-ΔV—滑阀位置精度下偏差；+ΔV—滑阀位置精度上偏差；ΔV—螺杆压缩机滑阀位置精度控制值；注油区—注油电磁阀动作区间；回油区—回油电磁阀动作区间；稳定区—注油电磁阀和回油电磁阀均不动作区间；保护区—保护程序执行区间。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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作出创造性劳动的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。

如图1和图2所示，本发明的实施例提供了一种螺杆压缩机滑阀控制方法，该方法包括通过以螺杆压缩机排气压力为控制目标值，控制滑阀动作，达到螺杆压缩机稳定运行的目的。

本实施例以一台设计排气压力值为0.7MPa的带滑阀机构的螺杆压缩机组在工厂中的运行调节为例说明。

螺杆压缩机组设计排气压力为0.7MPa，使用单位的生产工艺发生调整，在实际使用中，需要将压缩气压力稳定在0.65MPa，此时螺杆压缩机运行中滑阀需要进行控制调节，以满足新的需求。

设定螺杆压缩机排气压力目标值P_SP为0.65MPa，检测当前螺杆压缩机实际排气压力反馈值P_PV，通过前期调试，设置合理的PID参数(K_P/T_I/T_D)，其中，K_P为比例增益，T_I为积分时间，T_D为微分时间，通过PID运算，可以求出排气压力预期值P_out。

其中一种情况，当实际排气压力反馈值P_PV(假如为0.67MPa)大于排气压力目标值P_SP(0.65MPa)时，排气压力预期值P_out为一个《0→1》方向的趋向变化值，相差越大，趋近速度越快。

其中一种情况，当实际排气压力反馈值P_PV(假如为0.63MPa)小于排气压力目标值P_SP(0.65MPa)时，排气压力预期值P_out为一个《1→0》方向的趋向变化值，相差越大，趋近速度越快。

按照前面求出的排气压力预期值P_out(假设当前为0.55)，结合滑阀允许调节的最大阀位值V_max(设定为90％)和滑阀允许调节的最小阀位值V_min(设定为10％)，根据计算公式V_out＝P_out(V_max-V_min)+V_min＝0.55×(90％-10％)+10％＝54％，即求出滑阀位置给定值V_out为54％。

假设当前机组设计的螺杆压缩机滑阀位置精度控制值ΔV为1.5％，则滑阀位置精度下偏差(-ΔV)＝滑阀位置给定值V_out-ΔV＝54％-1.5％＝52.5％，滑阀位置精度上偏差(+ΔV)＝滑阀位置给定值V_out+ΔV＝54％+1.5％＝55.5％。

若螺杆压缩机滑阀的实际位置反馈值V_X(如为45.0％)大于等于滑阀位置下安全极限值V_LL(设定为10％)且小于等于滑阀位置精度下偏差(-ΔV，前面求出为52.5％)，则滑阀处于注油区，控制注油电磁阀动作，进行注油，直到Vx满足V_out–ΔV＜Vx＜V_out+ΔV时停止注油，回油电磁阀保持原状。

若螺杆压缩机滑阀的实际位置反馈值V_X(如为65.0％)小于等于滑阀位置上安全极限值V_HH(设定为90％)且大于等于滑阀位置精度上偏差(+ΔV，前面求出为55.5％)，则滑阀处于回油区，注油电磁阀保持原状，控制回油电磁阀动作，进行回油，直到Vx满足V_out–ΔV＜Vx＜V_out+ΔV时停止回油。

若压缩机滑阀的实际位置反馈值V_X(如为53.0％)大于滑阀位置精度下偏差(-ΔV，前面求出为52.5％)且小于滑阀位置精度上偏差(+ΔV，前面求出为55.5％)，则滑阀处于稳定区，注油电磁阀保持原状，回油电磁阀保持原状。

若螺杆压缩机滑阀的实际位置反馈值V_X(如为8.0％)小于滑阀位置下安全极限值V_LL(设定为10％)，或者，螺杆压缩机滑阀的实际位置反馈值V_X(如为92％)大于滑阀位置上安全极限值V_HH(设定为90％)，则这两种情况下滑阀均处于保护区，螺杆压缩机组进行紧急保护处理程序。

滑阀的动作会相应的引起《实际排气压力反馈值P_PV→排气压力目标值P_SP》趋向变化，直至实际排气压力反馈值P_PV稳定在排气压力目标值P_SP，滑阀保持稳定，完成滑阀控制调整。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种螺杆压缩机滑阀控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

分别设螺杆压缩机的滑阀位置下预警值为V_L、滑阀位置下安全极限值为V_LL、滑阀位置上预警值为V_H、滑阀位置上安全极限值为V_HH，设滑阀位置精度控制值为ΔV，设滑阀允许调节的最大阀位值为V_max和最小阀位值为V_min，设螺杆压缩机的排气压力目标值为P_SP；

采集当前螺杆压缩机滑阀的实际位置反馈值V_X和当前螺杆压缩机的实际排气压力反馈值P_PV；

根据排气压力目标值P_SP和实际排气压力反馈值P_PV，计算得出排气压力预期值P_out，具体计算如下：

上式中，K_P代表比例增益，T_I代表积分时间，是个常数，T_D代表微分时间，是个常数，e(t)代表排气压力目标值P_SP与实际排气压力反馈值P_PV的差值；

将排气压力预期值P_out结合滑阀允许调节的最大阀位值V_max和最小阀位值V_min，计算得出滑阀位置给定值V_out，具体计算如下：

V_out＝P_out(V_max-V_min)+V_min

根据滑阀位置给定值V_out和滑阀位置精度控制值ΔV，控制滑阀的注油电磁阀和回油电磁阀动作，直至达到滑阀位置控制目标，滑阀的注油电磁阀和回油电磁阀动作逻辑具体为：

当V_LL≤Vx≤V_out–ΔV时，控制注油电磁阀动作，进行注油；

当V_out+ΔV≤Vx≤V_HH时，控制回油电磁阀动作，进行回油；

当V_out–ΔV＜Vx＜V_out+ΔV时，不注油，不回油，保持当前滑阀位置状态；

当Vx＜V_LL或Vx＞V_HH时，控制螺杆压缩机进入紧急保护状态。

2.根据权利要求1所述的螺杆压缩机滑阀控制方法，其特征在于，

滑阀位置下预警值V_L、滑阀位置下安全极限值V_LL、滑阀位置上预警值V_H、滑阀位置上安全极限值V_HH以及滑阀允许调节的最大阀位值V_max和最小阀位值V_min，均为根据不同型号压缩机线型设计参数结合实验测试数据得出的安全参数；

螺杆压缩机的排气压力目标值P_SP为螺杆压缩机设计范围内结合实际运行需求设置的目标压力值。

3.根据权利要求1所述的螺杆压缩机滑阀控制方法，其特征在于，在采集当前螺杆压缩机滑阀的实际位置反馈值V_X和当前螺杆压缩机的实际排气压力反馈值P_PV的步骤中，滑阀位置数据的范围为0～100％，排气压力的数据范围为机组排气压力传感器的量程。

4.根据权利要求1-3任一项所述的螺杆压缩机滑阀控制方法，其特征在于，当V_LL≤Vx≤V_out–ΔV时，控制注油电磁阀动作，进行注油，直到Vx满足V_out–ΔV＜Vx＜V_out+ΔV时停止注油。

5.根据权利要求1-3任一项所述的螺杆压缩机滑阀控制方法，其特征在于，当V_out+ΔV≤Vx≤V_HH时，控制回油电磁阀动作，进行回油，直到Vx满足V_out–ΔV＜Vx＜V_out+ΔV时停止回油。

6.根据权利要求1-3任一项所述的螺杆压缩机滑阀控制方法，其特征在于，注油电磁阀和回油电磁阀均采用常闭电磁阀，注油电磁阀和回油电磁阀的动作逻辑为1时，为得电动作，动作逻辑为0时，失电复位。

7.根据权利要求1-3任一项所述的螺杆压缩机滑阀控制方法，其特征在于，注油电磁阀和回油电磁阀均采用常开电磁阀，注油电磁阀和回油电磁阀的动作逻辑为0时，为得电动作，动作逻辑为1时，失电复位。

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