CN114467763B - 一种猪舍不同型号永磁风机的自适应控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种猪舍不同型号永磁风机的自适应控制方法，包括适于在计算设备上运行、控制猪舍多台同型永磁风机的控制系统，该控制系统的控制方法包括：①温度采集；②计算当前温度对应的风量；③负压采集；④判断当前负压下所需的风量能否凭借大型风机实现；⑤判断当前负压下所需的风量能否均分给多台大型风机；⑥判断当前风量需求是否大于大型风机的总风量；⑧单台大型风机运行；⑨判断小型风机与大型风机按照面积比全部启动是否满足风量需求；⑩判断当前负压下所需风量能否均分给多台小型风机；⑪设定一个风量调整后的一个延迟时间；⑫判断经过延迟时间后温度是否发生变化。本发明克服技术偏见，优先选择多开、开大型风机。
Description
技术领域
本发明涉及一般的控制或调节系统，具体是一种猪舍不同型号永磁风机的自适应控制方法。
背景技术
典型的猪舍负压通风系统模型如图1所示，主要包括山墙负压风机，舍内温度检测设备，负压检测设备，山墙进气口以及环境控制器即湿帘组成，风机为整个系统提供动力。风机普遍采用永磁风机，本领域普遍认为，在满足通风要求的条件下，开一台风机比开多台风机省电，风机转速越低越省电，功率小的电机比功率大的电机省电。但经过大量实践证明，实际情况并非如此。
发明内容
为克服现有技术的技术偏见，本发明公开一种猪舍不同型号永磁风机的自适应控制方法，所采取的技术方案是：
一种猪舍不同型号永磁风机的自适应控制方法，包括适于在计算设备上运行、控制猪舍多台不同型号永磁风机的控制系统，该控制系统的控制方法包括：
①温度采集：通过设置在猪舍内的多个温度传感器检测舍内当前平均温度；
②计算当前温度对应的风量：根据温度与风量匹配关系匹配当前温度所需风量；
③负压采集：通过设置在猪舍内的压差传感器检测舍内负压，获取当前负压下所需风量对应永磁风机的转速；
④判断当前负压下所需的风量能否凭借大型风机实现，若能则转入⑤，若不能则转入⑥；
⑤判断当前负压下所需的风量能否均分给多台大型风机，若能则转入⑦，若不能则转入⑧；
⑥判断当前风量需求是否大于大型风机的总风量，若是则转入⑨，若不是则转入⑩；
⑦按照启动风机最多的搭配实现风量需求，通过自适应算法决定启动那几台风机；
⑧单台大型风机运行；
⑨判断小型风机与大型风机按照面积比全部启动是否满足风量需求，若满足则风机全开，小型风机和大型风机按照面积比均分风量，若不满足则优先满载大型风机，剩余风量均分给小型风机；
⑩判断当前负压下所需风量能否均分给多台小型风机，若能转入⑦，若不能由单台小型风机实现风量需求；
⑪设定一个风量调整后的一个延迟时间；
⑫判断经过延迟时间后温度是否发生变化：若未改变则等待一个延迟时间后再次判断温度变化，若温度改变，则重复步骤①-⑩。
进一步地，步骤②中，温度与风量匹配关系如一元一次关系式（1）：
Qpre=（Qmax-Qmin）/（Tmax-Taim）*（Tpre- Taim）+ Qmin （1）
式中，Qpre为当前温度所需的风量，Qmax为满载风量，Qmin为最小风量，Tmax为满载风量温度，Taim为目标温度，Tpre为当前温度；Taim和Tmax为满载风量温度由用户自行设定。
进一步地，步骤③中，永磁风机的转速通过二元三次函数关系式（2）求得：
Qneg =（-1510.912 N）+（-53.164 R）+（-6.865 N2）+(3.217 NR)+（0.332 R2）+（0.0004 N3）+（0.0057 N2R）+（-0.0015 NR2）+（-0.0002 R3）+11082.109 （2）
式中，Qneg为当前负压下所需的风量；N为当前负压；R为永磁风机的转速。
进一步地，步骤⑤和⑩中，判断当前负压下所需的风量能否均分给多台大型风机或多台小型风机以及所需启动大型风机或多台小型风机的数量根据公式（3）求得：
X≤Qneg/Qon （3）
式中， Qneg为当前负压下所需的风量，Qon为大型风机或多台小型风机的最小启动风量；
若X≥2，则当前负压下对应的风量能够均分给多台大型风机或多台小型风机，若X＜2，则当前负压下对应的风量不能够均分给多台大型风机或多台小型风机；
所需启动大型风机或多台小型风机的数量为去除小数点后面数值后X的整数。
进一步地，步骤⑤和⑩中，通过自适应算法决定启动那几台风机，包括如下步骤：
ⅰ 根据风机安装位置对风机按照排列顺序进行编号；
ⅱ 当前风机的序号代入公式（4）中，若公式成立，则启动当前的风机，若公式不成立，则不启动当前的风机；
A（X/Y）-B≥0.5 （4）
式中，A为当前风机序号，B为已启动的风机数量，X为所需启动的风机数量，Y为全部的风机数量。
与现有技术相比，本发明有如下如下实质性特点：
1.本发明完全摈弃传统的级别的概念，所有风机均为调速区间优于变频器的永磁直连风机组成，风量线性增加，风量平缓过渡。同时加入了负压参与的控制，风量控制更加精确化，能够实现风量需求下限与风量上限的全过程精细化通风控制，时刻保证养殖舍内环境舒适性，提高养殖效率与收益。
2. 传统负压通风控制是人为对设备根据温度进行定义，在众多养殖用户看来，开启少量的风机比开启多数的风机更加节能，开启小型风机比开启大型风机更加节能，而本发明克服技术偏见，在保证风量的基础上，优先选择多开风机，以及优先选择大型风机的控制策略，节省了用户的养殖成本支出。
3.通过自适应的算法依次对每个位置的风机进行判断，保证风机启动的均匀性以及舍内通风均匀性，有效减少养殖舍通风死区，极大地提升养殖舍内空气质量。
附图说明
图1是现有猪舍负压通风系统模型。
图2是本发明的流程框图。
图3是一种典型的温度与风量匹配曲线示意图。
图4是在相同风量、不同负压下两种风机对应的转速曲线。
图5是0.75KW永磁直连风机启动一台、两台和三台在不同负压下达到相同通风量情况下的能耗曲线。
图6是1.5Kw永磁直连风机启动一台、两台和三台在不同负压下达到相同通风量情况下的能耗曲线。
图7是0.75KW和1.5Kw永磁直连风机在不同负压下达到相同通风量情况下的能耗曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种猪舍不同型号永磁风机的自适应控制方法，包括适于在计算设备上运行、控制猪舍多台不同型号永磁风机的控制系统，其特征在于，该控制系统的控制方法包括：
①温度采集：通过设置在猪舍内的多个温度传感器检测舍内当前平均温度；
②计算当前温度对应的风量：根据温度与风量匹配关系匹配当前温度所需风量；
温度与风量匹配关系如一元一次关系式（1）：
Qpre=（Qmax-Qmin）/（Tmax-Taim）*（Tpre- Taim）+ Qmin （1）
式中，Qpre为当前温度所需的风量，Qmax为满载风量，Qmin为最小风量，Tmax为满载风量温度，Taim为目标温度，Tpre为当前温度；Taim和Tmax为满载风量温度由用户自行设定。
图3是一种典型的温度与风量匹配曲线示意图。养殖用户自行设定目标温度与最大通风温度，以及其对应通风量，在两个温度之间，风量线性增加，每个温度都有可实现的所匹配的风量。通过检测养殖舍内温度确定当前所需通风量百分比，通过计算可得出风量具体数值。
③负压采集：通过设置在猪舍内的压差传感器检测舍内负压，获取当前负压下所需风量对应永磁风机的转速；
永磁风机的转速通过二元三次函数关系式（2）求得：
Qneg =（-1510.912 N）+（-53.164 R）+（-6.865 N2）+(3.217 NR)+（0.332 R2）+（0.0004 N3）+（0.0057 N2R）+（-0.0015 NR2）+（-0.0002 R3）+11082.109 （2）
式中，Qneg为当前负压下所需的风量；N为当前负压；R为永磁风机的转速。
图4为36#和51#两种型风机在0、25、50、75、100帕负压下，取得10000m³/h风量时的转速曲线。在不同负压下，实现对应风量的转速是不一样的 ，所以需要通过计算获得当前转速值。
在通过压力传感器对比舍内外压差获得当前养殖舍内负压，通过自变量为转速、负压，因变量为风量的二元三次曲线关系式，在已知所需风量和负压的条件下可得出当前负压下得到对应风量的转速。
④判断当前负压下所需的风量能否凭借大型风机实现，若能则转入⑤，若不能则转入⑥；
⑤判断当前负压下所需的风量能否均分给多台大型风机，若能则转入⑦，若不能则转入⑧；
⑥判断当前风量需求是否大于大型风机的总风量，若是则转入⑨，若不是则转入⑩；
⑦按照启动风机最多的搭配实现风量需求，通过自适应算法决定启动那几台风机；
⑧单台大型风机运行；
⑨判断小型风机与大型风机按照面积比全部启动是否满足风量需求，若满足则风机全开，小型风机和大型风机按照面积比均分风量，若不满足则优先满载大型风机，剩余风量均分给小型风机；
⑩判断当前负压下所需风量能否均分给多台小型风机，若能转入⑦，若不能由单台小型风机实现风量需求；
⑪设定一个风量调整后的一个延迟时间；
⑫判断经过延迟时间后温度是否发生变化：若未改变则等待一个延迟时间后再次判断温度变化，若温度改变，则重复步骤①-⑩
步骤⑤和⑩中，判断当前负压下所需的风量能否均分给多台大型风机或多台小型风机以及所需启动大型风机或多台小型风机的数量根据公式（3）求得：
X≤Qneg/Qon （3）
式中， Qneg为当前负压下所需的风量，Qon为大型风机或多台小型风机的最小启动风量；
若X≥2，则当前负压下对应的风量能够均分给多台大型风机或多台小型风机，若X＜2，则当前负压下对应的风量不能够均分给多台大型风机或多台小型风机；
所需启动大型风机或多台小型风机的数量为去除小数点后面数值后X的整数。
例如当前负压25pa，共有5台25pa下风机的工作区间为6000-24000m³/h的风机，风机的最小启动风量Qon为6000 m³/h，当前负压下所需的风量Qneg为10000m³/h， X≤Qneg/Qon=10000/6000=1.67；X只能取1，无法凭借两台小型风机按照5000m³/h的风量实现风量需求，只能由单台风机实现风量需求。
若当前负压下所需的风量Qneg为19000m³/h，X≤Qneg/Qon=19000/6000=3.16；X可以取3，可以凭借3台小型风机按照6333m³/h的风量实现风量需求。
若当前负压下所需的风量Qneg为30000m³/h， X≤Qneg/Qon=30000/6000=5.0；X可以取5，可以凭借5台小型风机按照6000m³/h的风量实现风量需求。
步骤⑤和⑩中，通过自适应算法决定启动那几台风机，包括如下步骤：
ⅰ 根据风机安装位置对风机按照排列顺序进行编号；
ⅱ 当前风机的序号代入公式（4）中，若公式成立，则启动当前的风机，若公式不成立，则不启动当前的风机；
A（X/Y）-B≥0.5 （4）
式中，A为当前风机序号，B为已启动的风机数量，X为所需启动的风机数量，Y为全部的风机数量。
例如共有5台序号1、2、3、4、5的风机，需要启动3台：
对于序号为1的风机，代入公式（4），1（3/5）-0=0.6≥0.5，公式成立，序号为1的风机启动；
对于序号为2的风机，代入公式（4），2（3/5）-1=0.2＜0.5，公式不成立，序号为2的风机不启动；
对于序号为3的风机，代入公式（4），3（3/5）-1=0.8≥0.50，公式成立，序号为3的风机启动；
对于序号为4的风机，代入公式（4），4（3/5）-2=0.4＜0.50，公式不成立，序号为4的风机不启动；
对于序号为5的风机，代入公式（4），5（3/5）-2=1≥0.50，公式成立，序号为5的风机启动；
最终得到得出序号1、3、5的风机符合公式成立，则启动序号为1、3、5的风机。
本行业普遍认为，在满足通风要求的条件下，开一台风机比开多台风机省电，风机转速越低越省电。但如图5、图6所示，分别是0.75KW和1.5Kw永磁直连风机启动一台、两台和三台在不同负压下达到相同通风量情况下的能耗曲线可以看出，反而是多台风机更省电。因此本发明尽可能启动更多的风机来达到相同的通风要求。
本行业还普遍认为，在满足通风要求的条件下，功率大的风机比功率小的电机更费电，但如图7所示，反而是功率大的风机更省电，因此本发明尽可能选择功率较大的风机来达到相同的通风要求。
在本说明书中涉及的但未详细描述的技术均为本领域的现有技术或公知常识。
Claims (1)
1.一种猪舍不同型号永磁风机的自适应控制方法，包括适于在计算设备上运行、控制猪舍多台不同型号永磁风机的控制系统，其特征在于，该控制系统的控制方法包括：
①温度采集：通过设置在猪舍内的多个温度传感器检测舍内当前平均温度；
②计算当前温度对应的风量：根据温度与风量匹配关系匹配当前温度所需风量；
③负压采集：通过设置在猪舍内的压差传感器检测舍内负压，获取当前负压下所需风量对应永磁风机的转速；
④判断当前负压下所需风量能否凭借大型风机实现，若能则转入⑤，若不能则转入⑥；
⑤判断当前负压下所需风量能否均分给多台大型风机，若能则转入⑦，若不能则转入⑧；
⑥判断当前风量需求是否大于大型风机的总风量，若是则转入⑨，若不是则转入⑩；
⑦按照启动风机最多的搭配实现风量需求，通过自适应算法决定启动哪几台风机；
⑧单台大型风机运行；
⑨判断小型风机与大型风机按照面积比全部启动是否满足风量需求，若满足则风机全开，小型风机和大型风机按照面积比均分风量，若不满足则优先满载大型风机，剩余风量均分给小型风机；
⑩判断当前负压下所需风量能否均分给多台小型风机，若能转入⑦，若不能由单台小型风机实现风量需求；
⑪设定一个风量调整后的一个延迟时间；
⑫判断经过延迟时间后温度是否发生变化：若未改变则等待一个延迟时间后再次判断温度变化，若温度改变，则重复步骤①-⑩；
步骤②中，温度与风量匹配关系如一元一次关系式（1）所示：
Qpre=（Qmax-Qmin）/（Tmax-Taim）*（Tpre- Taim）+ Qmin （1）
式中，Qpre为当前温度所需风量，Qmax为满载风量，Qmin为最小风量，Tmax为满载风量温度，Taim为目标温度，Tpre为当前温度；Taim和Tmax由用户自行设定；风量的单位为m³/h；
步骤③中，永磁风机的转速通过二元三次函数关系式（2）求得：
Qneg =（-1510.912 N）+（-53.164 R）+（-6.865 N2）+(3.217 NR)+（0.332 R2）+（0.0004N3）+（0.0057 N2R）+（-0.0015 NR2）+（-0.0002 R3）+11082.109 （2）
式中，Qneg为当前负压下所需风量；N为当前负压；R为永磁风机的转速；负压的单位为帕；转速的单位为转/分钟；
判断当前负压下所需风量能否均分给多台大型风机或多台小型风机以及所需启动大型风机或多台小型风机的数量根据公式（3）求得：
X≤Qneg/Qon （3）
式中， Qneg为当前负压下所需风量，Qon为大型风机或多台小型风机的最小启动风量；
若X≥2，则当前负压下对应的风量能够均分给多台大型风机或多台小型风机，若X＜2，则当前负压下对应的风量不能够均分给多台大型风机或多台小型风机；
所需启动大型风机或多台小型风机的数量为去除小数点后面数值后X的整数；
通过自适应算法决定启动哪几台风机，包括如下步骤：
ⅰ 根据风机安装位置对风机按照排列顺序进行编号；
ⅱ 当前风机的序号代入公式（4）中，若公式成立，则启动当前的风机，若公式不成立，则不启动当前的风机；
A（X/Y）-B≥0.5 （4）
式中，A为当前风机序号，B为已启动的风机数量，X为所需启动的风机数量，Y为全部的风机数量。
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