CN115289621B - 一种用于中央空调系统主机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于中央空调系统主机的控制方法，本控制方法主要分为过热度控、过冷度控和趋近度控三个阶段，主机启动时采用过热度控，运行逐渐平稳后进入过冷度控，过冷度控稳定后进入趋近度控，实现进一步微调整，进而使主机运行状态更优。三个控制阶段呈递进关系，进而缩短主机启动到稳定状态的时间，使主机运行更为平稳，减小主机运行波动性。通过监测过热度、过冷度和蒸发器趋近度，不断判断实际的过热度、过冷度和趋近度与三者目标值的差距，且采用梯级控制，实现对电子膨胀阀的精准控制，保证机组在各种工况下运行的安全可靠高效。

Description

一种用于中央空调系统主机的控制方法

技术领域

本发明涉及空调控制技术领域，尤其涉及一种用于中央空调系统主机的控制方法。

背景技术

近年来，随着我国经济水平的发展，空调的使用已十分常见，对于大型建筑，大型中央空调也已十分普及。中央空调系统主机作为中央空调系统的核心部件，其安全可靠运行至关重要。目前一些厂家的主机设备控制方法较为单一，仅根据一个参数进行机组运行控制，其控制的可靠性及适应性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于中央空调系统主机的控制方法，以解决上述背景技术中遇到的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于中央空调系统主机的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、以压缩机注明的启机负荷启动压缩机，进入过热度控；

步骤2、计算并判断压缩机实际负荷，若压缩机实际负荷U_x＜50％负荷，且压缩机实际负荷U_x＜计算目标负荷U(n)，执行步骤3，否则执行步骤4；

步骤3、压缩机缓慢加载，直至压缩机实际负荷U_x＝50％负荷后，执行步骤4；

步骤4、控制压缩机加减载，使压缩机保持实际负荷U_x＝50％负荷不变；执行步骤5；

步骤5、监测计算排气过热度△t_h，若实测过热度△t_h≥过热度目标值△t_h-set，则跳出过热度控进入过冷度控，并执行步骤6；若实测过热度△t_h＜过热度目标值△t_h-set，则循环执行步骤4和步骤5，直至满足实测排气过热度△t_h≥过热度目标值△t_h-set后跳出过热度控；

步骤6、逐步进入过冷度控以及进入趋近度控后，控制系统控制压缩机缓慢加载或减载，使得压缩机实际负荷U_x始终等于目标负荷U(n)。

上述方案中，还包括以下步骤：

步骤7、在过热度控的过程中，监测蒸发压力，若实测蒸发压力＜d，则开大膨胀阀开度；若实测蒸发压力＞e，则关小膨胀阀开度；d、e为预设值。

步骤8、在过冷度控的过程中，监测过冷度△t_c，若实测过冷度△t_c＜f，则关小膨胀阀开度；若实测过冷度△t_c＞g，则开大膨胀阀开度；若f＜实测过冷度△t_c＜g，则膨胀阀开度保持不变；f、g为预设值。

步骤9、当f＜实测过冷度△t_c＜g，并能保持3分钟，则进入趋近度控。

步骤10、进入趋近度控后，监测趋近度△t_e，若实测趋近度△t_e＜j，则保持膨胀阀开度不变；若实测趋近度△t_e＞j，则开大膨胀阀开度k，等待30秒后，再次进行检测判断，直至△t_e＜j；其中，j为趋近度目标值，为预设值。

步骤11、在趋近度控过程中，若出现实测过冷度△t_c＜f或实测过冷度△t_c＞g，则立即进入过冷度控；在过冷度控或趋近度控过程中，若出现实测过热度△t_h＜过热度目标值△t_h-set，则立即跳入过热度控。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本控制方法主要分为过热度控、过冷度控和趋近度控三个阶段，主机启动时采用过热度控，运行逐渐平稳后进入过冷度控，过冷度控稳定后进入趋近度控，实现进一步微调整，进而使主机运行状态更优。三个控制阶段呈递进关系，进而缩短主机启动到稳定状态的时间，使主机运行更为平稳，减小主机运行波动性。通过监测过热度、过冷度和蒸发器趋近度，不断判断实际的过热度、过冷度和趋近度与三者目标值的差距，且采用梯级控制，实现对电子膨胀阀的精准控制，保证机组在各种工况下运行的安全可靠高效。

附图说明

参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1为本发明的工作原理简图；

图2为本发明的工作流程示意图(1-1)；

图3为本发明的工作流程示意图(1-2)。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示本发明有关的构成。

根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

中央空调系统主机主要包含压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器四大部件及相关回油管路。其中压缩机和膨胀阀可通过控制系统进行运行控制，本发明涉及到的控制方法主要是针对压缩机和膨胀阀的控制。

实施例1，如图1至图3所示，一种用于中央空调系统主机的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、以压缩机注明的启机负荷启动压缩机，进入过热度控。

压缩机厂家出厂说明书上会注明某型号压缩机启动时的启机负荷为多少，大部分是25％负荷，少部分型号为33％负荷，机组启动一般是以压缩机说明书上注明的启机负荷进行启动。

步骤2、计算并判断压缩机实际负荷，若压缩机实际负荷Ux＜50％负荷，且压缩机实际负荷Ux＜计算目标负荷U(n)，执行步骤3，否则执行步骤4。其中，50％负荷为最大负荷的50％，即满负荷的一半。

所谓的压缩机实际负荷，是根据机组自带的电流互感器测得的电流、测得的冷凝温度、蒸发温度实时计算得出，压缩机实际负荷计算公式与压缩机品牌、压缩机型号有关，可根据各品牌压缩机选型软件提供的数据拟合得出。

步骤3、压缩机缓慢加载，直至压缩机实际负荷Ux＝50％负荷，或者计算目标负荷U(n)小于50％负荷，实际负荷Ux＝计算目标负荷U(n)后，执行步骤4。

步骤4、控制压缩机加减载，使压缩机保持实际负荷Ux＝50％负荷，或者计算目标负荷U(n)小于50％负荷，实际负荷Ux＝计算目标负荷U(n)不变；执行步骤5。

步骤5、监测计算排气过热度△th，过热度△th，是指机组自带的温度传感器测得的压缩机排气温度与冷凝温度的差值，也称为排气过热度；冷凝温度是指机组自带的压力传感器测得的冷凝器内冷凝压力对应的饱和温度。

若实测过热度△th≥过热度目标值△th-set，则跳出过热度控进入过冷度控，并执行步骤6；若实测过热度△th＜过热度目标值△th-set，则循环执行步骤4和步骤5，直至满足实测排气过热度△th≥过热度目标值△th-set后跳出过热度控。

过热度目标值△th-set为预设值，与制冷剂种类有关，过热度目标值△th-set的设置可根据各品牌压缩机选型软件在运行工况下选型计算得出；步骤4和步骤5的目的为：压缩机以启机负荷启动后，压缩机缓慢加载并将压缩机实际负荷控制在50％附近，然后等待机组的各项参数逐步稳定后再进行下一步的控制。

步骤6、逐步进入过冷度控以及进入趋近度控后，控制系统控制压缩机缓慢加载或减载，使得压缩机实际负荷Ux始终等于目标负荷U(n)。需要说明的是，在过冷度控或趋近度控过程中，若出现实测过热度△th＜过热度目标值△th-set，则立即跳入过热度控，但此时依旧是控制压缩机实际负荷Ux等于目标负荷U(n)。

作为一种优选的方案，在执行步骤1的同时，控制系统控制膨胀阀开度由0开大至最小开度c；其中，最小开度c为预设值。该预设值与压缩机大小及匹配的膨胀阀大小有关，该值的获得需要根据实际运行测试得出。其方法为手动控制机组启动运行至设计工况，手动控制压缩机实际负荷稳定在启动负荷u，手动控制膨胀阀开度大小，通过机组自带的视液镜观察蒸发器内制冷剂液位达到设计位置，此时手动设置的膨胀阀开度即可作为最小开度。

整个系统需要控制的元件有两个：压缩机和膨胀阀。控制过程分为过热度控、过冷度控、趋近度控三个控制阶段。两个控制元件在三个控制阶段有不同的控制方式，步骤1-步骤6描述的是压缩机在三个控制阶段的控制方式，下面的步骤7-步骤11是膨胀阀在三个控制阶段的控制方式。

作为一种优选的方案，上述方案中，还包括以下步骤：

步骤7、在过热度控的过程中，监测蒸发压力，若实测蒸发压力＜d，则开大膨胀阀开度；若实测蒸发压力＞e，则关小膨胀阀开度；d、e为预设值，与制冷剂种类有关；膨胀阀执行开大或关小动作后，需等待5秒再进行下一次的检测判断。

d、e为预设值的确认方法为：d＝(目标出水温度-7)对应的饱和压力，e＝(目标出水温度-5)对应的饱和压力。该步骤的执行可确保在等待排气过热度满足要求的这段时间内，蒸发压力始终处于较低的状态，杜绝压缩机吸气带液情况，促使排气温度及排气过热度更快的升高。

步骤8、在过冷度控的过程中，监测过冷度△tc，过冷度△tc，是指冷凝温度与机组自带的温度传感器测得的供液管路内液态制冷剂的温度的差值。

若实测过冷度△tc＜f，则关小膨胀阀开度；若实测过冷度△tc＞g，则开大膨胀阀开度；若f＜实测过冷度△tc＜g，则膨胀阀开度保持不变。f、g为预设值，且为实测值。

f、g的获得方法为：机组运行至设计工况，手动控制膨胀阀开度，观察蒸发器内制冷剂液位处于设计位置，此时记录实测过冷度，f＝实测过冷度-1，g＝实测过冷度+1；此外，需要说明的是，膨胀阀执行开大或关小动作后，需等待30秒后，再进行下一次的检测判断。

步骤9、当f＜实测过冷度△tc＜g，并能保持3分钟，则进入趋近度控。

步骤10、进入趋近度控后，监测趋近度△te，趋近度△te，是指机组自带的温度传感器测得的蒸发器出水温度与蒸发温度的差值；蒸发温度是指机组自带的压力传感器测得的蒸发器内蒸发压力所对应的饱和温度。

若实测趋近度△te＜j，则保持膨胀阀开度不变；若实测趋近度△te＞j，则开大膨胀阀开度k，等待30秒后，再次进行检测判断，直至△te＜j；其中，j为趋近度目标值，为预设值。

j的获得方法为蒸发器设计计算时，计算得出的趋近度值+0.5；k为预设值，且与膨胀阀品牌有关，一般采用膨胀阀厂家所提供的最小动作幅度作为k。

步骤11、在趋近度控过程中，若出现实测过冷度△tc＜f或实测过冷度△tc＞g，则立即进入过冷度控，膨胀阀的控制按照步骤8执行；在过冷度控或趋近度控过程中，若出现实测过热度△th＜过热度目标值△th-set，则立即跳入过热度控，膨胀阀控制按照步骤7执行。

实施例2，一种用于中央空调系统主机的控制方法，包括以下步骤：空调主机的控制中，在进入过热度控之前，需要计算目标负荷，其计算方法如下：

步骤01、点击启动按钮后，控制系统计算当前n时刻的水温偏差△T(n)和水温变化率T E-rate；所谓的n时刻水温偏差，是指用户在控制屏幕上设置的目标出水温度T E-set与机组自带的温度传感器实测到的n时刻的蒸发器出水温度T E-out的差值；所谓水温变化率，是指实测到的n时刻的蒸发器出水温度T E-out与(n-60秒)时实测的蒸发器出水温度TE-out器的差值除以1，单位为℃/min。

步骤02、计算目标负荷变化增量△U(n)：△U(n)＝(A×T E-rate+B×△T(n))％，A、B为预设的系数。该系数通过实测经验得出，目前测出A＝1，B＝2具有一定普遍性，实际使用过程中不合适可根据实际情况进行调整。

步骤03、计算目标负荷U(n)：U(n)＝U(n-1)+△U(n)，U(n-1)为上一次计算得出的目标负荷。计算目标负荷实行周期性计算，每秒计算一次。

需要说明的是，计算目标负荷U(n)最大值为100％，即当计算目标负荷U(n)＝100％时，如果周期计算的△U(n)仍为正值，则保持U(n)＝100％，如果△U(n)为负值，则按照上述公式保持正常计算。

步骤04、计算目标负荷U(n)≥u％，若U(n)≥u％，执行步骤06，否则执行步骤05；其中，u为预设的启动负荷。所谓的启动负荷，是指当计算目标负荷≥启动负荷时，允许压缩机启动；启动负荷的确认与压缩机品牌和型号有关，采用的相应品牌压缩机厂家一般会提供允许压缩机长期运行的最小负荷，可采用该值作为启动负荷；

步骤05、压缩机处于待机状态，机组不运行。

步骤06、以启机负荷启动压缩机，进入过热度控。

而后按照实施例1的技术方案进行操作，上述步骤06承接实施例1中的步骤1，在此不再赘述实施例1的方案和内容。

实施例3，一种用于中央空调系统主机的控制方法，下面以制冷剂R134a为例进行举例详细说明：

(1)在8:00时点击启动后，目标出水温度为7℃，实测出水温度为12℃，此时机组未启动，水温没有变化，故水温变化率为0：

第1秒：计算目标负荷增量为△U(n)＝(A×T E-rate+B×△T(n))％＝1×0+2×(12-7)＝10％，U(n)＝U(n-1)+△U(n)＝0+10％＝10％，第一次计算时U(n-1)＝0；

第2秒：计算目标负荷增量为△U(n)＝(A×T E-rate+B×△T(n))％＝1×0+2×(12-7)＝10％，U(n)＝U(n-1)+△U(n)＝10％+10％＝20％；

第3秒：计算目标负荷增量为△U(n)＝(A×T E-rate+B×△T(n))％＝1×0+2×(12-7)＝10％，U(n)＝U(n-1)+△U(n)＝20％+10％＝30％；

第4秒：计算目标负荷增量为△U(n)＝(A×T E-rate+B×△T(n))％＝1×0+2×(12-7)＝10％，U(n)＝U(n-1)+△U(n)＝30％+10％＝40％；

此时U(n)＝40％，计算目标负荷满足≥启动负荷40％的条件，执行步骤1，启动压缩机。

(2)压缩机刚启动时，实际负荷为启机负荷，为25％负荷，计算目标负荷保持周期性计算，需要说明的是，压缩机启动后，实测出水温度开始变化，水温变化率不再为0，假设在8:05时，计算目标负荷为50％负荷，而实际负荷＜50％负荷，则执行实施例1中的步骤3，压缩机缓慢加载；在加载过程中，目标负荷保持周期性计算，假设8:08时目标负荷计算结果为80％负荷，压缩机实际负荷＝50％负荷，此时则保持50％负荷，执行实施例1中的步骤4。

(3)若此时实测过热度为11℃，预设目标过热度为12℃，则保持当前负荷不变，直至实测过热度＞目标过热度。

(4)若8:10时实测过热度为12.5℃，则进入过冷度控，在过冷度控或趋近度控时，控制压缩机缓慢加载或减载，保证压缩机实际负荷＝计算目标负荷。

(5)在压缩机启动时，膨胀阀开度由0开大至最小开度20％，在过热度控的过程中，实时监测蒸发压力，并不断调节膨胀阀开度开大或关小，保证测得的蒸发压力处于1.91Bar～2.13Bar之间，即若实测的蒸发压力为1.8Bar，则开大膨胀阀；若实测的蒸发压力为2.2Bar，则关小膨胀阀。

(6)进入过冷度控后，若实测过冷度大于5℃，则开大膨胀阀开度；若实测过冷度小于3℃，则关小膨胀阀开度。若实测过冷度处于3～5℃之间，则膨胀阀开度保持不变；若实测过冷度处于3～5℃之间能维持3分钟，则进入趋近度控。

(7)在趋近度控过程中，若实测趋近度为3℃，大于趋近度目标值2.5℃，则开大膨胀阀，直至实测趋近度小于2.5℃。

本控制方法主要分为过热度控、过冷度控和趋近度控三个阶段，主机启动时采用过热度控，运行逐渐平稳后进入过冷度控，过冷度控稳定后进入趋近度控，实现进一步微调整，进而使主机运行状态更优。三个控制阶段呈递进关系，进而缩短主机启动到稳定状态的时间，使主机运行更为平稳，减小主机运行波动性。通过监测过热度、过冷度和蒸发器趋近度，不断判断实际的过热度、过冷度和趋近度与三者目标值的差距，且采用梯级控制，实现对电子膨胀阀的精准控制，保证机组在各种工况下运行的安全可靠高效。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于中央空调系统主机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、以压缩机注明的启机负荷启动压缩机，进入过热度控；

在过热度控的过程中，监测蒸发压力，若实测蒸发压力＜d，则开大膨胀阀开度；若实测蒸发压力＞e，则关小膨胀阀开度；d、e为预设值；

步骤2、计算并判断压缩机实际负荷，若压缩机实际负荷U_x＜50%负荷，且压缩机实际负荷U_x＜计算目标负荷U（n），执行步骤3，否则执行步骤4；

步骤3、压缩机缓慢加载，直至压缩机实际负荷U_x=50%负荷后，执行步骤4；

步骤4、控制压缩机加减载，使压缩机保持实际负荷U_x=50%负荷不变；执行步骤5；

步骤5、监测计算排气过热度△t_h，若实测过热度△t_h≥过热度目标值△t_h-set，则跳出过热度控进入过冷度控，并执行步骤6；若实测过热度△t_h＜过热度目标值△t_h-set，则循环执行步骤4和步骤5，直至满足实测排气过热度△t_h≥过热度目标值△t_h-set后跳出过热度控；

在过冷度控的过程中，监测过冷度△t_c，若实测过冷度△t_c＜f，则关小膨胀阀开度；若实测过冷度△t_c＞g，则开大膨胀阀开度；若f＜实测过冷度△t_c＜g，则膨胀阀开度保持不变；f、g为预设值，且为实测值；

其中，当f＜实测过冷度△t_c＜g，并能保持3分钟，则进入趋近度控；

步骤6、逐步进入过冷度控以及进入趋近度控后，控制系统控制压缩机缓慢加载或减载，使得压缩机实际负荷U_x始终等于目标负荷U（n）；

进入趋近度控后，监测趋近度△t_e，若实测趋近度△t_e＜j，则保持膨胀阀开度不变；若实测趋近度△t_e＞j，则开大膨胀阀开度k，等待30秒后，再次进行检测判断，直至△t_e＜j；其中，j为趋近度目标值，为预设值；

其中，趋近度△te，是指机组自带的温度传感器测得的蒸发器出水温度与蒸发温度的差值。

2.根据权利要求1所述的一种用于中央空调系统主机的控制方法，其特征在于：在执行步骤1的同时，控制系统控制膨胀阀开度由0开大至最小开度c；其中，最小开度c为预设值。

3.根据权利要求1所述的一种用于中央空调系统主机的控制方法，其特征在于：在趋近度控过程中，若出现实测过冷度△t_c＜f或实测过冷度△t_c＞g，则立即进入过冷度控；在过冷度控或趋近度控过程中，若出现实测过热度△t_h＜过热度目标值△t_h-set，则立即跳入过热度控。

4.根据权利要求1所述的一种用于中央空调系统主机的控制方法，其特征在于：在进入过热度控之前，需要计算目标负荷，其计算方法如下：

步骤01、点击启动按钮后，控制系统计算当前n时刻的水温偏差△T（n）和水温变化率T _E-rate；

其中，n时刻水温偏差，是指用户在控制屏幕上设置的目标出水温度T E-set与机组自带的温度传感器实测到的n时刻的蒸发器出水温度T E-out的差值；

其中，水温变化率，是指实测到的n时刻的蒸发器出水温度T E-out与（n-60秒）时实测的蒸发器出水温度T E-out器的差值除以1，单位为℃/min；

步骤02、计算目标负荷变化增量△U（n）：△U（n）=（A×T _E-rate+B×△T（n））%，A、B为预设的系数；

步骤03、计算目标负荷U（n）：U（n）= U（n-1）+△U（n），U（n-1）为上一次计算得出的目标负荷；

步骤04、计算目标负荷U（n）≥u%，若U（n）≥u%，执行步骤06，否则执行步骤05；其中，u为预设的启动负荷；

步骤05、压缩机处于待机状态，机组不运行；

步骤06、以最小负荷启动压缩机，进入过热度控。