DE102005052042A1

DE102005052042A1 - Verfahren und Anlage zur Steuerung eines Verdichters

Info

Publication number: DE102005052042A1
Application number: DE200510052042
Authority: DE
Inventors: Xiaoming Dr.-Ing. Peng
Original assignee: Kriwan Industrie Elektronik GmbH
Current assignee: Kriwan Industrie Elektronik GmbH
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2025-11-01
Also published as: DE102005052042B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur Steuerung eines Verdichters in einem Regelkreis, wobei die Leistung des Verdichters in Abhängigkeit des Bedarfs gesteuert wird und wenigstens ein den Betriebszustand des Verdichters charakterisierender Parameter überwacht wird, um den Verdichter bei Über- oder Unterschreiten einer vorgegebenen Abschaltschwelle abzuschalten, und wobei bei der Leistungssteuerung des Verdichters der aktuelle Betriebszustand des Verdichters berücksichtigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur Steuerung eines Verdichters in einem Regelkreis.

Bei herkömmlichen Anlagen, beispielsweise einer Kälteanlage, ist neben dem Verdichter ein Regler zur Ermittlung des aktuellen Bedarfs sowie ein Verdichterschutzgerät zur Überwachung wenigstens eines den Betriebszustand des Verdichters charakterisierenden Parameters vorgesehen. Stellt der Regler einen erhöhten Bedarf fest, wird der Verdichter vom Regler im Sinne einer Leistungserhöhung angesteuert. Der Betriebszustand des Verdichters wird über den wenigstens einen Parameter, beispielsweise die Wicklungstemperatur oder die Heißgastemperatur, überwacht, wobei ein Über- oder Unterschreiten einer vorgegebenen Abschaltschwelle zum Abschalten des Verdichters führt.

Die Auslösung des Verdichterschutzes bedeutet somit eine zwangsläufige Unterbrechung des Kältekreises und kann daher erhebliche Folgen haben. Darüber hinaus ist ein Neustart (automatisch oder manuell) mit der Verunsicherung über die Ursache der Auslösung verbunden. Manche Hersteller von Verdichtern lassen einen weiteren Betrieb des Verdichters in einem derartigen Fall erst dann zu, wenn die Ursache geklärt bzw. behoben ist. Bei dem bekannten Regelalgorithmus kann es daher aufgrund eines erhöhten Bedarfs, einer falsch ausgelegten Anlage, einer zu geringen Kühlmittelmenge oder einer nicht ordnungsgemäßen Anwendung zu einer Auslösung des Verdichterschutzes kommen, ohne dass ein tatsächlicher Komponentendefekt oder eine Funktionsstörung im System vorliegt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anlage zur Steuerung eines Verdichters anzugeben, wobei bedarfsbedingte Schutzauslösungen vermieden werden sollen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung des Verdichters in einem Regelkreis wird die Leistung des Verdichters in Abhängigkeit des Bedarfs gesteuert, wobei wenigstens ein den Betriebszustand des Verdichters charakterisierender Parameter überwacht wird, um den Verdichter bei Über- oder Unterschreiten einer vorgegebener Abschaltschwelle abzuschalten. Dabei wird bei der Leistungssteuerung des Verdichters der aktuelle Betriebszustand des Verdichters berücksichtigt.

Die erfindungsgemäße Anlage besteht im Wesentlichen aus einem Verdichter, einem Regler zur Ermittlung des aktuellen Bedarfs, einem Verdichterschutzgerät zur Überwachung wenigstens eines den Betriebszustand des Verdichters charakterisierenden Parameters, um den Verdichter bei Über- oder Unterschreiten einer vorgegebenen Abschaltschwelle abzuschalten sowie einer mit den Regler in Verbindung stehenden Steuerung, um die Leistung des Verdichters in Abhängigkeit des Bedarfs zu steuern, Die Steuerung steht dabei sowohl mit dem Regler als auch mit dem Verdichterschutzgerät derart in Verbindung, dass bei der Leistungssteuerung des Verdichters der aktuelle Betriebszustand des Verdichters berücksichtig wird.

Durch die Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustands des Verdichters kann verhindert werden, dass eine weitere Leistungssteigerung eingeleitet wird, obwohl der Verdichter schon kurz vor der Abschaltschwelle betrieben wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.

In einer bevorzugten Ausführung wird die Leistung des Verdichters solange in Abhängigkeit des Bedarfs gesteuert, bis ein vorgegebener kritischer Betriebeszustand des Verdichters erreicht wird. Befindet sich der Verdichter in dem kritischen Vertriebszustand, wird dieser Regelalgorithmus teilweise oder ganz außer Kraft gesetzt, um ein vorzeitiges Erreichen der Abschaltschwelle zu verhindern.

Gemäß einer speziellen Variante kann dabei die Leistung des Verdichters unabhängig vom Bedarf zurückgefahren werden, wenn sich der Verdichter in dem vorgegebenen kritischen Betriebszustand befindet, um das vorzeitige Erreichen der Abschaltschwelle zu verhindern.

Vor und/oder nach Erreichen des vorgegebenen kritischen Betriebszustandes, der durch Überprüfung wenigstens eines den Betriebszustand des Verdichters charakterisierenden Parameters festgestellt wird, kann eine Hilfsmaßnahme, beispielsweise das Einspritzen eines Kältemittels in den Verdichter, eingeleitet werden.

Durch das obige Verfahren wird sichergestellt, dass der Regelkreis nicht unnötigerweise durch Abschaltung des Verdichters unterbrochen wird, nur weil momentan ein die Kapazität des Verdichters übersteigender Bedarf erforderlich wäre. Durch eine geringere Leistungssteigerung, einen Verzicht der Änderung der Leistung des Verdichters oder gar die Zurücknahme der Leistung des Verdichters kann der Regelkreis weiter aufrechterhalten werden, auch wenn die Regelgröße vorübergehend eine größere Abweichung zur Führungsgröße aufweist.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung
1 eine schematische Darstellung der Steuerung eines Verdichters in einem Regelkreis gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 Diagram eines den Betriebszustand des Verdichters charakterisierenden Parameters,
3 eine schematische Darstellung der Steuerung eines Verdichters in einem Regelkreis gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung der Steuerung eines Verdichters in einem Regelkreis gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung der Steuerung eines Verdichters in einem Regelkreis gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Die in 1 dargestellte Anlage besteht im Wesentlichen aus einem Verdichter 1, einem Regler 2 zur Ermittlung des aktuellen Bedarfs, einem Verdichterschutzgerät 3 zur Überwachung wenigstens eines dem Betriebszustand des Verdichters charakterisierenden Parameters 4 sowie einer sowohl mit dem Regler 2 als auch mit dem Verdichterschutzgerät 3 in Verbindung stehenden Steuerung 5.
Bei der dargestellten Anlage handelt es sich beispielsweise um eine Kälteanlage, die einen Kältemittelverdichter aufweist. Das dargestellte Prinzip ist jedoch nicht nur auf dem Gebiet der Kältetechnik, sondern beispielsweise auch für den Bereich der Klimatechnik und/oder bei Wärmepumpen einsetzbar.
Der Regler 2 hat im Wesentlichen zwei Eingangssignale, nämlich eine Regelgröße 6 (Istwert), die beispielsweise die momentane Temperatur in einem Kühlraum darstellt, und eine Führungsgröße 7 (Sollwert) die der gewünschten, einstellbaren Temperatur in dem Kühlraum entspricht.
Am Ausgang des Reglers 2 ergibt sich ein Ausgangssignal 8, welches durch den Vergleich von Regelgröße und Führungsgröße gebildet wird.
Das Verdichterschutzgerät 3 überwacht wenigstens einen den Betriebszustand des Verdichters 1 charakterisierenden Parameters 4 der beispielsweise durch die Motorwicklungstemperatur des Verdichters, die Heißgastemperatur des Verdichters, den Öldruck bzw. Ölstand oder die Öltemperatur des Verdichters gebildet wird. Auch die Stromaufnahme des Verdichters wäre als Parameter geeignet.
Das Verdichterschutzgerät 3 überwacht diesen Parameter, um den Verdichter 1 bei Über- und Unterschreiten einer vorgegebenen Abschaltschwelle abzuschalten. Die Abschaltschwelle kann dabei durch einen vorgegebenen Wert gebildet werden, wobei auch die Änderungsgeschwindigkeit des Parameters Berücksichtigung finden kann. Werden mehrere Parameter überwacht, kann der Abschaltvorgang ausgelöst werden, wenn einer der überwachten Parameter seine zugehörige Abschaltschwelle erreicht.
Die Steuerung 5 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 1 entweder Bestandteil des Verdichterschutzgerätes 3 oder steht mit diesem in unmittelbarer Verbindung.
Das Ausgangssignal 8 des Reglers 2 wird entweder über das Verdichterschutzgerät 3 oder direkt (gestrichelte Linie) der Steuerung 5 zugeführt. Die Steuerung 5 erzeugt ein Ausgangssignal 9, um die Leistung des Verdichters 1 zu beeinflussen.
Befindet sich der Verdichter 1 aufgrund des oder der gemessenen Parameter 5 in einem Normalzustand, wird die Leistung des Verdichters über das Ausgangssignal 9 entsprechend dem durch den Regler festgestellten Bedarf geregelt. Wird beispielsweise ermittelt, dass die Temperatur im Kühlraum zu niedrig ist, wird die Leistung entsprechend erhöht, bei einer zu hohen Temperatur wird die Leistung des Verdichter entsprechend zurückgefahren.
Bei dem in 2 dargestellten Parameter handelt es sich beispielsweise um die Wicklungstemperatur oder die Heißgastemperatur, die durch einen temperaturabhängigen Widerstand R(T) ermittelt wird. Erreicht die Temperatur einen so hohen Wert, dass ein kritischer Widerstand R3 erreicht wird, soll der Verdichter abgeschaltet werden. Der Widerstand R3 stellt somit die Abschaltschwelle dar. Bis zum Erreichen der Abschaltschwelle R3 können nun ein oder mehrere weitere Schwellen definiert werden, die bei der Leistungssteuerung des Verdichters berücksichtigt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es noch eine Schwelle R1 und eine zwischen R1 und R3 liegende Schwelle R2. Man kann dadurch beispielsweise den Bereich zwischen 0 und R1 als den normalen Betriebszustand des Verdichters, den Bereich zwischen R1 und R2 als einen ersten kritischen Zustand, und den Bereich zwischen R2 und R3 als einen zweiten kritischen Zustand definieren.
Befindet sich der Verdichter im normalen Betriebzustand, kann eine Leistungsregelung erfolgen, die im Wesentlichen nur durch den aktuellen Bedarf bestimmt wird. Kommt der Verdichter in den ersten kritischen Zustand (zwischen R1 und R2) kann die Steuerung ein oder mehrere Hilfsmaßnahmen einleiten. Über ein Ausgangssignal 10 kann beispielsweise ein Kältemittel in den Verdichter eingespritzt werden, um dadurch ein weiteres Ansteigen der Temperatur bzw. ein Absenken der Temperatur zu bewirken. In diesem Fall könnte die Leistungsregelung nach wie vor entsprechend dem aktuellen Bedarf erfolgen.
Erreicht der überwachte Parameter die nächste Schwelle R2 und befindet sich somit in dem zweiten kritischen Betriebszustand, wird durch die Steuerung der übliche Regelmechanismus teilweise oder ganz außer Kraft gesetzt, um ein vorzeitiges Erreichen der Abschaltstelle R3 zu verhindern. Dies kann bedeuten, dass beispielsweise die Leistung des Verdichters nicht weiter erhöht wird, obwohl eigentlich ein höherer Bedarf erforderlich wäre. Es wäre aber auch denkbar, dass die Leistung nur in einem geringeren Maße erhöht oder sogar zurückgefahren wird. Diese drei Maßnahmen könnten beispielsweise an entsprechende weitere Schwellwerte gekoppelt werden.
Wenngleich bei der obigen Beschreibung bei Erreichen des ersten kritischen Zustandes zunächst eine Hilfsmaßnahme eingeleitet wird, ist es im Rahmen der Erfindung auch denkbar, dass in diesem Zustand zunächst der Regelalgorithmus teilweise oder ganz außer Kraft gesetzt wird und erst dann die Hilfsmaßnahmen eingeleitet werden. Es ist natürlich auch denkbar, dass beide Schritte parallel durchgeführt werden.
Das in 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, so dass für gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet worden sind. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass die Steuerung 5 nicht an das Verdichterschutzgerät 3 sondern an den Regler 2 angekoppelt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht zweckmäßigerweise zwischen dem Regler 2 und dem Verdichterschutzgerät 3 bzw. zwischen der Steuerung 5 und dem Verdichterschutzgericht 3 eine Busverbindung 11. Die Leistungssteuerung des Verdichters 1 über das Ausgangssignal 9 bzw. das Einleiten von Hilfsmaßnahmen über das Ausgangssignal 10 erfolgen ansonsten in der oben beschriebenen Art und Weise.
Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch denkbar, dass die Steuerung 5 als separates Bauteil vorgesehen ist, welches sowohl mit dem Regler 2 als auch mit der Schutzschaltung 3 in Verbindung steht.
In 4 ist eine Anlage dargestellt, bei der mehrere Verdichter 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 mit zugehörigen Verdichtschutzgeräten 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 im Verbund mit einem Regler 2 betrieben werden. Über eine Schnittstelle sind die Verdichterschutzgeräte und der Kälteregler 2 an die Steuerung 5 angeschlossen. Die oben angesprochenen Hilfsmaßnahmen können bei mehreren in Verbund betriebenen Verdichtern auch darin bestehen, dass einzelne Verdichter zu bzw. abgeschaltet werden, um das Erreichen der Abschaltschwelle bei einem einzelnen Verdichter zu verhindern.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbund von mehreren Verdichtern dargestellt, wobei die Koordination über eines der Verdichterschutzgerätes, hier das Verdichterschutzgerät 3.1 erfolgt.
Wenn man den bisher im Stand der Technik bekannten Verdichterschutz, der auf der Grenzwertüberwachung von bestimmten Parametern basiert, als passiven Verdichterschutz bezeichnen kann, so lässt sich das oben beschriebene Verfahren als aktiver Verdichterschutz definieren, der zur Leistungssteuerung des Verdichters den aktuellen Betriebszustand des Verdichters berücksichtigt und dadurch ein unnötiges vorzeitiges Abschalten des Verdichters verhindert wird. Hierdurch wird die Verfügbarkeit der Anlage erhöht und gleichzeitig einem Kühlwarenschaden vorgebeugt, da nicht sofort ausgeschaltet wird, sondern der Betrieb der Kälteanlage zumindest mit reduzierter Leistung solange wie möglich aufrecht erhalten wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Verdichters (1) in einem Regelkreis, wobei die Leistung des Verdichters in Abhängigkeit des Bedarfs gesteuert wird und wenigstens ein den Betriebszustand des Verdichters charakterisierender Parameter überwacht wird, um den Verdichter bei Über- oder Unterschreiten einer vorgegebenen Abschaltschwelle (R3) abzuschalten, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Leistungssteuerung des Verdichters (1) der aktuelle Betriebszustand des Verdichters berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Verdichters (1) so lange in Abhängigkeit des Bedarfs gesteuert wird, bis ein vorgegebener kritischer Betriebszustand (R1, R2) des Verdichters erreicht wird und die Leistung des Verdichters unabhängig vom Bedarf zurückgefahren wird, wenn sich der Verdichter in einem vorgegebenen kritischen Betriebszustand befindet, um ein vorzeitiges Erreichen der Abschaltschwelle (R3) zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Verdichters (1) so lange in Abhängigkeit des Bedarfs gesteuert wird, bis ein vorgegebener kritischer Betriebszustand (R1, R2) des Verdichters erreicht wird und dieser Regelalgorithmus teilweise oder ganz außer Kraft gesetzt wird, wenn sich der Verdichter in dem kritischen Betriebszustand befindet, um ein vorzeitiges Erreichen der Abschaltschwelle (R3) zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit wenigstens eines den Betriebszustand des Verdichters (1) charakterisierenden Parameters ein Hilfsmaßnahme, insbesondere das Einspritzen eines Kältemittels in den Verdichters, eingeleitet wird.
Anlage mit einem Verdichter (1), einem Regler (2) zur Ermittlung des aktuellen Bedarfs, einem Verdichterschutzgerät (3) zur Überwachung wenigstens eines den Betriebszustand des Verdichters charakterisierenden Parameters (4), um den Verdichter bei Über- oder Unterschreiten einer vorgegebenen Abschaltschwelle abzuschalten sowie einer mit dem Regler in Verbindung stehenden Steuerung (5), um die Leistung des Verdichters in Abhängigkeit des Bedarfs zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (5) sowohl mit dem Regler (2) als auch mit dem Verdichterschutzgerät (3) derart in Verbindung steht, dass bei der Leistungssteuerung des Verdichters (1) der aktuellen Betriebszustand des Verdichters berücksichtigt wird.
Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verdichter (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) vorgesehen sind, die im Verbund angeordnet sind und nach Leistungsbedarf und in Abhängigkeit des den Betriebszustand des jeweiligen Verdichters charakterisierenden Parameters zu- und abschaltbar sind.
Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach ein oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Merkmale gemäß Anspruch 5.