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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung eines Kühlsystems
und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
eines Kühlsystems
unter Verwendung von elektronischen Verdampferdruckreglern und eines
gleitenden Saugdruck-Sollwerts an einer Verdichterreihe.
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Diskussion
des Stands der Technik
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Ein
herkömmliches
Kühlsystem
weist einen Verdichter auf, der Kühlmitteldampf verdichtet. Vorm
Verdichter wird der Kühlmitteldampf
in eine Kondensatorschlange geleitet, in der der Dampf bei hohem
Druck verflüssigt
wird. Das flüssige
Hochdruck-Kühlmittel
wird dann im Allgemeinen zu einem Sammelbehälter befördert. Vom Sammelbehälter fließt das flüssige Hochdruck-Kühlmittel
nach dessen Entspannen mittels eines Expansionsventils zu einem
Niederdruck-Zweiphasen-Kühlmittel
aus dem Sammelbehälter
zu einer Verdampferschlange. Wenn das Niederdruck-Zweiphasen-Kühlmittel
durch die Verdampferschlange fließt, absorbiert das Kühlmittel
Wärme von
dem Kühlgehäuse und
dampft ab zu einem Einphasen-Niederdruckdampf, der schließlich zum
Verdichter zurückkehrt,
in dem sich der Kühlprozess
mit geschlossener Rückführung wiederholt.
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Bei
manchen Systemen umfasst das Kühlsystem
mehrere Verdichter, die mit mehreren Kreisläufen verbunden sind, wobei
ein Kreislauf als eine physikalisch installierte Reihe von Gehäusen definiert
ist, die bei gleichem Druck/gleicher Temperatur arbeiten. In einem
Lebensmittelgeschäft
kann zum Beispiel eine Gruppe von Gehäusen in einem Kreislauf für Tiefkühlkost verwendet
werden, eine andere Gruppe kann für Fleischwaren verwendet werden,
während
eine andere Gruppe für
Molkereierzeugnisse verwendet wird. Jeder Kreislauf mit einer Gruppe
von Gehäusen
arbeitet somit bei unterschiedlichen Temperaturen. Diese Temperaturunterschiede
werden im Allgemeinen durch Verwenden mechanischer Verdampferdruckreglern
oder mit jedem Kreislauf in Reihe angeordnete Ventile verwirklicht.
Jeder mechanische Verdampferdruckregler regelt den Druck für alle innerhalb
eines bestimmten Kreislaufes angeschlossenen Gehäuse. Der Druck, bei dem der
Verdampferdruckregler den Kreislauf steuert, wird während der
Inbetriebnahme des Systems mit Hilfe einer im Ventil vorhandenen
mechanischen Regulierschraubeneinstellung einmal eingestellt. Der
Druckregulierpunkt wird basierend auf Gehäusetemperaturanforderungen
und Druckabfall zwischen den Gehäusen
und Verdichterreihen-Saugdruck gewählt.
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Die
mehreren Verdichter sind mit Hilfe von Saug- und Ablassgassammlern
ebenfalls miteinander verrohrt, um eine aus den mehreren parallelen
Verdichtern bestehende Verdichterreihe zu bilden. Der Saugdruck für die Verdichterreihe
wird durch gesteuertes Ein- und Aus-Modulieren jedes der Verdichter
gesteuert. Der Saugdruck-Sollwert für die Reihe wird im Allgemeinen
auf einen Wert gesetzt, der die niedrigste Verdampferkreislauf-Anforderung
erfüllen
kann. Der Kreislauf, der bei der niedrigsten Temperatur arbeitet,
steuert mit anderen Worten im Allgemeinen den Saugdruck-Sollwert,
der zur Versorgung dieses Kreislaufs festgelegt wird.
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Es
gibt aber verschiedene Nachteile bei einem so gearteten Betreiben
und Steuern eines Systems. Ein Nachteil ist zum Beispiel, dass sich
die Anforderung an die Gehäusetemperatur
im Allgemeinen im Laufe des Jahres ändert. Dies erfordert eine
Kühlmechanik
zum Ausführen
einer lokalen Änderung
der Verdampferdruckeinstellungen über die Regulierschraubeneinstellung
jedes Verdampferdruckreglers, wodurch weiterhin eine Nacheinstellung
des festgelegten Saugdruck-Sollwerts an der Reihe von Verdichtern
erforderlich wird. Ein weiterer Nachteil dieser Art von Steuersystem
ist, dass sich die Lasten des Gehäuses von Winter zu Sommer ändern. Im
Winter liegt somit eine niedrigere Gehäuselast vor, die einen höheren Saugdruck-Sollwert
erfordert, und im Sommer liegt eine höhere Last vor, die einen niedrigeren
Saugdruck-Sollwert erfordert. In der Realität werden aber solche Einstellungen
selten ausgeführt,
da sie auch eine manuelle Einstellung mittels einer Kühlmechanik
erfordern.
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Was
also erforderlich ist, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Steuerung
eines Kühlsystems, die
elektronische Verdampferdruckregler und einen gleitenden Saugdruck-Sollwert
für die
Reihe von Verdichtern nutzt, die nicht unter den oben erwähnten Nachteilen
leidet. Dies gibt wiederum eine adaptive Einstellung des Verdampferdrucks
jedes Kreislaufs, eine adaptive Einstellung des Reihen-Saugdrucks an die
Hand, ermöglicht
ein ferngesteuertes Ändern
der Verdampferdruck-Anforderungen, ermöglicht adaptive Änderungen der
Druckeinstellungen jedes Kreislaufs jederzeit während seines Betriebs, so dass
der Reihen-Saugdruck bei seinem höchstmöglichen Wert gehalten wird,
ermöglicht
eine gleitende Kreislauftemperatur basierend auf einer Produktsimulatorsonde
und ermöglicht
die Verwendung von Gehäusetemperaturinformationen
zur Steuerung des Verdampferdrucks für den gesamten Kreislauf und
des Saugdrucks an der Verdichterreihe. Daher besteht eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung darin, ein solches Verfahren und eine
solche Vorrichtung für
die Steuerung eines Kühlsystems
unter Verwendung von elektronischen Verdampferdruckreglern und eines
gleitenden Saugdruck-Sollwerts an die Hand zu geben.
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ZUSAMMENFASSENDE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß den erfindungsgemäßen Lehren
wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlsystems
unter Verwendung von elektronischen Verdampferdruckreglern und eines
gleitenden Saugdruck-Sollwerts offenbart. Zur Verwirklichung der
obigen Aufgaben der vorliegenden Erfindung können das vorliegende Verfahren
und die vorliegende Vorrichtung elektronische Schrittregler (ESR)
an Stelle von mechanischen Verdampferdruckreglern verwenden. Das
Verfahren und die Vorrichtung können
auch Temperaturanzeigemodule an jedem Gehäuse einsetzen, die zum Erfassen
von Gehäusetemperatur,
Produkttemperatur und anderen Temperaturen konfiguriert werden können. Die
Anzeigemodule sind miteinander verkettet, um ein Kommunikationsnetzwerk
mit einem Hauptregler zu bilden, der die elektrischen Schrittregler
und den Saugdruck-Sollwert steuert. Das verwendete Kommunikationsnetzwerk
kann entweder ein RS-485 oder ein anderes Protokoll sein.
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Diesbezüglich werden
die Daten zu dem Hauptregler übertragen,
wo die Daten protokolliert und analysiert werden und Steuerentscheidungen
für die
ESR-Ventilstellung
und die Saugdruck-Sollwerte gefällt
werden. Der Hauptregler erfasst die Gehäusetemperatur für alle Gehäuse eines
vorgegebenen Kreislaufes, nimmt Mittel/Min./Max. (basierend auf
Anwenderkonfiguration) und setzt PI/PID/Fuzzy-Logik-Algorithmen ein, um für jeden
Kreislauf die ESR-Ventilstellung zu entscheiden. Alternativ kann
der Hauptregler Angaben zur Flüssigkeitsunterkühlung oder
relativen Feuchtigkeit erfassen, um die ESR-Ventilstellung für jeden
Kreislauf zu steuern. Der Hauptregler steuert auch den Saugdruck-Sollwert
für die
Reihe, der adaptiv geändert
wird, so dass der Sollwert derart eingestellt wird, dass mindestens
ein ESR-Ventil immer im Wesentlichen zu 100% offen gehalten wird.
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GB-A-2232784
offenbart eine Steuervorrichtung für ein Kühlsystem, welche mehrere Kreisläufe umfasst,
jeder mit einem Kühlgehäuse, einem
elektronischen Verdampferdruckregler in Verbindung mit einem jeweiligen
Kreislauf und der jeweils eine Temperatur eines der Kreisläufe regeln
kann, mit einen Sensor zum Messen eines Parameters eines jeweiligen
Kreislaufs und mit einer Steuervorrichtung für jeden elektronischen Verdampferdruckregler
basierend auf den gemessenen Parametern jedes der Kreisläufe.
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US-A-5,440,891
offenbart ein Verdichtersteuersystem unter Verwendung von Fuzzy-Logik,
wobei eine Steuervorrichtung Ausgabesignale als Reaktion auf Drücke oder
Temperaturen ausgibt.
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Eine
erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gibt eine Vorrichtung
für die
Steuerung eines Kühlsystems
nach Anspruch 1 an die Hand.
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Eine
zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gibt ein Verfahren
für die
Steuerung eines Kühlsystems
nach Anspruch 14 an die Hand.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführung
wird ein Verfahren für
die Steuerung eines Kühlsystems
dargelegt. Dieses Verfahren umfasst einen führenden Kreislauf mit einem
niedrigsten Temperatur-Sollwert von mehreren Kreisläufen, wobei
jeder Kreislauf mindestens ein Kühlgehäuse aufweist,
das Initialisieren eines Saugdruck-Sollwerts für eine Verdichterreihe mit
mindestens einem Verdichter basierend auf dem ermittelten führenden
Kreislauf, das Ermitteln einer Änderung
des Saugdruck-Sollwerts
basierend auf gemessenen Parametern des führenden Kreislaufs und das
Aktualisieren des Saugdrucks basierend auf der Änderung des Saugdruck-Sollwerts.
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Bei
einer noch weiteren bevorzugten Ausführung wird ebenfalls ein Verfahren
für die
Steuerung eines Kühlsystems
dargelegt. Dieses Verfahren umfasst das Einstellen einer maximal
zulässigen
Produkttemperatur für
einen Kreislauf mit mindestens einem Kühlgehäuse, das Ermitteln einer simulierten
Produkttemperatur für den
Kreislauf, das Berechnen der Differenz zwischen der simulierten
Produkttemperatur und der maximal zulässigen Produkttemperatur und
das Einstellen des Temperatursollwerts des Kreislaufes basierend
auf der errechneten Differenz.
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Die
erfindungsgemäße Verwendung
gibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Steuerung eines Kühlsystems
an die Hand. Dadurch wurden die oben erwähnten Nachteile, die mit den
derzeit erhältlichen Kühlsteuersystemen
einhergehen, wesentlich reduziert oder beseitigt.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Noch
weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann
nach Lesen der folgenden Beschreibung und unter Einbeziehen der
Zeichnungen offensichtlich. Hierbei zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Kühlsystems,
welches ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlsystems
nach den Lehren der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung verwendet;
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2 ein
Schaltbild, das die Verwendung eines Anzeigemoduls nach den Lehren
der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung veranschaulicht;
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3 ein
Flussdiagramm, das eine Kreislauf-Drucksteuerung unter Verwendung
eines elektronischen Druckreglers veranschaulicht;
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4 ein
Flussdiagramm, das eine Kreislauf-Temperaturregelung unter Verwendung
eines elektronischen Druckreglers veranschaulicht;
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5 ein
adaptives Flussdiagramm zum Gleitenlassen des Reihen-Saugdruck-Sollwerts gemäß den Lehren
der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung;
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6 eine
Darstellung der bei den Verfahren 1 und 2 von 5 eingesetzten
Fuzzy-Logik;
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7 eine
Darstellung der im Verfahren 3 von 5 eingesetzten
Fuzzy-Logik; und
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8 ein
Flussdiagramm, das die Steuerung einer gleitenden Kreislauf- oder
Gehäusetemperatur
basierend auf einer Produktsimulatortemperatursonde veranschaulicht.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG(EN)
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Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungen bezüglich eines Verfahrens und
einer Vorrichtung für
die Steuerung eines Kühlsystems
unter Einsatz von elektronischen Verdampferdruckreglern und eines
gleitenden Reihen- Saugdruck-Sollwert
ist lediglich beispielhafter Natur und soll nicht die Erfindung
oder deren Anwendung oder Einsatzmöglichkeiten beschränken. Zwar
wird die vorliegende Erfindung nachstehend eingehend in Bezug auf
spezifische Arten von Geräten
beschrieben, doch kann die vorliegende Erfindung auch andere Arten
von Geräten
verwenden, die so konfiguriert werden können, dass sie im Wesentlichen
die gleiche Steuerung bieten, wie sie hier besprochen wird.
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Unter
Bezug auf 1 wird ein detailliertes Blockdiagramm
eines Kühlsystems 10 nach
den Lehren der bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Kühlsystem 10 umfasst
mehrere Verdichter 12, die mit einem gemeinsamen Saugsammelrohr 14 und
einem Ablasssammelrohr 16 zusammen verrohrt sind, wobei
alle in einer Verdichterreihe 18 positioniert sind. Die
Verdichterreihe 18 verdichtet Kühlmitteldampf, der einem Kondensator 20 zugeführt wird,
wo der Kühlmitteldampf
bei hohem Druck verflüssigt
wird. Dieses flüssige
Hochdruck-Kühlmittel
wird mehreren Kühlgehäusen 22 mittels
Rohrleitungen 24 zugeführt.
Jedes Kühlgehäuse 22 ist
in separaten Kreisläufen 26 angeordnet,
die aus mehreren Kühlgehäuses 22 bestehen,
die innerhalb eines gleichen Temperaturbereichs arbeiten. 1 zeigt
vier (4) Kreisläufe 26,
die als Kreislauf A, Kreislauf B, Kreislauf C und Kreislauf D bezeichnet
sind. Jeder Kreislauf 26 wird aus vier (4) Kühlgehäusen 22 bestehend
dargestellt. Der Fachmann auf dem Gebiet wird aber erkennen, dass
eine beliebige Anzahl an Kreisläufen 26 sowie
eine beliebige Anzahl an Kühlgehäusen 22 innerhalb
eines Kreislaufs 26 eingesetzt werden können. Wie dargestellt arbeitet
jeder Kreislauf 26 im Allgemeinen innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs.
Kreislauf A kann zum Beispiel für
Tiefkühlkost
dienen, Kreislauf B für
Molkereierzeugnisse, Kreislauf C für Fleisch usw.
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Da
die Temperaturanforderung für
jeden Kreislauf 26 anders ist, weist jeder Kreislauf 26 einen
Druckregler 28 auf, der vorzugsweise ein elektronischer
Schrittregler (ESR) oder ein Ventil 28 ist, das zum Steuern des
Verdampferdrucks und somit der Temperatur des gekühlten Raums
in den Kühlgehäusen 22 dient.
Jedes Kühlgehäuse 22 weist
ferner seinen eigenen Verdampfer und sein eigenes Expansionsventil
auf, das entweder ein mechanisches oder ein elektronisches Ventil
zum Steuern der Überhitzung
des Kühlmittels
sein kann. In dieser Beziehung wird Kühlmittel durch die Rohrleitung 24 zu
dem Verdampfer in jedem Kühlgehäuse 22 zugeführt. Das
Kühlmittel
strömt
durch ein Expansionsventil, in dem ein Druckabfall eintritt, um
das flüssige
Hochdruck-Kühlmittel
auf eine Kombination aus einer Flüssigkeit und einem Dampf mit
niedrigerem Druck zu ändern.
Wenn sich die Heißluft
von dem Kühlgehäuse 22 über die
Verdampferschlange bewegt, verwandelt sich die Niedrigdruckflüssigkeit
in Gas. Dieses Niedrigdruckgas wird dem zu diesem bestimmten Kreislauf 26 gehörigen Druckregler 28 befördert. Am
Druckregler 28 wird der Druck gesenkt, wenn das Gas zur
Verdichterreihe 18 zurückkehrt.
An der Verdichterreihe 18 wird das Niedrigdruckgas wieder
auf Hochdruck verdichtet und dem Kondensator 20 zugeführt, der
wiederum eine Hochdruckflüssigkeit
erzeugt, um den Kühlzyklus
erneut zu starten.
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Zur
Steuerung der verschiedenen Funktionen des Kühlsystems 10 wird
eine Hauptkühlsteuervorrichtung 30 verwendet
und konfiguriert bzw. programmiert, den Betrieb jedes Druckreglers
(ESR) 28 sowie den Saugdruck-Sollwert für die gesamte Verdichterreihe 18 zu
steuern, wie hier im Weiteren erläutert wird. Die Kühlsteuervorrichtung 30 ist
eine beliebige programmierbare Steuervorrichtung, die wie hier besprochen
programmiert werden kann. Die Kühlsteuervorrichtung 30 steuert
die Gruppe von Verdichtern 12 in der Verdichterreihe 18 über ein
Eingabe-/Ausgabemodul 32.
Das Eingabe-/Ausgabemodul 32 weist Schaltschütze auf,
um zum Vorsehen des gewünschten
Saugdrucks die Verdichter 12 ein- und auszuschalten. Eine
separate Gehäusesteuervorrichtung,
beispielsweise eine CC-100-Gehäusesteuervorrichtung,
kann zum Steuern der Überhitzung
des Kühlmittels
zu jedem Kühlgehäuse 22 über ein
elektronisches Expansionsventil in jedem Kühlgehäuse 22 mittels eines
Kommunikationsnetzwerkes oder Busses 34 verwendet werden.
Alternativ kann ein mechanisches Expansionsventil an Stelle der
separaten Gehäusesteuervorrichtung
verwendet werden. Wenn separate Gehäusesteuervorrichtungen eingesetzt
werden sollen, kann die Hauptkühlsteuervorrichtung 30 ebenfalls über den
Kommunikationsbus 34 zum Konfigurieren jeder separaten
Gehäusesteuervorrichtung
verwendet werden. Der Kommunikationsbus 34 kann entweder
ein RS-485-Kommunikationsbus oder ein LonWorks Echelon Bus sein,
der es der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 und
den separaten Gehäusesteuervorrichtungen ermöglicht,
von jedem Gehäuse 22 Informationen
zu empfangen.
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Um
den Druck in jedem Kreislauf 26 zu überwachen, kann ein Druckmessumformer 36 am
jedem Kreislauf 26 (siehe Kreislauf A) vorgesehen und am
Ausgang der Gruppe von Kühlgehäusen 22 oder
direkt vor dem Druckregler 28 positioniert werden. Jeder
Druckmessumformer 36 liefert ein analoges Signal an eine
analoge Eingangsplatine 38, die das analoge Signal misst
und diese Information über
den Kommunikationsbus 34 der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 liefert.
Die analoge Eingangsplatine 38 kann eine herkömmliche
analoge Eingangsplatine sein, die in der Kühlsteuerungsumgebung eingesetzt
wird. Ferner wird ein Druckmessumformer 40 eingesetzt,
um den Saugdruck für
die Verdichterreihe 18 zu messen, der ebenfalls der analogen
Eingangsplatine 38 geliefert wird. Der Druckmessumformer 40 ermöglicht eine
adaptive Steuerung des Saugdrucks für die Verdichterreihe 18,
wie hier desweiteren beschrieben wird. Um die Öffnungen in jedem Druckregler 28 zu
verändern,
wird eine elektronische Schrittregler(ESR)-Schalttafel 42 verwendet, die
bis zu acht (8) elektronische Schrittregler 28 antreiben
kann. Die ESR-Schalttafel 42 ist vorzugsweise eine ESR-8-Schalttafel, die
aus acht (8) Treibern besteht, die die Schrittventile 28 über eine
Steuerung von der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 antreiben
können.
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Im
Gegensatz zur Verwendung eines Druckmessumformers 36 zum
Steuern eines Druckreglers 28 kann auch die Umgebungstemperatur
in den Gehäuses 22 zur
Steuerung der Öffnung
jedes Druckreglers 28 verwendet werden. In dieser Beziehung
wird der Kreislauf B mit den Temperatursensoren 44 gezeigt,
die jedem einzelnen Kühlgehäuse 22 zugeordnet
sind. Jedes Kühlgehäuse 22 in
dem Kreislauf B kann einen separaten Temperatursensor 44 haben,
um die zum Steuern des Druckreglers 28 verwendeten Mittel-/Min-/Max-Temperaturen
zu messen, oder es kann ein einzelner Temperatursensor 44 in
einem Kühlgehäuse 22 innerhalb
von Kreislauf B verwendet werden, da alle Kühlgehäuse in einem Kreislauf 26 bei
im Wesentlichen gleichem Temperaturbereich arbeiten. Diese Temperatureingaben
werden auch der analogen Eingangsplatine 38 vorgelegt,
die die Informationen über
den Kommunikationsbus 34 wieder der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 zuführt.
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Im
Gegensatz zur Verwendung eines einzelnen Temperatursensors 44 zur
Ermittlung der Temperatur für
ein Kühlgehäuse 22 kann
alternativ ein Temperaturanzeigemodul 46, wie es in Kreislauf
A gezeigt wird, verwendet werden. Das Temperaturanzeigemodul 46 ist
vorzugsweise ein TD3 Case Temperature Display. Die Verbindung der
Temperaturanzeige 46 wird in 2 genauer
gezeigt. In dieser Beziehung wird das Anzeigemodul 46 in
jedem Kühlgehäuse 22 eingebaut.
Jedes Modul 46 ist so ausgelegt, dass es bis zu drei (3)
Temperatursignale misst. Diese Signale umfassen die Gehäuseauslasslufttemperatur
mittels eines Auslasstemperatursensors 48, die simulierte
Produkttemperatur mittels der Produktsimulatortemperatursonde 50 und
eine Entfrostungsbeendigungstemperatur mittels eines Entfrostungsbeendigungssensors 52.
Diese Sensoren können
auch gegen andere Sensoren ausgetauscht werden, beispielsweise einen
Rückluftsensor,
einen Verdampfertemperatur- oder Reinigungsschaltersensor. Das Anzeigemodul 46 weist
ferner eine LED-Anzeige 54 auf, die so konfiguriert werden
kann, dass sie beliebige Temperaturen und/oder den Gehäusestatus
(Entfrosten/Kühlen/Alarm)
anzeigt.
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Die
Produktsimulatortemperatursonde 50 ist ein 0,0004732 m3 (16 oz.) großer Behälter, der mit vierprozentigem
(4%) Salzwasser oder mit einem Material gefüllt ist, das eine Nahrungsmitteln ähnliche
Wärmeeigenschaft
aufweist. Das Temperatur erfassende Element ist in der Mitte der
ganzen Baugruppe eingebettet, so dass die Produktsonde 50 thermisch
wie echte Nahrungsmittel, beispielsweise Hühnchen, Fleisch usw. funktioniert.
Das Anzeigemodul 46 misst die Gehäuseauslasslufttemperatur mittels
des Ablasstemperatursensors 48 und die simulierte Produkttemperatur
mittels des Produktsondentemperatursensors 50 und übermittelt diese
Daten dann mittels des Kommunikationsbusses 34 zu der Hauptkühlsteuervorrichtung 30.
Diese Informationen werden protokolliert und für die anschließende Systemsteuerung
unter Verwendung der hierin beschriebenen neuartigen Verfahren verwendet.
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An
der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 können auch
Alarmgrenzwerte für
jeden Sensor 48, 50 und 52 sowie Entfrostungsparameter
eingestellt werden. Die Alarm- und
Entfrostungsinformationen können
zum Anzeigen des Status auf der LED-Anzeige 54 von der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 zum
Anzeigemodul 46 übertragen
werden. 2 zeigt ebenfalls eine alternative
Konfiguration für
die Temperaturerfassung mit dem Anzeigemodul 46. In dieser
Beziehung wird das Anzeigemodul 46 optional mit einer einzelnen
Gehäusesteuervorrichtung 56 verbunden
gezeigt, zum Beispiel CC-100 Case Controller. Die Gehäusesteuervorrichtung 56 empfängt Temperaturinformationen
von dem Anzeigemodul 46, um das elektronische Expansionsventil
in dem Verdampfer des Kühlgehäuses 22 zu
steuern, wodurch das Strömen
von Kühlmittel
in die Verdampferschlange sowie die sich ergebende Überhitzung
geregelt wird. Diese Gehäusesteuervorrichtung 56 kann
auch die Alarm- und Entfrostungsbetriebsabläufe steuern und diese Informationen
zurück
zum Anzeigemodul 46 und/oder der Kühlsteuervorrichtung 30 übermitteln.
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Kurz
gesagt ist der Saugdruck an der Verdichterreihe 18 von
der Temperaturanforderung für
jeden Kreislauf 26 abhängig.
Angenommen zum Beispiel ein Kreislauf A arbeitet bei –12,222°C (10°F), Kreislauf
B arbeitet bei –9,444°C (15°F), Kreislauf
C arbeitet bei –6,666°C (20°F) und Kreislauf
D arbeitet bei –3,588°C (25°F). Der Saugdruck
an der Verdichterreihe 18, der über den Druckmessumformer 40 erfasst
wird, erfordert einen Saugdruck-Sollwert basierend auf der niedrigsten
Temperaturanforderung für
alle Kreisläufe 26 (d.h. Kreislauf
A) oder für
den führenden
Kreislauf 26. Daher wird der Saugdruck an der Verdichterreihe 18 so
eingestellt, dass eine Betriebstemperatur von –12,222°C (10°F) für Kreislauf A erreicht wird.
Dies erfordert, dass der Druckregler 28 in Kreislauf A
im Wesentlichen zu 100% geöffnet
wird. Wenn daher der Saugdruck für
das Erreichen von –12,222°C (10°F) am Kreislauf
A eingestellt wird und keine Druckreglerventile 28 für jeden Kreislauf 26 verwendet
werden würden,
würde jeder
Kreislauf 26 bei der gleichen Temperatur arbeiten. Da aber
jeder Kreislauf 26 bei einer anderen Temperatur arbeitet,
werden die elektronischen Schrittregler oder Ventile 28 um
einen bestimmten Prozentsatz pro Kreislauf 26 geschlossen,
um die entsprechende Temperatur für diesen bestimmten Kreislauf 26 zu
regeln. Um die Temperatur für
Kreislauf B auf –9,444°C (15°F) anzuheben,
wird das Schrittreglerventil 28 in Kreislauf B etwas geschlossen,
das Ventil 28 in Kreislauf C wird stärker geschlossen und das Ventil 28 in
Kreislauf D wird sogar noch stärker
geschlossen, was die verschiedenen geforderten Temperaturen erzeugt.
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Jeder
elektronische Druckregler (ESR) 28 kann durch eine von
drei (3) Vorgehensweisen gesteuert werden. Im Einzelnen kann jeder
Druckregler 28 basierend auf Druckwerten des Druckmessumformers 36,
basierend auf Temperaturwerten mittels des Temperatursensors 44 oder
basierend auf mehreren, durch das Anzeigemodul 46 genommenen
Temperaturwerten gesteuert werden.
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Unter
Bezug auf 3 wird eine Drucksteuerlogik 60 gezeigt,
die die elektronischen Druckregler (ESR) 28 steuert. In
dieser Beziehung werden die elektronischen Druckregler 28 durch
Messen des Drucks eines bestimmten Kreislaufes 26 mittels
des Druckmessumformers 36 gesteuert. Wie in 1 gezeigt
wird, umfasst Kreislauf A einen Druckmessumformer 36, der
mit der analogen Eingangsplatine 38 gekoppelt ist. Die analoge
Eingangsplatine 38 misst den Verdampferdruck und überträgt die Daten
unter Verwendung des Kommunikationsnetzwerkes 34 zu der
Kühlsteuervorrichtung 30.
Die Drucksteuerlogik bzw. der Algorithmus 60 ist in die
Kühlsteuervorrichtung 30 einprogrammiert.
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Die
Drucksteuerlogik 60 weist einen Sollwert-Algorithmus 62 auf.
Der Sollwert-Algorithmus 62 wird zum
adaptiven Ändern
des erwünschten
Kreislaufdruck-Sollwerts
(SP_ct) für
den gerade analysierten Kreislauf 26 basierend auf dem
Wert der Flüssigkeitsunterkühlung nach
dem Kondensator 20 oder basierend auf der relativen Feuchtigkeit
(RF) in dem Geschäft
verwendet. Der Unterkühlungswert
ist der Betrag der Kühlung in
dem flüssigen
Kühlmittel
aus dem Kondensator 20, der über dem Siedepunkt des flüssigen Kühlmittels
liegt. Angenommen zum Beispiel die Flüssigkeit ist Wasser, das bei
100°C (212°F) siedet,
und die Temperatur aus dem Kondensator beträgt 12,777°C (55°F), dann ist die Differenz zwischen
100°C (212°F) und 12,777°C (55°F) der Unterkühlungswert
(d.h. Unterkühlung
ist gleich der Differenz zwischen dem Siedepunkt und der Flüssigkeitstemperatur).
Bei Gebrauch wird ein Bediener einfach einen erwünschten Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct)
basierend auf der erwünschten
Temperatur in dem bestimmten Kreislauf 26 und der Art des
verwendeten Kühlmittels
aus bekannten Temperaturnachschlagetabellen oder -karten wählen. Der
Sollwert-Algorithmus 62 verändert diesen Sollwert adaptiv
basierend auf dem Wert der Flüssigkeitsunterkühlung nach
dem Kondensator 20 oder basierend auf der relativen Feuchtigkeit
(RF) innerhalb des Geschäfts.
Wenn in dieser Beziehung 30 psig für den Kreislaufdruck-Sollwert
(SP_ct) für
einen Kreislauf 26 bei Sommerbedingungen mit 80% RF und –12,222°C (10°F) Flüssigkühlmittel-Unterkühlung gewählt wird,
dann wird bei 20% RF oder 50°F Unterkühlung der
Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) adaptiv auf 207,5 MPa (33 psig)
geändert.
Für andere
Prozentwerte der relativen Feuchtigkeit (RF%) oder eine andere Flüssigkeitsunterkühlung können die
Werte einfach aus dem Vorstehenden interpoliert werden, um den entsprechenden
Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) zu ermitteln. Der sich ergebende
adaptive Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) wird dann zu einer Ventilöffnungssteuerung 64 weitergeleitet.
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Die
Ventilöffnungssteuerung 64 weist
einen Fehlerdetektor 66 und einen PI/PID/Fuzzy-Logik-Algorithmus 68 auf.
Der Fehlerdetektor 66 empfängt den Kreislaufverdampferdruck
(P_ct), der mittels des am Ausgang des Kreislaufes 26 angeordneten
Druckmessumformers 36 gemessen wird. Der Fehlerdetektor 26 empfängt auch
den adaptiven Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) von dem Sollwert-Algorithmus 62,
um die Differenz bzw. den Fehler (E_ct) zwischen dem Kreislaufverdampferdruck
(P_ct) und dem erwünschten
Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) zu ermitteln. Dieser Fehler (E_ct)
wird dem PI/PID/Fuzzy-Logik-Algorithmus 68 unterzogen.
Der PI/PID/Fuzzy-Logik-Algorithmus 68 kann ein beliebiger herkömmlicher
Kühlsteuerungsalgorithmus
sein, der einen Fehlerwert nehmen und einen prozentualen (%) Ventilöffnungswert
(VO_ct) für
den elektronischen Verdampferdruckregler 28 ermitteln kann.
Zu beachten ist, dass im Winter eine niedrigere Last vorliegt, was
daher einen höheren
Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) erfordert, während im Sommer eine höhere Last
vorliegt, was einen niedrigeren Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct)
erfordert. Die Ventilöffnung
(VO_ct) wird dann von der Kühlsteuervorrichtung 30 zum
Steuern des elektronischen Druckreglers (ESR) 28 für den bestimmten
Kreislauf 26, der gerade durch die ESR-Schalttafel 42 und
den Kommunikationsbus 34 analysiert wird, verwendet.
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Unter
Bezug auf 4 wird eine Temperatursteuerlogik 70 gezeigt,
die an Stelle der Drucksteuerlogik 60 zum Steuern des elektronischen
Druckreglers (ESR) 28 für
den bestimmten Kreislauf 26, der gerade analysiert wird,
verwendet werden kann. In dieser Beziehung wird jeder elektronische
Druckregler 28 durch Messen der Gehäusetemperatur bezüglich des
bestimmten Kreislaufes 26 gesteuert. Wie in 1 gezeigt,
weist der Kreislauf B Gehäusetemperatursensoren 44 auf,
die mit der analogen Eingangsplatine 38 gekoppelt sind. Die
analoge Eingangsplatine 38 misst die Gehäusetemperatur
und übermittelt
unter Verwendung des Kommunikationsnetzwerkes 34 die Daten
zu der Kühlsteuervorrichtung 30.
Die Temperatursteuerlogik bzw. der Algorithmus 70 ist in
die Kühlsteuervorrichtung 30 einprogrammiert.
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Die
Temperatursteuerlogik 70 kann entweder Gehäusetemperaturen
(T1, T2, T3, ... Tn) von jedem
Gehäuse 22 in
dem bestimmten Kreislauf 26 oder eine einzelne Temperatur
von einem Gehäuse 22 in
dem Kreislauf 26 empfangen. Sollten mehrere Temperaturen überwacht
werden, werden diese Temperaturen (T1, T2, T3, ... Tn) durch einen Mittel-/Min-/Max-Temperatur-Block 72 gesteuert.
Block 72 kann entweder so konfiguriert werden, dass er
den Mittelwert jeder der von jedem der Gehäuse 22 empfangenen
Temperaturen (T1, T2,
T3, ... Tn) nimmt.
Alternativ kann der Mittel-/Min-/Max-Temperatur-Block 72 so
konfiguriert werden, dass er die Mindest- und Maximaltemperaturen
der Gehäuse 22 überwacht,
um einen zu verwendenden Mittelwert oder einen anderen geeigneten
Wert zu wählen.
Die Wahl der zu verwendenden Option wird im Allgemeinen basierend auf
der Art der in dem Kühlsteuersystem 10 eingesetzten
Hardware ermittelt. Von Block 72 wird die Temperatur (T_ct)
einem Fehlerdetektor 74 vorgelegt. Der Fehlerdetektor 74 vergleicht
den erwünschten
Kreislauftemperatur-Sollwert (SP_ct), der vom Bediener in der Kühlsteuervorrichtung 30 eingestellt
wird, mit der tatsächlichen gemessenen
Temperatur (T_ct), um einen Fehlerwert (E_ct) zu erhalten. Dieser
Fehlerwert (E_ct) wird hier wiederum einem PI/PID/Fuzzy-Logik-Algorithmus 76 unterzogen,
der ein herkömmlicher
Kühlsteuerungsalgorithmus
ist, um eine bestimmte prozentuale (%) Ventilöffnung (VO_ct) für den bestimmten
elektronischen Druckregler (ESR) 28, der gerade über die
ESR-Schalttafel 42 gesteuert wird, zu ermitteln.
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Während das
Implementieren der Temperatursteuerlogik 70 effizient ist,
weist sie inhärente
logistische Nachteile auf. Zum Beispiel erfordert jeder Gehäusetemperatursensor 44 eine
Verbindung von jedem Vitrinengehäuse 22 zu
einem Motorraum, in dem sich die analoge Eingangsplatine 38 im
Allgemeinen befindet. Dies führt
zu hohen Verdrahtungs- und Einbaukosten. Daher besteht eine Alternative
zu dieser Konfiguration darin, das Anzeigemodul 46, wie
in Kreislauf A von 1 gezeigt, zu verwenden. In
dieser Beziehung gibt ein Temperatursensor in jedem Gehäuse 22 die
Temperaturinformationen zu dem Anzeigemodul 46 weiter,
das mit dem Kommunikationsnetzwerk 34 verkettet ist. Auf
diese Weise kann der Auslasslufttemperatursensor 48 oder die
Produktsonde 50 zum Ermitteln der Gehäusetemperatur (T1,
T2, T3, ... Tn) verwendet werden. Diese Informationen
können
dann direkt von dem Anzeigemodul 46 zu der Kühlsteuervorrichtung 30 übertragen
werden, ohne Notwendigkeit der analogen Eingangsplatine 38,
wodurch die Verdrahtungs- und Einbaukosten wesentlich reduziert
werden.
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In 5 wird
eine adaptive Saugdrucksteuerlogik 80 zur Steuerung des
Reihen-Saugdruck-Sollwerts (P_SP)
gezeigt. Der Saugdruck-Sollwert für eine herkömmliche Reihe wird dagegen
allgemein manuell konfiguriert und wird bei einem Mindestwert aller
für die
Kreislauf-Drucksteuerung verwendeten Sollwerte festgelegt. Angenommen
Kreislauf A arbeitet mit anderen Worten bei –17,777°C (0°F), Kreislauf B arbeitet bei –15°C (5°F), Kreislauf
C arbeitet bei –12,222°C (10°F) und Kreislauf
D arbeitet bei –6,666°C (20°F). Ein Bediener
würde im
Allgemeinen den erforderlichen Saugdruck-Sollwert basierend auf
Druck-/Temperaturtabellen und dem Kreislauf 26 niedrigster
Temperatur ermitteln (d.h. Kreislauf A). In diesem Beispiel würde dies
bei Kreislauf A, der bei –17,777°C (0°F) arbeitet,
bei dem Kühlmittel
R404A im Allgemeinen ein Saugen von 206,8 MPa (30 psig) erfordern.
Daher würde
der Druck am Saugsammelrohr 14 zur Versorgung jedes der
Kreisläufe
A-D etwas unter 206,8 MPa (30 psig) festgelegt werden. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung wird aber der Saugdruck-Sollwert (P_SP)
nicht nur automatisch gewählt,
sondern er wird auch adaptiv geändert
oder gleitet während
der regulären
Steuerung. 5 veranschaulicht die adaptive
Saugdruck-Steuerlogik 80 zum Steuern
des Reihen-Saugdruck-Sollwerts gemäß den erfindungsgemäßen Lehren.
Diese Saugdruck-Sollwert-Steuerlogik 80 wird ebenfalls
im Allgemeinen in die Kühlsteuervorrichtung 30 programmiert,
die den Saugdruck über
das Ein- und Ausschalten der verschiedenen Verdichter 12 in
der Verdichterreihe 18 adaptiv ändert. Der vorrangige Zweck
dieser adaptiven Saugdruck-Steuerlogik 80 ist das Ändern des
Saugdruck-Sollwerts in solcher Art, dass mindestens ein elektronischer
Druckregler (ESR) 28 im Wesentlichen zu 100% offen ist.
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Die
Saugdruck-Sollwert-Steuerlogik 80 beginnt bei Startblock 82.
Vom Startblock 82 rückt
die adaptive Steuerlogik 80 zum Ortungsblock 84 vor,
der den führenden
Kreislauf 26 basierend auf dem Sollwertkreislauf niedrigster
Temperatur, der kein Entfrosten durchläuft, ortet oder identifiziert.
Sollte mit anderen Worten Kreislauf A bei –23,33°C (–10°F) arbeiten, Kreislauf B bei –17,777° (0°F) arbeiten,
würde Kreislauf
C bei –15°C (5°F) arbeiten
und Kreislauf D würde
bei –12,222°C (10°F) arbeiten,
dann würde
Kreislauf A bei Block 84 als der führende Kreislauf 26 identifiziert
werden. Von Block 84 rückt
die Steuerlogik 80 zum Entscheidungsblock 86 vor.
Bei Entscheidungsblock 86 erfolgt eine Ermittlung, ob der
führende
Kreislauf 26 sich gegenüber
dem vorherigen führenden
Kreislauf 26 geändert
hat oder nicht. Diesbezüglich
ist bei erstem Anlaufen der Steuerlogik 80 der bei Block 84 gewählte führende Kreislauf 26,
der keinem Entfrosten unterzogen wird, ein neuer führender
Kreislauf 26, so dass dem Ja-Zweig des Entscheidungsblocks 86 hin
zum Initialisierungsblock 88 gefolgt wird.
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Bei
Initialisierungsblock 88 wird der Saugdruck-Sollwert P_SP
für den
führenden
Kreislauf 26 ermittelt, der der Sättigungsdruck des Sollwerts
des führenden
Kreislaufs ist. Der initialisierte Saugdruck-Sollwert (P_SP) beruht
zum Beispiel auf dem minimalen Sollwert jedes der Kreisläufe A-D
(SP_ct1, SP_ct2, ... SP_ctN) oder des führenden Kreislaufes 26.
Wenn die elektronischen Druckregler 28 basierend auf Druck
gesteuert werden, wie in 3 dargelegt wird, wird daher
für diesen
initialisierten Saugdruck-Sollwert (P_SP) der bekannte erforderliche
Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) des führenden Kreislaufes (d.h. Kreislauf
A) gewählt. Wenn
die elektronischen Druckregler 28 basierend auf Temperatur
gesteuert werden, wie in 4 dargelegt wird, dann werden
von der Steuerlogik 80 Druck-Temperatur-Nachschlagetabellen
oder -karten zum Umwandeln des Mindest-Kreislauftemperatur-Sollwerts
(SP_ct) des führenden
Kreislaufes 26 in den initialisierten Saugdruck-Sollwert
(P_SP) verwendet. Bei Kreislauf A, der bei –23,333°C (–10°F) arbeitet, würde die
Steuerlogik 80 zum Beispiel den initialisierten Saugdruck-Sollwert
(P_SP) basierend auf Druck-Temperatur-Nachschlagetabellen oder -karten
für das
in dem System verwendete Kühlmittel
ermitteln. Da der Saugdruck-Sollwert (P_SP) vom dem führenden
Kreislauf A genommen wird, ist dieser im Wesentlichen ein Mindestwert
aller Kühlmittelsättigungsdrücke jedes
der Kreisläufe
A-D.
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Sobald
der Mindestsaugdruck-Sollwert (P_SP) in Initialisierungsblock 88 initialisiert
ist, geht die adaptive Steuerung bzw. der Algorithmus 80 zum
Abtastblock 90 weiter. Bei Abtastblock 90 tastet
die adaptive Steuerlogik 80 den Fehlerwert (E_ct) (Differenz
zwischen dem tatsächlichen
Kreislaufdruck und dem entsprechenden Kreislaufdruck-Sollwert, wenn
eine auf Druck basierende Steuerung ausgeführt wird (siehe 3),
wenn die auf Temperatur basierende Steuerung E_ct die Differenz
zwischen der tatsächlichen
Kreislauftemperatur und dem entsprechenden Kreislauftemperatur-Sollwert
(siehe 4) ist) und den Ventilöffnungsprozentsatz (VO_ct)
in dem führenden
Kreislauf 10 Minuten lang alle 10 Sekunden ab. Wenn der führende Kreislauf
A Entfrosten unterzogen wird, wird die Abtastung dann am nächsten führenden
Kreislauf (d.h. dem nächst
höheren Temperatur-Sollwert-Kreislauf) ausgeführt, was
hierin weiter beschrieben wird. Dieser Satz aus sechzig Datenabtastungen
des führenden
Kreislaufs A wird dann zur Berechnung des Prozentsatzes der Fehlerwerte (E_ct)
und der Ventilöffnungen
(VO_ct), die bestimmte Bedingungen erfüllen, in Berechnungsblock 92 verwendet.
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In
Berechnungsblock
92 werden der Prozentsatz der Fehlerwerte
(E_ct), die unter 0 (E0) liegen; der Prozentsatz der Fehlerwerte
(E_ct), die über
0 und unter 1 (E1) liegen, und die Ventilöffnungen (VO_ct), die größer als
neunzig Prozent sind, in Berechnungsblock ermittelt, was wie in
Block
92 gezeigt durch VO wiedergegeben wird. Angenommen
zum Beispiel der Abtastblock
90 tastet die folgenden Fehlerdaten
ab:
wobei
jede Spalte eine alle zehn Sekunden genommene Messung darstellt,
wobei sechs Spalten einen gesamten Datensatz von 60 Datenpunkten
darstellen. Es gibt 17 Fehlerwerte (E_ct), die zwischen 0 und 1
liegen und oben durch Unterstreichung kenntlich gemacht sind, was
ein E1 von 17/60 × 100%
= 28,3% ergibt. Es gibt auch 27 Fehlerwerte (E_ct), die unter 0
liegen und oben durch Klammern kenntlich gemacht sind, was ein E0
von 27/60 × 100%
= 45% ergibt. Analog werden die Ventilöffnungsprozentsätze im Wesentlichen
in gleicher Weise basierend auf Messungen der Ventilöffnung (VO_ct)
ermittelt.
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Von
Berechnungsblock 92 geht die Steuerlogik 80 zu
Zweig 94 des Verfahrens 1, zu Zweig 96 des Verfahrens
2 oder Zweig 98 des Verfahrens 3 weiter, wobei jedes dieser
Verfahren ein im Wesentlichen ähnliches Endsteuerergebnis
liefert. Die Verfahren 1 und 2 nutzen nur die Daten E0 und E1, während Verfahren
3 nur die Daten E1 und VO einsetzt. Die Verfahren 1 und 3 können mit
elektronischen Druckreglern 28 eingesetzt werden, während Verfahren
2 mit mechanischen Druckreglern verwendet werden kann. Eine Wahl
des zu verwendenden Verfahrens wird daher im Allgemeinen basierend
auf der im Kühlsystem 10 eingesetzten
Art von Geräten
ermittelt.
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Von
Verfahren 1 Zweig 94 geht die Steuerlogik 80 zu
Stellblock 100, der das elektronische Schrittreglerventil 28 für den führenden
Kreislauf A während
der Kühlung
auf 100% offen setzt. Sobald das elektronische Schrittreglerventil 28 für Kreislauf
A auf 100% offen gesetzt ist, geht die Steuerlogik 80 weiter
zu Fuzzy-Logik-Block 102.
Fuzzy-Logik-Block 102, der im Weiteren eingehend beschrieben
wird, verwendet Zugehörigkeitsfunktionen
für E0
und E1, um eine Änderung
des Saugdruck-Sollwerts (dP) zu ermitteln. Sobald diese Änderung
des Saugdruck-Sollwerts
(dP) basierend auf dem Fuzzy-Logik-Block 102 ermittelt
ist, geht die Steuerlogik 80 zum Aktualisierungsblock 104 weiter.
Beim Aktualisierungsblock 104 wird ein neuer Saugdruck-Sollwert
P_SP basierend auf der Änderung
des Drucksollwerts (dP) ermittelt, wobei neuer P_SP = alter P_SP
+ dP ist.
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Vom
Aktualisierungsblock 104 kehrt die Steuerlogik 80 zum
Ortungsblock 84 zurück,
der den führenden
Kreislauf 26 ortet oder wieder identifiziert. Diesbezüglich wird,
falls sich der aktuelle führende
Kreislauf A im Entfrostungsmodus befindet, der nächste führende Kreislauf der verbleibenden
Kreisläufe 26 im
System (Kreislauf B–Kreislauf
D) beim Ortungsblock 84 identifiziert. Hier stellt der
Entscheidungsblock 86 wiederum fest, dass sich der führende Kreislauf 26 geändert hat,
so dass der Initialisierungsblock 88 einen neuen Saugdruck-Sollwert
(P_SP) basierend auf dem neuen gewählten führenden Kreislauf 26 ermittelt.
Sollte sich Kreislauf A nicht im Entfrostungsmodus befinden und
sollten die Temperaturen für
jeden Kreislauf 26 nicht angepasst worden sein, geht die
Steuerlogik vom Entscheidungsblock 86 weiter zu Abtastblock 90,
um das Abtasten von Daten fortzusetzen. Sollte der führende Kreislauf
A in den Entfrostungsmodus gesetzt worden sein, steuert auf diese
Weise der nächste
führende
Kreislauf 26 den Reihen-Saugdruck, und da dieser führende Kreislauf 26 eine
Temperatur hat, die nicht so kalt wie die anfängliche Leittemperatur ist,
wird basierend auf dieser durch die Blöcke 84, 86 und 88 gebildeten,
Energie sparenden Rückführung Energie
gespart.
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Unter
Bezug auf Verfahren 2 Zweig 96 geht dieses Verfahren ebenfalls
weiter zu einem Fuzzy-Logik-Block 106, der die Änderung
des Saugdruck-Sollwerts (dP) basierend auf E0 und E1 ermittelt,
was im Wesentlichen ähnlich
dem Fuzzy-Logik-Block 102 ist.
Von Block 106 geht die Steuerlogik 80 weiter zum
Aktualisierungsblock 108, der den Saugdruck-Sollwert (P_SP)
basierend auf der Änderung
des Saugdruck-Sollwerts (dP) aktualisiert. Vom Aktualisierungsblock 108 kehrt
die Steuerlogik 80 zum Ortungsblock 84 zurück.
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Unter
Bezug auf das Verfahren 3 Zweig 98 nutzt dieses Verfahren
den Fuzzy-Logik-Block 110,
der eine Änderung
des Saugdruck-Sollwerts (dP) basierend auf E1 und VO ermittelt,
was hier weiter erläutert
wird. Vom Fuzzy-Logik-Block 110 geht die Steuerlogik 80 weiter
zum Aktualisierungsblock 112, der den Saugdruck-Sollwert P_SP = alter
P_SP + dP erneut aktualisiert. Vom Aktualisierungsblock 112 kehrt
die Steuerlogik 80 wieder zum Ortungsblock 84 zurück. Zu beachten
ist, dass Verfahren 1 Zweig 94 zwar den führenden
Kreislauf A über Block 100 zu
einer Öffnung
von 100% zwingt, doch Verfahrenszweige 2 und 3 basierend auf den
in den 3 und 4 gezeigten Steuerungen schließlich das
elektronische Schrittreglerventil 28 des führenden
Kreislaufs A anweisen, zu im Wesentlichen 100% zu öffnen.
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Unter
Hinwendung auf 6 wird die in Verfahren 1 Zweig 94 und
Verfahren 2 Zweig 96 für
die Fuzzy-Logik-Blöcke 102 und 106 verwendete
Fuzzy-Logik eingehend weiter beschrieben. Diesbezüglich wird die
Zugehörigkeitsfunktion
für E0
in Schaubild 6A gezeigt, während
die Zugehörigkeitsfunktion
für E1
in Schaubild 6B gezeigt wird. Die Zugehörigkeitsfunktion E0 umfasst
eine E0_Lo Funktion, eine E0_Avg und eine E0-Hi Funktion. Analog
umfasst die Zugehörigkeitsfunktion
für E1
auch eine E1_Lo Funktion und eine E1_Avg Funktion sowie eine E1_Hi
Funktion, wie in Schaubild 6B gezeigt wird. Zur Ermittlung der Änderung
des Saugdruck-Sollwerts
(dP) wird in 6 für E0 = 40% und E1 = 30% eine
Abtastberechnung vorgesehen.
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Bei
Schritt 1, der der Fuzzifizierungsschritt ist, haben wir für E0 = 40%
sowohl einen Wert E0_Lo von 0,25 als auch einen Wert von E0_Avg
von 0,75, wie in Schaubild 6A gezeigt. Sobald der Fuzzifizierungsschritt 1
ausgeführt
ist, geht die Berechnung zu Schritt 2 weiter, der ein auf der Wahrheitstabelle
6 beruhender Min/Max-Schritt ist. Diesbezüglich wird jede Kombination
des Fuzzifizierungsschritts im Hinblick auf die Wahrheitstabelle
6C geprüft.
Diese Kombinationen umfassen E0_Lo mit E1_Lo; E0_Lo mit E1_Avg;
E0Avg mit E1_Lo und E0_Avg mit E1_Avg. Unter Verweis auf die Wahrheitstabelle
6C liefert E0_Lo und E1_Lo NBC, was eine Negative Große Änderung
(Negative Big Change) ist. E0_Lo und E1_Avg liefert NSC, was eine
Negative Kleine Änderung
(Negative Small Change) ist, E0_Avg und E1_Lo liefert PSC oder eine
Positive Kleine Änderung
(Positive Small Change). E0_Avg und E1_Avg liefert PSC oder eine
Positive Kleine Änderung.
Beim Minimierungsschritt wird ein Mindestwert jeder dieser Kombinationen
ermittelt, wie in Schritt 2 gezeigt wird. Der Höchstwert wird ebenfalls ermittelt,
der ein PSC = 0,5 und NSC = 0,25 sowie ein NBC = 0,25 liefert.
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Von
Schritt 2 geht die Abtastberechnung weiter zu Schritt 3, der der
Defuzzifizierungsschritt ist. Bei Schritt 3 wird die Änderung
des Nettodruck-Sollwerts
mit Hilfe folgender Formel berechnet:
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Durch
Einsetzen der geeigneten Werte für
die Variablen erhalten wir eine Nettodruck-Sollwertänderung
von –0,25,
wie in Schritt 3 des Defuzzifizierungsschritts gezeigt wird, die
gleich dP ist. Dieser Wert wird dann von dem Saugdruck-Sollwert
in den entsprechenden Aktualisierungsblöcken 104 oder 108 subtrahiert.
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Für Verfahren
3 Zweig 98 werden die Zugehörigkeitsfunktion für VO und
die Zugehörigkeitsfunktion
für E1
entsprechend in 7 gezeigt. Hier werden wiederum
die drei gleichen Berechnungen des Schritts 1 (Fuzzifizierung);
des Schritts 2 (Min/Max) und des Schritts 3 (Defuzzifizierung) ausgeführt, um
die Nettodruck-Sollwertänderung
dP basierend auf der in Schaubild 7A gezeigten Zugehörigkeitsfunktion
für VO,
der in Schaubild 7B gezeigten Zugehörigkeitsfunktion für E1 und
der Wahrheitstabelle 7C zu ermitteln.
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Unter
Bezug nun auf 8 wird eine Steuerlogik 116 für eine gleitende
Kreislauftemperatur dargestellt. Die Steuerlogik 116 für eine gleitende
Kreislauftemperatur beruht auf dem Nehmen von Temperaturmessungen
der in 2 gezeigten Produktsonde 50, die die
Produkttemperatur für
das bestimmte Produkt in dem bestimmten Kreislauf 26 simuliert,
der überwacht
wird. Die Steuerlogik 116 für eine gleitende Kreislauftemperatur
setzt bei Startblock 118 ein. Von Startblock 118 geht
die Steuerlogik weiter zu Differentialblock 120. Im Differentialblock 120 wird
die durchschnittliche Produktsimulationstemperatur der letzten einen
Stunde oder eines anderen geeigneten Zeitraums von einer maximal
zulässigen
Produkttemperatur subtrahiert, um eine Differenz (diff) zu ermitteln.
Diesbezüglich
werden vorzugsweise zum Beispiel alle zehn Sekunden Messungen der
Produktsonde 50 genommen, wobei ein laufendes Mittel über eine
bestimmte Zeitdauer, beispielsweise eine Stunde, genommen wird.
Die maximal zulässige
Produkttemperatur wird im Allgemeinen durch die Art des in dem bestimmten
Kühlgehäuse 22 gelagerten
Produkts gesteuert. Bei Fleischwaren zum Beispiel ist zum Beispiel
ein Grenzwert von 5°C
(41°F) im
Allgemeinen die maximal zulässige
Temperatur für
das Aufbewahren von Fleisch in einem Kühlgehäuse 22. Um einen weiteren
Puffer zu bieten, kann bei Fleisch die maximal zulässige Produkttemperatur
2,77°C (5°F) unter
diesem Höchstwert
eingestellt werden, d.h. 2,222°C
(36°F).
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Vom
Differentialblock 120 geht die Steuerlogik 116 entweder
weiter zu Ermittlungsblock 122, Ermittlungsblock 124 oder
zu Ermittlungsblock 126. Wenn bei Ermittlungsblock 122 die
Differenz zwischen der durchschnittlichen Produktsimulatortemperatur
und der maximal zulässigen
Produkttemperatur von Differentialblock 120 über –2,77°C (5°F) liegt,
wird bei Änderungsblock 128 eine
Senkung des Temperatur-Sollwerts für den bestimmten Kreislauf 26 um
2,77°C (5°F) vorgenommen.
Von hier kehrt die Steuerlogik zu Startblock 118 zurück. Dieser
Zweig erkennt, dass die durchschnittliche Produkttemperatur zu warm
ist und daher abgesenkt werden muss. Wenn bei Entscheidungsblock 124 die
Differenz größer als –2,77°C (–5°F) und kleiner
als 2,77°C
(5°F) ist,
zeigt dies, dass die durchschnittliche Produkttemperatur nahe genug
an der maximal zulässigen
Produkttemperatur liegt, und es wird bei Block 130 keine Änderung
des Temperatur-Sollwerts ausgeführt. Sollte
die Differenz wie in Ermittlungsblock 126 ermittelt unter –2,77°C (–5°F) liegen,
wird bei Block 132 eine Anhebung des Temperatur-Sollwerts
des Kreislaufs um 2,77°C
(5°F) vorgenommen.
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Durch
Gleitenlassen der Kreislauftemperatur für den gesamten Kreislauf 26 oder
das bestimmte Gehäuse 22 basierend
auf der simulierten Produkttemperatur kann das Kühlgehäuse 22 effizienter
betrieben werden, da die Steuerkriterien basierend auf der Produkttemperatur
und nicht der Gehäusetemperatur
ermittelt werden, was ein genauerer Hinwies auf die gewünschten
Temperaturen ist. Ferner ist zu beachten, dass zwar in der Steuerlogik 116 ein
Differential von 2,77°C
(5°F) bestimmt
wurde, doch würde
der Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass ein höheres oder niedrigeres Temperaturdifferential
eingesetzt werden kann, um eine sogar noch größere Feinabstimmung zu bieten,
und dass zum Gleitenlassen der Kreislauftemperatur lediglich eine
Differentialgrenzwert für
die hohe und niedrige Temperatur erforderlich ist. Ferner ist zu
beachten, dass durch Verwenden der Steuerlogik 116 für die gleitende
Kreislauftemperatur in Kombination mit der Steuerlogik 80 für den gleitenden
Saugdruck weitere Energieeinsparungen verwirklicht werden können.
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Die
vorstehende Beschreibung offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte
erfindungsgemäße Ausführungen.
Der Fachmann wird dieser Beschreibung und den Begleitzeichnungen
problemlos entnehmen können,
dass daran verschiedene Änderungen,
Abwandlungen und Veränderungen
vorgenommen werden können,
ohne vom Schutzumfang der durch die folgenden Ansprüche angegebenen
Erfindung abzuweichen.