-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Regler zum Regeln der Kühlkapazität eines
kommerziellen Kühlsystems.
-
Moderne
kommerzielle Systeme des Typs, der zum Auslegen von gekühlten und
gefrorenen Waren in Supermärkten
eingesetzt wird, bestehen gewöhnlich
aus einer Reihe von miteinander verbundenen Kühlschränken, die mit auf einem Gestell
montierten Kühlkompressoren
betrieben werden, beispielsweise in den Hinterräumen des Supermarkts. Es können bis
zu acht oder mehr separate Kompressoren für jedes parallele Kompressorsystem
eingesetzt werden, um die gekühlten
Auslagenschränke
in einem modernen Supermarkt zu kühlen. Demgemäß wird ein
erheblicher Anteil der in einem modernen Supermarkt aufgewendeten
Energie von den Kompressoren verbraucht, die die Kühlkapazität für die Kühl- und
Gefrierschränke
liefern.
-
Es
ist demgemäß wünschenswert,
das System so zu steuern, dass das System nur so viel Kühlkapazität liefert,
wie die Kühlschränke benötigen, um dadurch
die Leistungsaufnahme minimal zu halten. Das Regeln der Kühlkapazität eines
kommerziellen Kühlsystems
ist jedoch schwierig, weil die Kühllast von
einem Moment zum anderen stark variieren kann. So kann sich die
Kühllast
beispielsweise als Reaktion auf eine Erhöhung der Zahl der Öffnungs- und
Schließvorgänge der
Türen der
Kühlschränke durch
Kunden verändern
oder weil ein oder mehrere der Kühlschränke einen
Auftauzyklus beginnt/beginnen oder endet/enden oder weil die Mitarbeiter
des Ladens die Kühlschränke auffüllen. So
werden beispielsweise zum Auffüllen
von Kühlschränken alle Türen der
Schränke
geöffnet
und Produkt auf die Regale in dem Schrank gelegt, was die Last in
sehr kurzer Zeit drastisch erhöht.
Auch andere Faktoren können
die Kühllast
des Systems beeinflussen, wenn auch nicht so drastisch wie die oben
beschriebenen; so können
beispielsweise auch Variationen der Lagertemperatur und -feuchtigkeit
die Kühllast
beeinflussen.
-
Im
Allgemeinen werden mehrere Kompressoren mit fester Leistung verwendet,
und jeder der in dem System verwendeten Kompressoren hat eine andere
Kühlkapazität, so dass
die Kapazität
des Systems durch Ein- und Ausschalten von einem oder mehreren der
Kompressoren verstellt werden kann. Wie im neu erteilten US-Patent
RE 33,620 offenbart ist, kann einer der Kompressoren ein Kompressor
mit veränderlicher
Leistung sein, dessen Kapazität
durch Verändern
der Leistung des Kompressors justiert werden kann. Der Kompressor
mit veränderlicher Leistung
wird zu jeder beliebigen Zeit benutzt, wenn Kühlkapazität benötigt wird, und ein oder mehrere der
Kompressoren mit fester Leistung werden ein- oder ausgeschaltet,
um zusammen mit dem Kompressor veränderlicher Leistung die benötigte Kühlkapazität für das System
zu erzeugen.
-
Ein
Beispiel für
ein Mehrkompressor-Kühlsystem
mit Regler ist auch im US-Patent Nr. 4,384,462 von J. Overman et
al. dargestellt. Dieses System arbeitet mit einer Reihe von Kompressoren mit
fester Leistung, und es ist eine Kompressorkombinationstabelle offenbart
(3 und Tabelle II),
die die Kapazität
des Systems unter Verwendung der verschiedenen Kombinationen von
Kompressoren zeigt. Der von Overman offenbarte elektronische Regler
hat drei Stufen von Zu-, Abschaltdruckregionen oberhalb/unterhalb
des bevorzugten Bereiches, um die Zahl der Kompressorkapazitätsstufen
des Erhöhens
oder Verringerns zu bestimmen, um dem Änderungsbedarf gerecht zu werden.
Der Regler arbeitet mit einem Kompressorwandler an der Kompressoransaugleitung
als Hauptregelung für
die Eingangskriterien. Die Zielbandbreite ist 2 psi (13,7894 kPa).
Ein Temperatursensor ist in jedem Schrank positioniert, der Eingabekriterien
darüber
erzeugt, ob die angeforderte Änderung
auf der Basis des erfassten Drucks übersprungen werden soll. Auch
eine Zeitverzögerung
wird angewendet, um Kurzzeitzyklen der Kompressoren zu verhüten. Dieses
System hat mehrere Nachteile, einschließlich dem, dass die Druckschwankung
recht groß ist.
Sie kann durchaus über
einen Bereich von +/–2
psi (13,7894 kPa) hinaus vom durchschnittlichen Zieldruck schwanken. Auch
ist die Kompressorzyklierrate hoch, wenn die Last an Kapazitätsgrenzen
von Kompressorkombinationen abfällt,
und für
einen solchen Fall gibt es keinen Schutz. Ein weiterer Nachteil
ist der, dass der maximale Sprung zu irgendeinem Zeitpunkt drei Schritte
in der Kompressorkapazitätstabelle
ist. Dies reicht möglicherweise
nicht aus, so dass es zu Verzögerungen
bis zum Erreichen der richtigen Kompressorkombination kommt. Das
Ergebnis ist eine Druckschwankung.
-
Das
US-Patent Nr. 5,245,837 von M. Kitamoto zeigt ein Beispiel für ein Klimatisierungssystem
mit mehreren Kompressoren. Dieses System arbeitet mit einer Reihe
von Kompressoren mit veränderlicher Kapazität zusammen
mit einer Reihe von Kompressoren mit fester Leistung. Jedoch weder
Kitamoto noch Overman offenbaren das Halten der Leistung der Kompressoren
mit veränderlicher
Leistung innerhalb eines optimalen Leistungsbereiches.
-
Die
in den Ansprüchen
definierte vorliegende Erfindung ermöglicht die Regelung eines kommerziellen
Kühlsystems,
bei dem das System erheblich besser auf Änderungen der Kompressorlast
anspricht als im Stand der Technik bekannte Systeme. Das System
der vorliegenden Erfindung kann nicht nur schneller auf eine Erhöhung oder
Verringerung der Kühllast
des Systems ansprechen, sondern es werden auch Über- und Unterschwingungen
der Regelung minimal gehalten, so dass die Häufigkeit reduziert wird, mit
der die Kompressoren ein- oder ausgeschaltet werden müssen. Ferner
hält die
derzeitige Regelung den Kompressor mit veränderlicher Leistung in seinem
optimalen Leisutngsbereich zwischen 50% und 100% (für Kolbenkompressoren;
andere Kompressortypen wie z. B. Schraubenkompressoren, haben möglicherweise
einen anderen optimalen Leistungsbereich) über einen möglichstgroßen Teil des Kühlzyklus,
wodurch die Gesamteffizienz des Systems noch weiter verbessert und
die Leistungsaufnahme minimal gehalten wird. Gemäß der Erfindung wird ein Parameter,
der die Kühllast
des Systems anzeigt (gewöhnlich
der Kompressoransaugdruck aber häufig
auch die Temperatur innerhalb der Auslagenschränke), erfasst und mit einem
Zielwert verglichen. Ein Regelsignal wird dann errechnet, mit dem
die Leistung des Kompressors veränderlicher Leistung
variiert wird, und das auch zum Ein- oder Ausschalten von einem
oder mehreren der Kompressoren mit fester Leistung verwendet wird.
Dieses Regelsignal wird anhand eines Proportional-Integral-Differential-Regelgesetzes
(„PID-Regler") erzeugt, zu dem
das zweite Derivat des Fehlers zwischen der erfassten Variable und
der Zielvariable in Bezug auf Zeit und dem Quadrat der Differenz
zwischen der erfassten Variable und dem Zielwert addiert werden.
Der Effekt des Addierens dieser Terme besteht darin, die Ansprechzeit
des Systems auf abrupte Laständerungen
im Wesentlichen zu reduzieren, die aufgrund beliebiger der oben
erörterten
Faktoren auftreten. Indem das System ansprechbereiter gemacht wird,
kann die Kühllast
aufgrund von Änderungen
sofort justiert werden, wodurch gewährleistet wird, dass in den
Kühlschränken gelagerte
Produkte keinen Schaden leiden. Ebenfalls werden gemäß der vorliegenden
Erfindung die Kapazitäten
der verschiedenen Kompressoren in eine Matrix gebracht, und das
System untersucht mehrere mögliche
Kombinationen von Kompressoren mit fester Leistung, die angewendet
werden können,
um die notwendige Kühlkapazität bereitzustellen,
und wählt
die Kombination aus, die am besten mit den Systemanforderungen übereinstimmt,
wiederum um eine minimale Leistungsaufnahme zu gewähleisten
und Start- und Stoppvorgänge von
Kompressoren minimal zu halten, wodurch die Lebenszeit des Kompressors
maximiert wird. Ferner beinhaltet das System einen Regler, der eine
Zeitverzögerung
erzeugt, die eine Mindestzeitperiode gewährleistet, während der
ein Kompressor lastfrei sein muss, bevor er neu gestartet und wieder
zur Last zugeschaltet wird, und eine Mindestzeitverzögerung,
für die
ein Kompressor laufen muss, bevor er abgeschaltet werden kann, so
dass Schäden
an Kompressoren minimal gehalten werden und die Lebenszeit des Kompressors
maximiert wird.
-
Diese
und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen hervor.
Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung
eines kommerziellen Kühlsystems
gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine Ablauftabelle des
Hauptsteuerprogramms zum Steuern des in 1 illustrierten Systems;
-
3 eine Matrix der Kapazitäten jedes Kompressors
und jeder Kombination von Kompressoren, die in dem in 1 illustrierten System verwendet
werden, wobei die Kapazitäten
von dem in 2 illustrierten
Steuerprogramm sortiert werden; und
-
4–9 Fließtabellen
verschiedener Subroutinen, die entweder in der in 2 illustrierten Hauptsteuerung oder in
einer der anderen Subroutinen verwendet werden. Gemäß 1 der Zeichnungen beinhaltet
ein allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnetes kommerzielles
Kühlsystem
gekühlte Auslagenschränke 12, 14, 16 und 18,
die im vom Kunden zugängigen
Teil des Ladens aufgestellt sind. Der hierin verwendete Begriff „Schränke" kann eine Reihe
von mehreren getrennten Schränken
beinhalten, die zusammen betrieben werden. Es sind zwar vier gekühlte Auslagenschränke illustriert,
aber es ist zu verstehen, dass jede beliebige Zahl von gekühlten Auslagenschränken verwendet
werden kann, und die Erfindung ist nicht auf den Gebrauch mit irgendeiner bestimmten
Zahl von Auslagenschränken
begrenzt. Jeder der Auslagenschränke 12–18 hat
einen Verdampfer 20, der Kühlmittel erhält, das
durch das Ausdehnungsventil 22 ausgedehnt wird. Es ist
in der Fachwelt hinlänglich
bekannt, dass gekühlte
Auslagenschränke
mit mehreren üblichen
Methoden entfrostet werden können;
demgemäß werden
Auslagenschränke 12 und 14 durch
Pumpen von heißem Gas
durch ihre Verdampfer 20 aufgetaut, wie nachfolgend beschrieben
wird. Die gekühlten
Auslagengehäuse 16 und 18 werden
mit Abtauheizungen 24 ausgestattet, die elektrisch betrieben
und ein- und ausgeschaltet werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
Die Kühlschränke 12 und 14,
die mit dem Heißgassystem
abgetaut werden, beinhalten Rückschlagventile 26 um
die Ausdehnungsventile 22 und einen Temperatursensor 28,
der die Temperatur in dem entsprechenden Auslagenschrank erfasst.
-
Die
Gehäuse 12, 14, 16 und 18 werden
mit dem Flüssigkeitsausdehnungsverfahren
gekühlt,
in dem ein Kühlgas
durch Kompressoren 30, 32, 34 und 36 verdichtet
wird. Kompressoren 30, 32 und 34 sind Kompressoren
mit fester Leistung, aber jeder der Kompressoren 30, 32 und 34 mit
fester Leistung kann eine andere Kühlkapazität haben. Es sind zwar nur drei
Kompressoren mit fester Leistung illustriert, aber es ist zu verstehen,
dass jede beliebige Zahl von Kompressoren fester Leistung notwendig
sein kann, um die notwendige Kühlkapazität für das System 10 zu
erzeugen. Der Kompressor 36 ist ein Kompressor mit veränderlicher
Leistung, dessen Leistung von einem konventionellen Inverter 38 geregelt
wird.
-
Die
Kompressoren 30, 32, 34 und 36 werden mit
einem durch die Bezugsziffer 40 allgemein bezeichneten
Regler geregelt. Wie nachfolgend beschrieben wird, erhält der Regler 40 Eingaben,
die die Kühlanforderungen
des Systems anzeigen, und schaltet die Kompressoren 30, 32 und 34 mit
fester Leistung ein und aus und variiert die Leistung des Kompressors 36 mit
veränderlicher
Leistung, um die Kühlkapazität des Systems
möglichst
eng an die Kühlanforderungen
anzupassen. Der Regler 40 beinhaltet eine Zentraleinheit
oder CPU 42, die wie nachfolgend beschrieben programmiert
wird. Die CPU 42 schreibt Daten auf und liest Daten von
einer) Datenspeichereinheit 44 und ist mit einer konventionellen Überwachungszeituhr 46 ausgestattet,
die den ordnungsgemäßen Betrieb
der CPU 42 überwacht.
Die CPU 42 erhält
Daten vom Operator durch eine Tastatur-/Tastenfeldschnittstelle 48 und
vom Modem 50 und steuert ein Display 52 an, das
vom Operator überwacht
werden kann. Die CPU erhält
Daten von den verschiedenen Sensoren des Systems wie nachfolgend
beschrieben durch Eingabeschnittstelle 48, und steuert
die Kompressoren 30-36, Abtauheizungen 24 sowie
den Lüfter 54 des
Kondensators 56 durch die Ausgabeschnittstelle 58.
Die Eingabeschnittstelle erhält
Eingangssignale von den Temperatursensoren 28, das Feedback-Signal
vom Inverter 38, das von der CPU 42 durch die
Ausgabeschnittstelle 58 gesteuert wird, und Signale vom
Drucksensor 60 im Ansaugverteiler 62 und vom Drucksensor 64 im
Ablassverteilerrohr 66. Die Ausgabeschnitstelle 58 ist
mit den Kompressoren 30, 32 und 34 fester Leistung
durch die Leitungen 68, 70 und 72 verbunden.
Demgemäß haben
Signale von der Ausgabeschnitstelle 58 die Aufgabe, die
Kompressoren 30, 32 und 34 fester Leistung
entweder einzuschalten oder auszuschalten. Eine weitere Leitung 74 führt ein
Signal von der Ausgabeschnittstelle 58 zum Inverter 38. Dieses
Signal justiert die Leistung des Kompressors 36 veränderlicher
Leistung durch den Inverter gemäß dem über die
Leitung 74 übertragenen
Signal. Bei einem Ausfall des Reglers 40 werden Kompressoren 30–36 und
Lüfter 54 durch
ein mechanisches Reservegerät 78 eingeschaltet.
-
Die
Kompressoren 30–36 ziehen
Kühlmittel im
gasförmigen
Zustand aus dem Ansaugverteilerrohr 62, verdichten das
Kühlmittel
und lassen das verdichtete Kühlmitel
aus dem Ablassverteilerrohr 66 ab. Während des Verdichters des Kühlmittels
steigt die Temperatur des Kühlmittels
erheblich an. Verdichtetes Kühlmittel
im Ablassverteilerrohr 66 wird durch den Ölabscheider 80 übertragen,
der Öl
abscheidet, das während
der Verdichtung vom Kompressor in das Kühlmitel eingeleitet wurde,
und leitet das abgeschiedene Öl
zurück
in den Ölbehälter 76. Mit
verdichtetem Kühlmittel
aus dem Ablassverteilerrohr 66 wird das Heißgaszufuhrveiteilerrohr 82 beschickt,
um heißes
Gas zum Abtauten zuzuführen, wie nachfolgend
offenbart wird. Verdichtetes Kühlmittel
aus dem Ablassverteilerrohr 66 wird auch durch das elektrisch
betätigte
Ventil 84 zur Raumwärmerückgewinnungsspule 86 geleitet,
um Raumwärme für den Supermarkt
bereitzustellen, in dem die Auslagenschränke 12–18 verwendet
werden. Das Ventil 84 kann betätigt werden, um die Raumwärmerückgewinnungsspule
zu umgehen und verdichtetes Kühlmittel
direkt zum Kondensator 56 zu leiten. Von den Auslagenschränken 12, 14 während eines
Abtauzyklus zurückfließendes heißes Gas
wird, wie nachfolgend erläutert
wird, in ein Heißgasrückführungsverteilerrohr 88 und
von dort zurück
zum Einlass des Kondensators 56 durch das allgemein mit
der Bezugsziffer 90 bezeichnete Steuerventil geleitet.
Der Kondensator 56 zieht Wärme aus dem Heißgasfluss aus
dem Auslassverteilerrohr 66 ab, so dass die Phase des Kühlmittels
in einen flüssigen
Zustand wechselt. Das Kühlmittel
im flüssigen
Zustand wird durch eine Leitung 94 zu einem Flüssigkeitszuführungsverteilerrohr 92 geleitet.
Ein Temperatursensor 96 betätigt das Ventil 98,
um ein Teil des Ausgangs des Kondensators 56 zu einem Auffangbehälter 100 in
dem Fall umzuleiten, dass der Kühlmittelkondensationsdruck
den Einstellwert des Ventils 98 übersteigt. Das Kühlmittel
im Auffangbehälter 100 wird
durch die Kapillarröhre 102 zurück in das
Ansaugverteilerrohr 62 geleitet.
-
Flüssiges Kühlmittel
im Zufuhrverteilerrohr 92 wird zu den Ausdehnungsventilen 22 in
jedem der Kühlauslagenschränke 12–18 durch
die Leitungen 106 geleitet. Die Ausdehnungsventile 22 verursachen
einen Druckabfall des Kühlmittels,
wodurch die Auslagenschränke 12–18 wirksam
gekühlt
werden, da das Kühlmittel
bei seiner Passage durch Verdampfer 20 auf eine in der
Fachwelt hinlänglich
bekannte Weise vom flüssigen
in den gasförmigen
Zustand übergeht.
Kühlmittel
im gasförmigen
Zustand wird über
die Rückführungsleitungen 108 zum
Ansaugverteilerrohr 62 zurückgeführt.
-
Die
Kühlschränke 16 und 18 werden
durch elektrische Abtauheizungen 24 abgetaut, die von der CPU
beim Einleiten eines Abtauzyklus eingeschaltet werden. Die Kühlschränke 12 und 14 werden
mit einem Heißgasabtausystem
entfrostet, wie nachfolgend erläutert
wird. Offensichtlich könnten
alle Kühlschränke mit
einem Heißgassystem
entfrostet werden, oder alle Schränke könnten bei Bedarf mit einer elektrischen
Abtauheizung entfrostet werden. Wenn die mit dem Heißgasabtausystem
ausgestatteten Kühlschränke 12–14 abgetaut
werden müssen,
dann öffnet
die CPU 42 die Ventile 110 und schließt die Ventile 112,
so dass die Rückführungsleitungen 108 zum
Ansaugverteilerrohr 62 abgesperrt und die Leitungen 108 zum
Heißgaszuführungsverteilerrohr 82 geöffnet werden.
Demgemäß wird das
Kühlgas
im Heißgaszuführungsverteilerrohr,
das verdichtet wurde und sich somit auf einer erhöhten Temperatur
befindet, durch die Leitungen 108, durch die Verdampferspulen 20,
durch das Rückschlagventil 26 unter Umgehung
der Ausdehnungsventile 22 und in die Leitungen 106 geführt. Kühlmittel
in den Leitungen 106 wird durch Rückschlagventile 116 durch
zum Heißgasrückführungsverteilerrohr 88 geleitet,
wobei die Ventile 117 eine Passage von heißem Gas
in das Flüssigkeitszuführungsverteilerrohr 92 verhindern. Demgemäß werden
die Verdampfer 20 in den Auslagenschränken 12, 14 abgetaut,
indem Heißgas
durch die Verdampferspulen vom Heißgaszuführungsverteilerrohr 82 passiert.
Am Ende des Abtauzyklus werden die Ausdehnungsventile 22 der
Schränke 12, 14 mit
dem Flüssigkeitszufuhrverteilerrohr 92 in
Verbindung gesetzt, und die Leitungen 108 können wieder zum
Ansaugverteilerrohr 62 öffnen.
-
Wie
oben erörtert,
stellt ein Regler 40 die Kapazität des Systems durch Ein- oder
Ausschalten der Kompressoren 30, 32 und 34 fester
Leistung und durch Einstellen der Leistung des Kompressors 36 mit
veränderlicher
Leistung ein. Der Regler 40 beeinflusst die Justierung
der Kapazität
des Systems durch Erfassen eines Parameters, der gemäß der Kühllast am
System variiert, und durch Einstellen der Kapazität des Systems,
um die Differenz zwischen diesem Parameter und einem Zielwert minimal
zu halten. Ein Parameter, der verwendet werden kann, ist die Temperatur
in einem oder mehreren der Kühlschränke 12–18,
aber die Messung des Drucks im Ansaugverteilerrohr 62 wird
bevorzugt. Demgemäß misst
der Drucksensor 60 den Druck im Ansaugverteilerrohr 62 und überträgt diese
Information durch die Eingabeschnittstelle 49 zum Regler 40.
Ein Zielwert wird eingestellt und kann variiert werden, wie nachfolgend
beschrieben wird. Der Regler 40 hat dann die Aufgabe, die
Kapazität
des Systems so zu justieren, dass die Differenz zwischen dem im
Ansaugverteilerrohr 62 vom Sensor 60 gemessenen Druck
und dem Zielwert minimal gehalten wird. Die Kapazität des Systems 10 wird
durch Abarbeiten eines Computerprogramms in der CPU 42 justiert,
die in 2 allgemein mit
der Bezugsziffer 118 angedeutet ist. Wie oben erörtert, bewirkt
das Programm 118 das Ein- oder Ausschalten von einem oder
mehreren der Kompressoren mit fester Leistung, und/oder justiert
die Leistung des Kompressors 36 mit veränderlicher Leistung als Reaktion
auf Variationen des Kühlbedarfs
im System.
-
Das
Programm 118 wird wie bei 120 gezeigt gestartet,
und das System wird auf eine in der Fachwelt hinlänglich bekannte
Weise wie bei 122 angedeutet initialisiert. Das Programm
weist dann, wie bei 124 angedeutet, das Ablesen der verschiedenen Sensoren
wie z. B. der Sensoren 60, 64 und 28 an. Bei 126 wird
die Überwachungssubroutine
abgerufen, die die Überwachungszeituhr 46 abliest,
um zu gewährleisten,
dass die Zentraleinheit oder CPU 42 ordnungsgemäß arbeitet.
Dann wird eine Alarmsubroutine 128 abgerufen, die eine
Warnung ausgibt, wenn ein Systemdefekt derart ist, dass das System nicht
funktionieren kann. Dann wird die Benutzeroberflächen-Subroutine 130 abgerufen.
Die Oberflächen-Subroutine 130 ist
konventionell und erlaubt es dem Operator, Daten über die
Tastatur 48 einzugeben oder Daten vom Modem 50 zu
empfangen. Solche Eingaben können
beispielsweise Anzahl und Kapazität der in dem System verwendeten
Kompressoren sowie die Kapazität
des Kompressors mit veränderlicher
Leistung bei seiner maximalen theoretischen Leistung beinhalten.
Die Benutzeroberflächen-Subroutine
akzeptiert Eingaben beim anfänglichen
Start des Systems und immer dann, wenn einer der Systemparameter
geändert
werden muss, wie dies beispielsweise der Fall wäre, wenn einer oder mehrere
der Kompressoren durch einen Kompressor mit einer anderen Kapazität ersetzt
würde und/oder wenn
Kompressoren zu dem System hinzugefügt werden, um zusätzliche
Kapazität
zu schaffen.
-
Das
Programm 118 ermittelt dann bei 132, ob sich die
Konfiguration der Kompressoren verändert hat. Wenn das Kompressor-Setup
umkonfiguriert wurde, oder während
des anfänglichen
Starts des Systems 10, wird die Kompressorkapazität-Subroutine
wie bei 134 angedeutet aufgerufen. Wenn kein neues Kompressor-Setup
vorhanden ist, dann umgeht das Programm die Kompressorkapazität-Ordnungs-Subroutine 134.
Die Kompressorkapazitäts-Ordnungs-Subroutine 134 bildet
die Kompressorkapazitätsmatrix,
wie in 3 illustriert
ist. Kompressor Nummer 1 ist mit „VS" bezeichnet und bezieht sich auf den
Kompressor 35 mit veränderlicher Leistung.
Die Kompressoren 2, 3 und 4 sind die Kompressoren 30, 32 und 34 mit
fester Leistung. Wie in der zweiten Zeile von 3 angedeutet ist, beträgt die maximale
Kapazität
des Kompressors veränderlicher
Leistung, d. h. seine Kühlkapazität bei maximaler
theoretischer Leistung, beispielsweise 20 ps (14,92 kW). Die Kapazität der Kompressoren
2, 3 und 4 beträgt
beispielsweise 15, 10 bzw. 5 ps (11,19, 7,46, 3,73 kW). Die Spalte
mit der Bezeichnung „KOM
NR" ist eine Kennnummer,
die jeder der verschiedenen Kombinationen von Kompressoren zugewiesen
wurde, aus denen sich die Matrix zusammensetzt. Wie angegeben, bedeutet
eine „0" in der Matrix, dass
der entsprechende Kompressor abgeschaltet ist, und eine „1" in der Matrix bedeutet,
dass der entsprechende Kompressor eingeschaltet ist. Die Spalte
mit der Bezeichnung „Gesamtkapazität" führt die
Gesamtkapazität
aller Kompressoren mit fester Leistung auf, die in jeder Stufe eingeschaltet
sind. Wenn alle Kompressoren, einschließlich des Kompressors mit veränderlicher
Leistung, abgeschaltet sind, dann beträgt die Kühlkapazität des Systems offensichtlich
null, was die „KOM
NR" von null erhielt. Der
Kompressor mit veränderlicher Leistung
ist der erste einzuschaltende Kompressor und der letzte auszuschaltende
Kompressor. Wenn also der Kompressor veränderlicher Leistung verwendet
wird, dann ist die Gesamtsystemkapazität 20 ps (14,92 kW), die Kapazität des Kompressors
mit veränderlicher
Leistung bei maximaler theoretischer Leistung. Die Gesamtkapazität jeder
in den horizontalen Zeilen der Matrix aufgeführten Stufe ist unter der Spalte „Gesamtkapazität" aufgeführt. Wie
oben erörtert, sind
die willkürlichen
KOM NRn, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, als Kurzverweis
auf die verschiedenen Kapazitätsstufen
der Kombination von Kompressoren 30–36 zugewiesen. Es
sind zwar nur drei Kompressoren mit fester Leistung aufgeführt, aber
es ist zu verstehen, dass häufig
mehrere Kompressoren nötig
sind, und es ist nicht unüblich,
dass acht oder mehr Kompressoren verwendet werden. Da die Gesamtzahl
der Kompressorstufenkapazität der
Kompressoren mit fester Leistung als gleich 2n–1+1 errechnet
wird, wobei n die Anzahl der Kompressoren mit fester Leistung ist,
wird man feststellen, dass, wenn sieben oder acht Kompressoren verwendet werden,
es buchstäblich
Hunderte von verschiedenen Kompressorkapazitätskombinationen gibt, also kann
die KOM NR bis in die Hunderte gehen. Die Funktion des Programms 118 besteht
darin, die richtige Kombination von Kompressoren mit fester Leistung
aus der Matrix von 3 auszuwählen und
die Leistung des Kompressors mit veränderlicher Leistung dann so
einzustellen, dass die Systemkapazität so justiert wird, dass die
Regelvariable (von der angenommen wird, dass sie der Druck am Ansaugverteilerrohr 62 ist)
so nahe wie möglich
am Zielwert liegt. Die Kompressorkapazitätsordnungs-Subroutine, die
die in 3 gezeigte Matrix
bildet, ist eine konventioneile Datenverarbeitungstechnik.
-
Das
Hauptprogramm 118 ruft dann die Abtausubroutine wie bei 136 angedeutet
auf. Die Abtausubroutine 136, wie nachfolgend beschrieben
wird, steuert die Abtauzyklen der Kühlschränke 12–18. Das
Programm 118 ruft dann die Floating-Setpoint-Subroutine 138 ab.
Wie oben erörtert
erfasst die vorliegende Erfindung eine Variable, die den Kühlbedarf
des Systems reflektiert, vorzugsweise den Druck im Ansaugverteilerrohr 62,
und steuert die Kompressoren 30–36 so, dass der gemessene
Druck im Ansaugverteilerrohr so nahe wie möglich am Zieldruck liegt. Die
Floating-Sollwert-Subroutine errechret den Zielwert wie nachfolgend
beschrieben wird. Das Programm 118 ruft dann die Parametersubroutine 140 auf.
Die Parametersubroutine 140 legt einige der Parameter fest,
die in den in der PIDA-Subroutine 142 durchgeführten Regelgesetzberechnungen
verwendet werden. Die PIDA-Subroutine
ist ein modifizierter „PID"- oder Proportional-Integral-Differential-Regler,
zu dem ein Term zweiter Ordnung hinzugefügt wurde, wie nachfolgend beschrieben
wird. Das Programm 118 ruft dann die Kompressorsequenz-Subroutine 144 auf
die die Leistung des veränderlichen
Kompressors 136 einstellt und auch beschließt, welcher
der Kompressoren 30–34 fester Leistung
zum Einstellen der Systemkapazität
ein- oder ausgeschaltet werden soll.
-
Das
Hauptprogramm 118 ruft als Nächstes die Kondensatorsteuersubroutine 146 auf,
die den Kondensatorlüfter 54 ein-
und ausschaltet. Wie bei 148 angedeutet, gibt das Hauptprogramm 118 dann die
Kompressor-ein/aus-Signale und die Kondensatorlüfter-ein/aus-Signale zum Schnittstellenschaltkomplex 49 aus,
der die tatsächliche
Steuerung dieser Komponenten bewirkt. Wie bei 150 angezeigt, wird
das Hauptprogramm 118 einmal pro Zyklus ausgeführt, wenn
die Zyklusabtastzeit noch nicht abgelaufen ist, das Programm wartet,
bis sie abgelaufen ist, bis es zurückkehrt, um die Sensoreingänge wie bei 124 angedeutet
erneut abzulesen.
-
Wenn
man einmal die in 4 illustrierte
Abtausubroutine 136 betrachtet, dann wird man feststellen,
dass die einzelnen Schränke 12–18 unabhängig voneinander
abgetaut werden und dass es üblich
ist, dass immer nur ein oder zwei der Kühlschränke 12–18 gleichzeitig
abgetaut werden. Demgemäß wird die
Abtausubroutine 136 während
jeder Zykluszeit des Hauptprogramms 118 für jeden
der Kühlschränke 12–18 ausgeführt, um
zu ermitteln, ob ein Abtauzyklus in jedem der Schränke eingeleitet
oder beendet werden soll. Das Programm 136 testet zunächst, wie
bei 152 angezeigt, ob ein Abtauzyklus für einen bestimmten Kühlschrank
gestartet werden soll. Im Allgemeinen wird ein Abtauzyklus eine
vorbestimmte Zeitperiode nach dem Einleiten des letzten Abtauzyklus
eingeleitet. Wenn ein Abtauzyklus gestartet werden soll, dann testet
das Programm, wie bei 154 angedeutet, ob dieser Kühlschrank
mit heißem
Gas abgetaut werden soll. Wenn ja, dann schließt das Programm, wie bei 156 angedeutet,
den Steuerelektromagnet 112 für den einen Abtauzyklus durchlaufenden
Auslagenschrank und öffnet
den entsprechenden Heißgaszuführungselektromagnet 110,
der den Verdampfer 20 des einen Abtauzyklus durchlaufenden
Kühlschranks
mit dem Heißgaszuführungsverteilerrohr 82 verbindet.
Der Heißgasabtauflag
wird vor der Rückkehr
des Programms auf 1 gesetzt. Wenn nicht mit Heißgasentfrostung gearbeitet
wird, dann testet das Programm bei 158, ob elektrisch abgetaut
werden soll oder nicht. Wenn elektrisch abgetaut werden soll, wie
bei 160 angedeutet, dann wird der entsprechende Steuerelektromagnet 112 abgeschaltet
und die Abtauheizung 24 wird eingeschaltet. Wenn der Test
bei 168 negativ ist, dann wird der jeweilige gesteuerte
Kühlschrank
weder mit Heißgas noch
elektrisch abgetaut. Demgemäß wird der
Kühlschrank
durch Abschalten des Kühlbetriebs
und durch Zulassen einer Abtauung durch inhärente Erhöhung der Temperatur abgetaut.
Demzufolge wird, wie bei 162 angezeigt, das Steuerventil
für diesen Schrank
vor der Rückkehr
des Programms abgeschaltet.
-
Wenn
der Test bei 152 negativ ist, was bedeutet, dass kein Abtauzyklus
eingeleitet wird, dann testet das Programm bei 164, um
zu ermitteln, ob bereits ein Abtauzyklus abläuft. Wenn nicht, dann kehrt das
Programm zurück.
Wenn bereits ein Abtauzyklus läuft,
dann stellt das Programm fest, ob mit heißem Gas abgetaut wird, wie
bei 166 angedeutet ist, und ermittelt dann, ob die Zeit
seit der Einleitung des Abtauzyklus geringer ist als ein vorbestimmter
Heißgas-Einschaltzeitgrenzwert,
wie bei 168 angedeutet ist. Im Allgemeinen leitet der Heißgasabtauzyklus
einen Zyklus durch Abschalten des Ventils 112 und Einschalten
des Ventils 110 ein, um den Fluss von Ablassgas zum Verdampfer 20 einzuleiten.
Das heiße
Gas wird eine Zeitperiode vor Ende des Abtauzyklus abgeschaltet.
Der Abtauzyklus wird durch Wiedereinschalten des Ventils 112 beendet.
Wenn also die Abtauzeit gleich oder größer ist als die Heißgas-Einschaltzeitgrenze
gemäß Test bei 168,
dann testet das Programm, wie bei 170 angedeutet, ob die Gesamtabtauzeit
gleich der oder länger
als die Abtauzeitgrenze ist oder nicht. Wenn der Test bei 170 positiv
ist, dann wird der Abtauzyklus beendet, wie bei 172 angezeigt,
indem der Steuerelektromagnet 112 geöffnet und der Heißgaselektromagnet 110 geschlossen
wird. Wenn der Test bei 170 negativ ist, dann wird nur
der Heißgaselektromagnet 110 geschlossen,
wie bei 174 angedeutet ist. Wenn nicht mit Heißgas entfrostet
wird, wie bei 166 negativ getestet wurde, dann testet das
Programm als Nächstes,
wie bei 176 angedeutet, ob die Abtauzeit größer ist
als die eingestellte Abtauzeitdauer. Wenn dieser Test positiv ist,
dann schaltet das Programm, wie bei 178 angezeigt, die
Heizung (falls benutzt) ab und öffnet
den Steuerelektromagnet 112. Wenn der Test bei 176 negativ
ist, dann prüft
das Programm, wie bei 180 angezeigt, ob die Beendigungssteuertemperatur
innerhalb des Schranks größer ist
als ein vorbestimmter Grenzwert. Wenn ja, dann geht das Programm über zu 178 und
beendet den Abtauzyklus vor der Rückkehr.
-
Wie
oben erörtert,
regelt der Regler 40 die Kühlkapazität des Systems durch Ein- und
Ausschalten der Kompressoren 30, 32 und 34 mit
fester Leistung und durch Einstellen der Leistung des Kompressors 36 mit
veränderlicher
Leistung, um den Druck im Ansaugverteilerrohr 62 gemäß Erfassung
durch den Drucksensor 60 möglichst nahe an einen vorbestimmten
Zielwert heran zu bringen. Dieser Zielwert des Druckpegels im Ansaugverteilerrohr 62 wird
wiederum in Abhängigkeit
von der Temperatur innerhalb der gekühlten Auslagenschränke gemäß Erfassung durch
Temperatursensoren 28 justiert. Es wird zugelassen, dass
der Zieldruck innerhalb der Grenzwerte auf der Basis der in den
Kühlschränken erfassten Temperatur "schwimmt". Die Floating-Druck-Sollwert-Subroutine 138,
die in 5 illustriert
ist, untersucht zunächst
bei 180, ob die Regeltemperatur gemäß Erfassung durch den Sensor 28 geringer
ist als der Temperatursollwert. Wenn ja, dann untersucht das Programm 138 bei 182,
ob die Regeltemperatur fünf
Minuten lang um mehr als 0,56°C
(1°F) geringer war
als der Sollwert.
-
Wenn
nicht, dann hat sich der Drucksollwert nicht verändert und das Programm kehrt
zurück. Wenn
der Test bei 182 positiv ist, dann wird der Drucksollwert
um 0,5 psi (3,4474 kPa) erhöht,
wie bei 184 in 5 angedeutet
ist. Das Programm testet dann bei 186, ob der bei 184 eingestellte
Druckwert höher
ist als ein vorbestimmter fester Drucksollwert und die Obergrenze
des eingestellten Drucks schwimmt. Wenn der neue Drucksollwert geringer
ist als die Obergrenze, dann wird der Drucksollwert mit der Obergrenze
gleich gemacht, wie bei 188 angedeutet ist, bevor das Programm
zurückkehrt.
-
Wenn
die vom Temperatursensor 28 erfasste Regeltemperatur gleich
oder größer ist
als der Temperatursollwert gemäß Test bei 180,
dann untersucht das Programm bei 190, ob die Regeltemperatur
wenigstens fünf
Minuten lang um mehr als 0,28°C (0,5°F) über dem
Temperatursollwert lag. Wenn nicht, dann erfolgt keine Änderung
am Drucksollwert, und das Programm kehrt zurück. Wenn der Test bei 190 positiv
ist, dann wird der Drucksollwert, wie bei 192 angedeutet
ist, um 0,5 psi (3,4474 kPa) reduziert. Das Programm prüft dann,
ob der neue Drucksollwert größer ist
als eine Untergrenze, wie bei 194 angedeutet ist. Wenn
der neue Drucksollwert unter dieser Untergrenze liegt, dann wird
der neue Drucksollwert auf die Untergrenze gesetzt, wie bei 196 angedeutet
ist, bevor das Programm zurückkehrt.
-
Nach
dem Feststellen des Drucksollwerts durch die Subroutine 138 ruft
das Hauptprogramm 118 die in 6 illustrierte
Parametersubroutine 140 auf, die die Parameter festlegt,
die in den in der PIDA-Subroutine 142 durchgeführten Steuerberechnungen
verwendet werden. Wie bei 198 angedeutet, ist die Variable
PDELTA auf den Druck im Ansaugverteilerrohr 62 gemäß Erfassung
durch den Drucksensor 60 minus dem durch die Subroutine 138 (5) errechneten Zieldruck
eingestellt. Das Programm fährt
dann mit 200 fort, um den Koeffizienten des im PIDA-Regler
verwendeten Proportionalterms zu errechnen, wie mit Bezug auf 6 nachfolgend offenbart
wird. Dieser Faktor Kp wird auf gleich eine vorbestimmte Konstante
KP multipliziert mit dem Terra PDELTA gemäß Errechnurg bei 198 plus
PCONSTANT eingestellt. Der Multiplikator Ki für den Integralterm der von
der Subroutine 142 errechneten PIDA-Subroutine, wie bei 202 in 6 angedeutet, wird auf gleich
eine Konstante IGAIN dividiert durch den Zielwert des Drucks im
Ansaugverteilerrohr 62 eingestellt, errechnet mit der
Subroutine 138 in 5,
plus einer Konstante ICONSTANT.
-
Die übrigen in
der Subroutine 142 verwendeten Multiplikatoren werden auf
Konstanten eingestellt, wie bei 204 und 206 angedeutet
ist.
-
Gemäß 7 wird die PIDA-Subroutine 142 zum
Errechnen eines Steuersignals NEWSPEED verwendet, mit dem die Kompressor-nächste-Sequenz-Subroutine 144 die
Leistung des veränderlichen
Kompressors 36 justiert und ein oder mehrere der Kompressoren 30, 32, 34 fester
Leistung ein- oder ausschaltet, um den Druck des Ansaugverteilerrohrs 62 möglichst
nahe an den von der Subroutine 138 (5) errechneten Zieldruck heran zu bringen. Gemäß 7 wird die Variable PDELTA
als gleich dem gemessenen Ansaugdruck im Ansaugverteilerrohr 62 errechnet,
gemessen durch den Drucksensor 60, minus dem in 5 errechneten Drucksollwert-Zieldruck,
wie bei 208 angedeutet ist. Eine Matrix von PDELTA-Werten
wird wie bei 210 gezeigt erstellt, indem die Werte von
PDELTA wie bei 208 errechnet bei jedem Durchgang durch
das Programm in einem Speicherstapel gespeichert werden. Wenn der
Stapel voll ist, dann wird der älteste
PDELTA-Wert verworfen und durch den neuen Wert ersetzt.
-
Wie
bei 212 angedeutet, wird der Proportionalterm SP als gleich
dem Multiplikator Kp gemäß Berechnung
bei 200 in der Parametersubroutine 140 multipliziert
mit PDELTA errechnet. Demgemäß ist SP
von der Variablen PDELTA und dem Quadrat der Variablen PDELTA abhängig, da
PDELTA auch bei der Berechnung von Kp benutzt wurde. Mit Bezug auf 214 in 7, die Variable ISUM wird
als gleich dem vorherigen Wert von ISUM plus PDELTA gemäß Berechnung
bei 208 multipliziert mit der Ausführungszeit des Hauptprogramms 118 errechret.
Demgemäß wird ein
neuer Wert von ISUM berechnet und mit jeder Ausführung des Programms gespeichert.
Wie bei 216 angedeutet, wird der Integralterm des PIDA-Reglers
auf gleich den Multiplikator Ki gemäß Berechnung bei 202 in
Subroutine 140 (6)
multipliziert mit ISUM gemäß Berechnung
bei 214 eingestellt. Demgemäß ist der Integralterm SI ein
Integral der vorherigen Werte von PDELTA und ist auch vom Drucksollwert
gemäß Berechnung
in 5 abhängig.
-
Wie
bei 218 angedeutet, wird die Variable DDELTA gleich der
Differenz zwischen dem im aktuellen Durchgang durch das Programm
errechneten PDELTA-Term minus dem im letzten Durchgang durch das
Programm berechneten PDELTA, dividiert durch die Abtastzeit errechnet,
so dass die Änderungsrate
des Fehlersignals zwischen dem Ansaugdruck und dem Zieldruck berechnet
wird. Demgemäß wird der
Differentialterm SD des Proportional-Integral-Differential-Reglers bei 220 in 7 auf gleich eine Konstante
multipliziert mit der in Schritt 218 errechneten Variablen
DDELTA eingestellt. Das Programm fährt dann mit der Berechnung
des im „PIDA"-Regler der vorliegenden
Erfindung verwendeten Beschleunigungsterms fort. Wie bei 222 angedeutet, wird
die Variable ADELTA als die Differenz zwischen dem im aktuellen
Durchgang des Programms errechneten DDELTA-Wert und dem im letzten
Durchgang des Programms errechneten DDELTA-Wert dividiert durch
die Abtastzeit errechnet. Der Differentialterm ADELTA zweiter Ordnung
wird mit der Konstante Ka multipliziert, wie bei 224 angedeutet,
und bildet die Variable SA, den Beschleunigungsterm im PIDA-Regelalgorithmus.
Demgemäß wird die
Variable SDELTA, wie in 226 angedeutet, auf gleich die
Konstante Sm multipliziert mit der Summe von Proportional-, Integral-,
Derivat- und Beschleunigungstermen SP, SI, SD und SA eingestellt.
Wie bei 228 angedeutet, wird die Variable NEWSPEED auf
gleich der Variablen SPEED plus der in Schritt 226 errechneten
Variable SDELTA eingestellt. Wie nachfolgend mit Bezug auf 8 beschrieben wird, stellt
die Kompressor-nächste-Sequenz-Subroutine 144,
die die Leistung des Kompressors veränderlicher Leistung justiert
und die Kompressoren mit fester Leistung in Abhängigkeit von der Regelvariable
NEWSPEED ein- und ausschaltet, die Variable SPEED auf gleich der Variablen
NEWSPEED für
den nächsten
Durchgang durch das Hauptprogramm 118 ein. Obwohl in 7 nicht illustriert, liegt
es innerhalb des Fähigkeitsbereichs
der Grenze der Größen der
Terme der PIDA-Regelung, falls notwendig [sic].
-
Die
in 8 illustrierte Kompressor-nächste-Seguenz-Subroutine 144 justiert
die Leistung des Kompressors 36 mit veränderlicher Leistung und schaltet
die Kompressoren 30, 32 oder 34 fester
Leistung in Abhängigkeit
von der in der PIDA-Subroutine 142 errechneten Variablen
NEWSPEED und der Variablen SPEED ein oder aus, die der Wert von „NEWSPEED" ist, der beim vorherigen
Durchgang durch das Programm errechnet wurde. Gemäß 8 prüft die Subroutine 144 bei 230 zunächst, ob
die beim letzten Durchgang durch das Programm errechnete Variable
SPEED gleich null ist. Wenn SPEED null ist, darin wurde keine Kühlung im
vorherigen Durchgang durch das Programm benötigt, und alle Kompressoren,
einschließlich
des Kompressors mit veränderlicher
Leistung, wurden ausgeschaltet. Wenn die Variable SPEED im letzten
Durchgang durch das Programm gleich null war, dann prüft das Programm
bei 232, ob die Variable NEWSPEED größer ist als null. Wenn die
errechnete Variable NEWSPEED auf null bleibt, dann wird keine Kühlung benötigt. Demgemäß kehrt
die Subroutine zum Hauptprogramm zurück. Wenn NEWSPEED gemäß Prüfung bei 232 größer ist
als null, dann wird die Kühlung
benötigt.
Demgemäß setzt
das Programm den nächsten
Kompressor in der Matrix auf Kompressor 1, den Kompressor mit veränderlicher
Leistung, der demzufolge eingeschaltet wird. Gemäß Tabelle 3 ist die KOM NR
der Stufe, in der der Kompressor veränderlicher Leistung eingeschaltet
ist, und alle Kompressoren fester Leistung ausgeschaltet sind, KOM
NR 1. Demzufolge ist die NEW COM NO auf 1 gesetzt. Da es wünschenswert ist,
dass die Leistung des Kompressors mit veränderlicher Leistung wenigstens
50% ihrer theoretischen Leistung ist, wird die Leistung des Kompressors
mit veränderlicher
Leistung auf 50% der theoretischen Leistung eingestellt, wie bei 234 von 8 angedeutet ist. Das Programm
kehrt dann zum Hauptprogramm zurück.
-
Wenn
SPEED nicht gleich null ist, dann prüft das Programm bei 236,
ob die durch die PIDA-Subroutine (7)
errechnete Variable NEWSPEED 100% überschreitet. Da die Leistung
des Kompressors mit veränderlicher
Leistung in der PIDA-Subroutine ohne Berücksichtigung von Änderungen
in den Kompressorstufen mit fester Leistung errechnet wird, kann
die Variable NEWSPEED 100% übersteigen. Übersteigt
die Variable NEWSPEED 100%, dann wird zusätzliche Kapazität von den
Kompressoren mit fester Leistung benötigt. Wenn also NEWSPEED 100% übersteigt,
dann wird bei 238 geprüft,
ob die vom letzten Durchgang durch das Programm errechnete KOM NR
gleich der maximalen KOM NR ist. Wenn die Prüfung bei 238 positiv
ist, dann wird mehr Kühlkapazität benötigt, aber
jetzt werden alle verfügbaren
Kompressoren benutzt. Demzufolge wird die Leistung des Kompressors
mit veränderlicher
Leistung auf 100% seiner theoretischen Leistung gesetzt, und die
NEW COM NO wird auf gleich COM NO gesetzt, wie bei 240 angedeutet
ist. Das Programm zweigt dann nach unten, um bei 242 die
Kompressor-ein/aus-Subroutine aufzurufen, wie nachfolgend beschrieben
wird.
-
Wenn
der Test bei 238 negativ ist, was bedeutet, dass mehr Kompressorkapazität mit fester Leistung
zur Verfügung
steht, dann werden zwei Variablen errechnet, anhand derer eine Auswahl
der neuen Kompressorstufen mit fester Leistung anhand der in 3 illustrierten Matrix getroffen
wird. Wie bei 242 angedeutet, wird die Variable CMPH als
gleich der Kompressorkapazität
des Kompressors mit veränderlicher
Leistung errechnet, multipliziert mit der Differenz zwischen NEWSPEED
minus 55% (NEWSPEED wird als Prozentanteil der Nennleistung des Kompressors
mit veränderlicher
Leistung ausgedrückt),
plus der Kapazität
der derzeitigen KOM NR, d. h. dem Gesamtwert der derzeitigen Kompressorkapazität mit fester
Leistung. Demzufolge repräsentiert
die Variable CMPH eine Kompressorkapazität fester Leistung, die dann
benötigt
wird, wenn der Kompressor veränderlicher
Leistung auf 55% eingestellt ist. Ebenso wird die Variable CMPL
errechnet, um einen Kompressorkapazitätsbedarf fester Leistung zu
ermitteln, wenn die Kapazität
des Kompressors veränderlicher
Leistung auf 80% seiner Nennkapazität eingestellt ist. Wenn also
eine Kompressorkapazität
fester Leistung zwischen der Variablen CMPH und CMPL ausgewählt wird,
dann würde
die Leistung der Kompressor veränderlicher
Leistung auf einen Wert irgendwo zwischen 55% und 80% seiner Nennleistung
eingestellt, innerhalb des optimalen Leistungsbereiches für den Kompressor
veränderlicher Leistung.
-
Wie
bei 244 angedeutet, ist die Variable I auf 1 eingestellt.
I ist ein Zähler,
wie nachfolgend erläutert
wird. Bei 246 wird geprüft,
ob I größer als
5 ist. Wenn die Prüfung
bei 246 negativ ist, wie bei 248 angedeutet, dann
werden die nächsten
fünf Kompressorkombinationen
höherer
Kapazität
aus der Matrix in 3 ausgewählt. Diese
Kombinationen sind die fünf
Kompressorkombinationen, die höher
sind als die, die durch die derzeitig benutzte Kompressorkapazität fester
Leistung repräsentiert
wird.
-
Wie
nachfolgend erläutert
wird, müssen
einige der möglichen
Selektionen ausgeschlossen werden, weil die Kompressoren die Laufzeitanforderungen
nicht erfüllen.
Die Kombination von Kompressoren (durch die KOM NR identifiziert)
wird aus der Matrix mit einer Kapazität ausgewählt, die dem Durchschnitt zwischen
der Variablen CMPL und CMPH am nächsten
liegt. Wenn zwei oder mehr Kombinationen die gleiche Kapazität ergeben,
dann wird die mit der geringeren Gesamtkompressorlaufzeit ausgewählt. Dann
wird bei 250 geprüft,
ob eine Auswahl getroffen wurde. Wurde in 248 eine Auswahl
getroffen, dann wird, wie nachfolgend mit Bezug auf 9 beschrieben wird, die Zeitverzögerungssubroutine
aufgerufen, wie bei 252 angedeutet ist. Nach der Ausführung der
Zeitverzögerungssubroutine
wird geprüft,
ob der Zeitverzögerungsflag,
der bei der Ausführung
der Zeitverzögerungssubroutine
gesetzt wurde, auf null gesetzt wurde, wie in 254 angedeutet
ist. Ist der Zeitverzögerungsflag
auf null gesetzt, was bedeutet, dass die Ein/Aus-Zeitverzögerungen der neuen Kompressoren
an der gewählten
KOM NR erfüllt
sind, dann wird die Variable NEW COM NO auf KOM NR der neuen Kombination
gesetzt, die bei 248 ausgewählt wurde, wie bei 256 angedeutet
ist. Das Programm ruft dann die Kompressor-ein/aus-Subroutine auf, wie bei 242 angedeutet
ist.
-
Wenn
der Zeitverzögerungsflag 1 ist,
dann muss eine neue Auswahl aus der Matrix getroffen werden. Demgemäß wird,
wie bei 269 angedeutet, der Zähler I um 1 erhöht. Bei 246 wird
geprüft,
ob I größer ist
als 5. Wenn I kleiner ist als 5, dann muss eine neue Auswahl aus
der Matrix getroffen werden, wie bei 248 angedeutet ist,
mit der Kompressorkombination, die die Zeitverzögerungsanforderungen nicht
erfüllte,
die aus der Überlegung
ausgeschlossen wurden. Nach fünf
Durchgänge
durch das Programm gemäß Messung
bei 246, oder wenn bei 250 keine Auswahl getroffen
wurde, was bedeutet, dass keine der nächsten fünf höheren Kapazitätskompressorkombinationen
die Anforderungen erfüllen,
verzweigt das Programm zu 251, wo die Variable COM1 auf
KOM NR plus 1 gesetzt wird, so dass die Kompressorstufe aus der
Matrix ausgewählt
wird, die die nächsthöhere zu
der gerade benutzten ist. Das Programm prüft dann bei 253, ob
die Kapazität
von COM1 größer ist
als die Kapazität
der derzeitigen KOM NR. Da bereits ermittelt wurde, dass Kapazität hinzugefügt werden
muss, ist es nicht akzeptabel, eine neue Kapazität zu wählen, die kleiner oder gleich
der aktuellen Kapazität
ist. Wenn die Kapazität bei
der Prüfung
von 253 positiv ist, dann wird die NEW COM NO auf COM1
bei 255 eingestellt, die Zeitverzögerungssubroutine wird bei 257 aufgerufen, und
der Zeitverzögerungsflag
wird bei 259 untersucht. Wurden die Zeitverzögerungsanforderungen erfüllt, dann
ruft das Programm jetzt bei 242 die Kompressor-ein/aus-Subroutine
auf. Wenn die Zeitverzögerungsanforderungen
nicht erfüllt
sind, da das Programm die NEW COM NO auf die Zahl der alten KOM NR
wie bei 261 angedeutet setzt, so dass keine Änderung
der Kompressorkapazität
der festen Stufe vorgenommen wird [sic].
-
Wenn
die Prüfung
bei 253 negativ ist, was bedeutet, dass die Kapazität von COM1
geringer oder gleich der Kapazität
der aktuellen KOM NR ist, dann wird COM1 um 1 erhöht, wie
bei 263 angedeutet wird, und bei 265 wird geprüft, ob die
maximale Zahl der Kompressoren fester Stufe bereits verwendet wird,
und wenn diese Prüfung
negativ ist, dann geht die Prüfung
zurück
zu 253, um zu testen, ob die Kapazität von COM1 größer ist
als die Kapazität
der derzeitigen KOM NR. Wenn die Prüfung bei 265 anzeigt,
dass die höchste
Zahl von Kompressoren fester Stufe bereits verwendet wird, dann
wird COM1 bei 267 auf diese höchste Zahl gesetzt, und das
Programm setzt dann NEW COM NO auf COM1 bei 255.
-
Gehen
wir noch einmal zurück
zu der Prüfung
bei 236. Wenn NEWSPEED kleiner ist als 100%, dann wird
geprüft,
ob NEWSPEED geringer ist als 50%, wie bei 264 angedeutet
wird. Wenn NEWSPEED größer ist
als 50%, wie bei 264 geprüft wurde, und da NEWSPEED bereits
als geringer als 100% festgestellt wurde, ist keine Änderung
der Kompressorkapazität
fester Leistung notwendig, da die Leistung des Kompressors veränderlicher
Leistung bereits im optimalen theoretischen Bereich zwischen 50%
und 100% liegt. Demgemäß setzt
das Programm die NEW COM NO auf die existierende KOM NR bei 266 und
ruft dann bei 242 die Kompressor-ein/aus-Subroutine auf.
-
Wenn
die Prüfung
bei 264 anzeigt, dass NEWSPEED geringer ist als 50%, dann
ist es möglicherweise
wünschenswert,
die Kompressorkapazität fester
Leistung durch Abschalten von einem oder mehreren der Kompressoren
fester Leistung zu reduzieren. Demzufolge prüft das Programm bei 268,
ob die derzeitige KOM NR 1 ist, was bedeutet, dass keine Kompressoren
fester Leistung arbeiten und nur der Kompressor veränderlicher
Leistung in Betrieb ist. Wenn die Prüfung bei 268 negativ
ist, was bedeutet, dass wenigstens ein Kompressor fester Leistung zusätzlich zu
dem Kompressor veränderlicher
Leistung im Betrieb ist, dann werden die Variablen CMPH und CMPL
bei 270 errechnet, so dass, ähnlich wie bei der Berechnung
mit Bezug auf 242, die Kompressorkapazität fester
Leistung festgestellt wird, die benötigt wird, wenn der Kompressor
veränderlicher Leistung
zwischen 70% und 95% seiner theoretischen Leistung arbeitet. Das
Programm setzt danach den Zähler
I bei 272, prüft
den Zähler
bei 274, wählt eine
Kompressorkombination aus den fünf
unteren Kombinationen bei 276 aus, ähnlich wie die Auswahlen bei 248 der
nächsthöheren Kompressorkombinationen
vorgenommen werden, wenn Kompressorkapazität hinzugefügt wird. Bei 278 wird
geprüft,
ob eine Auswahl vorgenommen wurde, die Zeitverzögerungssubroutine wird bei 280 aufgerufen,
und der Zeitverzögerungsflag
wird bei 282 untersucht, so dass die NEW COM NO auf die
gewählte
KOM NR bei 284 gesetzt wird, wenn die Zeitverzögerungsanforderungen
der gewählten
Kompressorkapazität
erfüllt
sind. Wurden die Zeitverzögerungsanforderungen
nicht erfüllt,
dann muss eine neue Auswahl getroffen werden, und I wird wie bei 286 angedeutet
um 1 erhöht,
danach geht das Programm zurück
zum Auswahlschritt bei 276, um eine weitere Kombination auszuwählen. Wenn
nach fünf
Versuchen keine Auswahlen getroffen wurden, oder wenn keine der nächsten fünf tieferen
Kapazitäten
die Anforderungen erfüllen
kann, dann wird eine willkürliche
Stufe ausgewählt,
die die nächsttiefere
Stufe unter der aktuellen Stufe ist. Demgemäß wird die Variable COM1 auf
die aktuelle KOM NR minus 1 bei 288 gesetzt, bei 290 wird
geprüft,
ob die Kapazität
von COM1 geringer ist als die Kapazität der aktuellen KOM NR, und wenn
ein Test positiv ist, dann wird eine NEW COM NO bei 292 auf
COM1 gesetzt. Die Zeitverzögerungssubroutine
wird bei 294 aufgerufen, der in der Subroutine gesetzte
Zeitverzögerungsflag
wird bei 296 untersucht, und wenn die Zeitverzögerungsanforderungen
erfüllt
sind, dann ruft das Programm jetzt die Kompressor-ein/aus-Subroutine
auf.
-
Wenn
die Zeitverzögerungsanforderungen nicht
erfüllt
sind, dann wird der durch den Sensor 60 gemessene Saugdruck
bei 298 geprüft,
um zu ermitteln, ob der Ansaugdruck geringer ist als 0 psig/bar. Wenn
der Ansaugdruck bereits geringer ist als 0 psig/bar, dann ist es
natürlich
nicht wünschenswert, dieselben
Kompressorstufen beizubehalten, weil dadurch der Ansaugdruck noch
weiter reduziert wurde. [Wenn bei 298 festgestellt wird,
dass der Ansaugdruck höher
ist als 0 psig/bar, dann wird die NEW COM NO auf gleich KOM NR wie
bei 266 angedeutet gesetzt, bevor die Kompressor-ein/aus-Subroutine 242 aufgerufen
wird.] Wieder bezugnehmend auf die Prüfung bei 290, wenn
die Kapazität
von COM1 nicht geringer ist als die Kapazität von KOM NR, dann wird COM1
auf COM1 minus 1 wie bei 300 angedeutet gesetzt, und COM1
wird bei 302 geprüft,
um zu ermitteln, ob COM1 geringer ist als 1. Wenn COM1 nicht geringer
ist als 1, dann geht das Programm zurück zur Prüfung bei 290, um zu
ermitteln, ob die Kapazität von
COM1 geringer ist als die Kapazität von KOM NR. Wenn die Prüfung bei 302 positiv
ist, dann wird COM1 bei 304 auf 1 gesetzt, das Programm
setzt dann NEW COM NO auf 1, wie bei 292 angezeigt ist.
-
Wieder
mit Bezug auf die bei 264 durchgeführte Prüfung, wenn NEWSPEED geringer
ist als 50% der theoretischen Leistung des Kompressors mit veränderlicher
Leistung und KOM NR ist gleich 1, was bedeutet, dass nur der Kompressor
mit veränderlicher
Leistung verwendet wird und keine der Kompressoren der festen Stufe
verwendet wird, dann prüft
das Programm bei 306, ob der Ansaugdruck geringer ist als
0 psig/bar. Wenn der Ansaugdruck geringer ist als 0, dann geht das
Programm weiter zu 316. Wenn der Ansaugdruck höher ist
als 0 gemäß Prüfung bei 306,
dann wird bei 308 der Heißgasabtauflag geprüft, um zu
ermitteln, ob einer der Kühlschränke gerade
einen Heißgasabtauzyklus
durchläuft.
Wenn ja, dann wird die Variable NEWSPEED auf 50% gesetzt, wie bei 310 angegeben
ist, und das Programm geht zu 266, wo NEW COM NO auf gleich KOM
NR gesetzt wird, bevor die Kompressor-ein/aus-Subroutine aufgerufen
wird. Wenn kein Kühlschrank
gerade einen Heißgasabtauzyklus durchläuft, dann
wird NEWSPEED bei 312 geprüft, um zu ermitteln, ob NEWSPEED
geringer ist als 45%, und der Ansaugdruck wird bei 314 geprüft, um zu
ermitteln, ob der vom Sensor 60 erfasste Ansaugdruck geringer
ist als der Betrag von 5 psi (34,4735 kPa) unter dem Drucksollwert.
Wenn sowohl NEWSPEED geringer ist als 45% der theoretischen Leistung
als auch der Ansaugdruck geringer ist als der Betrag von 5 psi (34,4735
kPa) unter dem Sollwert, wie bei 316 angedeutet ist, dann
wird NEW COM NO auf 0 gesetzt, d. h. die Stufe, bei der kein Kompressor verwendet
wird, der nächste
Kompressor in der Matrix, d. h. die Stufe, die als Nächstes eingestellt
wird, ist gleich 0, und NEWSPEED wird auf 0 gesetzt, so dass alle
Kompressoren abgeschaltet sind. Andererseits, wenn NEWSPEED zwischen
45% und 50% liegt oder der Ansaugdruck weniger als 5 psi (34,4735
kPa) unter dem Sollwert liegt, dann geht das Programm weiter zu 318,
wo NEW GCOM NO auf 1 gesetzt wird, der nächste Kompressor auf Matrix
1 wird auf 1 gesetzt und der Kompressor NEWSPEED wird auf gleich
50% gesetzt. Mit anderen Worten, Block 318 setzt die Leistung
des Kompressors veränderlicher
Leistung, der einzige, der in diesem Moment verwendet wird, auf
gleich 50% der Nennleistung.
-
Nach
dem Wählen
der Kompressorkapazität der
festen Stufe ruft die Kompressor-nächste-Seguenz-Subroutine 144 die
Kompressor-ein/aus-Subroutine auf, wie bei 242 angedeutet
ist. Die Kompressor-ein/aus-Subroutine 242 wird nicht ausführlich beschrieben,
da sie lediglich den Ein- oder Ausschaltzustand der Kompressoren
der Matrix einstellt, die aus den auf den horizontalen Zeilen in 3 aufgeführten Matrizen ausgewählt ist.
Nachdem die Subroutine 242 den Kompressorstatus mit fester
Leistung eingestellt hat, der in der von der Subroutine 144 gewählten Stufe
abgerufen wurde, wird die Leistung des Kompressors mit veränderlicher
Leistung durch Abrufen der Kompressor-neue-Leistungs-Subroutine wie
bei 244 in 8 angezeigt
errechnet. Die Neue-Leistungs-Subroutine stellt die Leistung des Kompressors
veränderlicher
Leistung, wobei die Kapazität
des Kompressors veränderlicher
Leistung die Differenz zwischen der Kapazität der Kompressoren fester Leistung,
die in Betrieb sind, und der benötigten
Leistung ausgleicht, aber die Kompressor-neue-Leistungs-Subroutine begrenzt
die Leistung des Kompressors so, dass sie zwischen 50% und 100%
liegt, obwohl dies zur Folge haben kann, dass die Kapazität des Systems
geringfügig
von der optimalen Kapazität
abweicht. Der Grund ist, dass die Effizienz des Kompressors veränderlicher
Leistung höher
ist als wenn sie zwischen 50% ihrer Nennleistung und 100% ihrer
Nennleistung arbeiten würde.
Es ist zwar möglich,
den Kompressor veränderlicher
Leistung über
100% seiner Nennleistung zu fahren, aber dies ist nicht ratsam,
weil der Kompressor veränderlicher
Leistung vorzeitig abnutzen kann.
-
Gemäß 9 prüft eine allgemein mit der Bezugsziffer 320 bezeichnete
Zeitverzögerungssubroutine
die Kompressoren, die als Reaktion auf die Abarbeitung der Kompressor-nächste-Sequenz-Subroutine 144 ein-
oder ausgeschaltet werden sollen, um zu ermitteln, ob die ein- oder
auszuschaltenden Kompressoren eine vorbestimmte Zeitverzögerungsanforderung
erfüllen.
Nach dem Abchalten eines Kompressors ist es nicht wünschenswert,
den Kompressor sofort wieder einzuschalten, und wenn der Kompressor
gerade eingeschaltet wurde, dann ist es nicht wünschenswert, den Kompressor
sofort wieder auszuschalten, da es in beiden Fällen zu vorzeitigem Verschleiß kommen
kann, so dass die Lebenszeit des Kompressors verringert wird. Die
Zeitverzögerungssubroutine 320 prüft die Kompressoren
in der von der Subroutine 144 gewählten Stufe, so dass gesetzte
Flags bei Prüfung 259, 254, 282 und 296 der Subroutine 144 untersucht
werden. Gemäß 9 vergleicht das Programm
bei 322 zunächst
die von der Subroutine 144 gewählte Kompressorkombination
und vergleicht die gewählten
Kompressoren der gewählten
Stufe mit der aktuellen Kompressorauswahl, um zu ermitteln, ob einer
oder mehrere der Kompressoren ein- oder ausgeschaltet werden muss/müssen, wie
bei 322 in 9 angedeutet
ist. Das Programm prüft
dann bei 324 jeden der einzuschaltenden Kompressoren, um
zu ermitteln, ob die Zeit, während
die sie ausgeschaltet waren, geringer ist als die Mindestausschaltzeit.
Wem die Prüfung
bei 324 positiv ist, dann sind die Zeitverzögerungsanforderungen
nicht erfüllt,
so dass der Zeitverzögerungsflag
auf 1 gesetzt wird, wie bei 326 in 9 angedeutet ist. Das Programm prüft dann
bei 328, ob die Einschaltzeit von einem auszuschaltenden
Kompressor geringer ist als die Mindesteinschaltzeit. Wenn die Prüfung bei 328 positiv
ist, dann sind die Zeitverzögerungsanforderungen
nicht erfüllt,
und der Zeitverzögerungsflag
wird auf 1 gesetzt, wie bei 326 angedeutet ist. Wenn beide
Prüfungen
bei 324 und 328 negativ sind, dann sind die Zeitverzögerungsanforderungen
erfüllt,
so dass der Zeitverzögerungsflag
auf 0 gesetzt wird, wie bei 330 in 9 angedeutet ist. Das Programm kehrt
dann zur Subroutine 144 von 8 zurück.
-
Demgemäß ist ersichtlich,
dass das Programm 118 eine Leistung für den Kompressor veränderlicher
Leistung ohne Berücksichtigung
von Änderungen
der festen Kompressorstufen errechnet. Diese Variable dient zum
Hinzufügen
oder Wegnehmen von Kompressoren zu/von dem System und zum Justieren
der Leistung des Kompressors veränderlicher Leistung,
um das System möglichst
nahe an die Kühlbedarfsanforderungen
des Systems anzupassen. Die Leistung des Kompressors veränderlicher Leistung
wird in Abhängigkeit
von einer Variablen errechnet, die die Kühlleistung am System anzeigt,
wie z. B. den Ansaugdruck im Kompressoreinlassverteilerrohr. Die
Leistung wird mit einem konventionellen Proportional-Integral-Differential-Regelgesetz (oder „PID") auf der Basis der
Differenz zwischen Ansaugdruck und einem Zieldruck errechnet, der
in Abhängigkeit
von der Temperatur in den Kühlschränken variiert
wird. Zur normalen PID-Regelung wird ein Beschleunigungsterm hinzugefügt, der
auf die zweite Ableitung in Bezug auf Änderungszeiten in der Differenz
zwischen dem erfassten Druck und dem Zieldruck anspricht. Ferner
wird der Koeffizient des Proportionalterms des PID-Reglers selbst
in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen Ansaugdruck und Istdruck variiert, so
dass ein Term gleich dem Quadrat dieser Differenz in Drücken in
das Regelprotokoll eingeführt
wird. Demgemäß wird das
System weitaus empfindlicher auf abrupte Änderungen des Kühlbedarfs
gemacht als im Stand der Technik.