一种风冷单冷机组运行工况的模糊控制方法技术

全年运行的风冷单冷空调机组是按照夏季工况进行设计的，当偏离设计工况后，机组运行会受到一定影响。本发明专利技术通过安置在冷凝器集液管上的温度传感器作为发信设备，充分考虑该点温度变化率在实际控制中的作用，应用模糊控制方法实现了对风冷单冷机组运行工况的实时控制，不仅达到了良好的运行效果，还具有不增加成本，又简便易行的优点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

The fuzzy control method of air cooled single cooling unit operating conditions

Air-cooled single cold air conditioner unit throughout the year operation is designed in accordance with the summer conditions, when the off design conditions, the unit operation will be affected. The present invention through the placement in the condenser tube on the fluid temperature sensor set as a transmitting equipment, give full consideration to the rate of change of the temperature in the actual control effect, application of fuzzy control to realize the real-time control of the operation of air-cooled single cooling unit, not only achieved good results, with no additional cost, and easy to use the advantages of.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别适用于大型螺杆机组的工艺性制冷方面的应用，属于空调与制冷工程的模糊控制

技术介绍
空调系统有一个最佳的运行工况，系统是在特定的运行工况下进行设计的，当偏离设计工况后，机组运行会受到一定影响，轻则效率下降，重则机组无法安全运行。目前在生产过程中工艺性用途的单制冷机组通常是水冷式的，在冬夏换季时为保证机组的正常运行，通常要人为调节冷却水量。实际上对这一类工艺用单冷机组采用风冷型机组更合适，它可以有效地减少机组使用占地面积，不需要冷却水系统，便于运行时的管理，并且维护更方便。但应用这样类型的机组有一个关键的技术就是当环境温度从35℃到-5℃变化时，对系统的运行将产生很大的影响，如果不加以适当控制，机组将无法正常运行。对于冬季需要制热的环境工况的讨论较多，但冬季仍需要制冷其工况对机组性能的影响的讨论很少。张锦填等人在《利用变频技术改进空调柜机的制冷工况》一文中提到应用变频技术改变风机转速的方法解决机组在冬季运行的情况，但这样的解决方法成本较高，尤其是当应用大冷量的螺杆机组时其成本将急剧升高，增加了不必要的投资。
技术实现思路
本专利技术提供的一种风冷单冷机组(单风机；或者多风机、每台风机装有单向风阀装置)运行工况的模糊控制方法，就是针对这种情况，在不增添多余的控制手段，采用普通的温度传感器作为发信器，应用模糊控制方法有级地控制风机运行风量，达到螺杆机组在全年工况下处于最高效率运行，既不增加成本，又简便易行，十分有利于风冷单冷螺杆机组在工艺性制冷方面的推广。空调系统既可以调节风量、水量，也可以调节风温、水温，即量调节和质调节可以相互配合。为了对风冷单冷机组运行工况进行控制，可以用变频器调节风机转速(风冷机组)，也可以采用风机启动的台数调节。应用变频器调节风机转速，可以实现运行工况的调节，但变频器的价格较高，特别用于大功率机组的工艺性制冷时，给每台风机配备变频器，成本会很高。采用风机启动的台数调节，基本上没有增加成本的问题，且同样可以实现运行工况的调节。模糊控制是人工智能领域中形成最早、应用最广的一个重要分支，适用于结构复杂且难以用传统理论建立模型的问题。模糊控制在解决复杂的控制技术问题时，比用常规的方法通常要简单得多。在空调系统的过程控制中，由于控制对象的时滞、时变和非线性的特征比较明显，导致控制参数不易在线调节，而模糊控制技术采用模糊推理方法而不需要系统的数学模型，具有其它控制方法无法比拟的优势，能较好的适应这些特征。模糊控制是一种通用的控制策略，根据控制的目标(温度、压力、水位等等)与设定目标值之间的差值和差值变化率来调节执行器。将一个确定输入量，在模糊控制器中经过定标处理，然后根据预先规定的输入基准模糊集进行相应的隶属度排序，再采用公知的方法，根据输出基准模糊集进行处理，形成一个输出模糊集，继而得到确定的输出量，用来对受控对象进行控制。附图1是模糊控制系统的示意框图。附图2是模糊控制器结构的示意图。模糊控制系统包括检测环境参数和系统参数的传感器系统，对控制对象的目前状态进行测量；由存放在模糊控制器中的知识库及控制程序，对环境参数和系统状态进行分析、判断、处理，通过预编的模糊控制规则表，查表得到控制量；改变控制对象未来状态的控制行为指令的输出系统。1.理论分析对于冬季或夏季环境温度是否与风冷单冷机组系统的运行匹配，可以通过一个置于冷凝器出液管管路上的温度传感器来表征，当该处所测量到的温度过高时，说明冷凝风机的风量不够，控制上需要增加风机运行的台数；反之，如果该处所测量到的温度过低时，说明冷凝风机的风量过大，控制上可以减少运行风机的台数。理想情况下可以通过所测量的温度直接进行控制，但因为传感器有热容，并且在这里其热容量的影响已经不能忽略，所以测量的温度和实际温度会有所不同，这种现象在动态情况下非常严重。由非稳态传热能量守恒，并考虑到测试点的保温，可以得到ρcVdtcdt=KF(tw-tc)------(1)]]>式中ρ——传感器平均密度，kg/m3c——传感器平均热容，kJ/kg.℃V——传感器体积，m3tw—测试点管外壁温度，tc—传感器平均温度，℃K——测试点管壁与传感器的传热系数，kw/m2.℃F——传热面积，m2 (1)式是典型的一阶惯性环节，可以用传递函数的方式给出G(s)=1Ts+1----(2)]]>其中T=ρcVKF.]]>一般认为制冷系统是慢时变的系统，时间常数T与制冷系统响应的时间常数相比很小。但在实际对象时，风机的加载或卸载，对系统产生的扰动较强，这时时间常数T与制冷系统响应的时间常数相比不能忽略，这样我们得到了如图3所示的、考虑温度传感器传递函数的控制系统框图。针对图3所示的系统，应用普通的PID控制并不十分困难，但考虑到风机是有级调节的(即逐个启动或关闭风机的运行)，尤其是式(1)所给予的启发，实际应用模糊控制将更便捷可靠。2.应用模糊控制方法对系统运行工况的实时控制将(1)式变形可以得到tw=ρcVKFdtcdt+tc----(3)]]>将时间传感器温度变化率采用向后插值，有dtcdt=tci-tci-1Δt-----(4)]]>这样就可以得到twi=Atci-tci-1Δt+tci----(5)]]>其中tci-1为前一次测量值，tci为本次测量值，twi为本次铜管壁面估计值。这样就可以得到管壁壁面温度与测量值的直接关系，所以可以根据测量值的大小和其变化率的大小对系统加以控制。因为制冷剂与铜管有很好的传热性能，制冷剂与管壁的温差可以忽略。并且根据实际情况将风机进行分级调节，即根据风机的数目进行相应的分级调节。例如，对于配备四台风机的系统，可以分为四级调节，得到如图4所示的模糊控制系统，并由此推导出风机增量式模糊控制规则。其模糊控制规则表见表1 表1根据温度测量值和变化率进行控制的模糊表 根据本专利技术提出的对风冷单冷机组运行工况的模糊控制方法，包括a.设置于风冷单冷机组系统中的温度传感器测量温度，送入模糊控制器，b.计算温度和温度变化率，查询预编的模糊控制规则表，得到控制量，c.模糊控制器输出控制量，改变机组系统的运行工况(通过变频器调节机组系统风机的转速，或者改变机组系统风机启动的台数，来改变机组系统风机的运行风量)，d.重复a、b、c步骤。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。附图1是模糊控制系统的示意框图。附图2是模糊控制器结构的示意图。附图3是考虑温度传感器传递函数的控制系统框图。附图4是模糊控制系统的示意图。附图5是实施例的制冷系统及控制示意图。附图6是实施例制冷系统的电器控制线路图。附图7是环境温度为4℃时的实时控制部分数据。附图8是环境温度为28℃时的实时控制部分数据。具体实施例方式一套配备四台风机的风冷单冷机组系统，机组型号是BLSF-135Z，制冷量135Kw，该机组全年运行，每天运转24小时。机组的控制系统采用本专利技术的模糊控制技术，图5是机组系统示意图。机组冷凝器集液管上安置有温度传感器，得到的温度参数送入PLC控制器，控制程序应用表1给出的模糊控制方案。这里采用的是调节风机运行的台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风冷单冷机组运行工况的模糊控制方法，包括：ａ．设置于风冷单冷机组系统中的温度传感器测量温度，送入模糊控制器，ｂ．计算温度和温度变化率，查询预编的模糊控制规则表，得到控制量，ｃ．模糊控制器输出控制量，改变机组系统的 运行工况，ｄ．重复ａ、ｂ、ｃ步骤；其特征在于：预编的模糊控制规则表是：＊＊＊；控制器输出的控制量，改变机组系统风机的运行风量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：仲华，朱平，葛晓隆，
申请(专利权)人：上海百富勤空调设备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]