專利名稱：恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于恒溫庫控制領(lǐng)域，尤其是涉及恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
有關(guān)統(tǒng)計表明制冷系統(tǒng)動力消耗中壓縮機占60％，冷風(fēng)機占25％。制冷裝置設(shè)計工況是冷耗最大的最不利工作條件。然而在大多數(shù)情況下系統(tǒng)是在部分負(fù)荷下運行，節(jié)能潛力較大。同時，傳統(tǒng)雙位繼電器控制系統(tǒng)控制精度低。保鮮庫作為終端用戶，既要求有良好的(恒溫恒濕度)儲存環(huán)境以保持果品新鮮又要求盡可能的節(jié)約能源。目前關(guān)于恒溫恒濕庫的控制主要是關(guān)于壓縮機的變?nèi)萘靠刂疲嚓P(guān)報導(dǎo)沒有涉及送風(fēng)機的聯(lián)合變?nèi)萘靠刂?。然而，在低溫時，內(nèi)置風(fēng)機的發(fā)熱量是制冷裝置的主要負(fù)荷。物品儲藏過程的動態(tài)分析認(rèn)為，變風(fēng)量控制不僅可以提高儲藏品質(zhì)，且有較大的節(jié)能潛力。在控制策略的選擇上，PLC是一種工業(yè)用計算機，通過用戶編輯程序?qū)崿F(xiàn)各種控制目的。具有可靠性高、編程簡單、易于維護的優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中。
要實現(xiàn)恒溫恒濕，即要滿足制冷系統(tǒng)或加熱裝置的供冷、熱量與恒溫恒濕庫冷熱負(fù)荷相等。而庫體冷熱負(fù)荷受環(huán)境溫度變化、庫內(nèi)置電機發(fā)熱量、庫內(nèi)貨品儲存量及呼吸熱、人員進出開門次數(shù)及時間等因素的影響波動范圍較大。而制冷系統(tǒng)本身是一個復(fù)雜綜合的能量系統(tǒng)，存在非線性、時變、純滯后和強耦合等因素。難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，使得經(jīng)典控制理論或者現(xiàn)代控制理論缺乏最根本的基礎(chǔ)，難以實現(xiàn)有效的控制。
傳統(tǒng)PID有調(diào)節(jié)精度高和很好的靜態(tài)特性。但需要知道控制對象數(shù)學(xué)模型，而且適應(yīng)性較差。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能達(dá)到節(jié)能和優(yōu)化控制的恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)，由負(fù)責(zé)采集機組的運行參數(shù)并傳遞給控制器的數(shù)據(jù)采集裝置，負(fù)責(zé)對運行參數(shù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，根據(jù)控制策略進行算術(shù)、邏輯運算得到運算結(jié)果，將運算結(jié)果進行數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出到執(zhí)行器的控制器，決定進行何種算術(shù)、邏輯運算的控制策略，和負(fù)責(zé)根據(jù)運算結(jié)果進行相應(yīng)動作的執(zhí)行器組成；數(shù)據(jù)采集裝置為溫度傳感器、壓力傳感器和速度傳感器；控制器為PLC可編程控制器，分為以壓縮機變頻器為執(zhí)行機構(gòu)的第一閉環(huán)控制回路控制器，以步進電機為執(zhí)行機構(gòu)帶動的電子膨脹閥開度控制的第二閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器，以風(fēng)機變頻器為執(zhí)行機構(gòu)的開環(huán)控制系統(tǒng)二維模糊控制器，以可控硅為執(zhí)行器的閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器；與控制器相對應(yīng)，控制策略分為變雙變頻容量控制系統(tǒng)、電子膨脹閥容量系統(tǒng)及可控硅調(diào)節(jié)系統(tǒng)，前述控制器為模糊+PID的復(fù)合控制模式控制器，PID為比例積分微分控制。
所說的第一和第二閉環(huán)控制系統(tǒng)間在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上設(shè)置有單神經(jīng)元PID解耦控制。
所說的風(fēng)機的電機發(fā)熱量作為系統(tǒng)主要擾動，以前饋控制的形式與第一閉環(huán)的反饋控制組成復(fù)合控制系統(tǒng)。
所說的壓縮機的高低壓力、曲軸箱油溫，以常開觸點的形式接入可編程控制器PLC開關(guān)量輸入端子。
所說的恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)還設(shè)置有控制融霜開始時間的多維模糊控制器，采用開關(guān)量控制模式，控制執(zhí)行機構(gòu)為離心式加濕器，以檢測翅片溫度作為融霜結(jié)束的標(biāo)志信號。
本發(fā)明具備以下效果由于本發(fā)明采用了模糊+PID的復(fù)合控制模式控制器，從而實現(xiàn)了恒溫恒濕庫的多目標(biāo)控制，即系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制品質(zhì)和顯著的節(jié)能效果。此外，本發(fā)明還具有采用的調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、控制精度高和運行安全可靠的特點。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖中1、壓縮機 2、壓縮機變頻器 3、壓縮機進口壓力 4、壓縮機出口壓力，5、壓縮機外殼溫度 6、冷凝器 7、冷凝器進口風(fēng)溫度 8、冷凝器進口工作溫度，9 冷凝器出口工質(zhì)溫度 10、儲液器 11、過濾干燥器 12、電磁閥，13、視液鏡 14、電子膨脹閥 15、蒸發(fā)器 16、蒸發(fā)器翅片溫度，17、蒸發(fā)器進口風(fēng)溫 18、蒸發(fā)器出口風(fēng)溫 19、蒸發(fā)器進口工質(zhì)溫度，20、蒸發(fā)器出口工質(zhì)溫度 21、氣液分離器 22、#1送風(fēng)機 23、#送風(fēng)機，24、送風(fēng)機變頻器。
圖2為本發(fā)明的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖。
圖3為本發(fā)明的單神經(jīng)元PID解耦控制示意圖。
圖4為本發(fā)明的以前饋控制的形式與第一閉環(huán)的反饋控制組成復(fù)合控制系統(tǒng)示意圖。
圖5為本發(fā)明的邏輯結(jié)構(gòu)框圖。
圖6為本發(fā)明的庫溫、過熱度設(shè)定示意圖，其中，W11，W12，W21，W22為過程傳遞函數(shù)。
圖3、圖4和圖6中的符號表示加法器。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明。
本發(fā)明中采用壓縮機、冷風(fēng)機聯(lián)合變?nèi)萘靠刂?。在控制策略的選擇上，PLC是一種工業(yè)用計算機，通過用戶編輯程序?qū)崿F(xiàn)各種控制目的。具有可靠性高、編程簡單、易于維護的優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中。本系統(tǒng)選用西門子S7-300中型PLC為控制器，對整個機組實現(xiàn)智能控制，達(dá)到了節(jié)能和優(yōu)化控制的雙重目的。系統(tǒng)控制主要包括參數(shù)控制、安全控制、自動運行控制和融霜控制。
本發(fā)明以語言規(guī)則模型為基礎(chǔ)的模糊控制理論與具有自學(xué)習(xí)和任意逼近非線性映射能力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論相結(jié)合，配合以經(jīng)典控制方法解決恒溫恒濕系統(tǒng)中存在的系統(tǒng)控制參數(shù)強耦合和PID參數(shù)適應(yīng)性較差的問題。
本發(fā)明主要由數(shù)據(jù)采集裝置、控制器、執(zhí)行器和控制策略組成，數(shù)據(jù)采集裝置負(fù)責(zé)采集機組的運行參數(shù)，控制器負(fù)責(zé)對運行參數(shù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，根據(jù)控制策略進行算術(shù)、邏輯運算得到運算結(jié)果，將運算結(jié)果進行數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出到執(zhí)行器，執(zhí)行器負(fù)責(zé)根據(jù)運算結(jié)果進行相應(yīng)動作，控制策略是控制器的軟件內(nèi)容，決定進行何種算術(shù)、邏輯運算。本實施例中用溫度傳感器、壓力傳感器和速度傳感器為數(shù)據(jù)采集裝置，可編程控制器PLC為控制器，被步進電機拖動的電子膨脹閥、變頻器(風(fēng)機。壓縮機)及可控硅為主要執(zhí)行器，恒溫庫、庫內(nèi)食品、制冷機組為被控對象?？刂撇呗杂勺冸p變頻容量控制系統(tǒng)和電子膨脹閥容量及可控硅調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，可控硅調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
采用上述的調(diào)控系統(tǒng)對恒溫恒濕庫實時控制，其特征在于包括以下過程1制冷工況當(dāng)設(shè)定值小于系統(tǒng)當(dāng)前值時進入制冷工況。
制冷工況下控制主要包括以室內(nèi)溫度為被控參數(shù)，壓縮機變頻器為執(zhí)行機構(gòu)的第一閉環(huán)控制回路；以蒸發(fā)器出口過熱度為被控制參數(shù)，以步進電機為執(zhí)行機構(gòu)帶動的電子膨脹閥開度控制的第二閉環(huán)控制系統(tǒng)；以室內(nèi)貨品儲藏溫度為被控參數(shù)，以風(fēng)機變頻器為執(zhí)行機構(gòu)的二維模糊控制器(以果品溫度與室內(nèi)溫度偏差和果品溫度變化梯度為控制器輸入，以風(fēng)機頻率為控制器輸出)的開環(huán)控制系統(tǒng)。
閉環(huán)系統(tǒng)的控制均采用先進PID控制，由于第一和第二閉環(huán)控制系統(tǒng)間存在強耦合關(guān)系，本發(fā)明提出了基于BRISROL的相對增益理論的解耦控制，在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上加入單神經(jīng)元PID解耦控制，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小了系統(tǒng)過渡過程的時間和最大偏差，提高了系統(tǒng)的控制品質(zhì)。由于制冷系統(tǒng)存在時滯性，中心控制環(huán)節(jié)引入Smith預(yù)估補償器。同時，由于送風(fēng)機是屬于內(nèi)置式，其電機發(fā)熱量等于其電機功率，是恒溫恒濕庫的主要熱負(fù)荷之一，在低溫工況下。其發(fā)熱量對制冷系統(tǒng)影響較大。針對此，將風(fēng)機電機發(fā)熱量作為系統(tǒng)主要擾動，以前饋控制的形式與第一閉環(huán)的反饋控制組成復(fù)合控制系統(tǒng)。進一步提高系統(tǒng)的控制精度，同時有利于制冷系統(tǒng)平穩(wěn)運行。
2加熱工況當(dāng)設(shè)定值大于當(dāng)前值時，系統(tǒng)進入加熱工況。
加熱控制采用閉環(huán)控制，控制器選用模糊+PID的復(fù)合控制模式?？刂茍?zhí)行器為可控硅，3濕度控制4安全控制主要是針對壓縮機的，模型中采用檢測壓縮機的高低壓力、曲軸箱油溫，以常開觸點的形式接入PLC開關(guān)量輸入端子。同時，在程序中對壓縮機的啟停次數(shù)給予限制。同時，對庫內(nèi)溫度、濕度異常報警。上位機中有報警處理報告。
5融霜控制融霜控制是在大量實驗基礎(chǔ)上，以蒸發(fā)器進出口風(fēng)壓降、蒸發(fā)器入口風(fēng)的溫度、濕度、風(fēng)機電流為主要參數(shù)，采用多維模糊控制器控制融霜開始時間，以檢測翅片溫度作為融霜結(jié)束的標(biāo)志信號。
濕度控制采用開關(guān)量控制模式，控制執(zhí)行機構(gòu)為離心式加濕器。
權(quán)利要求
1.一種恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)，其特征在于，由負(fù)責(zé)采集機組的運行參數(shù)并傳遞給控制器的數(shù)據(jù)采集裝置，負(fù)責(zé)對運行參數(shù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，根據(jù)控制策略進行算術(shù)、邏輯運算得到運算結(jié)果，將運算結(jié)果進行數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出到執(zhí)行器的控制器，決定進行何種算術(shù)、邏輯運算的控制策略，和負(fù)責(zé)根據(jù)運算結(jié)果進行相應(yīng)動作的執(zhí)行器組成；數(shù)據(jù)采集裝置為溫度傳感器、壓力傳感器和速度傳感器；控制器為PLC可編程控制器，分為以壓縮機變頻器為執(zhí)行機構(gòu)的第一閉環(huán)控制回路控制器，以步進電機為執(zhí)行機構(gòu)帶動的電子膨脹閥開度控制的第二閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器，以風(fēng)機變頻器為執(zhí)行機構(gòu)的開環(huán)控制系統(tǒng)二維模糊控制器，以可控硅為執(zhí)行器的閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器；與控制器相對應(yīng)，控制策略分為變雙變頻容量控制系統(tǒng)、電子膨脹閥容量系統(tǒng)及可控硅調(diào)節(jié)系統(tǒng)，前述控制器為模糊+PID的復(fù)合控制模式控制器，PID為比例積分微分控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)，其特征在于，所說的第一和第二閉環(huán)控制系統(tǒng)間在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上設(shè)置有單神經(jīng)元PID解耦控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)，其特征在于，所說的風(fēng)機的電機發(fā)熱量作為系統(tǒng)主要擾動，以前饋控制的形式與第一閉環(huán)的反饋控制組成復(fù)合控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)，其特征在于，所說的壓縮機的高低壓力、曲軸箱油溫，以常開觸點的形式接入可編程控制器PLC開關(guān)量輸入端子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)，其特征在于，所說的恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)還設(shè)置有控制融霜開始時間的多維模糊控制器，采用開關(guān)量控制模式，控制執(zhí)行機構(gòu)為離心式加濕器，以檢測翅片溫度作為融霜結(jié)束的標(biāo)志信號。
全文摘要
本發(fā)明屬于恒溫庫控制領(lǐng)域，尤其是涉及恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)。為提供一種能達(dá)到節(jié)能和優(yōu)化控制的恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是恒溫恒濕庫變?nèi)萘孔詣涌刂葡到y(tǒng)，由負(fù)責(zé)采集機組的運行參數(shù)并傳遞給控制器的數(shù)據(jù)采集裝置，負(fù)責(zé)對運行參數(shù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，根據(jù)控制策略進行算術(shù)、邏輯運算得到運算結(jié)果，將運算結(jié)果進行數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出到執(zhí)行器的控制器，決定進行何種算術(shù)、邏輯運算的控制策略，和負(fù)責(zé)根據(jù)運算結(jié)果進行相應(yīng)動作的執(zhí)行器組成。本發(fā)明主要用于設(shè)計恒溫庫。
文檔編號G05B13/02GK1888987SQ20061001476
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者楊昭, 徐曉麗, 金國民, 孫樂川 申請人:天津大學(xué)