專利名稱：：模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種空調(diào)機(jī)組能量調(diào)節(jié)的方法，具體說是一種模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法。技術(shù)背景模塊化螺桿壓縮機(jī)組是一種特大冷量的中央空調(diào)機(jī)組，是由若干臺大冷量的螺桿壓縮機(jī)組水路上并聯(lián)而成，應(yīng)用范圍很廣，適用于化工、冶金等行業(yè)。隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)工藝要求日益提高，對水溫控制精度的要求也越來越高。可是現(xiàn)階段模塊化螺桿壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)幾乎都采用傳統(tǒng)的控制技術(shù)，對工況及水溫變化的適應(yīng)性較差，控制慣性較大。傳統(tǒng)控制方式為段式調(diào)節(jié)法和趨勢調(diào)節(jié)法。段式調(diào)節(jié)法即在設(shè)定精度范圍內(nèi)將精度分為幾段，不同的溫度段內(nèi)壓縮機(jī)幵啟的臺數(shù)和每臺壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)不同；當(dāng)溫度變化時，只能根據(jù)設(shè)定好的能量調(diào)節(jié)程序調(diào)節(jié)機(jī)組能量投入；趨勢調(diào)節(jié)法即根據(jù)水溫設(shè)定值和精度范圍分成加載區(qū)、保持區(qū)、卸載區(qū)和急停區(qū)，看當(dāng)前水溫落在那個區(qū)域，如果落在加載區(qū)即壓縮機(jī)加載一次，落在卸載區(qū)即壓縮機(jī)卸載一次，如果落在保持區(qū)則壓縮機(jī)維持能量不變。這些控制方法簡單，溫度控制精度低，對于水溫波動較大的場合，甚至根本達(dá)不到用戶設(shè)定值，難以滿足現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝要求。因此，在負(fù)荷多變的條件下，如何快速調(diào)整模塊化螺桿機(jī)組能量投入以滿足生產(chǎn)工藝溫度精度要求則成為一個必須解決的問題，而模塊化空調(diào)系統(tǒng)是一個具有多輸入多輸出、參數(shù)時變、純滯后、大慣性的非線性系統(tǒng)，其控制過程與環(huán)境條件及空調(diào)系統(tǒng)本身的諸多因素密切相關(guān)，許多參數(shù)難以計(jì)算和測量，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本發(fā)明針對現(xiàn)在模塊化螺桿機(jī)組水溫控制精度低的情況，提供一種控制方法簡單、在不增加成本的情況下的一種模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法。技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種模塊化螺桿機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟(a)通過人機(jī)界面設(shè)定總出水溫度T。；(b)水溫檢測模塊檢測水溫并進(jìn)行必要的濾波處理，并將第k次檢測的溫度信號Tk傳送給可編程控制器PLC;(c)經(jīng)過一個溫控周期，水溫檢測模塊再次檢測水溫，并將第k+l個溫控周期檢測到的溫度信號Tw傳送給可編程控制器PLC;(d)可編程控制器PLC根據(jù)公式e=Tk-T。，ec=(Tk+1-Tk)/T;計(jì)算溫度偏差e和溫差變化率ec，其中T為一個溫控周期，數(shù)值上T二l;(e)可編程控制器PLC根據(jù)公式￡=五C-、xec，將溫度偏差e和溫差變化率ec模糊化為模糊變量溫差E和模糊變量溫差變化率EC，其中&和&是根據(jù)e和ec基本論域計(jì)算出的量化因子；(f)根據(jù)模糊變量溫差E和溫差變化率EC，査詢預(yù)編的模糊控制査詢表，得到控制增量u，根據(jù)上一個溫控周期的模塊化螺桿壓縮機(jī)累計(jì)運(yùn)行段數(shù)S。n、累計(jì)停止段數(shù)S。ff，比較S。。和S。ff是否超過所有壓縮機(jī)能調(diào)段數(shù)之和，如果超過則維持當(dāng)前能量不動，然后跳到步驟(h);如果S。n和S。ff沒超過所有壓縮機(jī)能調(diào)段數(shù)之和，由S。Js。ff及當(dāng)前溫控周期內(nèi)的控制增量u，禾U用公式s。n=S。n+U(u》0)或s。fs。ff-u(uO)計(jì)算出當(dāng)前溫控周期內(nèi)模塊化螺桿壓縮機(jī)累計(jì)運(yùn)行段數(shù)s。n或累計(jì)停止段數(shù)s。ff，其中，s。n和s。ff的取值范圍為0到所有壓縮機(jī)能調(diào)段數(shù)之和，所有壓縮機(jī)能調(diào)段數(shù)之和為一臺壓縮機(jī)的能調(diào)段數(shù)與總的壓縮機(jī)臺數(shù)的乘積；(g)根據(jù)公式nF(s。n-S。ff)-nX4，計(jì)算出壓縮機(jī)按順序累計(jì)運(yùn)行n+l臺，其中n臺滿載，另一臺以m的能量檔次運(yùn)行，最后可編程控制器PLC根據(jù)m和n的值調(diào)整模塊化螺桿壓縮機(jī)的能量投入；m的取值范圍為14，n的取值范圍為110;如果m為l則該模塊螺桿壓縮機(jī)運(yùn)行25X的能量，如果為2該模塊螺桿壓縮機(jī)運(yùn)行50%的能量，如果為3該模塊螺桿壓縮機(jī)75%運(yùn)行，如果為4該模塊螺桿壓縮機(jī)運(yùn)行100%的能量；n的值為壓縮機(jī)啟動的滿載臺數(shù)，取值范圍為l10，如果為l啟動第一臺壓縮機(jī)，2為啟動第二臺壓縮機(jī)，以此類推，直至啟動第10臺壓縮機(jī)；(h)返回步驟(c)，并將l^k+l代入計(jì)算第k次溫度檢測。其中，不同溫度偏差e具有不同的修正因子，公式表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中C/為輸出增量，a。"2為區(qū)間(0，1)的數(shù)值，選取",^，即偏差五較小時，對紀(jì)的加權(quán)大于對f的加權(quán)，以利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，當(dāng)偏差^l較大時，對f的加權(quán)大于對紀(jì)的加權(quán)，以加速系統(tǒng)響應(yīng)，其中NS、Z0、PS、PM、PB、NM和NB為輸入輸出變量語言。其中，步驟(f)中的模糊控制査詢表是通過模糊推理語言規(guī)則，IFEandECthenU，其中NS、Z0、PS、PM、PB、NM和NB為輸入輸出變量語言，歸納成為模糊控制規(guī)則表EC<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>其中，其中輸入輸出變量語言表達(dá)為負(fù)大NB、負(fù)中醒、負(fù)小NS、零ZO、正小PS、正中PM、正大PB。其中，步驟(g)中能量投入的改變包括壓縮機(jī)開啟臺數(shù)的改變和壓縮機(jī)能調(diào)的改變。其中，壓縮機(jī)是四段式或三段式。其中，所述模塊化螺桿壓縮機(jī)組為水冷模塊化螺桿壓縮機(jī)組或風(fēng)冷模塊化螺桿機(jī)壓縮組。有益效果:本發(fā)明在不增添多余控制手段的情況下，采用原有的水溫傳感器，應(yīng)用模糊控制方法合理調(diào)節(jié)模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量投入，使得模塊化螺桿壓縮機(jī)組在全年運(yùn)行工況下水溫精度都達(dá)到用戶要求，而且響應(yīng)速度很快，超調(diào)小，既不增加成本，又簡單易行，十分有利于模塊化螺桿壓縮機(jī)組在工藝性溫度控制方面的推廣。圖l是本發(fā)明的控制流程圖。圖2是本發(fā)明的控制檢測系統(tǒng)示意圖。圖3是模塊化螺桿壓縮機(jī)組示意圖。圖4是采用段式調(diào)節(jié)方法時的水溫曲線圖。圖5是采用模糊控制方法后的水溫曲線圖。圖6為三角分布隸屬度函數(shù)分布曲線圖。具體實(shí)施方式如圖1、2、3所示本發(fā)明是利用原控制系統(tǒng)的PLC(可編程控制器)、模擬量檢測模塊、水溫傳感器等控制元件，全新開發(fā)模糊控制程序替代原控制系統(tǒng)控制程序，在不增加成本的情況下達(dá)到提高水溫控制精度，滿足用戶要求的目的。模塊化螺桿機(jī)組水溫控制的模糊控制方法，是通過實(shí)時采集機(jī)組出水溫度偏差和溫差變化率來控制壓縮機(jī)開啟臺數(shù)和能調(diào)檔次，所以機(jī)組控制系統(tǒng)采用雙輸入單輸出型的模糊控制模型，即輸入e(溫差)、ec(溫差變化率)，輸出U(輸出增量)。模糊變量分別為E(溫差)，EC(溫差變化率)，U(輸出增量)。輸入輸出變量語言表達(dá)為負(fù)大(NB),負(fù)中(NM)，負(fù)小(NS),零(Z0)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)。在模糊控制規(guī)則表中一共有36條模糊關(guān)系，其中及計(jì)算方法為^=[(溜)^(溜)玩]><(尸5)。依次求出36個模糊關(guān)系，并對模糊關(guān)系"并"運(yùn)算，即獲得表示模塊化螺桿機(jī)組的控制規(guī)則的總模糊關(guān)系》，以上這些模糊關(guān)系均可離線計(jì)算。計(jì)算出模糊關(guān)系》后，基于模糊合成規(guī)則，結(jié)合溫差和溫差變化率，0=(^><紀(jì))。^，求取控制量U的模糊集合，并應(yīng)用最大隸屬度算法對U的模糊集合進(jìn)行模糊判決，通過公式"-&xt/得到模糊控制查詢表，取得對應(yīng)的控制增量u。實(shí)施控制時，PLC根據(jù)輸入偏差與輸入溫差變化率，通過修正計(jì)算，然后直接?xùn)苏乙阉愫玫目刂撇樵儽恚@得相應(yīng)控制增量，再通過公式計(jì)算出壓縮機(jī)滿載臺數(shù)以及每臺壓縮機(jī)的能調(diào)檔次。以5個模塊化螺桿機(jī)組LSBLGM2160D為例，該5個模塊共有10臺螺桿壓縮機(jī)，均為4段式，貝U總段數(shù)為4X10=40，控制系統(tǒng)采用西門子S7-200系列可編程控制器PLC，選擇應(yīng)用模糊控制方式，利用S7-200系列PLC速度快、計(jì)算功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，檢測機(jī)組的總出水溫度，PLC計(jì)算水溫偏差和溫差變化率，控制方式采用模糊控制，同時PLC通過COM口和人機(jī)界面交換實(shí)時數(shù)據(jù)。選擇偏差e的基本論域?yàn)閇-3°C，+3°C]，選定E的論域X^-6，-5，…，0，一-,+5，+6}，則偏差E的量化因子^=6/3=2。PLC通過A/D轉(zhuǎn)換模塊檢測機(jī)組總出水溫度，計(jì)算溫差并通過公式JT=^xe，然后四舍五入就可以轉(zhuǎn)化為-6到6之間的一個數(shù)，為變量E選7個語言值負(fù)大(NB)，負(fù)中(NM)，負(fù)小(NS)，零(Z0)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)。建立變量E的賦值表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注"0"值不寫。其中選擇三角分布隸屬度函數(shù):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>,其它其分布曲線如圖6所示。上述三角分布隸屬度函數(shù)中a，b,c，u,u均在實(shí)數(shù)范圍內(nèi)。同理建立變量EC的賦值表，ec的基本論域?yàn)閇-2.0，+2.0]，若選定EC的論域X^-6，-5，…，0，…，+5，+6}，則EC的量化因子^=6/2.0=3。同理建立控制變量U的賦值表，u的基本論域?yàn)閇-6，+6]，若選定U的論域X={-6，-5，-—，0，—-，+5，+6}，則U比例因子^=6/6=1。通過模糊控制規(guī)則表計(jì)算出模塊化螺桿壓縮機(jī)組的控制規(guī)則的總模糊關(guān)系^，基于模糊合成規(guī)則，結(jié)合溫差和溫差變化率，&=C^xg5)o》，求取控制量U的模糊集合，并應(yīng)用最大隸屬度算法對U的模糊集合進(jìn)行模糊判決，最終得到實(shí)際控制量u，得到模糊控制査詢表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>將以上已經(jīng)計(jì)算好的模糊控制查詢表轉(zhuǎn)換為PLC程序并下載PLC中，如用戶設(shè)定總出水溫度為T。=7°C,PLC通過A/D模塊檢測出當(dāng)前溫控周期機(jī)組出水溫度T產(chǎn)9'C,上次溫控周期檢測溫度T^9.3'C，則出水溫差e為T。-T產(chǎn)-2'C，通過公式五=&xe得到E=-4，則溫差變化率ec為(T「T2)/T=(9-9.3)/1=-0.3，通過公式五C-、xec得到EC^1，通過査詢模糊控制査詢表即可得輸出控制增量u=+2，這時PLC需要在上一溫控周期累計(jì)運(yùn)行段數(shù)5。之上再加2。假設(shè)上一溫控周期累計(jì)運(yùn)行段數(shù)S。^22，上一溫控周期累計(jì)停止段數(shù)S。ff=10，通過公式5。=3。+11(11>0)=24，再根據(jù)公式n^(s。n-s。ff)-nX4，計(jì)算出m二2和n二3，則共啟動n+14臺壓縮機(jī)，其中3臺壓縮機(jī)滿載，另一臺壓縮機(jī)以50%能量運(yùn)行；又如用戶設(shè)定總出水溫度仍為T。=7°C，PLC通過A/D模塊檢測出當(dāng)前溫控周期機(jī)組出水溫度T^6.7'C，上次溫控周期檢測溫度T^6.0'C，則出水溫差e為T0-T產(chǎn)O.3°C，通過公式￡=&xe得到E=l，則溫差變化率ec為(T「T2)/T=(6.7-6.2)/l=0.5,通過公式五C=^xec得到EC=2，通過査詢模糊控制査詢表即可得輸出控制增量11=-2，這時PLC需要在上一溫控周期累計(jì)停止段數(shù)s。之上再加-2個能調(diào)檔次。假設(shè)上一溫控周期累計(jì)停止段數(shù)s。f產(chǎn)10，累計(jì)運(yùn)行段數(shù)son=22，通過公式soff=soff-u(u<0)=12,再根據(jù)公式m:(s。n-s。ff)+nX4，計(jì)算出m二2和n二2，則按順序累計(jì)啟動n+l臺壓縮機(jī)，其中2臺滿載，另一臺以50%能量運(yùn)行。通過在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)時檢測，得到相當(dāng)好的控制效果。原來機(jī)組的水溫控制采用段式調(diào)節(jié)方法或趨勢調(diào)節(jié)法，水溫超調(diào)量、波動也大，具體水溫曲線見圖4，用模糊控制方法后，機(jī)組水溫控制精度大為提髙，響應(yīng)速度很快，超調(diào)小，具體水溫曲線見圖5。權(quán)利要求1、一種模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(a)通過人機(jī)界面設(shè)定總出水溫度T0；(b)水溫檢測模塊檢測水溫并進(jìn)行必要的濾波處理，并將第k次檢測的溫度信號Tk傳送給可編程控制器PLC；(c)經(jīng)過一個溫控周期，水溫檢測模塊再次檢測水溫，并將第k+1個溫控周期檢測到的溫度信號Tk+1傳送給可編程控制器PLC；(d)可編程控制器PLC根據(jù)公式e＝Tk-T0，ec＝(Tk+1-Tk)/T；計(jì)算溫度偏差e和溫差變化率ec，其中T為一個溫控周期，數(shù)值上T＝1；(e)可編程控制器PLC根據(jù)公式E＝ke×e，EC＝kec×ec，將溫度偏差e和溫差變化率ec模糊化為模糊變量溫差E和模糊變量溫差變化率EC，其中ke和kec是根據(jù)e和ec基本論域計(jì)算出的量化因子；(f)根據(jù)模糊變量溫差E和溫差變化率EC，查詢預(yù)編的模糊控制查詢表，得到控制增量u，根據(jù)上一個溫控周期的模塊化螺桿壓縮機(jī)累計(jì)運(yùn)行段數(shù)Son、累計(jì)停止段數(shù)soff，比較son和soff是否超過所有壓縮機(jī)能調(diào)段數(shù)之和，如果超過則維持當(dāng)前能量不動，然后跳到步驟(h)；如果son和soff沒超過所有壓縮機(jī)能調(diào)段數(shù)之和，由Son和soff及當(dāng)前溫控周期內(nèi)的控制增量u，利用公式son＝son+u(u≥0)或soff＝soff-u(u<0)計(jì)算出當(dāng)前溫控周期內(nèi)模塊化螺桿壓縮機(jī)累計(jì)運(yùn)行段數(shù)son或累計(jì)停止段數(shù)soff，其中，son和soff的取值范圍為0到所有壓縮機(jī)能調(diào)段數(shù)之和，所有壓縮機(jī)能調(diào)段數(shù)之和為一臺壓縮機(jī)的能調(diào)段數(shù)與總的壓縮機(jī)臺數(shù)的乘積；(g)根據(jù)公式m＝(son-soff)-n×4，計(jì)算出壓縮機(jī)按順序累計(jì)運(yùn)行n+1臺，其中n臺滿載，另一臺以m的能量檔次運(yùn)行，最后可編程控制器PLC根據(jù)m和n的值調(diào)整模塊化螺桿壓縮機(jī)的能量投入；m的取值范圍為1～4，n的取值范圍為1～10；(h)返回步驟(c)，并將k＝k+1代入計(jì)算第k次溫度檢測。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法，其特征在于不同溫度偏差e具有不同的修正因子，公式表示為〈4+(卜％)玩〉,f=取zo，ps'a2^+(1—r2)25〉，E=尸M,尸5,7VM,其中G為輸出增量，a。"2為區(qū)間(0，1)的數(shù)值，選取a^a2，即偏差^較小時，對紀(jì)的加權(quán)大于對f的加權(quán)，以利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，當(dāng)偏差pl較大時，對f的加權(quán)大于對紀(jì)的加權(quán)，以加速系統(tǒng)響應(yīng)，其中NS、Z0、PS、PM、PB、醒和NB為輸入輸出變量語言。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法，其特征在于步驟(f)中的模糊控制查詢表是通過模糊推理語言規(guī)則，IFEandECthenU，其中NS、Z0、PS、PM、PB、NM和NB為輸入輸出變量語言，歸納成為模糊控制規(guī)則表<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>4、根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法，其特征在于其中輸入輸出變量語言表達(dá)為負(fù)大NB、負(fù)中國、負(fù)小NS、零ZO、正小PS、正中PM、正大PB。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法，其特征在于步驟(g)中能量投入的改變包括壓縮機(jī)開啟臺數(shù)的改變和壓縮機(jī)能調(diào)的改變。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述的壓縮機(jī)是四段式或三段式。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述模塊化螺桿壓縮機(jī)組為水冷模塊化螺桿壓縮機(jī)組或風(fēng)冷模塊化螺桿壓縮機(jī)組。全文摘要本發(fā)明公開了一種模塊化螺桿壓縮機(jī)組的能量調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟設(shè)定總出水溫度；檢測水溫，將第k個溫控周期檢測的溫度信號傳送給PLC；經(jīng)過一個溫控周期，再次檢測水溫，將第k+1個溫控周期檢測到的溫度信號傳送給PLC；計(jì)算溫度偏差和溫差變化率；將其模糊化為模糊變量溫差和溫差變化率；查詢模糊控制表，得到控制增量，計(jì)算累計(jì)運(yùn)行段數(shù)或累計(jì)停止段數(shù)、壓縮機(jī)滿載臺數(shù)和壓縮機(jī)能調(diào)檔次；重復(fù)上述步驟。本發(fā)明應(yīng)用模糊控制方法合理調(diào)節(jié)模塊化螺桿壓縮機(jī)組的投入臺數(shù)以及能調(diào)檔次，使得其在全年運(yùn)行的工況始終能夠?qū)崟r跟蹤用戶負(fù)荷，把總水溫控制在用戶的要求范圍之內(nèi)，響應(yīng)速度快、超調(diào)小，既不增加成本，又簡單易行。文檔編號G05D23/185GK101393426SQ20081015658公開日2009年3月25日申請日期2008年10月9日優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日發(fā)明者伍中喜,何小全,張淑萍,房小軍,昱湯,繆志華,譚來仔,陳傳寶申請人:南京五洲制冷集團(tuán)有限公司