并聯壓縮機制冷系統以其高效節能、穩定可靠、成本較低的獨特優點,成為目前制冷工程優先選用的系統,逐漸被終端用戶和設計單位認識和接受;越來越多的低溫物流配送中心、食品加工廠、速凍設備和大型冷庫,開始使用并聯壓縮制冷系統取代原來的單機制冷系并聯壓縮機系統就是將多臺壓縮機并聯連接,安裝在一個公共的機架上,共用吸排氣集管、冷凝器及儲液器等部件,在自身配置的高性能中央處理器,一般是一臺高性能的PLC控制器或者是一臺并聯機組專用控制器的控制下,測控工作參數,優化運行狀態、協調工作,向制冷系統的主蒸發器或者各個末端冷庫的冷風機組提供制冷劑。
并聯壓縮機系統一般分為:半封活塞壓縮機并聯機組和螺桿壓縮機并聯機組。其中,螺桿壓縮機早期主要用于單機或“多機配打”制冷系統,螺桿壓縮機并聯機組技術出現的比較晚,但由于單臺制冷量較大;容積效率高;能級調節范圍寬廣,可以實現無級調節,有利于實現變頻調節;高可靠性;零件數量少,維修容易;而得到越來越廣泛的應用。
近幾年,隨著私營食品企業、蔬菜加工企業,大型超市,集貿市場,冷庫短期租賃等行業的不斷發展,建造大規模、小分間的集中冷庫成為冷鏈行業的發展趨勢,市場建設需求量逐年攀升。在這種趨勢下,螺桿并聯機組的優點顯得更加突出。螺桿壓縮機的功耗較大是一直存在的問題,因此,并聯壓縮機組控制系統的中央處理器在整個系統的節能運行控制、工況優化匹配控制、安全控制等方面起著至關重要的作用;對其控制原理、實現方法的深入研究富有深遠的節能環保意義和實用價值。
1、并聯壓縮機組控制系統的現狀與PLC控制方案
目前國內大多數并聯機組的控制系統,多采用微電腦控制器的控制方案。就其控制功能來看,基本上是時間繼電器+溫度繼電器+壓力繼電器的組合,僅能實現簡單的安全聯動和時間順序控制,談不上能級調節控制和程序調節控制,一般也沒有遠程通信功能,因此無法和PLC控制方案相提并論。PLC是一種高可靠性控制裝置,它與可編程程序調節器、DOS系統同被列為“不損壞儀表”,集三電(電控、電儀、電傳)于一體,具有較高的性能價格比,是多聯機組控制系統的首選。
我司產品控制思路簡述:機組控制器靠壓力或溫度控制壓縮機組和冷卻塔的啟停,末端庫的電磁閥靠冷庫內的溫度傳感器控制開停。機組和末端庫可選配集中監控或遠程監控功能。具體控制邏輯因客戶不同、適用場所不同會有所區別。
以 3 并聯機組打 4 個冷庫為例:機組部分靠采集壓力(4-20MA)或者溫度(NTC 或 PT)傳感器來采集信號,反饋給控制器(可編程控制器 PLC),實現對機組部分的壓縮機、冷凝風扇的控制,并平衡各臺壓縮機的運轉頻率,自動分配負載的運行時間,確保各臺壓縮機運行時間均勻,可實現能量平衡,大大提高機組的運行效率。機組保護有曲軸加熱、高、低壓保護,模塊保護,油壓差保護等。壓縮機的電流保護為本廠保護系統的一大亮點,為智能型電動機保護器,可顯示壓縮機運行的電流,同可通過按鍵切換查看 A\B\C 三相電流和整定電流,精度高(市場上一般的廠家電流控制精度只能做到 10-20%,我廠可做到 1%,這樣在并聯機組或大功率壓縮機保護中就大大降低了誤報警的幾率),保護時間可調,獨到的故障電流鎖定功能可在壓縮機發生過載、缺相告警時,鎖定發生故障時的電流,幫助客戶進行故障原因分析,并可選配通訊功能,如客戶需要在觸摸屏上采集電流信號,亦可實現??坷鋷靸鹊臏囟葌鞲衅鞣答仠囟刃盘柦o溫控模塊,可單點亦可多點測溫、控溫控制電磁閥開停,并與機組部分聯動,末端庫和機組部分的數據集成在觸摸屏或者電腦上實現集中控制。
PLC采用運行時間均衡控制或運行時間順序控制的總體控制策略,保證了每臺機頭的運行時間均衡,使每臺機頭的磨損程度保持基本一致,大大提高了整臺機組的運行壽命。
PLC控制程序采用梯形圖控制語言進行編程;上位集控主計算機采用了昆侖KL-EV3000專用工控軟件,可以實現:系統實時監控、狀態曲線監視、報警顯示、系統控制、數據的存儲、現實、打印等功能,較好地滿足了用戶的要求;并且,由于采用了基于標準的TCP/IP通信協議的現場總線技術因此,還可以較好的和冷庫的控制系統機型系統進行整合,實現DCS集散式控制系統。
人機界面我們摒棄了落后的按鈕開關操作界面,采用了昆侖通態高清晰度真彩MCGS觸摸屏為操作界面的較為先進的控制方案,該觸摸屏防水、防油污、防塵,在實際應用中取得了良好的效果。其運行控制、參數設置界面如下圖所示,菜單直觀、操作更具人性化、風格簡約。
2、螺桿并聯機組采用PLC控制的節能效果分析
隨著外界負荷大幅度的變化,雖然螺桿式壓縮機可以采用滑閥來調節其輸氣量,調節過程中,壓縮機的壓縮功幾乎是隨輸氣量的減少而成比例地減少,盡管如此,對于用單臺壓縮機組成的單級系統來說,由于在低負荷下的低效率運行、頻繁啟動,及其運轉中的實際機械損耗部分幾乎仍然不變,因此,其系統的單位制冷功耗要比多聯機組構成的系統高得多。
在同一系統中采用多臺壓縮機并聯來代替單臺壓縮機運行,在冷負荷發生動態變化時,并聯壓縮機組將通過PLC和各種傳感器所組成的控制系統,調節整個制冷系統中壓縮機的減載、加載、啟動、停機,使得并聯壓縮機組的吸氣壓力保持在恒定和正常的工作范圍內工作,從而大大提高了系統的的工作效率,節省能源;特別是在制冷量較大,而且制冷量波動明顯的系統中,節能控制的效果更為明顯,如:氣調冷庫、高溫冷庫、流態速凍機等,平均節能可以達到18%。當制冷量降到50%--75%時,多臺主機組成的機組比單臺機組節能15%--26%。實踐證明:當總制冷負荷保持在50%時,系統的綜合節能效果最為明顯!
由于,采用了PLC控制的并聯壓縮機組可以采用分時化霜的工作模式,即在一部分冷間的冷風機持續供冷的同時,另外一部分冷間的冷風機進入化霜工作模式,因此,就可以實現在不消耗額外電能的前提下應用熱排氣回流化霜技術,避免電化霜帶來的巨大的電能消耗量,而電除霜是整個冷庫系統運行中的耗電大戶,通常情況下,凈面積250m,凈高5.3m的低溫冷庫電化霜每年消耗的電能就高達25萬多度。如果采用熱氣化霜,這項消耗就可以完全避免,而由于采用熱氣化霜產生的初始投資成本增量,一般可以在2年內收回。
并聯壓縮機組不但對工況調節帶來好處,同時也帶來了一系列其它優點:其一是可以用較少的機型來滿足不同輸氣量的需要,便于制造廠生產,降低成本;其二是使用時可以逐臺啟動主機,對電網沖擊小,啟動裝置的要求低,如30kw以下機型可以直接啟動;其三是運轉效率可以提高,當其中某一臺主機出現故障時,可以單獨維修而系統仍然可以維持運行,而對于單臺機組構成的制冷系統,系統將完全停止運行,這對于食品的安全儲藏,將是無法想象的。
3、并聯壓縮機組工程實踐中的主要問題
采用并聯螺桿式壓縮機組構成的制冷系統,必將促使螺桿式壓縮機向小型化發展,這就需要考慮小型螺桿式壓縮機的效率和制造工藝及成本等問題,單機標準工況制冷量確定必須合理。
另外,PLC的生產商較多,所以,采用PLC控制系統的并聯壓縮機組,在工程實踐當中也存在較多的問題;問題之一就是:制冷系統的中央控制系統,和并聯壓縮機組控制系統的接口兼容問題,包括:電氣接口、通訊協議、標準規范等等,其中,通信協議問題最為突出;S7-200可編程序控制器通過采用EM277PROFIBUS擴展從站模塊和PPI、MPI通信協議或自由通信方式,RS485控制總線;也可以通過采用CP243-1通信處理機,TCP/IP通信協議和工業以太網;與中央9 主控計算機保持高速通信,實時監控整個冷庫制冷系統的全自動運行狀態,在必要時及時給于人工干預,確保系統設備和儲藏食品的安全。
另外一個突出的問題是控制器的環境規格是否可以滿足冷庫機房內,高溫、高濕、磁擾的工作環境,某公司生產的PLC控制器在環境較好的控制機房內工作時表現良好,可是,一旦安裝到制冷機組設備間,工作就不太穩定,主要表現在銹蝕、通信響應不穩定,抗震性差等方面。
我司選用的西門子S7-200PLC的工作環境技術參數是:工作環境溫度:0℃~55℃工作環境濕度:95%非冷凝濕度機械震動:15G,11ms脈沖,3軸向6次震動靜電放電:對所有通信端口和面8KV輻射電磁場:MHz~1GHz10v/m
空氣放電由于PLC適合工作于比較惡劣的工業環境中因此,并聯壓縮機組控制系統采用以PLC為核心的控制系統是一種比較理想的方案,完全能夠滿足整個制冷系統的節能降耗、安全運行的控制要求,實際運行的測試結果顯示:擁有較好的以PLC為核心的控制系統的并聯壓縮機組制冷系統比擁有較好的能級控制系統的單臺制冷系統更為節能,當并聯壓縮機組控制系統和冷庫其他設備的控制系統通過現場總線聯網組成DCS集散式控制系統之后,其整體的節能和人力資源消耗降低的效益更加明顯,如果從并聯壓縮機組市場應用規模,和宏觀GWP效應的角度考慮,其社會效益更為可觀。
??滤茧姎鈱W⒂跒橹评湫袠I提供安全穩定的成套電氣設計方案,國內已做過大量大型的速凍、冷藏等制冷工程控制系統,積累了豐富的項目經驗和多項工程的實測數據,歡迎廣大制冷圈的朋友來電咨詢、探討。技術咨詢:焦工18962622189;業務聯系:南區張經理18906222912;北區徐經理:18906222909。