電氣工程與自動(dòng)化畢業(yè)論文船舶制冷控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　船舶制冷控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程與自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展，人們正在不斷的開發(fā)資源，從陸地到太空，再到深海，到處都是人類開采的腳步

3、。大海，人類相對(duì)來(lái)說(shuō)了解的還是很少，現(xiàn)今的科技還不足人們涉足深海。海洋魚類資源豐富，是食物的一大來(lái)源，但是海洋過(guò)于廣闊，魚類的品質(zhì)和船員的食物如何保鮮也是一大難題。所以在不斷向海洋開發(fā)，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)今，制冷系統(tǒng)的發(fā)展和研究是近幾年來(lái)大家所關(guān)心熱點(diǎn)， 因?yàn)殡S著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代化的不斷提高，各行各業(yè)都離不開制冷的科技問(wèn)題，尤其是夏天，制冷更是人們最關(guān)心的問(wèn)題。特別是在沿海地區(qū)，如船舶運(yùn)輸、海洋捕漁業(yè)及水產(chǎn)品的精深加工業(yè)等重要

4、支柱產(chǎn)業(yè)都需要高質(zhì)量的制冷技術(shù)。制冷技術(shù)在船舶上有著廣泛的應(yīng)用，如需冷藏的貨物與食品，魚類的運(yùn)輸以及船員居住環(huán)境改善，空調(diào)制冷等，隨著海洋資源開采的不斷深入，海洋考察和海底開發(fā)等都已與制冷技術(shù)密切相關(guān)。本文從船舶制冷控制系統(tǒng)的電氣原理圖和數(shù)據(jù)模型的動(dòng)態(tài)分析出發(fā)，對(duì)優(yōu)化船舶制冷控制系統(tǒng)提出了建議和措施。</p><p>　　在上述論述基礎(chǔ)上提出船舶制冷系統(tǒng)控制目標(biāo)函數(shù)，擬定系統(tǒng)優(yōu)化的綜合性能指標(biāo)；設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成方案

5、和電器控制原理圖，選擇測(cè)溫及測(cè)壓的檢測(cè)元件等對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行PLC控制，編制梯形圖；分析壓縮機(jī)負(fù)荷性質(zhì)以及變頻控制電動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)電能消耗之間的功率聯(lián)系，闡明變頻節(jié)能的基本原理。為了更精確的掌握制冷系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，以及更好的了解變頻器對(duì)于電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)的節(jié)能效果，著重的分析了壓縮機(jī)在不同情況下動(dòng)態(tài)性能以及轉(zhuǎn)速的變化，也為制冷系統(tǒng)的優(yōu)化提出了些許建議和措施。</p><p>　　關(guān)鍵詞：船舶制冷；動(dòng)態(tài)分析；控制優(yōu)化；可編程

6、控制器</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　As technology develops, people are constantly developing resource, from land to space, to the deep sea, the pace of exploitation of human beings

7、 everywhere. Sea, or the understanding of the human is relatively small, less than today's people involved in deep sea technology. Rich in marine fish resources is a major source of food, but the ocean is too vast, t

8、he quality of fish, how fresh the food and the crew is a big problem. So to keep the marine development, the development of marine economy t</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1

9、</b></p><p>　　第1章 制冷控制系統(tǒng)原理與優(yōu)化4</p><p>　　1.1 目標(biāo)函數(shù)的確定4</p><p>　　1.2 優(yōu)化指標(biāo)的確定4</p><p>　　1.3 制冷系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和控制決策4</p><p>　　1.3.1 壓縮機(jī)和電動(dòng)機(jī)模型數(shù)據(jù)計(jì)算5</p>

10、<p>　　1.3.2 冷庫(kù)溫控系統(tǒng)模型5</p><p>　　1.3.3 壓縮機(jī)能量控制6</p><p>　　第2章 制冷控制系統(tǒng)電氣構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)8</p><p>　　2.1制冷控制系統(tǒng)電氣原理構(gòu)成圖8</p><p>　　2.2制冷系統(tǒng)的硬件組成及軟件設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.2.1船

11、舶制冷系統(tǒng)示意圖9</p><p>　　2.2.2系統(tǒng)硬件組成10</p><p>　　2.2.3壓縮機(jī)工作原理11</p><p>　　2.2.4電動(dòng)機(jī)工作原理11</p><p>　　2.2.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)14</p><p>　　第3章 制冷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)15</p><p>

12、　　3.1 變頻器、PLC與制冷系統(tǒng)的聯(lián)接15</p><p>　　3.2 溫度控制的實(shí)現(xiàn)16</p><p>　　3.3 壓力控制的實(shí)現(xiàn)16</p><p>　　3.4 可編程序控制器PLC程序流程圖17</p><p>　　第4章 結(jié)束語(yǔ) 22</p><p><b>　　致謝23</b

13、></p><p>　　參考文獻(xiàn) 24</p><p><b>　　附錄25</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著科技的不斷發(fā)展，制冷技術(shù)已廣泛的應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)，交通運(yùn)輸業(yè)等方面，已成為我國(guó)生產(chǎn)、生活上不可分割的一個(gè)部分。船舶運(yùn)輸業(yè)

14、是是沿海的一個(gè)重要行業(yè)，制冷技術(shù)在船舶運(yùn)輸上得到看廣泛的運(yùn)用。如：船舶運(yùn)輸貨物，食品冷藏，生活環(huán)境的制冷都離不開制冷技術(shù)。由于遠(yuǎn)洋船舶航行距離長(zhǎng)，時(shí)間長(zhǎng)，所以易腐貨物必須通過(guò)冷藏才能保證運(yùn)輸?shù)竭_(dá)目的地。同時(shí)船上船員在航海期間生活上又必須得到保障，這又離不開制冷技術(shù)，以保證新鮮食品和飲料的供應(yīng)，再說(shuō)船上的氣溫環(huán)境，在夏天海洋氣候炎熱，船艙內(nèi)溫度極高，需要通過(guò)制冷技術(shù)產(chǎn)生調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度來(lái)以提供船員舒適的生活水平。制冷技術(shù)在特種船舶上也有浙廣泛

15、的用處。比如漁船上，在現(xiàn)階段，出海捕魚已經(jīng)向遠(yuǎn)洋深海發(fā)展，漁場(chǎng)面積大，海上工作時(shí)間長(zhǎng)，為保證魚的新鮮，就必須在船上設(shè)置制冷系統(tǒng)，以保證魚類的品質(zhì)。尤其是對(duì)比較大的魚類，如金槍魚等，都需要對(duì)魚類進(jìn)行冷凍加工，才能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。海洋是人類的巨大寶庫(kù)，為了更進(jìn)一步的開發(fā)海洋資源，更好的發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，就必須進(jìn)行海洋考察，建造海洋考察船，深海探測(cè)器，以及海上開采基地等設(shè)施。為保證這些船舶建筑設(shè)施的工作條件，制冷系統(tǒng)這些裝置就必不可少。尤</

16、p><p>　　制冷技術(shù)是指用人工的方法將一些超過(guò)需要溫度物體在一定的時(shí)間和空間內(nèi),使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個(gè)溫度。制冷技術(shù)研究?jī)?nèi)容有三方面：研究獲得低溫的方法和有關(guān)的機(jī)理以及與此相應(yīng)的制冷循環(huán)，并對(duì)制冷循環(huán)進(jìn)行熱力學(xué)的分析和計(jì)算。研究制冷劑的性質(zhì)，從而為制冷機(jī)提供性能滿意的工作介質(zhì)。研究實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)所必須的各種機(jī)械和技術(shù)設(shè)備，包括它們的工作原理、性能分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及制冷裝置的流程組織、系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)。此

17、外，還有熱絕緣問(wèn)題，制冷裝置的自動(dòng)化問(wèn)題，等等。在船上食品的冷藏條件：水果、蔬菜和乳品冷藏溫度0～5 ℃，相對(duì)濕度85～90％，肉類－冷凍溫度-23～-30 ℃，凍結(jié)速度2～5cm/h；船舶伙食冷庫(kù)低溫庫(kù)-18～-20 ℃可保存6個(gè)月；-10～-12℃可保存2、3個(gè)月。為大家所熟知的臭氧也有很強(qiáng)的冷藏作用，不過(guò)缺點(diǎn)也很明顯：（1）殺菌：臭氧性質(zhì)極不穩(wěn)定，很易分解出單原子氧，且單原子氧的性質(zhì)十分活潑，有較強(qiáng)氧化作用，當(dāng)單原子氧與霉菌等微生

18、物接觸時(shí)，使微生物的細(xì)胞膜氧化，導(dǎo)致微生物死亡。（2）抑制水果的呼吸：防止成熟過(guò)快。（3）除臭：對(duì)魚類等具有除臭作用。（4）不能用于奶制品和油脂類食品：易氧</p><p>　　縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮后以高壓排出。壓縮機(jī)排出的高壓氣態(tài)制冷劑進(jìn)冷凝器，被常溫的冷卻水或空氣冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體流經(jīng)膨脹閥時(shí)節(jié)流，變成低壓低溫的氣液兩相混合物，進(jìn)入蒸發(fā)器，其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷，產(chǎn)生的低壓蒸汽再次被壓縮機(jī)

19、吸入。如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。2、蒸汽吸收式制冷系統(tǒng)是由發(fā)生器、冷凝器、制冷節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、溶液節(jié)流閥、溶液熱交換器和溶液泵組成。 整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)回路：一個(gè)是制冷劑回路，一個(gè)是溶液回路。系統(tǒng)中使用的工作流體是制冷劑和吸收劑，我們稱它為吸收是制冷的工質(zhì)對(duì)。吸收劑液體對(duì)制冷劑有很強(qiáng)的吸收能力。吸收劑吸收了制冷劑氣體后形成溶液。溶液加熱又能放出制冷劑氣體。因此，我么可以用溶液回路取代壓縮機(jī)的作用，構(gòu)成蒸汽吸收式制冷循環(huán)。3

20、、蒸氣噴射式制冷是靠液體汽化來(lái)制冷的。這一點(diǎn)與蒸氣壓縮式及吸收式制冷完全相同，不同的是怎樣從蒸發(fā)器中抽取蒸氣，并將壓力提高。蒸氣噴射式制冷系統(tǒng)如圖所示。其組成部件包括：噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥、泵。噴射器又由噴嘴、吸入室、擴(kuò)壓器三個(gè)部分組成 4、吸附制冷系統(tǒng)是以熱能為動(dòng)力的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。其道理是：一定的固體吸附劑對(duì)某種制冷劑</p><p>　　制冷技術(shù)在近代船舶上的廣泛應(yīng)用，對(duì)船舶的營(yíng)運(yùn)效益和船員、旅客工

21、作及愉快旅行都具有重要意義，目前制冷裝置已成為船舶上不可或缺的重要設(shè)備?，F(xiàn)代船舶制冷裝置分為溫度控制系統(tǒng)和壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分。一般由壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)、冷凝器、貯液器、電磁閥、膨脹閥及冷庫(kù)(蒸發(fā)器)等組成，冷庫(kù)的溫度控制系統(tǒng)由溫度開關(guān)控制供液電磁閥控制流入冷庫(kù)蒸發(fā)器的劑量來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)；壓縮機(jī)啟停自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)壓縮機(jī)吸入口低壓開關(guān)的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，當(dāng)液態(tài)冷劑無(wú)法通過(guò)電磁閥進(jìn)入冷庫(kù)并回到壓縮機(jī)的吸入口，使壓縮機(jī)的吸入口的壓力越來(lái)

22、越低，直到壓力降到設(shè)定的停機(jī)壓力，壓縮機(jī)停止工作。實(shí)際上在溫度調(diào)節(jié)的同時(shí)，壓縮機(jī)的吸入口壓力也發(fā)生變化。</p><p>　　關(guān)于制冷技術(shù)的控制技術(shù)，他的發(fā)展亦經(jīng)歷著幾個(gè)階段，早期是局部控制，如在蒸發(fā)器回路上利用溫度控制與電磁閥等元件，實(shí)現(xiàn)被冷卻對(duì)象的溫度控制，屬雙位式半自動(dòng)狀態(tài)，后來(lái)發(fā)展壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)，隨著熱負(fù)荷大小，可以通過(guò)打開壓縮機(jī)的排氣口辦法以增減壓縮機(jī)的運(yùn)行氣缸數(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)，當(dāng)然也包括壓

23、縮機(jī)的起停及自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻水量的控制?，F(xiàn)在已發(fā)展全自動(dòng)過(guò)程，探索利用可編程序控制器及變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行設(shè)備元件的更新，近幾年來(lái)日本采用變蒸發(fā)器溫度控制及運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)修改技術(shù)，當(dāng)熱負(fù)荷大時(shí)，使系統(tǒng)運(yùn)行在較低蒸發(fā)溫度，這樣可以提高蒸發(fā)器制冷能力。反之當(dāng)熱負(fù)荷較小時(shí)，提高蒸發(fā)溫度，蒸發(fā)器產(chǎn)冷量減少可使制冷裝置的運(yùn)行電耗大為降低。所以說(shuō)制冷現(xiàn)代科技的發(fā)展已是全面綜合的過(guò)程，而就目前國(guó)內(nèi)較多實(shí)際設(shè)備仍是比較單一的和簡(jiǎn)單的，因此從局部下手著眼于整體的

24、技術(shù)改造思路是可以探索和需要的。譬如溫度控制在制冷技術(shù)中是首要達(dá)到的，多數(shù)都采用二位開關(guān)控制，溫度達(dá)到了指標(biāo)值，則停止控制，而溫度達(dá)到設(shè)定值以下某個(gè)值時(shí)，則進(jìn)行控制，周而復(fù)始，二位控制簡(jiǎn)單可靠，能較好的解決實(shí)際問(wèn)題。另外在節(jié)能問(wèn)題上，制冷系統(tǒng)長(zhǎng)期以來(lái)采用機(jī)械上卸缸等措施</p><p>　　維修困難，功耗高，設(shè)備可靠性差，通用性和靈活性差，操作不方便等許多缺點(diǎn)。本文利用可編程序控制器PLC替代在遠(yuǎn)洋漁船制冷系統(tǒng)中

25、傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的操作和控制，提高了系統(tǒng)的可靠性，并能使壓縮機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行輕載起動(dòng)，即對(duì)船舶電網(wǎng)不造成任何沖擊，又進(jìn)行能量的調(diào)節(jié)，提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　第1章 制冷控制系統(tǒng)原理與優(yōu)化</p><p>　　1.1目標(biāo)函數(shù)的確定</p><p>　　在研究設(shè)計(jì)船舶制冷控制系統(tǒng)時(shí)，需要計(jì)算出制冷系統(tǒng)狀態(tài)點(diǎn)的壓力，溫度，電動(dòng)機(jī)的

26、轉(zhuǎn)數(shù)，壓縮機(jī)的入口壓力，出口壓力以及冷循環(huán)系統(tǒng)管路的閥門開度等以達(dá)到對(duì)船舶制冷系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析。制冷系統(tǒng)控制的目標(biāo)函數(shù)制定主要是從實(shí)際有效的目標(biāo)出發(fā)，即在系統(tǒng)溫度達(dá)到要求的前提下，盡量減少系統(tǒng)所消耗的電能，所以溫度只是一個(gè)主要的要求，另一個(gè)要求就將涉及到控制能量的消耗，跟能量消耗直接相關(guān)的主要物理量是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和閥門開度，開度越大，所消耗冷劑就越多，也就需要更多的制冷量。二轉(zhuǎn)速方面，因?yàn)樵趬嚎s機(jī)出、入口處壓力差基本處于不變的前提下，功率就

27、與排量成正比，而壓縮機(jī)排量又與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成比例，所以轉(zhuǎn)速的高低可以直接反映功率消耗的多少，而電能的消耗即為電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間長(zhǎng)短，功率與時(shí)間相乘。從上述幾個(gè)點(diǎn)可以得出，制冷控制系統(tǒng)主要部件的壓力與溫度參數(shù)模型分析、優(yōu)化。</p><p>　　1.2 優(yōu)化指標(biāo)的確定</p><p>　　現(xiàn)代船舶制冷系統(tǒng),從運(yùn)行原理與特點(diǎn)看,制冷系統(tǒng)是一個(gè)大的系統(tǒng),進(jìn)而分為二個(gè)子系統(tǒng),分別是冷庫(kù)溫度控制和壓縮機(jī)

28、起?？刂葡到y(tǒng)。研究制冷系統(tǒng)的優(yōu)化是以整個(gè)系統(tǒng)整體,既要考慮到二個(gè)子系統(tǒng)的存在,又要看到兩個(gè)子系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系關(guān)系。而一個(gè)優(yōu)秀的冷藏系統(tǒng)操作管理人員,就必須使冷庫(kù)的溫度保持在規(guī)定的范圍內(nèi),而同時(shí)又不能造成能源的浪費(fèi),必須根據(jù)負(fù)荷量大小,及時(shí)起停壓縮機(jī)。在這前提下，船舶制冷系統(tǒng)優(yōu)化指標(biāo)就應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面:第一,運(yùn)行的制冷系統(tǒng)必須滿足需要的冷藏工作溫度及其允許一定波動(dòng)范圍,所以制冷系統(tǒng)所能達(dá)到的溫度是第一個(gè)硬性指標(biāo)。第二,在達(dá)到冷庫(kù)溫度前提

29、下,如何才能使整個(gè)系統(tǒng)的能耗消耗最低也是我們需要考慮的因素。 譬如為達(dá)到所需制冷溫度而消耗的實(shí)際需要制冷量,何時(shí)起動(dòng),卸載或者停止壓縮機(jī)運(yùn)行。第三,設(shè)備運(yùn)行的可靠性也是一大重點(diǎn)，這涉及到系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及實(shí)用性。要達(dá)到這點(diǎn)要求,就必須通過(guò)合理的設(shè)計(jì),選用可靠元件和設(shè)計(jì)方法才能得以實(shí)現(xiàn)。而在上述三個(gè)要點(diǎn)中我們重點(diǎn)討論前二個(gè)方面,即溫度與能耗,而能量方面,常用的辦法就是根據(jù)冷庫(kù)溫度高低及時(shí)增減壓縮機(jī)工作的氣缸數(shù)。近年來(lái),由于交流電機(jī)變頻調(diào)速技

30、術(shù)的成熟,以</p><p>　　1.3 制冷系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和控制決策</p><p>　　制冷系統(tǒng)設(shè)備包括壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)、冷庫(kù)、冷凝器、儲(chǔ)液器和各種閥門管道等。其中壓縮機(jī)有多種類型,此處以往復(fù)式和螺桿式為例進(jìn)行討論。</p><p>　　1.3.1 壓縮機(jī)和電動(dòng)機(jī)模型數(shù)據(jù)計(jì)算</p><p>　　對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī),它的實(shí)際排氣量為</

31、p><p>　　Q = 60 Zη FS n 　(m/ h) (2-1)</p><p>　　其中n 為轉(zhuǎn)速( r/ min) , F 為有效截面積(m) , F =（πD ）/ 4 , D 為缸徑(m) , S 為活塞行程(m) , Z 為氣缸作用數(shù),ηv 為容積效率。而輸出功率</p><p>　　P = γQ H ×10　(kW) (2-2)</p

32、><p>　　γ為液體重量(N/ m) , Q 為實(shí)際排量(m/ s) , H 為有效壓頭(m) 。</p><p>　　對(duì)于螺桿式壓縮機(jī),其實(shí)際排量為</p><p>　　Q = 60 Ft nη 　(m/ h) (2-3)</p><p>　　其中F 為有效截面積(m ) , t 為螺桿螺紋的節(jié)距(m) ,而輸出功率</p>&

33、lt;p>　　P = pQ ×10 (kW) (2-4)</p><p>　　式中p 為排出與吸入壓力之差(Pa) , Q 為實(shí)際排量(m/ s) 。</p><p>　　上述兩種壓縮機(jī),在上面的流量表達(dá)式中可以得到Q 與n 成比例的升高或者下降，而其比例系數(shù)又與壓縮機(jī)類型、構(gòu)造尺寸及運(yùn)行情況等有關(guān)。在壓縮機(jī)輸出端壓力基本穩(wěn)定情況下，功率表達(dá)式（2）與（4）中， 功率P 又

34、可認(rèn)為與Q 是成比例的，因此把Q代入各自P式中得功率P也與n 近似成比例的，其系數(shù)除上述因素外，還要考慮輸出壓力值。所以對(duì)于壓縮機(jī),功率的改變可以通過(guò)轉(zhuǎn)速的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)， 轉(zhuǎn)速低了,功率也相應(yīng)減少，另外對(duì)壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)情況， 若采用變頻調(diào)速，其機(jī)械特性中，轉(zhuǎn)速變化曲線幾乎是水平的，調(diào)速范圍廣。同時(shí)也可證明,在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下（在壓縮機(jī)輸出壓力比較穩(wěn)定情況下），轉(zhuǎn)速n 的改變，功率也隨之改變。所以不論從負(fù)載特性、電動(dòng)機(jī)特性及它們的功率特性分析,

35、當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速上升或下降時(shí),電功率消耗也隨之上升或下降。通過(guò)一定時(shí)間運(yùn)行后,亦控制了能量。另外在變頻調(diào)速系統(tǒng)中, 改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,是通過(guò)改變系統(tǒng)給定頻率來(lái)完成的,因?yàn)閚=（60f）/p（此處p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)），所以n 也與f 成正比?？梢娡ㄟ^(guò)改變頻率來(lái)控制電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)功率的改變。譬如，冷庫(kù)溫度已達(dá)到了要求， 則可調(diào)節(jié)頻率使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)</p><p>　　1.3.2　冷庫(kù)溫控系統(tǒng)模型</

36、p><p>　　當(dāng)打開各庫(kù)的供液電磁閥后,儲(chǔ)液經(jīng)膨脹閥使冷庫(kù)制冷,溫度逐漸下降,實(shí)測(cè)其階躍響應(yīng)曲線,得系統(tǒng)溫度特性為帶有延遲型的慣性特性,即</p><p><b>　　= (2-5)</b></p><p>　　其中Q 為冷庫(kù)溫度, u 為供液電磁閥閥門開度, T為慣性時(shí)間,τ為遲后時(shí)間, 注腳i 為冷庫(kù)編號(hào), 分別為1 、2 、3 。對(duì)指數(shù)函

37、數(shù)以派德公式展開, 并作近似處理得：</p><p><b>　　≈ (2-6)</b></p><p><b>　　經(jīng)狀態(tài)式表示得：</b></p><p>　　U (2-7)</p><p><b>　　令向量</b></p><p>

38、<b>　　Q= 則</b></p><p>　　上式為 =AQ+Bu (2-8) </p><p>　　其中A 、B 矩陣,比較式(8) 與式(7) 即可得。</p><p>　　1.3.3 壓縮機(jī)能量控制</p><p&g

39、t;　　壓縮機(jī)輸出冷劑經(jīng)冷凝器冷卻后到儲(chǔ)液器,中間經(jīng)由管道壓力遲后和能量交換,假定冷劑到儲(chǔ)液器后,壓力傳遞過(guò)程基本結(jié)束,壓力已趨于穩(wěn)定。且當(dāng)三個(gè)冷庫(kù)供液電磁閥全開,同時(shí)制冷時(shí),此時(shí)壓縮機(jī)應(yīng)全速運(yùn)轉(zhuǎn),以保證供應(yīng)最大制冷量。此時(shí),轉(zhuǎn)速設(shè)定為額定轉(zhuǎn)速n ，而當(dāng)一個(gè)或二個(gè)冷庫(kù)供液閥門全開,用液量相應(yīng)減少,壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)降為（1/ 3）n 或(2/ 3) n ,因?yàn)闇囟瓤刂七^(guò)程實(shí)質(zhì)是調(diào)節(jié)供液量過(guò)程,供液量變化,使回流量改變,也影響壓縮機(jī)入口壓力Pi

40、 ,所以測(cè)量點(diǎn)放在入口處,能較好的反應(yīng)供液量需求和冷庫(kù)溫度是否到達(dá)設(shè)置值,</p><p>　　故在壓縮機(jī)入口處安置二個(gè)動(dòng)作值不同的壓力開關(guān)。當(dāng)三個(gè)供液電磁閥全開,回流量最大時(shí)，</p><p>　　入口處壓力設(shè)為P1 ,二個(gè)供液電磁閥打開時(shí),穩(wěn)定后,入口處壓力設(shè)為大于P2 ,而一個(gè)供液電磁閥打開,穩(wěn)定后,入口處壓力小于P2 ,按上述分配原則,控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)為</p>&l

41、t;p>　　當(dāng)Pi > P1 時(shí),</p><p>　　置　n = (3/3)n = n (2-9)</p><p>　　P1 > Pi > P2 時(shí),</p><p>　　置　n = (2/3) n (2-10)</p><

42、p>　　Pi < P2 時(shí),</p><p>　　置　n = (1/3) n (2-11)</p><p>　　通過(guò)分析,得到冷庫(kù)、電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)部分的控制流程圖如下圖所示,其中能量控制為非線性控制環(huán)節(jié)。在虛線框內(nèi),認(rèn)為系統(tǒng)循環(huán)正常,冷卻水調(diào)節(jié)功能齊全,經(jīng)儲(chǔ)液器后供液輸出,壓力P、溫度T 參數(shù)基本穩(wěn)定情況。</p>

43、;<p>　　圖1.1 制冷系統(tǒng)部分控制流程圖</p><p>　　由上面的原理和控制流程圖1.1，我們可以追求系統(tǒng)優(yōu)化的綜合性指標(biāo)，進(jìn)而涉及到有關(guān)控制思路，擬定系統(tǒng)的組成方案和電氣控制原理圖我們可以由此轉(zhuǎn)換出電氣控制圖，選擇測(cè)溫及測(cè)壓的檢測(cè)元件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，先擬定繼電系統(tǒng)方案，在控制思路比較清晰的基礎(chǔ)上，由電氣控制圖我們又可以得出PLC控制的梯形圖，采用PLC控制更加靈活，更加方便，對(duì)照繼電系

44、統(tǒng)列寫梯形圖，編寫相關(guān)程序。為節(jié)省能耗，控制中采用電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，探索新技術(shù)應(yīng)用隨負(fù)荷的變化相應(yīng)調(diào)節(jié)電源頻率以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在擬定方案過(guò)程中，也分析了壓縮機(jī)負(fù)荷性質(zhì)以及變頻控制電動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)電能消耗之間的功率聯(lián)系，敘述節(jié)能的基本原理。</p><p>　　第2章 制冷控制系統(tǒng)電氣構(gòu)成</p><p>　　2.1 制冷控制系統(tǒng)電氣原理構(gòu)成圖</p><p>　

45、　為了更好的了解制冷系統(tǒng)，我們先擬定制冷系統(tǒng)的電氣控制圖，見圖2.1，在逐步介紹系統(tǒng)的工作及其運(yùn)轉(zhuǎn)模式，在此基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)換成PLC控制。</p><p>　　圖2.1 電氣構(gòu)成原理圖</p><p>　　下面介紹電氣控制線路的啟動(dòng)，運(yùn)行過(guò)程。圖2.2為壓縮機(jī)的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)線路圖，當(dāng)2C繼電器吸合時(shí)，觸頭閉合，KM接觸器接通，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，圖中W為隔離開關(guān)。在圖2.1中，支路(1)Ph，F(xiàn)R

46、，QL分別為高壓保護(hù)，熱繼電器及滑油壓力開關(guān)觸頭，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行正常時(shí)，該三觸頭閉合，起動(dòng)條件滿足，d通電，為人工與自動(dòng)起動(dòng)壓縮機(jī)作準(zhǔn)備。支路(3)為冷卻水運(yùn)行繼電器，支路(4)為手動(dòng)及自動(dòng)起動(dòng)電路，2C為起動(dòng)接觸器，支路(6)d開閉供液電磁閥繼電器，支路(8)吸入口壓力繼電器，當(dāng)入口壓力正常，但處于較低壓力以上時(shí)P>1/3P，d通電，經(jīng)穩(wěn)定后，時(shí)間繼電器d吸合，可以自動(dòng)起動(dòng)壓縮機(jī)。支路(9)</p><p>

47、;　　(10)都為吸入壓力繼電器，但整定值不同，P，為吸入口中間壓力，P為最高壓力，當(dāng)不同壓力時(shí)，指令不同的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在8，9支路中壓力開關(guān)如圖a所示，共有兩個(gè)壓力開關(guān)，其中一個(gè)壓力開關(guān)有兩個(gè)通路，一路測(cè)量P，在壓縮機(jī)入口處，另一路在輸出口上，整定P (高壓保護(hù))，另一個(gè)壓力開關(guān)二路都放在壓縮機(jī)入口處，分別整定P和P.當(dāng)壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)觸頭2C閉合，冷卻水也同時(shí)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。支路(11)(12)為制冷時(shí)風(fēng)機(jī)接通和溫控器工作的繼電器，支路(13

48、)(14)為融霜時(shí)，盤管融霜及融霜繼電器，其它支路為指示燈支路，</p><p>　　定時(shí)器制冷階段設(shè)定為2小時(shí)，融霜為5分鐘，定時(shí)器由PLC程序設(shè)定。</p><p>　　圖2.2 壓縮機(jī)的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)線路圖</p><p>　　2.2 制冷系統(tǒng)的硬件組成及軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1船舶制冷系統(tǒng)示意圖</p>

49、<p><b>　　如下圖2.3</b></p><p>　　圖2.3 船舶制冷系統(tǒng)示意圖</p><p>　　2.2.2系統(tǒng)硬件組成</p><p>　　本系統(tǒng)中有11個(gè)輸入點(diǎn)和19個(gè)輸出點(diǎn)。LG-k80s型的PLC具有的I/O通道有60點(diǎn)，輸入為36點(diǎn)，輸出為24點(diǎn)。具備了對(duì)制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的具體點(diǎn)數(shù)要求。在制冷控制系統(tǒng)中有1個(gè)

50、總電源開關(guān)，1個(gè)卸缸手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕，1個(gè)制冷融霜手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕，3個(gè)手動(dòng)卸載按鈕，1個(gè)手動(dòng)融霜開關(guān)，1個(gè)盤管加熱開關(guān)，1個(gè)風(fēng)機(jī)手動(dòng)啟停開關(guān)，1個(gè)熱繼電保護(hù)輸入點(diǎn)，1個(gè)高壓保護(hù)開關(guān)觸點(diǎn)，1個(gè)油壓開關(guān)觸點(diǎn)，低壓開關(guān)觸點(diǎn)。10個(gè)指示燈和8個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)輸出端。部分外部接線見下圖2.4</p><p>　　圖2.4 LG-k80s部分外部接線</p><p>　　2.2.3壓縮機(jī)工作原理<

51、;/p><p>　　從狀態(tài)1到狀態(tài)2是往復(fù)式壓縮機(jī)在熱力循環(huán)。在等熵壓縮過(guò)程中，壓縮的輸出功率為Ne=G(h2一hl)/3600η1(KW)，G為質(zhì)量流量，η1為效率系數(shù)，所以功率消耗與排量(質(zhì)量流量)成正比。對(duì)螺桿式壓縮機(jī)亦基本符合上述規(guī)律，其實(shí)際排量Q=60Ftn1ηvm3/h ，其F為有效面積，t為螺桿紋節(jié)距，輸出功率Ne=QPx10-3，P為排出口與吸入口壓力差，ηv容積效率。往復(fù)式壓縮機(jī)的流量表達(dá)式中G=6

52、0ηvZFSn1，其中n1為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，Z為作用汽缸數(shù)，S為活塞行程，F(xiàn)為活塞面積，所以流量G與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速n1，在容積效率不變條件下是成正比的，其比例系數(shù)與壓縮機(jī)的類型、構(gòu)造、尺寸等有關(guān)，由于在上述討論中得出，Ne與G成正比，G又與n1成正比，而電動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)傳動(dòng)比一定，所以功率Ne與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比。另外，如往復(fù)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，由于容積效率等因素的影響，比例系數(shù)也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，但是基本趨勢(shì)和規(guī)律是一定的，即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，

53、消耗功率相應(yīng)增大，轉(zhuǎn)速降低時(shí)，功率則相應(yīng)減少。</p><p>　　2.2.4 電動(dòng)機(jī)工作原理</p><p>　　由于電動(dòng)機(jī)功率為P=Mω其中M為轉(zhuǎn)矩ω為角速度，所以功率是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速相乘，壓縮機(jī)從電動(dòng)機(jī)中獲取功率。在傳遞過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)功率雖然經(jīng)過(guò)皮帶的傳動(dòng)，帶動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)效率的折耗，但最終功率與壓縮機(jī)功率Ne是平衡的，即Pη0=Ne，又因?yàn)閴嚎s機(jī)功率Ne是與轉(zhuǎn)速n成正比的，例即Ne

54、=Kn，K是比例系數(shù)，而電動(dòng)機(jī)功率P是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速相乘即=Pω，所以當(dāng)兩者功率平衡時(shí)，綜合起來(lái)就可推斷出：因?yàn)镻η0= Ne=Kn則Mωη0=Kn，ω=2πn/60 M=K60/2πη0，系數(shù)K60/2πη0大小即與轉(zhuǎn)矩相當(dāng)，因?yàn)橄禂?shù)不變，可見壓縮機(jī)作為電動(dòng)機(jī)負(fù)載，它的轉(zhuǎn)矩是不變的，屬恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)。從概念上可以理解，在壓縮機(jī)出入口壓差基本穩(wěn)定情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)壓縮機(jī)所需轉(zhuǎn)矩是不變的，而轉(zhuǎn)速高所需功率大，轉(zhuǎn)速低時(shí)，功率小，所以在上述分析前提下，電動(dòng)

55、機(jī)所帶負(fù)載性質(zhì)為恒定負(fù)載，在負(fù)載機(jī)械特性上表現(xiàn)為垂直性質(zhì)，屬于恒定負(fù)荷，所以電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速相配合是比較合適的。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速特性，因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)定子每相電壓有效值近似表達(dá)式為U=4.44f1N1KN1Фm，機(jī)械特性如圖2.5，f1定子供電頻,率，N1定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)</p><p>　　圖 2.5 壓頻比控制是變頻調(diào)速機(jī)械特性</p><p>　　為保持在調(diào)速中中，的恒定

56、，所以常以U與f，成比例上升或下降，所以異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性如圖2.6所示在基頻以下調(diào)速，應(yīng)用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在頻率轉(zhuǎn)低時(shí)，適當(dāng)增大U以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。日本三肯公司生產(chǎn)的MF系列變頻器，富士公司的GS、G7、PS、P7系列變頻器，三菱公司的RF系列變頻器都能獲得以上機(jī)械特性和調(diào)速特性。</p><p>　　圖2.6 變頻調(diào)速控制特性</p><p>　　壓縮機(jī)入口壓力以P，，表示，注腳i表

57、示P，的變化不同值，把Pli分成幾檔，如PI高、PI，中、P，，低即PIH、P，M、P，L在該不同的壓力下根據(jù)前述線性假設(shè)，相應(yīng)電 動(dòng)機(jī)的變化選為n。，(2/3)n。，(l/3)n。，no為額定轉(zhuǎn)速，如圖2.7所示，橫坐標(biāo)為入口壓力，縱坐標(biāo)為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。</p><p>　　圖2.7 入口壓力與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速</p><p>　　當(dāng)l)Pi＞P1H取n=no;2)P1M＞P1i≥P1M取n=(

58、2/3)n。3)P1M>P1i≥P1L，取n=(1/3)n。4)Pi<P1L，n=0停機(jī)。通過(guò)上面分析可見，壓縮機(jī)與電動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)實(shí)際是在電動(dòng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速運(yùn)行下(如在額定轉(zhuǎn)速)，把氣體制冷液從壓力為P;，溫度為t:℃壓縮到氣體狀態(tài)制冷劑，壓力為P2，溫度為t2℃的過(guò)程，中間需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，時(shí)間常數(shù)大小與轉(zhuǎn)速、容量及環(huán)境溫度等因素有關(guān)的。所以在一定的狀況下，制冷系統(tǒng)循環(huán)中每一狀態(tài)點(diǎn)壓力和溫度建立和變化過(guò)程是帶有延遲及慣性性質(zhì)，所

59、以可認(rèn)為傳遞函數(shù)用Ke-/(1+TS)形式來(lái)表示。在制冷系統(tǒng)中壓縮機(jī)的出口壓力P2，溫度t2℃及入口端壓力P，和溫度t，℃，是主要的表征參數(shù)。在傳遞函數(shù)中K可由熱工靜態(tài)計(jì)算得到的數(shù)字來(lái)確定，如P1=0.12MP，tl℃= 一20℃，P2=0.95MP，t2℃=38℃則壓力靜態(tài)傳遞系數(shù)Kp=0.95/0.12。溫度靜態(tài)傳遞系數(shù)Kt=38/(一20)按制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)功率為3千瓦，型號(hào)2F6一3，冷庫(kù)尺寸為2.m4X1.msXmZ實(shí)測(cè)制冷循環(huán)

60、壓力與溫度參數(shù)，在它的建立和變化中的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間和延時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)列表如</p><p>　　表2-1 過(guò)渡過(guò)程時(shí)間和延時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)列表</p><p>　　注：P1 P2為從壓縮機(jī)入口壓力0.12MP到出口壓力0.95MP</p><p>　　P2 P1為冷凝器出口壓力0.95MP到蒸發(fā)器出口壓力0.12MP</p><p>　　tl

61、℃一t2℃壓縮機(jī)溫度(一20℃到38℃);t2℃~t4℃冷凝器溫度降落(38℃到33℃)</p><p>　　t5℃一tR℃從蒸發(fā)器入口到冷庫(kù)溫度</p><p>　　說(shuō)明:以上數(shù)據(jù)是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速情況下得到的，考慮實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的可能變化范圍(在不同的環(huán)境溫度、負(fù)荷大小，尤其是在轉(zhuǎn)速降低等情況)所以過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，在下面的計(jì)算中是以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的左右擴(kuò)展50%范圍來(lái)討論，如實(shí)測(cè)為20分鐘，則

62、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間范圍以10到30分來(lái)考慮，時(shí)間常數(shù)又以1/3過(guò)渡過(guò)程時(shí)間計(jì)算。溫度測(cè)量采用數(shù)字式電阻傳感器溫度測(cè)量?jī)x器。冷劑溫度的測(cè)量是通過(guò)實(shí)際測(cè)量管壁溫度，然后減去管壁傳熱溫差(約5℃)，即可得出管壁中冷劑的溫度，此處是參考上述靜態(tài)計(jì)算值。</p><p>　　2.2.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) </p><p>　　在船舶制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)總是根據(jù)最大的制冷量來(lái)選用，一般功率比較大，大都為多氣

63、缸壓縮機(jī)。當(dāng)壓縮機(jī)無(wú)能量調(diào)節(jié)時(shí)，壓縮機(jī)的起動(dòng)力矩較大（達(dá)到額定負(fù)載的1.8—2.25倍），對(duì)船舶電網(wǎng)的沖擊很大，又易引起電動(dòng)機(jī)過(guò)載而損壞。所以在壓縮機(jī)的起動(dòng)設(shè)計(jì)中，采用壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)處于卸載狀態(tài)的能量調(diào)節(jié)方式，即壓縮機(jī)在起動(dòng)時(shí)，每?jī)筛诪橐粨酰饟跗饎?dòng)，間隔時(shí)間由可編程序控制器中的定時(shí)器設(shè)定，設(shè)定的時(shí)間系數(shù)可以通過(guò)調(diào)整程序中的時(shí)間常數(shù)得到改變。如果采用手動(dòng)形式，則通過(guò)外部的電磁閥的啟停按鈕來(lái)控制氣缸數(shù)。在壓縮機(jī)的出口處設(shè)置了高壓保護(hù)壓力開關(guān)

64、，無(wú)論壓縮機(jī)處于自動(dòng)還是手動(dòng)狀態(tài)，一旦出口處壓力過(guò)高，都會(huì)使高壓開關(guān)斷開，強(qiáng)迫壓縮機(jī)停止運(yùn)行。在制冷與融霜的控制轉(zhuǎn)換中有手動(dòng)和自動(dòng)控制模式，手動(dòng)控制模式可以根據(jù)冷庫(kù)冰霜凍結(jié)具體情況的需要，由手動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)制冷工作模式及融霜工作模式的轉(zhuǎn)換。在自動(dòng)控制模式中采用67中的定時(shí)器根據(jù)冷庫(kù)中的冰</p><p>　　霜凍結(jié)規(guī)律來(lái)設(shè)定時(shí)間，實(shí)現(xiàn)程序順序控制。程序流程圖見下圖2.8：</p><p>　　

65、圖2.8 程序流程框圖</p><p>　　由此可見，可編程序控制器（PLC）作為控制器件具有繼電接觸器所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，在船舶制冷控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中可編程序控制器（PLC）的應(yīng)用，提高了系統(tǒng)操作的可靠性，穩(wěn)定性，保護(hù)了船舶電網(wǎng)的平穩(wěn)性和節(jié)約了起動(dòng)電能，在更大的程度上使得制冷系統(tǒng)能夠更加順利運(yùn)行。</p><p>　　第3章 制冷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　

66、　3.1 變頻器、PLC與制冷系統(tǒng)的聯(lián)接</p><p>　　圖3.1 船舶制冷系統(tǒng)原理圖</p><p>　　1、電動(dòng)機(jī)2、變頻器3. PLC控制器4、壓縮機(jī)5、滑油分離器6、冷凝器7貯液器8、回?zé)崞?,蒸發(fā)器10.溫控器11、入口壓力表12、出口壓力表</p><p>　　制冷系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)調(diào)速是受壓縮機(jī)的入口壓力P控制的，為使控制準(zhǔn)確定位，分三檔處理，為額定轉(zhuǎn)速

67、按前述分析。當(dāng)P≥P=0.12MPa(表)為額定值時(shí)，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n。，即電源頻率為50Hz。入口壓力開關(guān)與PLC、變頻器聯(lián)結(jié)圖如圖3.1所示。（1）：當(dāng)P＞P時(shí)，d,d,d閉合，從而FR接通，頻率為50Hz；當(dāng)P＞P≥P時(shí)，接通d, d,使2DF和3DF接通為40Hz，當(dāng)P＞P≥P時(shí)，接通d是3DF動(dòng)作，為30Hz，當(dāng)P＜P停機(jī)。（2）：當(dāng)入口壓力下降至P＞P＞P=(2/3)P時(shí)，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為(2/3)n。，其頻率降為40Hz，又當(dāng)

68、入口壓力下降至P＞P>P時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為=n(1/3)n。其頻率降為30Hz，再當(dāng)P<(1/3)P后，停機(jī)運(yùn)行。當(dāng)P≥P時(shí)，變頻器接線端應(yīng)接通正轉(zhuǎn)端子FR，而功能參數(shù)指令碼應(yīng)選定16，起始頻率設(shè)定50Hz為額定轉(zhuǎn)速頻率，此時(shí)ddd接通，F(xiàn)接通，斷開ZDF和3DF，只有FR接通。當(dāng)P＞P≥(2/3)P時(shí)，變頻器接線端應(yīng)接通ZDF和3DF選擇第四頻率，即d、d接通，功能參數(shù)指令碼選14，頻率為40Hz。當(dāng)P＞P≥(1/3)P時(shí)，變

69、頻器接線端應(yīng)接通3DF，只接通d，功能參數(shù)</p><p>　　圖3.2 入口壓力開關(guān)與PLC、變頻調(diào)速連接</p><p>　　引起制冷系統(tǒng)運(yùn)行不滿意或平衡破壞的根本原因是環(huán)境變化引起冷庫(kù)溫度變化,所以需要控制器去調(diào)整供液電磁閥門的開度來(lái)滿足給定溫度值。另外電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變的根據(jù)又是什么呢? 追溯根本,也應(yīng)該是冷庫(kù)溫度變化,按此推理,好象溫度變化既要去控制閥門,又要去控制轉(zhuǎn)速,但這樣會(huì)使控

70、制關(guān)系重疊和混淆,所以本系統(tǒng)采用的方案為冷庫(kù)溫度的高低直接由冷劑供液閥開度來(lái)調(diào)整,此任務(wù)由溫控器來(lái)完成,而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化則聽從于壓縮機(jī)的入口壓力,當(dāng)入口壓力減小時(shí),說(shuō)明冷劑回流量減少,冷庫(kù)已經(jīng)達(dá)到制冷要求。所以可以減小轉(zhuǎn)速,以減少冷劑流量,因?yàn)檗D(zhuǎn)速與流量是成正比的。入口壓力減小了,轉(zhuǎn)速也相應(yīng)減小,這是一個(gè)非線性函數(shù)關(guān)系,它在壓縮機(jī)功率一定的情況下,與冷庫(kù)容量和制冷溫度等有關(guān)。至此,優(yōu)化思路也由此而生,所謂優(yōu)化,即可理解為系統(tǒng)處于較合理的

71、狀態(tài),在滿足一定的溫度要求條件下,減少或合理的使用能源。所以本系統(tǒng)中控制視線始終注意著冷庫(kù)溫度和入口壓力的變化,在它們的指令下,控制有關(guān)物理量的變化。</p><p>　　3.2 溫度控制的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　在制冷裝置中，溫度測(cè)量元件采用wT一1226型溫度繼電器，如圖3.3所示，是比較可靠和簡(jiǎn)單的溫度控制元件，庫(kù)內(nèi)溫度變化由溫包1感受，經(jīng)毛細(xì)管2和波紋管3使橫桿4上下移動(dòng)控制相

72、應(yīng)的控制觸點(diǎn)，接通或斷開供液電磁閥的電路通斷，以使冷庫(kù)溫度保持在給定的范圍內(nèi)，通過(guò)調(diào)整主彈簧6拉力來(lái)調(diào)整溫度低限及調(diào)整幅差彈簧10張力來(lái)調(diào)定溫度高限，實(shí)踐證明依靠簡(jiǎn)單的二位控制能較好的控制溫度設(shè)定值。按順序依次為1.溫包2.毛細(xì)管3.波紋管4.杠桿5.刀口支點(diǎn)6.主調(diào)彈簧7.定觸頭8.動(dòng)觸頭9.彈簧座10.幅差彈簧11.跳簧片.</p><p>　　圖3.3 WT-1226型溫控繼電器</p>&

73、lt;p>　　3.3 壓力控制的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　在制冷裝置中，壓力控制主要是由高壓保護(hù)壓力開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。吸入口壓力開關(guān)常用來(lái)控制原動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的起停和轉(zhuǎn)速，根據(jù)入口處不同壓力，起停壓縮機(jī)，并以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，以維持庫(kù)溫的穩(wěn)定。高壓繼電器用來(lái)保護(hù)壓縮機(jī)的過(guò)高壓力，在太高壓力下，使壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)，防止排氣端壓力過(guò)高，起高壓保護(hù)作用，選用DNS一D606型高低壓繼電器，如圖3.4所示:按次序依次為：1、3動(dòng)觸頭2

74、、4、5、6靜觸點(diǎn)8、幅差螺釘9、高壓限值螺釘10、主調(diào)彈簧11、幅差彈簧12、高壓限值調(diào)節(jié)彈簧13、吸入壓力15、16、擺動(dòng)板17、18跳簧。</p><p>　　圖3.4 壓力繼電器</p><p>　　3.4 可編程序控制器PLC程序流程圖</p><p>　　制冷系統(tǒng)PLC程序流程圖，是根據(jù)實(shí)際電氣繼電系統(tǒng)圖得到的，在流程圖3.5中，壓縮機(jī)起動(dòng)條件是指電機(jī)過(guò)

75、載，滑油壓力，高壓保護(hù)都正常下得到的，壓縮機(jī)起動(dòng)按操作形式分為兩種，人工及自動(dòng)形式，壓縮機(jī)起動(dòng)后即可制冷運(yùn)行;制冷運(yùn)行內(nèi)容為冷卻水泵起動(dòng)，接通滑油壓力開關(guān)，和溫控繼電器電源，運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)以及接通各指示燈回路。制冷運(yùn)行2小時(shí)后進(jìn)入融霜周期，為5分鐘，此后循環(huán)重復(fù)，梯形圖中輸入繼電器為X，輸出繼電器為Y，輔助繼電器為M，選用F1一6 M0R型PC，輸入點(diǎn)為36，輸出點(diǎn)為24，M71及M72為特殊輔助繼電器，M71為初始化脈沖，CP運(yùn)行后，第一個(gè)

76、工作周期接通，此處作計(jì)數(shù)器初始清零用，M72為I00ms周期通斷的時(shí)鐘脈沖，50ms通，50ms斷，輸入輸出繼電器接線圖如圖3.6所示，制冷系統(tǒng)運(yùn)行PLC梯形圖見圖3.7</p><p>　　圖 3.5 制冷系統(tǒng)PLC流程圖</p><p>　　圖3.5 輸出輸入繼電器接口圖</p><p>　　圖3.6 輸出輸入繼電器接口圖</p><p&

77、gt;　　圖3.7 制冷系統(tǒng)控制運(yùn)行梯形圖</p><p><b>　　第4章 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　制冷過(guò)程是一種能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程, 即通過(guò)消耗電能從低于環(huán)境溫度的物體中取走熱量。</p><p>　　對(duì)于不同的系統(tǒng)或同一系統(tǒng)不同的工作狀態(tài), 取走相同的熱量所需消耗的電能是不一樣的。在本文開頭，我介紹了許多關(guān)于船舶制冷的方法，但

78、是我們必須找到一個(gè)實(shí)用有效的方法來(lái)達(dá)到船舶制冷的效果，從而能在實(shí)際當(dāng)中運(yùn)用，所以此次的優(yōu)化方案意在避開繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和線性二次型性能指標(biāo)研究方案，而以實(shí)用為主要目的的基本思想指導(dǎo)下，保留實(shí)際可行的部分，如對(duì)溫度的控制和冷卻水單獨(dú)調(diào)節(jié)，在滿足溫度基本要求前提下，探索能量的節(jié)約。其次也研究了電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性及交流電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速控制下與壓縮機(jī)運(yùn)行功率的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而證明了在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)荷下，可以節(jié)約能量。由于變頻器的引入使得電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)的能量

79、消耗在一定程度上得以降低，而PLC可編程序控制器的控制實(shí)現(xiàn)也讓制冷系統(tǒng)能夠以一個(gè)更方便的形式得以完成控制，這在一定程度上更加貼近了船舶制冷動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　壓縮機(jī)負(fù)荷性能以及變頻控制減少電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)能耗也為以后制冷系統(tǒng)優(yōu)化提供了一個(gè)方向。</p><p>　　在本論文中，主要采用了溫度和壓力參數(shù)分開研究辦法，即壓力參數(shù)在壓縮機(jī)出口到貯液器出口是高壓區(qū)，壓力幾乎不變，

80、所以系統(tǒng)共分兩區(qū)，即壓力變化區(qū)和高壓不變區(qū)，故仿真實(shí)質(zhì)是從高壓不變區(qū)到變化區(qū)或變化區(qū)到高壓不變區(qū)的過(guò)程，使問(wèn)題大為簡(jiǎn)化，避開了復(fù)雜的模型推導(dǎo)。此外在現(xiàn)代儀表中，在相對(duì)壓力下的蒸發(fā)溫度也得以顯示，所以可以大致了解系統(tǒng)各點(diǎn)狀態(tài)。在控制上，先擬定繼電控制方案，分析系統(tǒng)控制的合理性，然后在控制部分實(shí)際上采用性能更加優(yōu)越和靈活的可編程序控制器(PLC)技術(shù)，以提高靈活性和安全可靠性。</p><p><b>　　

81、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]胡國(guó)清.機(jī)電控制工程理論與應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.</p><p>　　[2]袁任光.可編程序控制器(PC)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例[M].廣州:華南理工大學(xué),2001.</p><p>　　[3]劉國(guó)平.船舶制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制[M].舟山:船舶工程,2002.</p><p&

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84、t;p>　　[11]曹輝,霍是.可編程序控制器系統(tǒng)及應(yīng)用[M].杭州:電子工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　[12]劉國(guó)平.船舶制冷系統(tǒng)模型研究船舶工程[M].上海:上海交大出版社,2003.</p><p>　　[13]董景新,趙長(zhǎng)德.控制工程基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.</p><p>　　[14]張曙光.檢測(cè)技術(shù)[M].北京:中

85、國(guó)水利水電出版社,2002.</p><p>　　[15]付家才.工業(yè)控制工程實(shí)踐技術(shù)[M].杭州:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　[16] Chen C.T . Liner system theory and design[M]. New york:Holt.Rinehart and Winston,1984.</p><p>　　[17] Bob

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87、.</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　運(yùn)行程序指令:</b></p><p>　　步序 指令 代碼符號(hào)</p><p>　　0

88、 LDI X010</p><p>　　1 ANDI X011</p><p>　　2 ANDI X012</p

89、><p>　　3 OUT M120</p><p>　　4 LD X401</p><p>　　5

90、 OR M121</p><p>　　6 ANDI M122</p><p>　　7 OUT M121</p>

91、<p>　　8 LD X402</p><p>　　9 OR M122</p><p>　　10 AND

92、I M121</p><p>　　11 OUT M122</p><p>　　12 LD X403</p><

93、p>　　13 AND M121 </p><p>　　14 OUT M123 </p><p>　　15 LD

94、 X404 </p><p>　　16 AND M121 </p><p>　　17 OR Y441</p><

95、;p>　　18 AND M123</p><p>　　19 LD M122</p><p>　　20 AND

96、 M124</p><p>　　21 ORB</p><p>　　22 AND M120 </p><p>　　23

97、 OUT Y441</p><p>　　24 LD X405</p><p>　　25 OUT Y442&l

98、t;/p><p>　　26 OUT T450</p><p>　　27 K 10</p><p>　　28

99、 LD X406</p><p>　　29 OUT Y443 </p><p>　　30 LD X407

100、 </p><p>　　31 OUT Y444</p><p>　　32 LD T450</p><p>　　33

101、 OUT M124</p><p>　　34 LD Y441</p><p>　　35 OUT