一种能源站多台冷冻机组的协同控制系统
阅读说明：本技术 一种能源站多台冷冻机组的协同控制系统 (Cooperative control system for multiple refrigerating units of energy station ) 是由 王激华 应肖磊 凌荣光 王荣历 方云辉 柯公武 钟永颉 徐杰 缪宁杰 许巍 王蒋 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种能源站多台冷冻机组的协同控制系统,包括能源站和工业园区车间,能源站设有n台冷冻机；工业园区车间设有冷却降温系统,冷冻机的出口经进水管道连接冷却降温系统,冷却降温系统的出口经回水管道连接冷冻机；回水管道设有回水温度传感器,工业园区车间设有园区温度传感器,冷冻机均设有分程控制器,分程控制器连接园区车间温度控制器,园区车间温度控制器连接回水温度传感器获取回水温度测量值,园区车间温度控制器连接园区温度传感器获取车间温度测量值,园区车间温度控制器经分程控制器控制冷冻机工作。本发明将园区车间温度值作为其主控变量,将冷冻机组回水温度作为副控变量,减少多因素对园区车间冷源温度的影响。(The invention discloses a cooperative control system of a plurality of refrigerating units of an energy station, which comprises the energy station and an industrial park workshop, wherein the energy station is provided with n refrigerating machines; the industrial park workshop is provided with a cooling system, the outlet of the refrigerator is connected with the cooling system through a water inlet pipeline, and the outlet of the cooling system is connected with the refrigerator through a water return pipeline; return water pipe is equipped with return water temperature sensor, the industry garden workshop is equipped with garden temperature sensor, the refrigerator all is equipped with the journey controller, garden workshop temperature controller is connected to the journey controller, garden workshop temperature controller connects return water temperature sensor and acquires return water temperature measurement value, garden workshop temperature controller connects garden temperature sensor and acquires workshop temperature measurement value, garden workshop temperature controller controls the refrigerator work through the journey controller. The invention takes the park workshop temperature value as the main control variable and the return water temperature of the refrigerating unit as the auxiliary control variable, thereby reducing the influence of multiple factors on the cold source temperature of the park workshop.)
技术领域
本发明涉及制冷设备技术领域，特别是涉及一种能源站多台冷冻机组的协同控制系统。
背景技术
多能源站一般由配电、然气锅炉、冷冻机、光伏和储能等设备组成，其中冷冻机是能源站的重要组成设备之一，用于为工业园区提供冷源，包括冷风和冷却水等。
现有技术的缺陷是，现有的方法一般通过冷冻机组的回水温度进行多台冷冻机组的启停控制。当回水温度过高时，同时启动多台冷冻机组，当回水温度偏低时，启动某一台冷冻机组。因此，现有控制方法存在以下不足：
回水温度从园区工厂的车间通过长输管道达到冷冻机组时，具有较大延时，且长输管道还会降低(冬天)或升高(夏天)回水温度，从而额外引起温度的变化，据此温度调节冷冻机组，无法补偿外界因素对园区车间温度的影响，调节时间偏长。
多台冷冻机组按照回水温度的偏差范围启动，存在过度调节和欠调节情况，过调节会直接导致能源损失，欠调节则导致供冷质量下降。
本发明将园区车间温度值远传給冷冻机回水温度控制回路，作为其主控变量，将现有的冷冻机组回水温度作为副控变量，由冷冻机组回水温度和园区车间冷源温度组成一个串级控制回路，从而消除多因素对园区车间冷源温度的影响。
进一步，本发明将上一步获得的总控制量进行分程控制，分别作用于n台冷冻机组,实现多台冷冻机组的协同控制。
发明内容
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明的目的是提供一种能源站多台冷冻机组的协同控制系统，本发明将园区车间温度值远传给园区车间温度控制器D1(s)，作为其主控变量，将现有的冷冻机组回水温度作为副控变量，从而减少环境因素对园区车间冷源温度的影响。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种能源站多台冷冻机组的协同控制系统，包括能源站和冷却降温系统，冷却降温系统设置于工业园区车间内，所述能源站设置有n台并接的冷冻机，n为大于1的整数；其关键在于，n台冷冻机的出口经进水管道连接冷却降温系统的入口，冷却降温系统的出口经回水管道连接n台冷冻机的入口；工业园区车间设置有回水温度传感器，所述回水管道的首端设置有园区温度传感器，每一台冷冻机均设置有相应的分程控制器，分程控制器连接有园区车间温度控制器D1(s)，园区车间温度控制器D1(s)设有车间温度设定值SPT1，园区车间温度控制器D1(s)连接回水温度传感器获取回水温度测量值PVT2，园区车间温度控制器D1(s)连接园区温度传感器获取车间温度测量值PVT1，园区车间温度控制器D1(s)通过分程控制器控制冷冻机工作。
通过上述的结构设置，园区车间温度控制器D1(s)不仅通过回水温度传感器获取回水温度测量值PVT2，还通过园区温度传感器获取车间温度测量值PVT1对多台冷冻机进行控制，有利于减小环境因素，比如外界环境的高温和低温对回水温度测量值PVT2的影响，从而更有利于控制冷冻机工作。
所述园区车间温度控制器D1(s)通过PID控制算法控制分程控制器工作，分程控制器采用PI算法控制冷冻机工作。
通过上述的算法进行控制，有利于减小环境因素对冷冻机制冷的影响。
所述园区车间温度控制器D1(s)获取车间温度设定值SPT1和车间温度测量值PVT1进行反馈运算，生成相应的冷冻机的控制量传送给分程控制器，分程控制器获取冷冻机的控制量并结合相应的冷冻机的输出数据进行反馈运算控制冷冻机工作；冷冻机工作输出冷却水给冷却降温系统，冷却水经回水管道流回冷冻机，回水温度传感器获取回水温度测量值PVT2传送给园区车间温度控制器D1(s)。
所述工业园区车间设置有至少两个车间内部空间，每个车间内部空间内设置有冷却降温装置和内部空间温度传感器，所有冷却降温装置并接形成所述的冷却降温系统；所有内部空间温度传感器均连接所述园区车间温度控制器D1(s)；
所述能源站还设置有辅助冷冻机，辅助冷冻机设置有辅助控制器，辅助控制器连接园区车间温度控制器D1(s)，辅助冷冻机的进口与回水管道末端相连，所述进水管道中穿设有辅助进水管道，辅助进水管道的首端穿出进水管道的首端连接辅助冷冻机的出口；辅助进水管道的末端连接有与冷却降温装置相应的分支水管，分支水管接入相应的冷却降温装置的入口；
所述分支水管的末端设置有电磁阀，电磁阀与园区车间温度控制器D1(s)相连；
辅助冷冻机工作时，所述辅助进水管道中的冷却水温度低于进水管道中冷却水的温度，所述辅助进水管道中的冷却水压力高于进水管道中冷却水的压力。
当工业园区车间的某个车间内部空间的温度出现异常升高时，为了有利于该车间内部空间降温，园区车间温度控制器D1(s)获取该车间内部空间的内部空间温度传感器的温度信号后，该温度信号异常升高，园区车间温度控制器D1(s)设置有微处理器，控制相应的电磁阀打开，同时给辅助控制器发送指令信号，控制辅助冷冻机工作，辅助冷冻机输出的冷却水温度低于进水管道中冷却水的温度，所述辅助进水管道中的冷却水压力高于进水管道中冷却水的压力，在该车间内部空间对应的冷却降温装置入口释放温度更低的冷却水，从而提高该冷却降温装置的降温能力，提高该车间内部空间的降温效果。当该车间内部空间温度正常时，控制电磁阀和辅助冷冻机关闭。
显著效果:本发明提供了一种能源站多台冷冻机组的协同控制系统，本发明将园区车间温度值远传给园区车间温度控制器D1(s)，作为其主控变量，将现有的冷冻机组回水温度作为副控变量，从而减少环境因素对园区车间冷源温度的影响。
附图说明
图1为本发明的第一种结构图；
图2为本发明的数学模型结构图；
图3为园区车间温度控制器的总控制量与冷冻机控制量分程的关系图；
图4为本发明控制系统方框图；
图5为本发明的第二种结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-图5所示，一种能源站多台冷冻机组的协同控制系统，包括能源站1和工业园区车间2，所述能源站1设置有n台并接的冷冻机11，n为大于1的整数；工业园区车间2设置有冷却降温系统21，n台冷冻机2的出口经进水管道12连接冷却降温系统21的入口，冷却降温系统21的出口经回水管道13连接N台冷冻机2的入口；所述回水管道13的末端设置有回水温度传感器131，所述回水管道13的首端设置有园区温度传感器22，每一台冷冻机11均设置有相应的分程控制器111，分程控制器111连接有园区车间温度控制器D1(s)，园区车间温度控制器D1(s)设有车间温度设定值SPT1，园区车间温度控制器D1(s)连接回水温度传感器131获取回水温度测量值PVT2，园区车间温度控制器D1(s)连接园区温度传感器22获取车间温度测量值PVT1，园区车间温度控制器D1(s)通过分程控制器111控制冷冻机11工作。
如图1所示，n台冷冻机11并接，进口均连接到回水管道13的末端；出口均连接到进水管道12的首端。每台冷冻机11均设置有电磁阀，工作时打开。
园区车间温度控制器D1(s)采用PID控制算法，控制参数初始整定值为：
KP1＝50，TI1＝30，TD1＝0.5；
园区车间温度控制器的控制参数可以通过人机界面进行再次修改或重新整定。
副控制器采用PI算法，其控制参数初始整定值如下：
KP21＝KP22＝……KP2n＝80；
TI21＝TI22＝……TI2n＝10；
副控制器的控制参数可以通过人机界面进行再次修改或重新整定。
如图2所示，D1(s)为园区车间温度控制器，D1(s)，D21(s)、D22(s)……D2n(s)为1至n台冷冻机11对应的分程控制器111，对应1……n台冷冻机11的控制。D21(s)、D22(s)……D2n(s)合并组成副控制器，G21(s)、G22(s)……G2n(s)为副控制对象，对应1至n台冷冻机的传递函数。
G1(s)为主控制对象的传递函数。
SPT1为园区车车间温度设定值，PVT2为能源站1的回水温度测量值，PVT1为园区车间温度测量值。园区车间温度控制器D1(s)的控制量按下式进行计算：
e1(k)＝SPT1(k)-PVT1(k)
u1(k)＝u1(k-1)+Δu1(k)
SPT1(k)为当前采样时刻园区车间温度设定值，PVT1(k)为当前采样时刻园区车间温度测量值，e1(k)为当前采样时刻园区车间温度设定值与测量值的偏差，e1(k-1)为上一个采样时刻园区车间温度设定值与测量值的偏差，e1(k-2)为上上个采样时刻园区车间温度设定值与测量值的偏差。KP1、TI1和TD1为园区车间温度控制器D1(s)的控制参数，其中KP1为比例系数，TI1为积分时间，TD1为微分时间；TS1为园区车间温度控制器采样周期；
当前时刻园区车间温度控制器D1(s)输出的总控制量为u1(k)，Δu1(k)为当前时刻园区车间温度控制器D1(s)的总控制量增量；u1(k-1)为上一个采样时刻园区车间温度D1(s)输出的总控制量；
k为当前采样时刻，k-1为上一个采样时刻，k-2为k-1的上一个采样时刻。
园区温度控制器的控制参数KP1、TI1、TD1初始整定值为：
KP1＝50,TI1＝30,TD1＝0.5；
园区温度控制器D1(s)的控制参数可以通过人机界面进行再次修改或重新整定。
各冷冻机11的分程控制器111采用以下算式计算其控制量：
ej2(k)＝ujs(k)-PVT2(k)
uj2(k)＝uj2(k-1)+Δuj2(k)
ujs(k)为按多台冷冻机11协调控制方法分配得到的回水温度设定值，j＝1…n对应1至n台冷冻机11，PVT2(k)为冷冻机11的回水温度测量值，ej2(k)为当前采样时刻回水温度设定值与测量值的偏差，ej2(k-1)为上一个采样时刻回水温度设定值与测量值的偏差；KPj2和TIj2为分程控制器111的控制参数，其中KPj2为比例系数，TIj2为积分时间；TS2为分程控制器采样周期；
当前时刻分程控制器111输出的控制量为uj2(k)，Δuj2(k)为当前时刻分程控制器111的控制量增量；uj2(k-1)为上一个采样时刻分程控制器111输出的控制量；
多台冷冻机11的回水温度设定值ujs(k)按图3所示规律进行协同分配：
设当前时刻园区车间温度控制器D1(s)输出的总控制量为u1(k)，u1(k)的最大值为100％，即u1max＝100％。
每一台冷冻机11的分程控制器111的控制量最大设定值分别为u1s,u2s,u3s…uns，且满足以下约束关系：
u1s+u2s+u3s+…+uns＝u1max＝100％。
能源站配置的冷冻机11的数量为n，对应于当前时刻作用于每一台冷冻机11的控制量分别为：u1s(k),u2s(k),u3s(k)…uns(k)，且满足以下约束关系：
u1s(k)+u2s(k)+u3s(k)+…+uns(k)＝u1(k)；
公式2所示的分程控制器111的控制参数初始整定值为：
KPj2＝80,j＝1…n；
TIj2＝10,j＝1…n；
分程控制器111的控制参数可以通过人机界面进行再次修改或重新整定；
按照上述算法进一步有：
当u1(k)≤u1s时，1#冷冻机11以u1s(k)＝u1(k)为设定值进行变速自动控制；为了避免某一台冷冻机11长期运行，每间隔一个工作周期TW后，对应u1s,u2s,u3s…uns的冷冻机11编号依次循环，即每间隔一个工作周期TW后，1#冷冻机11停止，2#冷冻机11以u1(k)为设定值进行变速自动控制，避免1#冷冻机11长期工作。
当u1s＜u1(k)≤u1s+u2s时，1#冷冻机11全负荷运行，2#冷冻机11以u2s(k)＝u1(k)-u1s为设定值进行变速自动控制。为了避免某2台冷冻机11长期运行，每间隔一个工作周期TW后，对应u1s,u2s,u3s…uns的相邻2台冷冻机11编号依次循环。
当u1s+u2s＜u1(k)≤u1s+u2s+u3s时，1#和2#冷冻机11全负荷运行，3#冷冻机11以u3s(k)＝u1(k)-u1s-u2s为设定值进行变速自动控制。为了避免某3台冷冻机11长期运行，每间隔一个工作周期TW后，对应u1s,u2s,u3s…uns的相邻3台冷冻机11编号依次循环。
依次类推，实现能源站1多台冷冻机11的协同控制。
所述园区车间温度控制器D1(s)通过PID控制算法控制分程控制器111工作，分程控制器111通过采用PI算法控制冷冻机11工作。
下面再结合图3对园区车间温度控制器D1(s)的控制过程进行介绍，设园区车间温度控制器D1(s)当前时刻输出的总控制量为u1(k)，u1(k)的最大值为100％，即u1max＝100％。能源站配置的冷冻机数量为n，控制量分别为u1(k),u2(k),u3(k)…un(k)，根据分程控制规律，每一台冷冻机11的分程控制器111的控制量最大设定值分别为u1s,u2s,u3s…uns，且满足以下约束关系：
u1s+u2s+u3s+…+uns＝u1max＝100％。
按照上述算法：进一步有：
当u1(k)≤u1s时，1#冷冻机按0-100％负荷运行，u1(k)＝0-u1s对应0-100％负荷；为了避免某一台冷冻机11长期运行，每间隔一个工作周期TW后，对应u1s,u2s,u3s…uns的冷冻机编号依次循环。
当u1s＜u1(k)≤u1s+u2s时，1#冷冻机全负荷运行，2#冷冻机按0-100％负荷运行，u2(k)＝0-u2s对应0-100％负荷；为了避免某2台冷冻机长期运行，每间隔一个工作周期TW后，对应u1s,u2s,u3s…uns的相邻2台冷冻机编号依次循环。
当u1s+u2s＜u1(k)≤u1s+u2s+u3s时，1#和2#冷冻机全负荷运行，3#冷冻机按0-100％负荷运行，u3(k)＝0-u3s对应0-100％负荷；为了避免某3台冷冻机长期运行，每间隔一个工作周期TW后，对应u1s,u2s,u3s…uns的相邻3台冷冻机编号依次循环。
依次类推，实现能源站多台冷冻机的协同控制。
如图1和图2所示，所述园区车间温度控制器D1(s)获取车间温度设定值SPT1和车间温度测量值PVT1进行反馈运算，生成相应的冷冻机11的控制量传送给分程控制器111，分程控制器111获取冷冻机11的控制量并结合相应的冷冻机11的输出数据进行反馈运算控制冷冻机11工作；冷冻机11工作经进水管道12输出冷却水给冷却降温系统21，冷却水经回水管道13流回冷冻机11，回水温度传感器131获取回水温度测量值PVT2传送给园区车间温度控制器D1(s)。
所述工业园区车间2设置有至少两个车间内部空间23，每个车间内部空间23内设置有冷却降温装置211和内部空间温度传感器221，所有冷却降温装置211并接形成所述的冷却降温系统21；所有内部空间温度传感器221均连接所述园区车间温度控制器D1(s)；
所述能源站1还设置有辅助冷冻机15，辅助冷冻机15设置有辅助控制器151，辅助控制器151连接园区车间温度控制器D1(s)，辅助冷冻机15的进口与回水管道13的末端相连，所述进水管道12中穿设有辅助进水管道16，辅助进水管道16的首端穿出进水管道12的首端连接辅助冷冻机15的出口，穿出位置设置有相应的防漏设施；辅助进水管道16的末端连接有与冷却降温装置211相应的分支水管161，分支水管161接入相应的冷却降温装置211的入口；
所述分支水管161的末端设置有电磁阀17，电磁阀17通过相应的控制电缆与园区车间温度控制器D1(s)相连。上述各管道的连接处均设置有相应的防漏设施。
辅助冷冻机15工作时，所述辅助进水管道16中的冷却水温度低于进水管道12中冷却水的温度，所述辅助进水管道16中的冷却水压力高于进水管道12中冷却水的压力。
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。
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