冷库氨制冷系统自动控制的案例分析

一、引言

　　连云港天缘食品有限公司最近新建一座大型冷库，它先后分两期实施。2006年竣工的一期工程为三层，容积23000M3，容量5500吨（按肉类计算－－下同），2007年竣工的二期工程为四层，容积35000M3，容量8500吨，共计14个冷藏间，总容积58000 M3，容量14000吨；另有冻结间4间，计40吨/日。冷藏间设计温度为-22℃；冻结间原设计为-25℃，后来将冷风机面积增加，实际能达到-30℃以下。

　　该工程由国内贸易工程设计院设计，制冷工艺安装工程由烟台冰轮集团施工。原设计制冷工艺部分是手指令程序控制，计算机辅助管理。后来我们将制冷工艺系统改为全自动程序控制，由冰轮集团配合我们对图纸作了部分修改。

　　冷库制冷系统有氨系统和氟系统两种。在小型冷库中一般使用氟系统，它能比较容易地实现自控；大中型冷库用的则是氨系统，由于氨制冷对安全性要求较高，而以前氨的自控元器件不过关、控制技术不成熟，搞自动化的较少。现在，随着技术进步和计算机的发展，利用信息技术改造传统的制冷工业已经成为可能。目前，有一些新建的冷库在上自动化，我省苏南就有二、三个中型氨系统的自动化冷库，但设备都是全进口的，利用国产设备实现氨系统冷库全自动控制的，连云港天缘食品公司冷库在我省还是第一个。

　　冷库采用计算机自动控制其制冷与配套动力系统，可以保证了制冷设备和系统稳定、可靠地运行，达到高效、节能、安全的目的。据冰山集团（原大连冷冻机厂）的资料介绍，自动化冷库较传统冷库一般可节电21％。天缘食品冷库的机房（含二期容量）和一期库房于2006年1月开始安装，4月中旬进行自动控制的调试，5月中旬完成；2007年8月二期库房竣工后并入使用。至目前为止已接近两年，自动运行情况较好，对出现一些问题，及时作了适当地修正，证明对氨制冷系统自动控制是完全可行的。初步核算一年多来单位容量耗电量约为0.25kw.h/吨.日，是普通冷库耗电量的二分之一至四分之一，低于国家二级企业规定的标准0.3kw.h/吨.日，而且98％以上是用的低谷电，大大地降低了生产成本。
 

二、冷库制冷系统与设备配置：

　　2－－1、系统配置

　　制冷系统分-35℃、-30℃、-10℃三个。-35℃系统用于冻结间，-30℃用于冷藏间。这两个系统采用配搭式双级压缩循环，共用一个中间冷却器（-10℃）和同一高压级；高压级还用于-10℃的空调系统，它通过两个卧式蒸发器为加工间夏季空调提供-3—2℃的乙二醇溶液－－目前-10℃系统暂未上马。

　　2－－3、制冷系统特点：

　　2－－3－－1、两个低温系统采取配搭式螺杆机双级压缩。单机双级螺杆机大多是国外的产品，价格十分昂贵，而采用螺杆配搭式双级压缩可以以较低的投资，可以取得同样的效果。具有节省系统的运行费用、降低了压缩机的压缩比、容积效率提高的优点。本工程由于把-35℃、-30℃的高压级与-10℃系统合并为同一系统，比起其各自为独立的系统，可以大大减少压缩机组的使用台数，并使得压缩机组在部分负荷下的运行概率减低，增加系统的运行可靠性，并节约了能耗，节省了投资。

　　2－－3－－2中间冷却器使用了二次节流完全冷却方式。该方式在国内刚处于起步阶段，其优点是可以减少节流过程中的不可逆损失，减低了低压循环桶的供液温度（传统的一次节流中间冷却器盘管温度比中间温度高5－7℃，而二次节流完全冷却向低压循环桶的供液温度即为中间温度），从而提高了低压级的产冷量。二次节流的中间冷却器它除作低温系统的中冷外，还兼作-10℃系统的循环桶，附带了部分负荷，使单位功率的制冷量增大，系统运行费用降低，能取得更大的节能。由于没有了独立的中间冷却器，使制冷系统的管道简化了许多，也减少了初始的投资。

　　2－－3－－3、安装了蒸发式冷凝器，节约了水、电能的消耗。

　　2－－3－－4、系统中安装的‘多点自动空气分离器’，能够连续不断地将不凝性气体从设备中分离出来，以维持系统工作的经济性。

三、冷库自动控制情况：

　　3—1、综述：

　　冷库自动化由制冷工艺系统的自动化和贮藏系统的自动化两项构成。目前，我们所做的只是制冷系统的自动化－－-它包括自动运行控制、实时监测、自动保护、数据的采集与处理，以及报表的自动生成。

　　新型的工业自动化控制系统是以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统。现代冷库制冷系统自动化的概念，应当是利用信息技术为依托，通过各种检测和控制器件，按照制冷工艺的要求，组成一个较为完善的自控体系，使其在没有人直接参与的情况下，对受控对象及生产过程的运行状态实时监控，使设备与工艺系统按照预置的程序运行，并能自动保护。同时，对使用者提供人机对话界面, 能够显示各种参数的动、静态画面。可以打印、输出报表，进行相关数据处理和历史记录地追忆。在授权的情况下，能自由设定系统的运行状态。

　　PLC(Programmable Logie Controller)是一种非常成熟的工业控制器，已被广泛地应用于工业自动化控制。它用一台专用工业控制计算机作为上位机，与主控柜上的PLC、机组上的PLC和设备上的PLC通过通讯电缆将数据采集、显示，实现对设备的监测、控制、参数调节以及报警等功能，并可自动记录设备运行的参数数据及报警情况，以备查考。

　　3－－2、控制系统的结构：

　　控制系统采用工业总线型网络，保证各节点之间的可靠通讯。系统为集中监控、分散控制的控制模式。

　　整个控制系统可划分为三个层次，即监控层、控制层和设备层。

　　3—2—1、监控层：由一台配备了组态软件的专用工控机，负责下位机（多个PLC）的集中监控和系统的参数配置、管理。在微机上显示各个监测点动态模拟画面、对系统的数据自动生成表格、定时或人为输出到打印机打印，并可在授权的范围内进行设置点的数据设置。

　　硬件配置：监控计算机、打印机、通讯卡、通讯电缆等。

　　软件配置：系统软件（Windows/xp的操作系统），监控组态软件。

　　3—2－－2控制层：控制层由多个PLC组成，每个PLC都是一个独立的子系统，负责对本地设备即PLC的I/O点进行数据采集和控制。

　　通过通讯网络将所有相关的数据上传给上位监控机。

　　主要硬件设备：PLC控制器、通讯卡、通讯电缆转接器、人机界面、接口模块、通讯电缆等。

　　软件：PLC编程软件、人机界面组态软件、应用软件。

　　3—2－－3设备层：设备层在整个控制系统中处于底层，是整个控制系统的关键环节，是控制系统的执行机构和数据采集部分。主要包括执行器、检测单元。如果将PLC比作人的大脑，那么执行机构就是人的手、脚，而检测元件就是人的眼、鼻、耳。

 3－－3、系统控制功能

　　3－－3－－1、制冷压缩机的控制

　　制冷系统采用自动型制冷压缩机，它是整个系统的关键设备。机组采用PLC 控制，每个机组使用一台PLC来控制本机组的运行，并进行保护。

　　机组的人机界面可以就地显示制冷压缩机组的运行参数，如排气压力和温度、吸气压力、供油压力和供油温度、滑阀位置、开机次数、累计运行时间、主电机电流等。

　　机组上的PLC根据系统的需冷情况、吸气压力的变化自动调节压缩机能量滑阀的位置，使机组运行处在最佳的工作点。

　　机组的界面能记录最后数次故障的情况，包括发生的时间、故障类别、故障时的数据，这有助于维修人员对发生的故障进行分析。

　　机组具有完善的保护功能。它有排气压力超高、油压差低、油温高、吸气压力低、主电机过载、油泵电机过载、吸气过滤器前后压差过大等保护与报警功能。

　　为了实现系统的自动运行和适应调试与维修的需要，制冷压缩机的人机界面上设有‘本地’和‘远程’两种控制方式。当 控制模式设为‘本地’ 时，压缩机的开停由人工控制；当控制模式设为‘远程’时，压缩机的开停为自动；如果系统运行状态为‘自动’，压缩机设为‘本地’，系统不能开启压缩机，整个系统不能自动运行。一般情况，系统运行状态为自动，压缩机应设为‘远程’。

　　3－－3－－2、系统的控制

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