集中工艺变频冷水供应机组在烟滤嘴成型机系统使用的先进性、可靠性论述

集中工艺变频冷水供应机组在烟滤嘴成型机系统使用的先进性、可靠
性论述
摘要：我们研制了变频冷水机组，此冷水机组中的控制器根据传感器得到的被控设备的温度值与预先给定的温度设定值比较，根据二者的偏差去控制变频器的频率输出，进而改变制冷压缩机的转速，达到调节被控设备恒定温度的目的。

关键词：烟滤嘴成型机；专利；先进；集中控制
根据河南中烟工业有限责任公司许昌卷烟厂易地技术改造项目，公司为此项目选择KDF2、ZL26C嘴棒成型机专用集中工艺变频风冷冷水机组3台。

MHL-Ⅲ-320BPW型冷水供应机组制冷量为80KW，机组出水温度范围为4℃～12℃可调，出口水温控制精度可以达到±0.5℃，其机组配有专用的油温自动控制阀，可将成型机润滑油温度控制在40-43℃之间。

冷水机组分成2个子系统，单台机组内共有3台压缩机（1台变频压缩机2台定频压缩机），任何1台压缩机或任何1个系统损坏都不会影响其他压缩机或另一个系统的正常使用；冷水供应机组外壳、框架、水管道、水箱、阀门及线槽等全部采用优质（304）材质。

其产品申请多项专利，各项性能指标均达到或超过国际制冷技术的先进水平。

MHL-III-320BPW专用变频风冷冷水供应机组，是根据各卷烟厂KDF2（ZL22）、KDF3（ZL26C）、KDF4等滤棒成型机降温所需要的冷水温度、流量、流速等参数设计的集中供水设备并已获得国家专利。

此系列冷水供应机组技术先进、运行可靠工艺精良、维护工作量小节省费用，可满足成型机的压板及润滑油的降温要求，集中供水即保证了成型机的压板及润滑油保持在一个最佳的温度状态，又延长了成型机的使用寿命还确保了各台成型机所生产的嘴棒质量稳定统一，此设备现已在昆明、楚雄、武汉、长沙、南昌、济南、安阳、上海、南通、牡丹江、蚌埠、常德、遵义等卷烟厂及嘴棒材料厂使用，并运行良好。

变送器的作用是把传感器得到的电信号进行放大、整形等处理，然后统一调整为规则化的电压，如0V～5V或电流信号4mA～20mA等作为调节器的输入。

调节器或控制器，它们其实就是一个由单片机组成的微型控制系统或者更具先进性的PLC系统，其本身具有计算、判断、逻辑分析功能，它有数字和模拟输入端、数字和模拟输出端，PLC控制系统可以在软件的控制下实现PID或模糊控制等控制规律，还可以利用数字输出口，指挥数台电动机的变频与工频之间的切换、被控设备相关部件的开启或关闭等多种操作。

变频器是利用电子器件的智能控制技术把电压频率固定的交流电变成了电压频率可变的交流电的一种控制设备。

用变频器输出的频率、电压可变的交流电去驱动电动机就可以达到电动机的调速。

变频器一般由供电部分、输出部分、控制部分、保护部分、显示部分和给定部分组成。

容量从几十瓦到几百千瓦，既有三相的也有单项的。

近年来，随着电子技术的发展，变频器的可靠性越来越强，性能越来越稳定，应用的领域越来越广泛。

电动机和被控设备一起构成了生产过程的动力源和执行机构，用以保证生产或系统工作的正常。

我厂冷水机组变频控制系统是一种闭环控制系统，有时
对于一些简单的控制系统也采用开环式的控制系统，这时传感器、变送器和调节器由人的五官和大脑来担任。

当观测到或感觉到系统的被控参数发生偏差以后，用人工的方法去调整变频器的给定值，使电动机的速度改变，从而达到控制被控参数的目的。

现在大部分的冷水机组的运行，采用ON/OFF控制方式，这种控制方式冷媒水温度会发生波动，影响待降温设备的稳定运行。

大功率压缩机在启动时有很大的冲击电流，需要配置比连续运行时更大的电源容量。

为了克服以上缺点，我们研制了变频冷水机组，此冷水机组中的控制器根据传感器得到的被控设备的温度值与预先给定的温度设定值比较，根据二者的偏差去控制变频器的频率输出，进而改变制冷压缩机的转速，达到调节被控设备恒定温度的目的。

使用变频冷水机组可以达到以下效果：
1.在轻负载时，压缩机在较低转速下工作，相对压缩机容量，蒸发器和冷凝器在相对比率较高的情况下工作，整体效率有所提高，因而可以节能。

2.由于使用了变频技术，压缩机的开停次数减少，制冷系统的压力变化损耗减少。

3.出水温度不再是一个波动值而是在设定值上下一个极小范围内变化，设备的可靠性和稳定性得到了提高。

4.减少了电动机的启动电流，可以延长压缩机的使用寿命。

5.变频系统具有自诊断和自处理功能，具有完善的保护功能确保设备的工作安全。

下面就变频冷水机组的具体调节方式和控制方式作如下描述：
1.启动方式
常规冷水机组以定频启动、定速运转。

变频冷水机组低频启动、变频运转，避免了机组的启停过程对电网的冲击。

由于普通冷水机组在用电高峰期由于电网电压比较低，所以会出现无法启动的现象，但采用变频控制技术后，由于可以实现变频降压启动，所以在电压比较低的时候也可以实现机组的正常启动，有利于机组的正常运转。

根据负荷大小，压缩机自动调节转速，再通过膨胀阀调节制冷剂流量大小，免去频繁开停机，使系统的运行更加稳定，节能效果更高，延长压缩机使用寿命，系统可靠性高。

采用定频机与变频压缩机搭配使用，低负荷时只启动变频压缩机，定频压缩机不运转，只有在高负荷时定频压缩机才启动运转，大大节约了运行费用，低频启动的特性使启动电流极小，不影响其它电器设备正常使用，更显其优越性，更具节能效果。

2.调节方式
2.1.温度调节
为了使冷水机组在ZL26、KDF2开启台数较少的情况下避免出现压缩机频繁启停，保证出水温度控制精度范围达到±1℃的要求，我们采用了目前业界技术含量最高的变频控制技术，同时采用先进的比例、积分、微分（PID）控制方式控制出水温度，将出水温度稳定在设定值附近，减小了出水温度的波动，由于出水温度的波动范围比较小，所以有利于产品质量的稳定。

同时对各机台的质量标准有了比较统一的要求标准。

在制冷系统中，其中T为出水温度，Ts为设定温度，达到设定温度压机停，出水温度高于设定温度，压缩机重新开启，此种控制方式所得到的冷水温度波动范围比较大。

控制系统采用智能PID调节方式进行温度恒定调解，控制中心根据检测到的出水温度值与设定温度值二者的偏差去控制变频器的频率输出，进而改变制冷压缩机的转速，达到调节被控设备恒定温度的目的。

采用PID控制技术后，出水温度能够精确的控制在±1℃的范围内，确保出水温度的精确。

2.2.冷却水循环系统稳定调节
由于现场设备使用情况的变化，正常生产时成型机的开启台数和特殊情况下的开启台数变化比较大，造成水循环系统压力和流量变化较大，为使冷却水循环系统保持稳定流量和压力，我们采用了旁路比例调节阀控制的方式。

在正常的生产过程中，由于成型机的开启台数是相对比较固定的，所以冷却水循环系统的波动范围也是比较小的，当生产情况变化成型机开启数量很少时系统压力和流量可能还会高于系统压力、流量的要求。

此时，控制系统会自动输出控制信号来调节旁路比例调节阀来进行旁路泄压，达到稳定冷冻水循环系统的要求。

对于旁通比例调节阀，我们通过采用PID控制方式来进行精确控制，能将出水压力或流量控制在非常精确的范围内。

2.3.冷凝风机调节
对于全年运行的冷水机组，在冬季运行时可能出现冷凝压力过低现象。

冷凝压力过低时，膨胀阀前后压差太小，膨胀阀容量减小，且容易出现阀前液体气化，导致供液能力不足，蒸发器缺液，系统制冷量大幅下降。

因此，必须将冷凝压力控制在合理范围内，才能充分保证制冷系统的性能得到最大化的合理使用。

冷凝风机采用变速风机，控制系统通过检测冷凝压力和环境温度，来控制冷凝风机的开启状态，将冷凝压力控制在一个科学的范围内。

确保冷凝压力不会出现过低现象，以保证冷水机组的高效运行。

2.4.冷凝器
冷凝器在使用一段时间后，由于环境的影响，易造成冷凝器的表面附着脏物，影响冷凝器的散热效果，降低制冷能力。

所以，对冷凝器的清理工作是必不可少的。

考虑到人工清理的局限性和不确定性，我们在控制程序中做了自动除尘程序，
系统根据冷凝风机的开启时间进行自动除尘。

当冷凝风机运行到一定时间后，“智能自动除尘装置”会自动通过空压气来对冷凝器进行清理工作，同时冷凝风机会进行反吹，将所有杂物吹离冷凝器表面。

确保冷凝器的散热效果，保证系统的制冷能力，长时间运行后系统节能效果最明显，与不具冷凝器自动除尘功能的冷水机组相比，经过长期运行后，在工作效率方面“智能自动除尘装置”会显示出很强的优越性。

2.5.PID控制描述
2.5.1.PID概念
①PI控制：PI控制是由比例控制（P）和积分控制（I）组合而成的，根据偏差及时间变化，产生一个执行量。

注：PI运算是P和I运算之和。

②PD控制：PD控制是由比例控制（P）和微分控制（D）组合而成的，根据偏差及时间变化，产生一个执行量。

注：PD运算是P和D运算之和。

③PID控制：利用PI控制和PD控制的优点组合成的控制。

注：PI运算是P和I运算之和。

④负作用
当偏差X（设定值-反馈值）为正时，增加执行量（输出频率），如果偏差为负，减小执行量。

温度（压力、流量）传感器反馈的水压信号〈Y〉（4-20mA）与设定值〈U〉进行比较，其偏差〈X〉经变频器的PID控制器运算后产生执行量〈Fi〉去驱动变频器，从而构成以设定温度（压力、流量）为基础的闭环控制系统。

运行参数在实际过程不断进行调整，使系统控制器响应趋于完整，并通过PLC计算需切换电机的运行操作。

3.机组运行
制冷机分为三台压缩机，其中变频压缩机一台，定频压缩机两台。

在启动时首先启动水泵，使系统内的水进行循环。

PLC根据检测到的出水温度和出水流量及进出水压差决定冷水机组的开启台数和所需运转频率。

当第一次启动时，根据检测到的出水温度根据PID运算输出相应的控制频率来启动变频压缩机，当变频压缩机升高到最大频率运行，延时后启动其中一台定频压缩机，然后变频压缩机继续根据频率控制进行升降频率（两台定频机组的运转顺序是通过其运转时间来确定的，运行时间短的先启动，这样通过程序控制启动方式来平衡两台定频压缩机的运行时间基本一致）。

控制系统统过PID运算后输出相应的控制频率使压缩机的运转速度发生改变，当控制频率升到频率上限时（90赫兹）则首先停掉变频压缩机然后启动定频压缩机，并在定频压缩机启动完成后则再次启动变频压缩机，并进行恒温变频运行。

当变频压缩机的频率再次升高到频率上限时，则再次停掉变频机启动另一台定频机，并在定频压缩机启动完成后则再次启动变频压
缩机，并再次进行恒温变频运行。

同时检测出水温度、回气压力、出水流量，如果此时温度还是不能够降低则继续启动变频压缩机，并进行升频运行。

当单台冷水机组的制冷量不能满足制冷需求时，则PLC控制系统输出控制信号，启动另一台冷水机组，启动时首先启动变频压缩机，此时如果还是不能满足制冷需求时则重复第一台冷水机组的启动过程，直到满足用户的制冷需求为止。

当达到用户的出水温度需求时，则进入恒温控制运行状态，对出水温度进行恒定控制。

当用户所需的制冷量降低时，对变频压缩机进行降频运行，当频率下降到频率下限时则停止一台定频压缩机（运转时间长的先停），重复上述工作过程，直到满足用户的制冷需求。

机组能够经通讯模块与现场的其它设备联网进行网联网集中控制，方便了用户对设备时时的监控和操作。

3.1.经济性：制冷压缩机选用涡旋式压缩机并联机组，系统节能工作十分迫切。

自动化控制系统有助于实现系统节能要求。

3.2.精确性：必须保证水箱水的温度均匀和不存在温度死角。

3.3.可靠性：系统长时间运转，必须有很高的可靠性保证。

否则均会对设备安全，生产安全造成很大威胁。

3.4.安全性：1.4.1 温度、压力、流量、水箱液位等各种控制参数的超标报警。

1.4.2 机组，水泵，阀体等设备的报警及保护。

1.4.3 各种电器故障的检测报警，如接触器粘死等。

当系统发生故障时，系统必须能够自动转入应急状态，采取相应措施保证温度要求。

3.5.智能化：用户只需在中央监控室通过上位机设定所需参数。

下位机控制系统按照程序设计自动经济运行。

无需人员干预。

系统每个设备，参数均可以在中央监控室实时监控。

用户也可在中央控制室内预先编制好程序。

下位机控制系统能够自动改变运行参数。