冷库制冷循环模拟与控制实验系统设计

冷库制冷循环模拟与控制实验系统设计
王美霞;韩吉田;赵斌
【摘要】运用组态王软件设计了冷库制冷循环模拟与控制实验系统,可以模拟整个冷库制冷系统的操作和运行管理.此系统的开发与应用,不仅可以提高实验教学的效果,而且对于进一步增强学生动手实践能力和提高制冷系统管理与信息化水平具有重要现实意义.
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2010(027)004
【总页数】3页(P54-56)
【关键词】冷库;模拟;控制;实验系统
【作者】王美霞;韩吉田;赵斌
【作者单位】山东大学能源与动力工程学院,山东,济南,250061;山东大学能源与动力工程学院,山东,济南,250061;济南市建设监理有限公司,山东,济南,250061
【正文语种】中文
【中图分类】TB663;G642.423
随着经济发展和社会进步,人们对冷藏保鲜技术要求越来越高,冷库作为食品冷藏链的中心环节已得到了迅猛发展[1]。

实际冷库制冷系统除了压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四大主要部件以外,还有高压贮液器、低压循环桶、油分离器、空气分离器、供液调节站、回气调节站等辅助设备,是一个十分复杂的系统,这给教学工作带来了较大困难。

计算机技术的不断发展,为教学活动提供了一种新颖的工具[2-5],多媒体技术已成为一种非常有效的教学工具。

利用它可以使枯燥抽象的制冷系统及其实验内容丰富多彩、形象直观、图文声画并茂。

“组态王”因其方便的界面设计而使参数显示及图形动画变得非常容易,其预设的各种软件模块可以非常容易地被组态,从而实现和完成监控层的各项功能,是国内较为流行的组态软件[6]。

本文运用组态王软件设计了冷库制冷循环模拟与控制实验系统,不仅可为制冷及相关专业的制冷原理、冷库技术、制冷压缩机和制冷装置自动控制等课程进行演示性实验,而且能够实现监控和管理功能,增强学生对跨学科基本知识的掌握和灵活运用,收到了良好的教学效果。

该系统以实际氨压缩式制冷系统为基础,结合相关专业知识,利用组态王软件实现了制冷系统运行状态进行动画演示和自动调整功能。

在实验室中运行时,多数系统硬件没有接入,选择亚控仿真PLC(programmable logic controller)实现硬件设备的仿真。

实验软件系统包括制冷系统工作的主要设备和制冷剂的整个流程,可直观、动态地显示制冷剂的流动情况和制冷系统各重要部位的温度、压力等参数的变化。

利用组态王自身的图库以及其导入其他图片的功能,构造直观的原理图。

利用数据链接将各个状态点与其对应的数据变量联系起来,实现数据的实时传输。

根据冷库设计规范的规定,选择制冷剂在不同设备管道内流动的颜色,增强学生对制冷循环过程中制冷剂参数高低以及制冷剂流动情况的感性认识。

对于一些重要的设备采用动画模拟其运行,例如压缩机、冷凝器、低压循环桶等。

图1为单级压缩氨制冷循环系统主要设备运行监测页面图。

制冷系统的操作是严格的。

制冷压缩机的开停以及制冷系统的放油和放空气等操作都需要按照标准规定进行。

在本部分中,分别设置压缩机、蒸发器融霜、系统放油和放空气操作等界面,界面菜单分别设有可能性、危害、操作规程、注意事项等内容,视具体设备而有所不同。

下面对这些界面的设计功能分别进行介绍。

2.1 压缩机界面
冷库中通常采用活塞式和螺杆式压缩机,它们的操作规程是不同的,需要分别进行设置。

根据制冷系统蒸发温度的不同,分别采用单双级压缩制冷系统;配组双级及单机双级机的系统操作也有差别[7],要分别设置操作界面。

图2为压缩机主界面图。

2.2 蒸发器融霜界面
多数冷库制冷系统的蒸发温度低于0℃,蒸发器表面会出现结霜,影响蒸发器的热交换效率及增大冷风机的流动阻力,所以需要采取措施清除霜层。

一般冷风机运行系统,在日常运行时采用水融霜,在生产淡季时采用热氨融霜,除霜的同时还可以将蒸发器内累积的油膜彻底清除。

采用热氨融霜系统,根据调节站的不同设计,具体实验系统设计和操作有所不同。

2.3 放油界面
在氨为制冷剂的系统中,由于氨不溶解于润滑油,需要经常排放润滑油。

润滑油的排放一般由集油器进行排放。

2.4 放空气界面
冷库在运行过程中系统有时会混有空气等不凝性气体,对制冷系统安全经济运行造成不利影响,必须及时排除。

空气分离器就是清除冷库制冷系统中的不凝性气体,同时回收制冷剂的设备。

空气分离器主要有两种,一种是卧式套管式空气分离器,另一种是立式盘管式空气分离器[8]。

由于空气分离器在放空气等不凝性气体的同时还有完成制冷剂的回收任务,操作复杂,不利于学生掌握。

为此,在放空气界面中有动画显示空气分离器中空气的积聚以及制冷剂与空气的分离过程。

模拟放空气实验过程设有严格的操作规范程序,如有违规操作,会弹出警告窗口及相应的问题和解释,从而使学生能够了解自己的失误所在,并随时注意安全操作的重要性。

冷藏库库房管理是一项严格、技术要求高的工作,搞好库房的管理工作,对保证冷藏食品的质量、降低运行管理费用、保证安全生产非常重要。

冷库监控系统避免了冷
库运行过程中的盲目性,提高冷库资源的综合利用率。

监控系统运行采用中文界面,
具有人机界面友好、结果可视化等优点,具备参数的数据采集、动画显示、趋势曲线、实时和历史数据处理、报表输出打印等功能,可以实现冷库设备运行参数及库
房温湿度的远程监控和集中管理。

监控系统主要包括运行参数监控和安全保护两部分。

运行参数监控部分能够降低运行成本,减轻劳动强度,提高贮存商品的质量。

安全保护部分能够根据系统运行参数
的需要进行参数设定,保证冷库制冷系统安全运行。

部分页面如图3和图4所示。

3.1 运行监控部分功能
(1)实时监测库房温度和湿度、压缩机的吸排气压力和温度以及低压循环桶和排液
桶等设备的液位。

(2)记录保存所有监测数据,自动生成日报表、月报表和年报表。

为日常运行管理、
单位冷量耗电量定额和单位产品耗电量定额等科学管理指标的制定和执行提供依据。

(3)实时监测、动画显示制冷剂氨在制冷系统中的流动情况。

加强学生对制冷原理
和制冷循环中制冷剂气液相不同状态的理解。

3.2 安全保护部分功能
(1)根据运行需要进行压力、液位和电气等参数监视。

例如压缩机需要操作人员设
定压缩机的吸排气压力、温度警戒值等运行参数,当运行参数出现异常情况时,发出
报警信号,引起操作人员注意。

(2)自动对异常情况(例如压缩机的开停、运行参数异常、操作人员的登录情况等)进行记录和保存。

如前所述,多数设备运行参数的显示是通过仿真PLC实现。

在温度测量方面,选择虹润WP系列温度显示仪表和铜-康铜热电偶,同时设置一些硬件接口,让学生自己进
行硬件和软件之间的连接,增强学生的实践动手能力。

在今后的应用中,将逐步增加实际硬件设备,代替仿真PLC;增加冷库建筑构造、围护
结构和制冷系统设备选型计算、操作调整、设备常见故障以及相应的处理措施等方面的软件内容,完善硬件和软件系统。

本文以实际冷库制冷系统为基础,结合相关专业知识,运行组态王软件实现制冷系统、主要设备操作及监控系统的模拟运行和操作。

学生使用系统时可以及时察看相关的规定和要求,便于掌握理论知识。

在操作方面,操作界面简单明了,易操作,由于设有严格的操作规范程序,如有违规操作,会弹出警告窗口及相应的问题和解释,从而使学生能够了解自己的失误所在,并随时注意安全操作的重要性。

学生在使用模拟系统时,
不必担心损害系统,可以通过反复操作和反复查阅规定内容,达到掌握理论知识和提
高动手能力的目的。

此系统的开发与应用,不仅可以提高实验教学的效果,而且对于进一步增强学生动手
能力和提高制冷系统管理与信息化水平具有重要现实意义。

在今后的应用中,将逐
步完善软件和硬件系统,达到进一步提高学生动手能力的目的。

【相关文献】
[1]丁杰东.冷库智能化监控系统的实现[J].建筑热能通风空调, 2006,25(3):90-92.
[2]任思璟.基于组态控制的机械手实验系统的设计[J].实验技术与管理,2009,26(2):71-73.
[3]田虎,杨承志.基于DDE和组态软件的控制系统仿真研究[J].自动化仪表,2009,30(2):11-14.
[4]韩东,张亚男,黄护林,等.传热学中自然对流换热实验网上教学的研究[J].实验技术与管
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[6]张锡义,孙志坚,李伟江.组态王在水泵性能综合实验技术中的应用[J].实验技术与管
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[7]李明忠,孙兆礼.中小型冷库技术[M].上海:上海交通大学出版社,1995.
[8]时阳,朱兴旺.冷库设计与管理[M].北京:中国农业科学技术出版社,2006.。