冷库制冷工艺设计 教学课件 ppt 作者 李敏 第十章 冷库制冷工艺设计

第10章冷库自动控制的基本及简介 10．1冷库自动化基本内容 10．1．1冷库自动化的意义 (1)从安全角度看冷库自动化的意义 (2)从调节精度看冷库自动化的意义 1)冻结物冷藏间库房温度波动值不得超过±1℃； 2)冷却物冷藏间库房温度波动值不得超过±0．5℃。 (3)从制冷设备合理使用看冷库自动化的意义 (4)从降低运行管理费用看冷库自动化的意义10．1．2冷库自动化的分类 冷库自动化程度一般可分为5类。其中第1类为机器、设备的安全保护装置是自动控制设计中必须具备的，第2至第5类的选择，则应根据生产需要、投资的可能性以及维护水平等实际情况确定。 第1类机器、设备的安全保护装置内容; 第2类为局部自动控制内容; 第3类为半自动控制内容; 第4类全自动控制内容; 第5类最佳工况调节10．1．3冷库自动调节常用名词和术语 (1)自动调节:在没有人工直接参与下，而依靠仪、自动装置来实现决定生产进程的各种参数达到给定值或按某种规律变化的操作; (2)调节对象：在制冷系统中需要调节的各环节，都叫调节对象。例如，要使冷藏间温度调节在一定的范围内，那么冷藏间就是室温的调节对象。 (3)调节参数：在生产过程中需要进行调节的表征生产过程变化的参数，称为调节参数，或称被调量、输出量。 (4)给定值：对调节参数规定的数值叫给定值，例如一间冷却物冷藏间内的温度要求保持在0℃，这个预先规定的0℃，就是库温调节系统的给定值。 (5)偏差：测定值与给定值进行比较的差值叫做偏差。(6)扰动：使被调量发生变化的因素叫做扰动。 (7)敏感元件：是测量被调参数变化的元件，用来感受被调参数大小并输出信号的元件，称为敏感元件，又称为测量元件，或称一次仪表。例如温度传感器、湿度传感器、压力变器等。 (8)输入量：泛指输入到自动调节系统中的信号，包括给定值和扰动。 (9)反馈：将输出量的全部或部分信号返回到输入端称为反馈。反馈的结果有利于加强输入信号则称为正反馈。相反，其作用减弱输入信号称为负反馈。 (10)调节器：对调节对象的生产过程起调节作用，使被调量不变，或使被调量作一定变化的装置叫调节器。又称为二次仪表。 (11)调节执行机构——凡是接受调节器输出信号而动作，再控制阀门等的部件称为执行机构，如电磁阀中的电磁铁等，而电磁阀门等称为调节机构。执行机构和调节机构组装在一起就叫调节执行机构10．1．4调节系统的分类 1．按调节系统的结构分类，可分为闭环系统和开环系统 1)闭环调节系统——调节装置输出的被调量不但受本身程序的制约，而且受现场反馈回来的检测信号(被调量参数)的控制。 闭环系统又分为正反馈闭环调节系统和负反馈闭环调节系统。 A．正反馈闭环系统的特点：输出量越是增加，返回的输入量也越大。冷库不宜采用这种调节系统。 B．负反馈闭环调节系统的特点:就是检测偏差，纠正偏差。使调节系统有一个稳定的输出。如图10-1所示 2)开环调节系统——被调量不以任何形式反馈回输入端，说明进人调节装置的信号不是来自调节对象的被调参数，而是其他某一参数。而调节装置输出的控制信号却可以作用于调节对象上，并改变被调参数的数值。称为开环系统。如图10-2所示。 2．按自动调节系统的特性分类，可分为定值调节系统、程序调节系统、随动调节系统三类。 1)定值调节系统：给定值是不变的数值。被调参数是保持恒定不变的。 2)程序调节系统：给定值按照预先规定的程序变化，被调参数也按这一规定的程序变化。 3)随动调节系统：给定值是随机函数，预先不知道被调量的变化规律及调节器的动作位置，只知道所要求调节的结果。10．1．5调节器的选择 国内生产的调节器，按作用特性来分，主要有位置式、比例式(P)、积分式(I)、比例、积分式(PI)和比例、积分、微分式(PID)等五种。冷库自动调节系统中，最常用的是位置式调节器和比例式调节器。 1.位置式调节器(双位式和三位式) 1)双位式调节器的动作是间断的。 2)双位式调节器都有一定的差动范围。 3)双位式调节器得不到稳定工况 4)位置式调节器适用于单容对象，其容量系数或时间常数较大，纯滞后较小，负荷变化不大也不剧烈震荡的场所，冷库一般都是用于温度、压力和液面调节。其他参数很少使用。 5)结构简单，容易调整，价格低。 2.比例式调节器(P) 比例式调节器属于连续动作的调节器，它的动作特性是：当被调参数与给定值有偏差时，调节器能按被调参数与给定值的偏差值大小和方向发出与偏差值成正比的控制信号，不同的偏差值对应不同的调节机构位置。动作比位置式调节器平滑得多。 比例式调节器可分为直接作用式和间接作用式两种。 1)直接作用式比例式调节器:调节机构的位移与调节参数的变化成正比。 2)间接作用式比例调节器:将感受元件、调节器和执行机构分别组成二个或三个部件。 3.积分式调节器(I) 积分式调节器的动作特性是：当被调参数与其给定值发生偏差时，调节机构便动作，一直到被调参数与给定值的偏差消失为止。 积分式调节器只适用于下列场合： 1)被调对象具有自平衡能力，自平衡能力越大，调节过程品质越好； 2)调节系统的滞后现象要小； 3)调节速度要小； 4)扰动作用不能变化太快。 4.比例积分式调节器(PI):当被调参数与其 给定值发生偏差时，调节器的输出信号不仅仅与输入偏差保持硬性的比例关系，而且还与输入偏差对时间的积分成正比。 5.比例、积分、微分式调节器(PID)：比例作用的输出与偏差值成正比、积分作用的输出变化的速度(快、慢)与偏差值成正比、微分的输出与偏差变化的速度成正比。因此采用比例、积分、微分式调节器不仅加强了调节系统抗干扰的能力，而且调节系统的稳定性也得到了提高。10．2机房自动控制设计 10．2．1氨压缩机的安全保护装置 1氨活塞机的安全保护 1)高、低压保护 2)油压差自动保护 3)冷却水断水保护 4)冷凝水断水保护 5)低压循环贮液桶液位超高保护 6)电机过载保护 2.螺杆式氨压缩机安全保护 螺杆式氨压缩机除具有活塞式氨压缩机的6项安全保护装置外，还设置有吸气温度、排气温度、油温、精滤器前后压差保护等。10．2．2压缩机的能量调节 压缩机的能量调节是指制冷压缩机的产冷量随着库房蒸发器的热负荷的变化而自动增减，通过调节压缩机运行台数或压缩机本身投入的气缸数，使压缩机的产冷量与库房蒸发器的热负荷平衡。 (1)压缩机能量调节装置的组成 压缩机能量调节装置由测量元件、调节器和执行机构组成。 1)测量元件：压缩机的吸气压力和制冷剂的蒸发温度是能量调节的两个参数。 2)能量调节器 凡是具有上下限触点的压力控制器和温度控制器，压力或温度调节范围在设计允许值内，都可以作为压缩机的能量调节器。 3)活塞式压缩机能量调节执行机构 活塞式压缩机的能量调节执行机构是由能量调节电磁阀和卸载装置组成。4)螺杆式压缩机的能量调节执行机构(2)活塞式压缩机能量调节方法1)旁通能量调节 2)压缩机电机调速法 A．改变电机的极数的压缩机调速法 B．变频调速方法 3)单台压缩机开、停法 4)开停台数调节方法 5)定值逐级卸载法 6)定点延时分级步进的程序调节方法10．2．3液位自动控制 (1)液位控制回路的制冷工艺示意图图10-14是中间冷却器液位控制回路制冷工艺示意图 (2)液位回路的电气控制原理 液位回路制冷自控程序方框图，如图10-15所示。液位回路的电气控制原理如图10-16所示10．2．4氨泵及低压循环贮液桶液位的自动控制 (1)氨泵及液位回路的工艺要求，以BKX-12Z氨泵控制箱(一桶两泵)为例。工艺示意图如图10-17所示。(2)氨泵回路的制冷自控程序方框图见图10-18。液位控制方框图与图10-15相同。(3)氨泵及液位回路电气控制原理图，以BKX-12Z型为例，如图10-19所示。10．2．5放空气的自动控制 (2)电气原理接线图 如图10-22所示，当选择开关SA拨到“0”位时，控制电源切断，ZKF-1型可手动操作方式工作，ZKF-2型因有热力膨胀阀阻隔，不能手动操作。 (3)使用与调整 1)ZKF自动型空气分离器的安装位置 一般是安装在高压贮液桶的上方600mm处，ZKF自动型空气分离器下方的回液管与高压贮液桶连通。ZKF壳体内冷凝下来的氨液靠重力直接流人高压贮液桶内，壳体内不积液，效率较高。 2)温度控制器的安装 温度控制器的温包应插入冷却盘管的中心和距顶部1／3处，温包和温度计的套管内应灌入冷冻油，管口用塑料胶带缠封。 3)温度控制器参数的调整10．2．6油系统的自动控制 油系统自动控制包括放油、油处理、压缩机加油三项内容。 (1)自动放油 1)集油器采用电加热放油 图10-23是集油器电加热放油的工艺示意图。 根据工艺要求各容器不能同时往集油器中放油，只允许逐个轮流放油。因此需要按集油器收油和放油程序，实行步进程序自控。放油、收油顺序如方框图10-24所示。 2)集油器采用热氨盘管加热放油 集油器中带有热氨盘管，如图10-25所示。3)多台容器的放油(2)油处理 油处理工艺示意图如图10-27所示油处理自控流程如图10-28所示(3)压缩机自动加油10．2．7冷凝压力的自动调节 (1)立式冷凝器的压力自动调节，工艺示意图如图10-30所示。 (2)卧式冷凝器的压力自动调节 卧式冷凝器的冷凝压力自动调节方式与立式冷凝器相同．水量调节阀有压力和温度两种控制方式。 1)采用受压力控制的水量调节阀 受压力控制的水量调节阀为直接作用式。如图10-31所示 2)采用温度控制水量调节阀 受温度控制的水量调节阀，如图10-32所示， (3)蒸发式冷凝器的冷凝压力自动调节 蒸发式冷凝器的冷凝压力自动调节有下述3种方法，其工艺示意图如图10-33所示。 1)根据冷凝压力调节风量，降低冷凝压力。 2)根据冷凝压力调节进风湿度，使冷凝压力回升； 3)根据冷凝压力改变喷淋水量，使冷凝压力保持在稳定范围内；(4)风冷式冷凝器的压力调节1)根据冷凝压力，调节冷却风机的风量的方法调节冷凝压力2)利用压力调节阀和旁通调节阀来稳定冷凝压力，其工艺示意图如图10-34所示。10．3库房自动控制设计 冷间自控内容有：温度遥测、温度调节、自动程序冲霜、呼人信号和电动冷库门等项目。蔬菜库有温湿度遥测和控制。气调库有气体调节．10．3．1冷间温度遥测选择温度检测仪表一般是根据冷库规模、测量精度、技术经济指标及操作维护方便等四个方面考虑。库温遥测仪表由温度传感器和显示仪表组成。库温遥测和温度控制也可合用一套仪表。10．3．2冻结物冷藏间温度自动调节(1)温度控制要求如图10-35所示 根据冻结物冷藏间温度控制要求控制供液电磁主阀和回气电磁主阀的启闭。 工艺示意图如图10-36所示：(3)控制回路 温度调节方框图如图10-37所示10．3．3冷却物冷藏间温度自动调节 控制回路 1)只控制供液电磁阀，不控制回气阀，在回气管上安装手动阀门，如图10-38所示。 2)控制供液电磁阀，也控制回气阀方案 工艺示意图如图10-39控制方框图如图10-40所示10．3．4冻结间温度自动调节 冻结间工艺流程图如图10-41所示冻结间工艺示意图如图10-42所示空库降温控制程序方框图如图10-43所示当食品入库完毕，开始冻结程序，控制流程方框图如图10-44所示10．3．5冰库温度自动调节回路 冰库温度自动调节，若采用排管制冷，与冻结物冷藏间自动调节回路相同，若采用空气冷却器制冷，则与冷却物冷藏间自动调节回路相同，所不同的是温度控制范围不一样，冰库温度一般保持在-4～-10℃之间。10．3．6除霜的自动控制 (1)水冲霜的控制：冲霜程序如图10-45所示。 (2)热制冷剂融霜 (3)水冲霜和热制冷剂融霜相结合的程序控制 冻结间内冲霜程序见图10-46。(4)电热除霜程序控制方框图如图10-47所示。(5)自然除霜库温大于5℃的冷间，可以采用自然除霜方式，就是停止制冷，但冷风机继续运行，使库内空气中的热焓将表面霜层除掉。10．3．7冷库湿度的自动控制 贮藏水果、蔬菜、鸡蛋等的冷却物冷藏间，不仅需要适宜温度，而且还需要有适宜的湿度。湿度控制内容有加湿、除湿控制. 加湿方法一般有喷雾式、蒸汽发生式加湿器和自然蒸发式等三类。 喷雾式加湿方法如图10-48所示蒸汽发生式加湿器原理如图10-49所示 除湿方法:自动除湿,固体除湿:利用吸附剂从空气中吸收水分达到除湿的目的，常用的吸附剂有硅胶、铝胶、活性炭、氯化钙和氯化锂等,图10-50是采用氯化锂吸收空气中的水分的除湿机.10．3．8冷库门的自动控制 (1)冷却物冷藏间手动冷库门的自动控制回路在冷库门框上方安装行程开关，当冷库门打开时，行程开关接通空气幕电路，风幕启动。当冷库门关闭，行程开关切断空气幕电路，冷风幕停止运转。空气幕控制原理图见图10-51所示。 (2)冻结物冷藏间、冻结间手动冷库门的自动控制回路 冻结物冷藏间和冻结间的手动冷库门的自动控制回路控制原理与冷却物冷藏间手动冷库门相同，只是门上加装了24V电热丝。控制原理图见图10-52所示。10．3．9呼人信号10．4气调库的自动控制 抑制水果、蔬菜的呼吸作用的方法，就是采用气调方法改变水果、蔬菜库内空气组成比例，适当降低空气中氧的含量，提高二氧化碳的浓度，这就需要建立气调机房。主要气调设备有：催化燃烧降氧机、二氧化碳脱除机、碳分子筛制氮机.(1)催化燃烧降氧机1)催化燃烧降氧机的组成催化燃烧降氧机也叫做气体发生器，是快速降氧的有效方法。一般由催化燃烧反应器、气体冷却器、离心鼓风机、电磁阀、工艺管道、测量仪表和控制设备等部件组成。2)催化燃烧降氧机工艺流程,如图10-54所示(2)二氧化碳脱除机 1)二氧化碳脱除机的组成:一般由两个吸附罐、两台鼓风机(用同一电动机驱动)、相互连接的管道和6个三角形三通阀门及控制设备组成.2)二氧化碳脱除机工艺流程(3)碳分子筛制氮机 1)碳分子筛制氮机的组成:由空气压缩机、空气过滤器、贮气罐、缓冲贮气罐、吸附塔、真空泵和电控气动阀门、程控微处理机及气体分析仪器等组成。利用吸附分离作用制氮，将氮气送人气调库内，可以脱除空气中的二氧化碳和乙烯。 2)工艺流程如图10-56所示