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摘要：随着中国能源日益紧张，节能也成为冷库建造首要考虑的问题。由于冷库目前广泛采用压缩式制冷装置，因此在制冷系统中压缩机及压缩方式的选取对于冷库节能显得尤为重要。冷库可用于储存肉类、果蔬、水产等物质的特殊建筑物，主要作用是通过人工制冷的方式延长物品的保质期。近年来，冷库的应用范围不断扩展，规模日益增大，对电能的消耗量逐渐增加，在系统设计过程中应选择合适的设备，采用科学的设计方式，并将自动化技术引入其中，以此来提高系统的可靠性与节能性。
关键词：冷库；制冷系统；自动化
随着人们生活水平逐步提高，为了延长食品的保藏时间和保障贮藏期间的品质，冷库的作用日益显著。对于冷库而言，制冷控制质量的优劣直接关系到库内贮藏货物的质量和运行的能耗，所以冷库制冷控制系统的可靠性、合理性和稳定性至关重要。为了使整个系统能够正常且高效运行，有许多热工参数要进行控制，如温度、压力、流量等。对这些参数精确、及时的控制是控制系统设计的关键。也就是说，制冷控制系统的主要任务在于，当外部条件或者系统负荷变化时，通过一定的控制动作，在安全、合理的运行工况下，保证制冷系统达到要求的性能指标，并尽可能提高系统在不同运行工况下的效率。
一、冷库制冷系统概述
冷库是广泛应用于需要冷藏冷冻的，诸如肉类、水产、果蔬、化学化工制品、医药制品等产品商品的特殊建筑。冷库对于保存非恒温贮藏的物品有着重要的作用，也是用于某些特殊科学试验的特殊场地。近些年来，随着我国对于冷库的需求增加，我国冷库数量不断增多，但受制于多方面原因，目前我国冷库中制冷系统仍多采用人工操作，即使部分冷库采用自动化制冷系统，其相关自动化技术仍不完善，制冷的质量效果和效率存在着一定的不足和问题。制冷系统是冷库工作和运行的核心系统，也是冷库发挥其作用功效的保障。制冷系统的优劣决定着冷库的工作质量。
二、冷库制冷系统选择
1、制冷剂的选择。目前国内冷库制冷系统制冷剂主要有氟利昂、氨和二氧化碳三种。氟利昂制冷剂应用较多的为R507A。氨和二氧化碳是两种天然制冷剂，氨 ODP=0，GWP=0，二氧化碳 ODP=0，GWP=1，对环境的影响小，也是当今较为热门的两种制冷剂。液氨由于本身具有毒性，可燃及爆炸危险性，包含在国家安全监管总局首批重点监管的危险化学品名录内，且液氨储存量超过 10 吨即被判定为重大危险源，因此氨制冷系统受到安全监督部门严格监管，对其应用具有很大的限制作用。二氧化碳作为天然制冷剂历史悠久，由于受到人工合成制冷剂的影响，在国内发展的较晚，因此还没有得到广泛的应用，目前由于氟利昂对环境的破坏作用而重登舞台，发展前景看好。
2、制冷系统形式的选择。冷库按冷藏设计温度分类可以分为高温、中温、低温和超低温四大类冷库：①高温冷库设计温度为-2℃～+8℃；②中温冷库设计温度为-10℃～-23℃；③低温冷库设计温度为-23℃～-30℃；④超低温冷库设计温度一般为-30℃～-80℃。冷库的设计规模按冷藏间的公称容积可分为大型、中型和小型三大类冷库：①公称容积大于20000m3 为大型冷库；②20000m3～5000m3 为中型冷库；③20000m3～5000m3 为小型冷库。为了减小制冷系统制冷剂的充注量，满足经济性和安全性要求，一般中小型冷库采用氟利昂或氨制冷系统，大型冷库根据冷库的设计温度采用氨和二氧化碳复叠/载冷制冷系统或氟利昂和二氧化碳复叠/载冷制冷系统。对于氨和二氧化碳复叠/载冷制冷系统，当制冷系统蒸发温度高于-25℃，一般采用二氧化碳载冷制冷系统；当制冷系统蒸发温度低于-25℃时，一般采用二氧化碳复叠制冷系统。
三、冷库制冷自控系统的应用
现阶段，我国许多冷库控制的自控程度较低，但自控与手动控制相比，前者在电能节约方面要比后者节约5%-15%左右，由于在温度、湿度等方面较为精准，因此冷冻后的食品质量更佳。对于大中型冷库来说，通常坚持集中监控、分散管理的原则，将自控系统划分为以下部分进行应用。
1、控制层。在以往的冷库控制中，主要采用逻辑电路、继电器、单片机等，在自动化技术飞速发展背景下，冷库自动控制以现场工业总线PLC为基础，将其与传统控制方式相对比，可知后者不但在接线数量方面有所减少，还可节约更多系统空间，使工作效率得到显著提升。在实际运行过程中，可采用内部存储器进行程序编写，对顺序、逻辑等进行运算，再利用控制元件与机器相连，实现数字信息的模拟传输，使多种类型的机械生产得到有效控制；利用PLC系统进行制冷研究可知，在小型冷库应用中，与传统控制相比，不但在损耗方面有所降低，还可在无人值守的情况下实现自动运行。
2、监控层。该层属于系统的核心层，PLC系统与人机交互界面相结合，共同完成信号传递工作，控制人员可通过人机界面对设备的运行状态进行实时查看，并生成报表，对各项数据信息进行记录。在大数据时代背景下，数据的存储和挖掘十分重要，在冷库系统中，监控层具有数据采集功能，通过人机界面将设备运行信息进行展示，有助于技术人员挖掘出隐藏的规律知识，使制冷设备中存在的问题得到有效解决，为用户在线故障诊断提供便利，为后续系统升级和设备改造提供充足依据，使制冷系统的运行效率得到显著提升，还可节约大量电能，减少能源消耗。
3、设备层。该层属于信息冷库温湿度控制和信息采集的主要措施，通过感应部件来实现，例如，温度传感器可对冷库运行的采集值和设定值进行对比，然后通过智能调节的方式，对冷风机的开启和关停进行控制；对于蒸发器来说，可通过程序对除霜时间进行设置，当冷藏库中的CO2浓度超过设定标准时，可利用CO2传感器进行检测和控制；还可安装多样化微机控制温度传感器，输出即时温度，对设备运行数据进行检测，使冷库在无人值守的情况下自动运行。通过对温湿度传感器进行监测可知，对将获取到的数据传输到上位机中，可通过传感器对冷库进行有效控制，使设备运行更加安全和稳定。此外，设备层中传感器作为系统中的重要部分，在未来冷库的自控发展中具有十分关键的促进作用。
四、冷库制冷设备控制的举例
1、压缩机组
对系统中多台压缩机采取能级和容量优化控制策略，能够获得可观的节能效果。
压缩机容量优化控制，通过高效的滑阀控制来实现；主动控制变速压缩机的滑阀位置在高效能级区间。可以防止多台压缩机同时运行在部分负荷以下，同时可以稳定系统吸气压力；在同一制冷系统中的多台压缩机，根据系统吸气压力逐台启动（当负荷增加时）或停机（当负荷减少时），并控制压缩机在高效运行区间内对滑阀进行控制，提高压缩机运行效率；由能源优化管理系统，根据系统负荷，对压缩机采用浮动排气压力控制，当制冷系统负荷较低，即冷库温度达到浮动吸气压力控制范围，适当提高系统压力设定值，以降低系统能耗。
可根据设定的吸气压力来实现自动开/停机，使吸气压力始终保持在稳定的范围内，从而保证机组运行在最佳的经济状态。
在机组运行的过程中实时显示吸气压力、排气压力、喷油压力、精滤器前压力、吸气温度、排气温度、喷油温度、油加热温度、能级、电机电流、蒸发温度、冷凝温度、总运行时间及实时时间等参数。
对于以上所有测量点的参数可进行控制点设定、幅差设定、事故预报警、故障停机设定。
自动机组同时具有手动操作功能。
为操作者提供了安全访问密码，以防在未经许可的情况下改变设定值。访问级别分为四级，每级均有自己的密码。
运行程序存储在FLASH中，数据设定存储在EEPROM中，避免了因交流电源断电而使程序或数据丢失，同时节省了用户维护时间及费用。
具有历史报警记录功能，便于用户掌握机组运行状况并进行故障分析。
联网功能
上位联网通讯：控制器的通讯接口均为RS485，提供标准的MODBUS RTU协议，控制器做从站，上位机做主站，接收控制器传来的各种参数。可以完成机组本身同上位监控系统（例如：DCS）的联网通讯。
本地联网通讯：可以实现最多8台压缩机的本地联网功能，能自动地根据机组的运行时间或人为指定来确认各台机组的运行优先级，按顺序逐台启动或停止压缩机，从而保证各台机组的运行时间基本相同。
2、蒸发式冷凝器
蒸发冷可采用浮动冷凝压力控制或固定冷凝压力控制策略；
制冷机房室外设置温湿度变送器，控制系统实时跟踪环境条件和冷库负荷变化，采用浮动冷凝压力控制策略，可实现整个制冷系统的节能运行。在满足压缩比、油分、冷库融霜压力等前提条件下，动态优化排气压力设定值，蒸发冷风机自动运行，使压缩机和冷凝器风扇的综合能耗最小；制冷系统的冷凝压力是一个重要的直接影响能耗的技术参数,不能简单地认为冷凝压力升高,能耗增加,冷凝压力降低,能耗减少。对于一个特定的制冷系统以及特定的制冷工况,应通过其详细的热力计算分析,得出较合理的系统运行冷凝压力,并在运行中加以控制,便可降低整个系统的能耗；通过采集机组内部高压贮液器内压力（冷凝压力，压力变送器采用丹佛斯 AKS33型），并比对排气压力设定值，可自动控制蒸发式冷凝器水泵、风机、冷凝盘管的投入数量，提高效率的同时，即降低了系统能耗；控制系统累计蒸发冷运行时间，蒸发冷的启停次序可在上位机由人为指定，以保证每台水泵和风机的运行时间基本相等；蒸发冷控制器能对所有蒸发冷运行的报警和故障进行监测，并可显示当前的温度和压力值，并可设定风机延时时间以及报警上下限；蒸发冷水槽设置液位控制器，当水槽液位低时，立即停止蒸发冷水泵的运行，并发出声光报警；蒸发冷水槽设置温度传感器，用以检测冷却水温度，自动控制水槽加热器的运行；蒸发冷风扇软启动气设置直接启动旁路，当软启故障时，自动切换至直启旁路，保证系统运行的可靠性；
五、冷库冲霜管控的举例
冷库融霜的自动控制和管理，实现制冷系统的节能运行。采用热气融霜的每台冷风机，均设置一组自动控制阀组，由PLC自动控制融霜过程。达到冷风机融霜时间时，自动按工艺要求关闭供液电磁阀、回气电磁阀和冷风机，打开热氨阀，当除霜完毕时，自动控制相关电磁阀的动作，恢复制冷状态。系统液位超高，立即保护性终止冷风机融霜过程；
冷风机排水管设置伴热带，采用自动控制方式。
原理：由于空气中的水分，冷风机冷库，在蒸发器盘管和水盘上会结霜。霜的形成与库温、负荷、环境、门的开启次数有关。随着霜层厚度的增加，盘管换热能力下降,因此必须融霜。融霜过程将热量带入冷库，增加了工厂负荷和耗电量。如果不优化融霜方法，工厂效率就会受到影响。融霜管理指管理融霜的间隔、持续时间、终止时间。
收益：管理融霜间隔，防止在低负荷阶段的过多融霜。优化融霜持续时间，防止将过多的热量带入冷库,降低工厂负荷，防止能源浪费。快速终止融霜，也减少了融霜时加热器的耗电。减少制冷系统低负荷情况下的融霜，减少吸气压力波动，保证系统长期稳定运行。冷库负荷越低，耗电率越高，通过融霜管理，避免冷藏库在较低的负荷下融霜；
综上所述，在我国提倡“绿水金山就是金山银山”的可持续发展战略的现今，社会行业节能减排提高效率降低能源的消耗与使用已经成为行业发展的趋势和必然要求。制冷系统在我国中的需要和需求急速增加，如何提高制冷系统的工作运作效率质量，成为亟须解决的问题。本文对制冷系统自动化技术开展了相关研究论述，并分析了制冷系统自动化的价值与意义，提出了其对于节能工作的帮助，以期能够在可持续发展战略下促进相关行业发展。
参考文献：
[1] 黄鑫.浅谈大型制冷系统自动控制与节能分析[J].节能,2017,36 (12):34-36.
[2] 伍伙华.自动化冷库制冷系统设计要点分析[J].建筑工程技术与设计,2017,(11):02.
[3] 刘少龙.绿色冷媒制冷系统探讨[J].物流技术与应用,2016,4(z2): 55-56.