DE60116713T2

DE60116713T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlsystems mit elektronischer Verdampfdruckregelung

Info

Publication number: DE60116713T2
Application number: DE60116713T
Authority: DE
Inventors: Abtar Kennesaw Singh; Jim Acworth Chabucos; Paul Marietta Wickberg; John Acworth Wallace
Original assignee: Computer Process Controls Inc
Current assignee: Copeland Cold Chain LP
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: US7134294B2; US20040016252A1; EP1139037A1; US6578374B2; EP1582825A2; KR100740051B1; EP1582825B1; US20070022767A1; CA2340910C; AR062871A2; US20030051493A1; EP1482256B1; AU778337B2; EP1139037B1; EP1582825A3; EP1500884A2; US6601398B2; CA2340910A1; IL142260A0; AU2983701A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlsystems und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlsystems unter Verwendung von elektronischen Verdampferdruckreglern und eines gleitenden Saugdruck-Sollwerts an einer Verdichterreihe.
Diskussion des Stands der Technik
Ein herkömmliches Kühlsystem weist einen Verdichter auf, der Kühlmitteldampf verdichtet. Vorm Verdichter wird der Kühlmitteldampf in eine Kondensatorschlange geleitet, in der der Dampf bei hohem Druck verflüssigt wird. Das flüssige Hochdruck-Kühlmittel wird dann im Allgemeinen zu einem Sammelbehälter befördert. Vom Sammelbehälter fließt das flüssige Hochdruck-Kühlmittel nach dessen Entspannen mittels eines Expansionsventils zu einem Niederdruck-Zweiphasen-Kühlmittel aus dem Sammelbehälter zu einer Verdampferschlange. Wenn das Niederdruck-Zweiphasen-Kühlmittel durch die Verdampferschlange fließt, absorbiert das Kühlmittel Wärme von dem Kühlgehäuse und dampft ab zu einem Einphasen-Niederdruckdampf, der schließlich zum Verdichter zurückkehrt, in dem sich der Kühlprozess mit geschlossener Rückführung wiederholt.
Bei manchen Systemen umfasst das Kühlsystem mehrere Verdichter, die mit mehreren Kreisläufen verbunden sind, wobei ein Kreislauf als eine physikalisch installierte Reihe von Gehäusen definiert ist, die bei gleichem Druck/gleicher Temperatur arbeiten. In einem Lebensmittelgeschäft kann zum Beispiel eine Gruppe von Gehäusen in einem Kreislauf für Tiefkühlkost verwendet werden, eine andere Gruppe kann für Fleischwaren verwendet werden, während eine andere Gruppe für Molkereierzeugnisse verwendet wird. Jeder Kreislauf mit einer Gruppe von Gehäusen arbeitet somit bei unterschiedlichen Temperaturen. Diese Temperaturunterschiede werden im Allgemeinen durch Verwenden mechanischer Verdampferdruckreglern oder mit jedem Kreislauf in Reihe angeordnete Ventile verwirklicht. Jeder mechanische Verdampferdruckregler regelt den Druck für alle innerhalb eines bestimmten Kreislaufes angeschlossenen Gehäuse. Der Druck, bei dem der Verdampferdruckregler den Kreislauf steuert, wird während der Inbetriebnahme des Systems mit Hilfe einer im Ventil vorhandenen mechanischen Regulierschraubeneinstellung einmal eingestellt. Der Druckregulierpunkt wird basierend auf Gehäusetemperaturanforderungen und Druckabfall zwischen den Gehäusen und Verdichterreihen-Saugdruck gewählt.
Die mehreren Verdichter sind mit Hilfe von Saug- und Ablassgassammlern ebenfalls miteinander verrohrt, um eine aus den mehreren parallelen Verdichtern bestehende Verdichterreihe zu bilden. Der Saugdruck für die Verdichterreihe wird durch gesteuertes Ein- und Aus-Modulieren jedes der Verdichter gesteuert. Der Saugdruck-Sollwert für die Reihe wird im Allgemeinen auf einen Wert gesetzt, der die niedrigste Verdampferkreislauf-Anforderung erfüllen kann. Der Kreislauf, der bei der niedrigsten Temperatur arbeitet, steuert mit anderen Worten im Allgemeinen den Saugdruck-Sollwert, der zur Versorgung dieses Kreislaufs festgelegt wird.
Es gibt aber verschiedene Nachteile bei einem so gearteten Betreiben und Steuern eines Systems. Ein Nachteil ist zum Beispiel, dass sich die Anforderung an die Gehäusetemperatur im Allgemeinen im Laufe des Jahres ändert. Dies erfordert eine Kühlmechanik zum Ausführen einer lokalen Änderung der Verdampferdruckeinstellungen über die Regulierschraubeneinstellung jedes Verdampferdruckreglers, wodurch weiterhin eine Nacheinstellung des festgelegten Saugdruck-Sollwerts an der Reihe von Verdichtern erforderlich wird. Ein weiterer Nachteil dieser Art von Steuersystem ist, dass sich die Lasten des Gehäuses von Winter zu Sommer ändern. Im Winter liegt somit eine niedrigere Gehäuselast vor, die einen höheren Saugdruck-Sollwert erfordert, und im Sommer liegt eine höhere Last vor, die einen niedrigeren Saugdruck-Sollwert erfordert. In der Realität werden aber solche Einstellungen selten ausgeführt, da sie auch eine manuelle Einstellung mittels einer Kühlmechanik erfordern.
Was also erforderlich ist, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Steuerung eines Kühlsystems, die elektronische Verdampferdruckregler und einen gleitenden Saugdruck-Sollwert für die Reihe von Verdichtern nutzt, die nicht unter den oben erwähnten Nachteilen leidet. Dies gibt wiederum eine adaptive Einstellung des Verdampferdrucks jedes Kreislaufs, eine adaptive Einstellung des Reihen-Saugdrucks an die Hand, ermöglicht ein ferngesteuertes Ändern der Verdampferdruck-Anforderungen, ermöglicht adaptive Änderungen der Druckeinstellungen jedes Kreislaufs jederzeit während seines Betriebs, so dass der Reihen-Saugdruck bei seinem höchstmöglichen Wert gehalten wird, ermöglicht eine gleitende Kreislauftemperatur basierend auf einer Produktsimulatorsonde und ermöglicht die Verwendung von Gehäusetemperaturinformationen zur Steuerung des Verdampferdrucks für den gesamten Kreislauf und des Saugdrucks an der Verdichterreihe. Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung für die Steuerung eines Kühlsystems unter Verwendung von elektronischen Verdampferdruckreglern und eines gleitenden Saugdruck-Sollwerts an die Hand zu geben.
ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß den erfindungsgemäßen Lehren wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlsystems unter Verwendung von elektronischen Verdampferdruckreglern und eines gleitenden Saugdruck-Sollwerts offenbart. Zur Verwirklichung der obigen Aufgaben der vorliegenden Erfindung können das vorliegende Verfahren und die vorliegende Vorrichtung elektronische Schrittregler (ESR) an Stelle von mechanischen Verdampferdruckreglern verwenden. Das Verfahren und die Vorrichtung können auch Temperaturanzeigemodule an jedem Gehäuse einsetzen, die zum Erfassen von Gehäusetemperatur, Produkttemperatur und anderen Temperaturen konfiguriert werden können. Die Anzeigemodule sind miteinander verkettet, um ein Kommunikationsnetzwerk mit einem Hauptregler zu bilden, der die elektrischen Schrittregler und den Saugdruck-Sollwert steuert. Das verwendete Kommunikationsnetzwerk kann entweder ein RS-485 oder ein anderes Protokoll sein.
Diesbezüglich werden die Daten zu dem Hauptregler übertragen, wo die Daten protokolliert und analysiert werden und Steuerentscheidungen für die ESR-Ventilstellung und die Saugdruck-Sollwerte gefällt werden. Der Hauptregler erfasst die Gehäusetemperatur für alle Gehäuse eines vorgegebenen Kreislaufes, nimmt Mittel/Min./Max. (basierend auf Anwenderkonfiguration) und setzt PI/PID/Fuzzy-Logik-Algorithmen ein, um für jeden Kreislauf die ESR-Ventilstellung zu entscheiden. Alternativ kann der Hauptregler Angaben zur Flüssigkeitsunterkühlung oder relativen Feuchtigkeit erfassen, um die ESR-Ventilstellung für jeden Kreislauf zu steuern. Der Hauptregler steuert auch den Saugdruck-Sollwert für die Reihe, der adaptiv geändert wird, so dass der Sollwert derart eingestellt wird, dass mindestens ein ESR-Ventil immer im Wesentlichen zu 100% offen gehalten wird.
GB-A-2232784 offenbart eine Steuervorrichtung für ein Kühlsystem, welche mehrere Kreisläufe umfasst, jeder mit einem Kühlgehäuse, einem elektronischen Verdampferdruckregler in Verbindung mit einem jeweiligen Kreislauf und der jeweils eine Temperatur eines der Kreisläufe regeln kann, mit einen Sensor zum Messen eines Parameters eines jeweiligen Kreislaufs und mit einer Steuervorrichtung für jeden elektronischen Verdampferdruckregler basierend auf den gemessenen Parametern jedes der Kreisläufe.
US-A-5,440,891 offenbart ein Verdichtersteuersystem unter Verwendung von Fuzzy-Logik, wobei eine Steuervorrichtung Ausgabesignale als Reaktion auf Drücke oder Temperaturen ausgibt.
Eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gibt eine Vorrichtung für die Steuerung eines Kühlsystems nach Anspruch 1 an die Hand.
Eine zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gibt ein Verfahren für die Steuerung eines Kühlsystems nach Anspruch 14 an die Hand.
In einer anderen bevorzugten Ausführung wird ein Verfahren für die Steuerung eines Kühlsystems dargelegt. Dieses Verfahren umfasst einen führenden Kreislauf mit einem niedrigsten Temperatur-Sollwert von mehreren Kreisläufen, wobei jeder Kreislauf mindestens ein Kühlgehäuse aufweist, das Initialisieren eines Saugdruck-Sollwerts für eine Verdichterreihe mit mindestens einem Verdichter basierend auf dem ermittelten führenden Kreislauf, das Ermitteln einer Änderung des Saugdruck-Sollwerts basierend auf gemessenen Parametern des führenden Kreislaufs und das Aktualisieren des Saugdrucks basierend auf der Änderung des Saugdruck-Sollwerts.
Bei einer noch weiteren bevorzugten Ausführung wird ebenfalls ein Verfahren für die Steuerung eines Kühlsystems dargelegt. Dieses Verfahren umfasst das Einstellen einer maximal zulässigen Produkttemperatur für einen Kreislauf mit mindestens einem Kühlgehäuse, das Ermitteln einer simulierten Produkttemperatur für den Kreislauf, das Berechnen der Differenz zwischen der simulierten Produkttemperatur und der maximal zulässigen Produkttemperatur und das Einstellen des Temperatursollwerts des Kreislaufes basierend auf der errechneten Differenz.
Die erfindungsgemäße Verwendung gibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Steuerung eines Kühlsystems an die Hand. Dadurch wurden die oben erwähnten Nachteile, die mit den derzeit erhältlichen Kühlsteuersystemen einhergehen, wesentlich reduziert oder beseitigt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Noch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann nach Lesen der folgenden Beschreibung und unter Einbeziehen der Zeichnungen offensichtlich. Hierbei zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Kühlsystems, welches ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlsystems nach den Lehren der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung verwendet;
2 ein Schaltbild, das die Verwendung eines Anzeigemoduls nach den Lehren der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung veranschaulicht;
3 ein Flussdiagramm, das eine Kreislauf-Drucksteuerung unter Verwendung eines elektronischen Druckreglers veranschaulicht;
4 ein Flussdiagramm, das eine Kreislauf-Temperaturregelung unter Verwendung eines elektronischen Druckreglers veranschaulicht;
5 ein adaptives Flussdiagramm zum Gleitenlassen des Reihen-Saugdruck-Sollwerts gemäß den Lehren der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung;
6 eine Darstellung der bei den Verfahren 1 und 2 von 5 eingesetzten Fuzzy-Logik;
7 eine Darstellung der im Verfahren 3 von 5 eingesetzten Fuzzy-Logik; und
8 ein Flussdiagramm, das die Steuerung einer gleitenden Kreislauf- oder Gehäusetemperatur basierend auf einer Produktsimulatortemperatursonde veranschaulicht.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG(EN)
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungen bezüglich eines Verfahrens und einer Vorrichtung für die Steuerung eines Kühlsystems unter Einsatz von elektronischen Verdampferdruckreglern und eines gleitenden Reihen- Saugdruck-Sollwert ist lediglich beispielhafter Natur und soll nicht die Erfindung oder deren Anwendung oder Einsatzmöglichkeiten beschränken. Zwar wird die vorliegende Erfindung nachstehend eingehend in Bezug auf spezifische Arten von Geräten beschrieben, doch kann die vorliegende Erfindung auch andere Arten von Geräten verwenden, die so konfiguriert werden können, dass sie im Wesentlichen die gleiche Steuerung bieten, wie sie hier besprochen wird.
Unter Bezug auf 1 wird ein detailliertes Blockdiagramm eines Kühlsystems 10 nach den Lehren der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Kühlsystem 10 umfasst mehrere Verdichter 12, die mit einem gemeinsamen Saugsammelrohr 14 und einem Ablasssammelrohr 16 zusammen verrohrt sind, wobei alle in einer Verdichterreihe 18 positioniert sind. Die Verdichterreihe 18 verdichtet Kühlmitteldampf, der einem Kondensator 20 zugeführt wird, wo der Kühlmitteldampf bei hohem Druck verflüssigt wird. Dieses flüssige Hochdruck-Kühlmittel wird mehreren Kühlgehäusen 22 mittels Rohrleitungen 24 zugeführt. Jedes Kühlgehäuse 22 ist in separaten Kreisläufen 26 angeordnet, die aus mehreren Kühlgehäuses 22 bestehen, die innerhalb eines gleichen Temperaturbereichs arbeiten. 1 zeigt vier (4) Kreisläufe 26, die als Kreislauf A, Kreislauf B, Kreislauf C und Kreislauf D bezeichnet sind. Jeder Kreislauf 26 wird aus vier (4) Kühlgehäusen 22 bestehend dargestellt. Der Fachmann auf dem Gebiet wird aber erkennen, dass eine beliebige Anzahl an Kreisläufen 26 sowie eine beliebige Anzahl an Kühlgehäusen 22 innerhalb eines Kreislaufs 26 eingesetzt werden können. Wie dargestellt arbeitet jeder Kreislauf 26 im Allgemeinen innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs. Kreislauf A kann zum Beispiel für Tiefkühlkost dienen, Kreislauf B für Molkereierzeugnisse, Kreislauf C für Fleisch usw.
Da die Temperaturanforderung für jeden Kreislauf 26 anders ist, weist jeder Kreislauf 26 einen Druckregler 28 auf, der vorzugsweise ein elektronischer Schrittregler (ESR) oder ein Ventil 28 ist, das zum Steuern des Verdampferdrucks und somit der Temperatur des gekühlten Raums in den Kühlgehäusen 22 dient. Jedes Kühlgehäuse 22 weist ferner seinen eigenen Verdampfer und sein eigenes Expansionsventil auf, das entweder ein mechanisches oder ein elektronisches Ventil zum Steuern der Überhitzung des Kühlmittels sein kann. In dieser Beziehung wird Kühlmittel durch die Rohrleitung 24 zu dem Verdampfer in jedem Kühlgehäuse 22 zugeführt. Das Kühlmittel strömt durch ein Expansionsventil, in dem ein Druckabfall eintritt, um das flüssige Hochdruck-Kühlmittel auf eine Kombination aus einer Flüssigkeit und einem Dampf mit niedrigerem Druck zu ändern. Wenn sich die Heißluft von dem Kühlgehäuse 22 über die Verdampferschlange bewegt, verwandelt sich die Niedrigdruckflüssigkeit in Gas. Dieses Niedrigdruckgas wird dem zu diesem bestimmten Kreislauf 26 gehörigen Druckregler 28 befördert. Am Druckregler 28 wird der Druck gesenkt, wenn das Gas zur Verdichterreihe 18 zurückkehrt. An der Verdichterreihe 18 wird das Niedrigdruckgas wieder auf Hochdruck verdichtet und dem Kondensator 20 zugeführt, der wiederum eine Hochdruckflüssigkeit erzeugt, um den Kühlzyklus erneut zu starten.
Zur Steuerung der verschiedenen Funktionen des Kühlsystems 10 wird eine Hauptkühlsteuervorrichtung 30 verwendet und konfiguriert bzw. programmiert, den Betrieb jedes Druckreglers (ESR) 28 sowie den Saugdruck-Sollwert für die gesamte Verdichterreihe 18 zu steuern, wie hier im Weiteren erläutert wird. Die Kühlsteuervorrichtung 30 ist eine beliebige programmierbare Steuervorrichtung, die wie hier besprochen programmiert werden kann. Die Kühlsteuervorrichtung 30 steuert die Gruppe von Verdichtern 12 in der Verdichterreihe 18 über ein Eingabe-/Ausgabemodul 32. Das Eingabe-/Ausgabemodul 32 weist Schaltschütze auf, um zum Vorsehen des gewünschten Saugdrucks die Verdichter 12 ein- und auszuschalten. Eine separate Gehäusesteuervorrichtung, beispielsweise eine CC-100-Gehäusesteuervorrichtung, kann zum Steuern der Überhitzung des Kühlmittels zu jedem Kühlgehäuse 22 über ein elektronisches Expansionsventil in jedem Kühlgehäuse 22 mittels eines Kommunikationsnetzwerkes oder Busses 34 verwendet werden. Alternativ kann ein mechanisches Expansionsventil an Stelle der separaten Gehäusesteuervorrichtung verwendet werden. Wenn separate Gehäusesteuervorrichtungen eingesetzt werden sollen, kann die Hauptkühlsteuervorrichtung 30 ebenfalls über den Kommunikationsbus 34 zum Konfigurieren jeder separaten Gehäusesteuervorrichtung verwendet werden. Der Kommunikationsbus 34 kann entweder ein RS-485-Kommunikationsbus oder ein LonWorks Echelon Bus sein, der es der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 und den separaten Gehäusesteuervorrichtungen ermöglicht, von jedem Gehäuse 22 Informationen zu empfangen.
Um den Druck in jedem Kreislauf 26 zu überwachen, kann ein Druckmessumformer 36 am jedem Kreislauf 26 (siehe Kreislauf A) vorgesehen und am Ausgang der Gruppe von Kühlgehäusen 22 oder direkt vor dem Druckregler 28 positioniert werden. Jeder Druckmessumformer 36 liefert ein analoges Signal an eine analoge Eingangsplatine 38, die das analoge Signal misst und diese Information über den Kommunikationsbus 34 der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 liefert. Die analoge Eingangsplatine 38 kann eine herkömmliche analoge Eingangsplatine sein, die in der Kühlsteuerungsumgebung eingesetzt wird. Ferner wird ein Druckmessumformer 40 eingesetzt, um den Saugdruck für die Verdichterreihe 18 zu messen, der ebenfalls der analogen Eingangsplatine 38 geliefert wird. Der Druckmessumformer 40 ermöglicht eine adaptive Steuerung des Saugdrucks für die Verdichterreihe 18, wie hier desweiteren beschrieben wird. Um die Öffnungen in jedem Druckregler 28 zu verändern, wird eine elektronische Schrittregler(ESR)-Schalttafel 42 verwendet, die bis zu acht (8) elektronische Schrittregler 28 antreiben kann. Die ESR-Schalttafel 42 ist vorzugsweise eine ESR-8-Schalttafel, die aus acht (8) Treibern besteht, die die Schrittventile 28 über eine Steuerung von der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 antreiben können.
Im Gegensatz zur Verwendung eines Druckmessumformers 36 zum Steuern eines Druckreglers 28 kann auch die Umgebungstemperatur in den Gehäuses 22 zur Steuerung der Öffnung jedes Druckreglers 28 verwendet werden. In dieser Beziehung wird der Kreislauf B mit den Temperatursensoren 44 gezeigt, die jedem einzelnen Kühlgehäuse 22 zugeordnet sind. Jedes Kühlgehäuse 22 in dem Kreislauf B kann einen separaten Temperatursensor 44 haben, um die zum Steuern des Druckreglers 28 verwendeten Mittel-/Min-/Max-Temperaturen zu messen, oder es kann ein einzelner Temperatursensor 44 in einem Kühlgehäuse 22 innerhalb von Kreislauf B verwendet werden, da alle Kühlgehäuse in einem Kreislauf 26 bei im Wesentlichen gleichem Temperaturbereich arbeiten. Diese Temperatureingaben werden auch der analogen Eingangsplatine 38 vorgelegt, die die Informationen über den Kommunikationsbus 34 wieder der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 zuführt.
Im Gegensatz zur Verwendung eines einzelnen Temperatursensors 44 zur Ermittlung der Temperatur für ein Kühlgehäuse 22 kann alternativ ein Temperaturanzeigemodul 46, wie es in Kreislauf A gezeigt wird, verwendet werden. Das Temperaturanzeigemodul 46 ist vorzugsweise ein TD3 Case Temperature Display. Die Verbindung der Temperaturanzeige 46 wird in 2 genauer gezeigt. In dieser Beziehung wird das Anzeigemodul 46 in jedem Kühlgehäuse 22 eingebaut. Jedes Modul 46 ist so ausgelegt, dass es bis zu drei (3) Temperatursignale misst. Diese Signale umfassen die Gehäuseauslasslufttemperatur mittels eines Auslasstemperatursensors 48, die simulierte Produkttemperatur mittels der Produktsimulatortemperatursonde 50 und eine Entfrostungsbeendigungstemperatur mittels eines Entfrostungsbeendigungssensors 52. Diese Sensoren können auch gegen andere Sensoren ausgetauscht werden, beispielsweise einen Rückluftsensor, einen Verdampfertemperatur- oder Reinigungsschaltersensor. Das Anzeigemodul 46 weist ferner eine LED-Anzeige 54 auf, die so konfiguriert werden kann, dass sie beliebige Temperaturen und/oder den Gehäusestatus (Entfrosten/Kühlen/Alarm) anzeigt.
Die Produktsimulatortemperatursonde 50 ist ein 0,0004732 m³ (16 oz.) großer Behälter, der mit vierprozentigem (4%) Salzwasser oder mit einem Material gefüllt ist, das eine Nahrungsmitteln ähnliche Wärmeeigenschaft aufweist. Das Temperatur erfassende Element ist in der Mitte der ganzen Baugruppe eingebettet, so dass die Produktsonde 50 thermisch wie echte Nahrungsmittel, beispielsweise Hühnchen, Fleisch usw. funktioniert. Das Anzeigemodul 46 misst die Gehäuseauslasslufttemperatur mittels des Ablasstemperatursensors 48 und die simulierte Produkttemperatur mittels des Produktsondentemperatursensors 50 und übermittelt diese Daten dann mittels des Kommunikationsbusses 34 zu der Hauptkühlsteuervorrichtung 30. Diese Informationen werden protokolliert und für die anschließende Systemsteuerung unter Verwendung der hierin beschriebenen neuartigen Verfahren verwendet.
An der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 können auch Alarmgrenzwerte für jeden Sensor 48, 50 und 52 sowie Entfrostungsparameter eingestellt werden. Die Alarm- und Entfrostungsinformationen können zum Anzeigen des Status auf der LED-Anzeige 54 von der Hauptkühlsteuervorrichtung 30 zum Anzeigemodul 46 übertragen werden. 2 zeigt ebenfalls eine alternative Konfiguration für die Temperaturerfassung mit dem Anzeigemodul 46. In dieser Beziehung wird das Anzeigemodul 46 optional mit einer einzelnen Gehäusesteuervorrichtung 56 verbunden gezeigt, zum Beispiel CC-100 Case Controller. Die Gehäusesteuervorrichtung 56 empfängt Temperaturinformationen von dem Anzeigemodul 46, um das elektronische Expansionsventil in dem Verdampfer des Kühlgehäuses 22 zu steuern, wodurch das Strömen von Kühlmittel in die Verdampferschlange sowie die sich ergebende Überhitzung geregelt wird. Diese Gehäusesteuervorrichtung 56 kann auch die Alarm- und Entfrostungsbetriebsabläufe steuern und diese Informationen zurück zum Anzeigemodul 46 und/oder der Kühlsteuervorrichtung 30 übermitteln.
Kurz gesagt ist der Saugdruck an der Verdichterreihe 18 von der Temperaturanforderung für jeden Kreislauf 26 abhängig. Angenommen zum Beispiel ein Kreislauf A arbeitet bei –12,222°C (10°F), Kreislauf B arbeitet bei –9,444°C (15°F), Kreislauf C arbeitet bei –6,666°C (20°F) und Kreislauf D arbeitet bei –3,588°C (25°F). Der Saugdruck an der Verdichterreihe 18, der über den Druckmessumformer 40 erfasst wird, erfordert einen Saugdruck-Sollwert basierend auf der niedrigsten Temperaturanforderung für alle Kreisläufe 26 (d.h. Kreislauf A) oder für den führenden Kreislauf 26. Daher wird der Saugdruck an der Verdichterreihe 18 so eingestellt, dass eine Betriebstemperatur von –12,222°C (10°F) für Kreislauf A erreicht wird. Dies erfordert, dass der Druckregler 28 in Kreislauf A im Wesentlichen zu 100% geöffnet wird. Wenn daher der Saugdruck für das Erreichen von –12,222°C (10°F) am Kreislauf A eingestellt wird und keine Druckreglerventile 28 für jeden Kreislauf 26 verwendet werden würden, würde jeder Kreislauf 26 bei der gleichen Temperatur arbeiten. Da aber jeder Kreislauf 26 bei einer anderen Temperatur arbeitet, werden die elektronischen Schrittregler oder Ventile 28 um einen bestimmten Prozentsatz pro Kreislauf 26 geschlossen, um die entsprechende Temperatur für diesen bestimmten Kreislauf 26 zu regeln. Um die Temperatur für Kreislauf B auf –9,444°C (15°F) anzuheben, wird das Schrittreglerventil 28 in Kreislauf B etwas geschlossen, das Ventil 28 in Kreislauf C wird stärker geschlossen und das Ventil 28 in Kreislauf D wird sogar noch stärker geschlossen, was die verschiedenen geforderten Temperaturen erzeugt.
Jeder elektronische Druckregler (ESR) 28 kann durch eine von drei (3) Vorgehensweisen gesteuert werden. Im Einzelnen kann jeder Druckregler 28 basierend auf Druckwerten des Druckmessumformers 36, basierend auf Temperaturwerten mittels des Temperatursensors 44 oder basierend auf mehreren, durch das Anzeigemodul 46 genommenen Temperaturwerten gesteuert werden.
Unter Bezug auf 3 wird eine Drucksteuerlogik 60 gezeigt, die die elektronischen Druckregler (ESR) 28 steuert. In dieser Beziehung werden die elektronischen Druckregler 28 durch Messen des Drucks eines bestimmten Kreislaufes 26 mittels des Druckmessumformers 36 gesteuert. Wie in 1 gezeigt wird, umfasst Kreislauf A einen Druckmessumformer 36, der mit der analogen Eingangsplatine 38 gekoppelt ist. Die analoge Eingangsplatine 38 misst den Verdampferdruck und überträgt die Daten unter Verwendung des Kommunikationsnetzwerkes 34 zu der Kühlsteuervorrichtung 30. Die Drucksteuerlogik bzw. der Algorithmus 60 ist in die Kühlsteuervorrichtung 30 einprogrammiert.
Die Drucksteuerlogik 60 weist einen Sollwert-Algorithmus 62 auf. Der Sollwert-Algorithmus 62 wird zum adaptiven Ändern des erwünschten Kreislaufdruck-Sollwerts (SP_ct) für den gerade analysierten Kreislauf 26 basierend auf dem Wert der Flüssigkeitsunterkühlung nach dem Kondensator 20 oder basierend auf der relativen Feuchtigkeit (RF) in dem Geschäft verwendet. Der Unterkühlungswert ist der Betrag der Kühlung in dem flüssigen Kühlmittel aus dem Kondensator 20, der über dem Siedepunkt des flüssigen Kühlmittels liegt. Angenommen zum Beispiel die Flüssigkeit ist Wasser, das bei 100°C (212°F) siedet, und die Temperatur aus dem Kondensator beträgt 12,777°C (55°F), dann ist die Differenz zwischen 100°C (212°F) und 12,777°C (55°F) der Unterkühlungswert (d.h. Unterkühlung ist gleich der Differenz zwischen dem Siedepunkt und der Flüssigkeitstemperatur). Bei Gebrauch wird ein Bediener einfach einen erwünschten Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) basierend auf der erwünschten Temperatur in dem bestimmten Kreislauf 26 und der Art des verwendeten Kühlmittels aus bekannten Temperaturnachschlagetabellen oder -karten wählen. Der Sollwert-Algorithmus 62 verändert diesen Sollwert adaptiv basierend auf dem Wert der Flüssigkeitsunterkühlung nach dem Kondensator 20 oder basierend auf der relativen Feuchtigkeit (RF) innerhalb des Geschäfts. Wenn in dieser Beziehung 30 psig für den Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) für einen Kreislauf 26 bei Sommerbedingungen mit 80% RF und –12,222°C (10°F) Flüssigkühlmittel-Unterkühlung gewählt wird, dann wird bei 20% RF oder 50°F Unterkühlung der Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) adaptiv auf 207,5 MPa (33 psig) geändert. Für andere Prozentwerte der relativen Feuchtigkeit (RF%) oder eine andere Flüssigkeitsunterkühlung können die Werte einfach aus dem Vorstehenden interpoliert werden, um den entsprechenden Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) zu ermitteln. Der sich ergebende adaptive Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) wird dann zu einer Ventilöffnungssteuerung 64 weitergeleitet.
Die Ventilöffnungssteuerung 64 weist einen Fehlerdetektor 66 und einen PI/PID/Fuzzy-Logik-Algorithmus 68 auf. Der Fehlerdetektor 66 empfängt den Kreislaufverdampferdruck (P_ct), der mittels des am Ausgang des Kreislaufes 26 angeordneten Druckmessumformers 36 gemessen wird. Der Fehlerdetektor 26 empfängt auch den adaptiven Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) von dem Sollwert-Algorithmus 62, um die Differenz bzw. den Fehler (E_ct) zwischen dem Kreislaufverdampferdruck (P_ct) und dem erwünschten Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) zu ermitteln. Dieser Fehler (E_ct) wird dem PI/PID/Fuzzy-Logik-Algorithmus 68 unterzogen. Der PI/PID/Fuzzy-Logik-Algorithmus 68 kann ein beliebiger herkömmlicher Kühlsteuerungsalgorithmus sein, der einen Fehlerwert nehmen und einen prozentualen (%) Ventilöffnungswert (VO_ct) für den elektronischen Verdampferdruckregler 28 ermitteln kann. Zu beachten ist, dass im Winter eine niedrigere Last vorliegt, was daher einen höheren Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) erfordert, während im Sommer eine höhere Last vorliegt, was einen niedrigeren Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) erfordert. Die Ventilöffnung (VO_ct) wird dann von der Kühlsteuervorrichtung 30 zum Steuern des elektronischen Druckreglers (ESR) 28 für den bestimmten Kreislauf 26, der gerade durch die ESR-Schalttafel 42 und den Kommunikationsbus 34 analysiert wird, verwendet.
Unter Bezug auf 4 wird eine Temperatursteuerlogik 70 gezeigt, die an Stelle der Drucksteuerlogik 60 zum Steuern des elektronischen Druckreglers (ESR) 28 für den bestimmten Kreislauf 26, der gerade analysiert wird, verwendet werden kann. In dieser Beziehung wird jeder elektronische Druckregler 28 durch Messen der Gehäusetemperatur bezüglich des bestimmten Kreislaufes 26 gesteuert. Wie in 1 gezeigt, weist der Kreislauf B Gehäusetemperatursensoren 44 auf, die mit der analogen Eingangsplatine 38 gekoppelt sind. Die analoge Eingangsplatine 38 misst die Gehäusetemperatur und übermittelt unter Verwendung des Kommunikationsnetzwerkes 34 die Daten zu der Kühlsteuervorrichtung 30. Die Temperatursteuerlogik bzw. der Algorithmus 70 ist in die Kühlsteuervorrichtung 30 einprogrammiert.
Die Temperatursteuerlogik 70 kann entweder Gehäusetemperaturen (T₁, T₂, T₃, ... T_n) von jedem Gehäuse 22 in dem bestimmten Kreislauf 26 oder eine einzelne Temperatur von einem Gehäuse 22 in dem Kreislauf 26 empfangen. Sollten mehrere Temperaturen überwacht werden, werden diese Temperaturen (T₁, T₂, T₃, ... T_n) durch einen Mittel-/Min-/Max-Temperatur-Block 72 gesteuert. Block 72 kann entweder so konfiguriert werden, dass er den Mittelwert jeder der von jedem der Gehäuse 22 empfangenen Temperaturen (T₁, T₂, T₃, ... T_n) nimmt. Alternativ kann der Mittel-/Min-/Max-Temperatur-Block 72 so konfiguriert werden, dass er die Mindest- und Maximaltemperaturen der Gehäuse 22 überwacht, um einen zu verwendenden Mittelwert oder einen anderen geeigneten Wert zu wählen. Die Wahl der zu verwendenden Option wird im Allgemeinen basierend auf der Art der in dem Kühlsteuersystem 10 eingesetzten Hardware ermittelt. Von Block 72 wird die Temperatur (T_ct) einem Fehlerdetektor 74 vorgelegt. Der Fehlerdetektor 74 vergleicht den erwünschten Kreislauftemperatur-Sollwert (SP_ct), der vom Bediener in der Kühlsteuervorrichtung 30 eingestellt wird, mit der tatsächlichen gemessenen Temperatur (T_ct), um einen Fehlerwert (E_ct) zu erhalten. Dieser Fehlerwert (E_ct) wird hier wiederum einem PI/PID/Fuzzy-Logik-Algorithmus 76 unterzogen, der ein herkömmlicher Kühlsteuerungsalgorithmus ist, um eine bestimmte prozentuale (%) Ventilöffnung (VO_ct) für den bestimmten elektronischen Druckregler (ESR) 28, der gerade über die ESR-Schalttafel 42 gesteuert wird, zu ermitteln.
Während das Implementieren der Temperatursteuerlogik 70 effizient ist, weist sie inhärente logistische Nachteile auf. Zum Beispiel erfordert jeder Gehäusetemperatursensor 44 eine Verbindung von jedem Vitrinengehäuse 22 zu einem Motorraum, in dem sich die analoge Eingangsplatine 38 im Allgemeinen befindet. Dies führt zu hohen Verdrahtungs- und Einbaukosten. Daher besteht eine Alternative zu dieser Konfiguration darin, das Anzeigemodul 46, wie in Kreislauf A von 1 gezeigt, zu verwenden. In dieser Beziehung gibt ein Temperatursensor in jedem Gehäuse 22 die Temperaturinformationen zu dem Anzeigemodul 46 weiter, das mit dem Kommunikationsnetzwerk 34 verkettet ist. Auf diese Weise kann der Auslasslufttemperatursensor 48 oder die Produktsonde 50 zum Ermitteln der Gehäusetemperatur (T₁, T₂, T₃, ... T_n) verwendet werden. Diese Informationen können dann direkt von dem Anzeigemodul 46 zu der Kühlsteuervorrichtung 30 übertragen werden, ohne Notwendigkeit der analogen Eingangsplatine 38, wodurch die Verdrahtungs- und Einbaukosten wesentlich reduziert werden.
In 5 wird eine adaptive Saugdrucksteuerlogik 80 zur Steuerung des Reihen-Saugdruck-Sollwerts (P_SP) gezeigt. Der Saugdruck-Sollwert für eine herkömmliche Reihe wird dagegen allgemein manuell konfiguriert und wird bei einem Mindestwert aller für die Kreislauf-Drucksteuerung verwendeten Sollwerte festgelegt. Angenommen Kreislauf A arbeitet mit anderen Worten bei –17,777°C (0°F), Kreislauf B arbeitet bei –15°C (5°F), Kreislauf C arbeitet bei –12,222°C (10°F) und Kreislauf D arbeitet bei –6,666°C (20°F). Ein Bediener würde im Allgemeinen den erforderlichen Saugdruck-Sollwert basierend auf Druck-/Temperaturtabellen und dem Kreislauf 26 niedrigster Temperatur ermitteln (d.h. Kreislauf A). In diesem Beispiel würde dies bei Kreislauf A, der bei –17,777°C (0°F) arbeitet, bei dem Kühlmittel R404A im Allgemeinen ein Saugen von 206,8 MPa (30 psig) erfordern. Daher würde der Druck am Saugsammelrohr 14 zur Versorgung jedes der Kreisläufe A-D etwas unter 206,8 MPa (30 psig) festgelegt werden. Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird aber der Saugdruck-Sollwert (P_SP) nicht nur automatisch gewählt, sondern er wird auch adaptiv geändert oder gleitet während der regulären Steuerung. 5 veranschaulicht die adaptive Saugdruck-Steuerlogik 80 zum Steuern des Reihen-Saugdruck-Sollwerts gemäß den erfindungsgemäßen Lehren. Diese Saugdruck-Sollwert-Steuerlogik 80 wird ebenfalls im Allgemeinen in die Kühlsteuervorrichtung 30 programmiert, die den Saugdruck über das Ein- und Ausschalten der verschiedenen Verdichter 12 in der Verdichterreihe 18 adaptiv ändert. Der vorrangige Zweck dieser adaptiven Saugdruck-Steuerlogik 80 ist das Ändern des Saugdruck-Sollwerts in solcher Art, dass mindestens ein elektronischer Druckregler (ESR) 28 im Wesentlichen zu 100% offen ist.
Die Saugdruck-Sollwert-Steuerlogik 80 beginnt bei Startblock 82. Vom Startblock 82 rückt die adaptive Steuerlogik 80 zum Ortungsblock 84 vor, der den führenden Kreislauf 26 basierend auf dem Sollwertkreislauf niedrigster Temperatur, der kein Entfrosten durchläuft, ortet oder identifiziert. Sollte mit anderen Worten Kreislauf A bei –23,33°C (–10°F) arbeiten, Kreislauf B bei –17,777° (0°F) arbeiten, würde Kreislauf C bei –15°C (5°F) arbeiten und Kreislauf D würde bei –12,222°C (10°F) arbeiten, dann würde Kreislauf A bei Block 84 als der führende Kreislauf 26 identifiziert werden. Von Block 84 rückt die Steuerlogik 80 zum Entscheidungsblock 86 vor. Bei Entscheidungsblock 86 erfolgt eine Ermittlung, ob der führende Kreislauf 26 sich gegenüber dem vorherigen führenden Kreislauf 26 geändert hat oder nicht. Diesbezüglich ist bei erstem Anlaufen der Steuerlogik 80 der bei Block 84 gewählte führende Kreislauf 26, der keinem Entfrosten unterzogen wird, ein neuer führender Kreislauf 26, so dass dem Ja-Zweig des Entscheidungsblocks 86 hin zum Initialisierungsblock 88 gefolgt wird.
Bei Initialisierungsblock 88 wird der Saugdruck-Sollwert P_SP für den führenden Kreislauf 26 ermittelt, der der Sättigungsdruck des Sollwerts des führenden Kreislaufs ist. Der initialisierte Saugdruck-Sollwert (P_SP) beruht zum Beispiel auf dem minimalen Sollwert jedes der Kreisläufe A-D (SP_ct1, SP_ct2, ... SP_ctN) oder des führenden Kreislaufes 26. Wenn die elektronischen Druckregler 28 basierend auf Druck gesteuert werden, wie in 3 dargelegt wird, wird daher für diesen initialisierten Saugdruck-Sollwert (P_SP) der bekannte erforderliche Kreislaufdruck-Sollwert (SP_ct) des führenden Kreislaufes (d.h. Kreislauf A) gewählt. Wenn die elektronischen Druckregler 28 basierend auf Temperatur gesteuert werden, wie in 4 dargelegt wird, dann werden von der Steuerlogik 80 Druck-Temperatur-Nachschlagetabellen oder -karten zum Umwandeln des Mindest-Kreislauftemperatur-Sollwerts (SP_ct) des führenden Kreislaufes 26 in den initialisierten Saugdruck-Sollwert (P_SP) verwendet. Bei Kreislauf A, der bei –23,333°C (–10°F) arbeitet, würde die Steuerlogik 80 zum Beispiel den initialisierten Saugdruck-Sollwert (P_SP) basierend auf Druck-Temperatur-Nachschlagetabellen oder -karten für das in dem System verwendete Kühlmittel ermitteln. Da der Saugdruck-Sollwert (P_SP) vom dem führenden Kreislauf A genommen wird, ist dieser im Wesentlichen ein Mindestwert aller Kühlmittelsättigungsdrücke jedes der Kreisläufe A-D.
Sobald der Mindestsaugdruck-Sollwert (P_SP) in Initialisierungsblock 88 initialisiert ist, geht die adaptive Steuerung bzw. der Algorithmus 80 zum Abtastblock 90 weiter. Bei Abtastblock 90 tastet die adaptive Steuerlogik 80 den Fehlerwert (E_ct) (Differenz zwischen dem tatsächlichen Kreislaufdruck und dem entsprechenden Kreislaufdruck-Sollwert, wenn eine auf Druck basierende Steuerung ausgeführt wird (siehe 3), wenn die auf Temperatur basierende Steuerung E_ct die Differenz zwischen der tatsächlichen Kreislauftemperatur und dem entsprechenden Kreislauftemperatur-Sollwert (siehe 4) ist) und den Ventilöffnungsprozentsatz (VO_ct) in dem führenden Kreislauf 10 Minuten lang alle 10 Sekunden ab. Wenn der führende Kreislauf A Entfrosten unterzogen wird, wird die Abtastung dann am nächsten führenden Kreislauf (d.h. dem nächst höheren Temperatur-Sollwert-Kreislauf) ausgeführt, was hierin weiter beschrieben wird. Dieser Satz aus sechzig Datenabtastungen des führenden Kreislaufs A wird dann zur Berechnung des Prozentsatzes der Fehlerwerte (E_ct) und der Ventilöffnungen (VO_ct), die bestimmte Bedingungen erfüllen, in Berechnungsblock 92 verwendet.
In Berechnungsblock 92 werden der Prozentsatz der Fehlerwerte (E_ct), die unter 0 (E0) liegen; der Prozentsatz der Fehlerwerte (E_ct), die über 0 und unter 1 (E1) liegen, und die Ventilöffnungen (VO_ct), die größer als neunzig Prozent sind, in Berechnungsblock ermittelt, was wie in Block 92 gezeigt durch VO wiedergegeben wird. Angenommen zum Beispiel der Abtastblock 90 tastet die folgenden Fehlerdaten ab:
wobei jede Spalte eine alle zehn Sekunden genommene Messung darstellt, wobei sechs Spalten einen gesamten Datensatz von 60 Datenpunkten darstellen. Es gibt 17 Fehlerwerte (E_ct), die zwischen 0 und 1 liegen und oben durch Unterstreichung kenntlich gemacht sind, was ein E1 von 17/60 × 100% = 28,3% ergibt. Es gibt auch 27 Fehlerwerte (E_ct), die unter 0 liegen und oben durch Klammern kenntlich gemacht sind, was ein E0 von 27/60 × 100% = 45% ergibt. Analog werden die Ventilöffnungsprozentsätze im Wesentlichen in gleicher Weise basierend auf Messungen der Ventilöffnung (VO_ct) ermittelt.
Von Berechnungsblock 92 geht die Steuerlogik 80 zu Zweig 94 des Verfahrens 1, zu Zweig 96 des Verfahrens 2 oder Zweig 98 des Verfahrens 3 weiter, wobei jedes dieser Verfahren ein im Wesentlichen ähnliches Endsteuerergebnis liefert. Die Verfahren 1 und 2 nutzen nur die Daten E0 und E1, während Verfahren 3 nur die Daten E1 und VO einsetzt. Die Verfahren 1 und 3 können mit elektronischen Druckreglern 28 eingesetzt werden, während Verfahren 2 mit mechanischen Druckreglern verwendet werden kann. Eine Wahl des zu verwendenden Verfahrens wird daher im Allgemeinen basierend auf der im Kühlsystem 10 eingesetzten Art von Geräten ermittelt.
Von Verfahren 1 Zweig 94 geht die Steuerlogik 80 zu Stellblock 100, der das elektronische Schrittreglerventil 28 für den führenden Kreislauf A während der Kühlung auf 100% offen setzt. Sobald das elektronische Schrittreglerventil 28 für Kreislauf A auf 100% offen gesetzt ist, geht die Steuerlogik 80 weiter zu Fuzzy-Logik-Block 102. Fuzzy-Logik-Block 102, der im Weiteren eingehend beschrieben wird, verwendet Zugehörigkeitsfunktionen für E0 und E1, um eine Änderung des Saugdruck-Sollwerts (dP) zu ermitteln. Sobald diese Änderung des Saugdruck-Sollwerts (dP) basierend auf dem Fuzzy-Logik-Block 102 ermittelt ist, geht die Steuerlogik 80 zum Aktualisierungsblock 104 weiter. Beim Aktualisierungsblock 104 wird ein neuer Saugdruck-Sollwert P_SP basierend auf der Änderung des Drucksollwerts (dP) ermittelt, wobei neuer P_SP = alter P_SP + dP ist.
Vom Aktualisierungsblock 104 kehrt die Steuerlogik 80 zum Ortungsblock 84 zurück, der den führenden Kreislauf 26 ortet oder wieder identifiziert. Diesbezüglich wird, falls sich der aktuelle führende Kreislauf A im Entfrostungsmodus befindet, der nächste führende Kreislauf der verbleibenden Kreisläufe 26 im System (Kreislauf B–Kreislauf D) beim Ortungsblock 84 identifiziert. Hier stellt der Entscheidungsblock 86 wiederum fest, dass sich der führende Kreislauf 26 geändert hat, so dass der Initialisierungsblock 88 einen neuen Saugdruck-Sollwert (P_SP) basierend auf dem neuen gewählten führenden Kreislauf 26 ermittelt. Sollte sich Kreislauf A nicht im Entfrostungsmodus befinden und sollten die Temperaturen für jeden Kreislauf 26 nicht angepasst worden sein, geht die Steuerlogik vom Entscheidungsblock 86 weiter zu Abtastblock 90, um das Abtasten von Daten fortzusetzen. Sollte der führende Kreislauf A in den Entfrostungsmodus gesetzt worden sein, steuert auf diese Weise der nächste führende Kreislauf 26 den Reihen-Saugdruck, und da dieser führende Kreislauf 26 eine Temperatur hat, die nicht so kalt wie die anfängliche Leittemperatur ist, wird basierend auf dieser durch die Blöcke 84, 86 und 88 gebildeten, Energie sparenden Rückführung Energie gespart.
Unter Bezug auf Verfahren 2 Zweig 96 geht dieses Verfahren ebenfalls weiter zu einem Fuzzy-Logik-Block 106, der die Änderung des Saugdruck-Sollwerts (dP) basierend auf E0 und E1 ermittelt, was im Wesentlichen ähnlich dem Fuzzy-Logik-Block 102 ist. Von Block 106 geht die Steuerlogik 80 weiter zum Aktualisierungsblock 108, der den Saugdruck-Sollwert (P_SP) basierend auf der Änderung des Saugdruck-Sollwerts (dP) aktualisiert. Vom Aktualisierungsblock 108 kehrt die Steuerlogik 80 zum Ortungsblock 84 zurück.
Unter Bezug auf das Verfahren 3 Zweig 98 nutzt dieses Verfahren den Fuzzy-Logik-Block 110, der eine Änderung des Saugdruck-Sollwerts (dP) basierend auf E1 und VO ermittelt, was hier weiter erläutert wird. Vom Fuzzy-Logik-Block 110 geht die Steuerlogik 80 weiter zum Aktualisierungsblock 112, der den Saugdruck-Sollwert P_SP = alter P_SP + dP erneut aktualisiert. Vom Aktualisierungsblock 112 kehrt die Steuerlogik 80 wieder zum Ortungsblock 84 zurück. Zu beachten ist, dass Verfahren 1 Zweig 94 zwar den führenden Kreislauf A über Block 100 zu einer Öffnung von 100% zwingt, doch Verfahrenszweige 2 und 3 basierend auf den in den 3 und 4 gezeigten Steuerungen schließlich das elektronische Schrittreglerventil 28 des führenden Kreislaufs A anweisen, zu im Wesentlichen 100% zu öffnen.
Unter Hinwendung auf 6 wird die in Verfahren 1 Zweig 94 und Verfahren 2 Zweig 96 für die Fuzzy-Logik-Blöcke 102 und 106 verwendete Fuzzy-Logik eingehend weiter beschrieben. Diesbezüglich wird die Zugehörigkeitsfunktion für E0 in Schaubild 6A gezeigt, während die Zugehörigkeitsfunktion für E1 in Schaubild 6B gezeigt wird. Die Zugehörigkeitsfunktion E0 umfasst eine E0_Lo Funktion, eine E0_Avg und eine E0-Hi Funktion. Analog umfasst die Zugehörigkeitsfunktion für E1 auch eine E1_Lo Funktion und eine E1_Avg Funktion sowie eine E1_Hi Funktion, wie in Schaubild 6B gezeigt wird. Zur Ermittlung der Änderung des Saugdruck-Sollwerts (dP) wird in 6 für E0 = 40% und E1 = 30% eine Abtastberechnung vorgesehen.
Bei Schritt 1, der der Fuzzifizierungsschritt ist, haben wir für E0 = 40% sowohl einen Wert E0_Lo von 0,25 als auch einen Wert von E0_Avg von 0,75, wie in Schaubild 6A gezeigt. Sobald der Fuzzifizierungsschritt 1 ausgeführt ist, geht die Berechnung zu Schritt 2 weiter, der ein auf der Wahrheitstabelle 6 beruhender Min/Max-Schritt ist. Diesbezüglich wird jede Kombination des Fuzzifizierungsschritts im Hinblick auf die Wahrheitstabelle 6C geprüft. Diese Kombinationen umfassen E0_Lo mit E1_Lo; E0_Lo mit E1_Avg; E0Avg mit E1_Lo und E0_Avg mit E1_Avg. Unter Verweis auf die Wahrheitstabelle 6C liefert E0_Lo und E1_Lo NBC, was eine Negative Große Änderung (Negative Big Change) ist. E0_Lo und E1_Avg liefert NSC, was eine Negative Kleine Änderung (Negative Small Change) ist, E0_Avg und E1_Lo liefert PSC oder eine Positive Kleine Änderung (Positive Small Change). E0_Avg und E1_Avg liefert PSC oder eine Positive Kleine Änderung. Beim Minimierungsschritt wird ein Mindestwert jeder dieser Kombinationen ermittelt, wie in Schritt 2 gezeigt wird. Der Höchstwert wird ebenfalls ermittelt, der ein PSC = 0,5 und NSC = 0,25 sowie ein NBC = 0,25 liefert.
Von Schritt 2 geht die Abtastberechnung weiter zu Schritt 3, der der Defuzzifizierungsschritt ist. Bei Schritt 3 wird die Änderung des Nettodruck-Sollwerts mit Hilfe folgender Formel berechnet:
Durch Einsetzen der geeigneten Werte für die Variablen erhalten wir eine Nettodruck-Sollwertänderung von –0,25, wie in Schritt 3 des Defuzzifizierungsschritts gezeigt wird, die gleich dP ist. Dieser Wert wird dann von dem Saugdruck-Sollwert in den entsprechenden Aktualisierungsblöcken 104 oder 108 subtrahiert.
Für Verfahren 3 Zweig 98 werden die Zugehörigkeitsfunktion für VO und die Zugehörigkeitsfunktion für E1 entsprechend in 7 gezeigt. Hier werden wiederum die drei gleichen Berechnungen des Schritts 1 (Fuzzifizierung); des Schritts 2 (Min/Max) und des Schritts 3 (Defuzzifizierung) ausgeführt, um die Nettodruck-Sollwertänderung dP basierend auf der in Schaubild 7A gezeigten Zugehörigkeitsfunktion für VO, der in Schaubild 7B gezeigten Zugehörigkeitsfunktion für E1 und der Wahrheitstabelle 7C zu ermitteln.
Unter Bezug nun auf 8 wird eine Steuerlogik 116 für eine gleitende Kreislauftemperatur dargestellt. Die Steuerlogik 116 für eine gleitende Kreislauftemperatur beruht auf dem Nehmen von Temperaturmessungen der in 2 gezeigten Produktsonde 50, die die Produkttemperatur für das bestimmte Produkt in dem bestimmten Kreislauf 26 simuliert, der überwacht wird. Die Steuerlogik 116 für eine gleitende Kreislauftemperatur setzt bei Startblock 118 ein. Von Startblock 118 geht die Steuerlogik weiter zu Differentialblock 120. Im Differentialblock 120 wird die durchschnittliche Produktsimulationstemperatur der letzten einen Stunde oder eines anderen geeigneten Zeitraums von einer maximal zulässigen Produkttemperatur subtrahiert, um eine Differenz (diff) zu ermitteln. Diesbezüglich werden vorzugsweise zum Beispiel alle zehn Sekunden Messungen der Produktsonde 50 genommen, wobei ein laufendes Mittel über eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise eine Stunde, genommen wird. Die maximal zulässige Produkttemperatur wird im Allgemeinen durch die Art des in dem bestimmten Kühlgehäuse 22 gelagerten Produkts gesteuert. Bei Fleischwaren zum Beispiel ist zum Beispiel ein Grenzwert von 5°C (41°F) im Allgemeinen die maximal zulässige Temperatur für das Aufbewahren von Fleisch in einem Kühlgehäuse 22. Um einen weiteren Puffer zu bieten, kann bei Fleisch die maximal zulässige Produkttemperatur 2,77°C (5°F) unter diesem Höchstwert eingestellt werden, d.h. 2,222°C (36°F).
Vom Differentialblock 120 geht die Steuerlogik 116 entweder weiter zu Ermittlungsblock 122, Ermittlungsblock 124 oder zu Ermittlungsblock 126. Wenn bei Ermittlungsblock 122 die Differenz zwischen der durchschnittlichen Produktsimulatortemperatur und der maximal zulässigen Produkttemperatur von Differentialblock 120 über –2,77°C (5°F) liegt, wird bei Änderungsblock 128 eine Senkung des Temperatur-Sollwerts für den bestimmten Kreislauf 26 um 2,77°C (5°F) vorgenommen. Von hier kehrt die Steuerlogik zu Startblock 118 zurück. Dieser Zweig erkennt, dass die durchschnittliche Produkttemperatur zu warm ist und daher abgesenkt werden muss. Wenn bei Entscheidungsblock 124 die Differenz größer als –2,77°C (–5°F) und kleiner als 2,77°C (5°F) ist, zeigt dies, dass die durchschnittliche Produkttemperatur nahe genug an der maximal zulässigen Produkttemperatur liegt, und es wird bei Block 130 keine Änderung des Temperatur-Sollwerts ausgeführt. Sollte die Differenz wie in Ermittlungsblock 126 ermittelt unter –2,77°C (–5°F) liegen, wird bei Block 132 eine Anhebung des Temperatur-Sollwerts des Kreislaufs um 2,77°C (5°F) vorgenommen.
Durch Gleitenlassen der Kreislauftemperatur für den gesamten Kreislauf 26 oder das bestimmte Gehäuse 22 basierend auf der simulierten Produkttemperatur kann das Kühlgehäuse 22 effizienter betrieben werden, da die Steuerkriterien basierend auf der Produkttemperatur und nicht der Gehäusetemperatur ermittelt werden, was ein genauerer Hinwies auf die gewünschten Temperaturen ist. Ferner ist zu beachten, dass zwar in der Steuerlogik 116 ein Differential von 2,77°C (5°F) bestimmt wurde, doch würde der Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass ein höheres oder niedrigeres Temperaturdifferential eingesetzt werden kann, um eine sogar noch größere Feinabstimmung zu bieten, und dass zum Gleitenlassen der Kreislauftemperatur lediglich eine Differentialgrenzwert für die hohe und niedrige Temperatur erforderlich ist. Ferner ist zu beachten, dass durch Verwenden der Steuerlogik 116 für die gleitende Kreislauftemperatur in Kombination mit der Steuerlogik 80 für den gleitenden Saugdruck weitere Energieeinsparungen verwirklicht werden können.
Die vorstehende Beschreibung offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungen. Der Fachmann wird dieser Beschreibung und den Begleitzeichnungen problemlos entnehmen können, dass daran verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der durch die folgenden Ansprüche angegebenen Erfindung abzuweichen.

Claims

Vorrichtung (10) zur Steuerung eines Kühlsystems, wobei die Vorrichtung (10) umfasst: – mehrere Kreisläufe (26), einschließlich eines führenden Kreislaufs (4), wobei jeder Kreislauf (26) mindestens ein Kühlgehäuse (22) aufweist, wobei der führende Kreislauf (4) unter den mehreren Kreisläufen (26) einen niedrigsten Temperatur-Sollwert aufweist; – einen elektronischen Verdampferdruckregler (28), der mit jedem Kreislauf (26) in Verbindung steht, wobei jeder der elektronischen Verdampferdruckregler (28) zur Regelung der Temperatur eines der Kreisläufe (26) ausgelegt ist; – einen Sensor (36, 44, 46, 50), der mit jedem Kreislauf (26) in Verbindung steht und zum Messen eines Parameters aus dem Kreislauf (26) ausgelegt ist; – mehrere Verdichter (12), wobei jeder Verdichter Teil einer Verdichterreihe (18) ist; und – eine Steuervorrichtung (30), die zum Steuern jedes elektronischen Verdampferdruckreglers ausgelegt ist, um die Temperatur in den mehreren Kreisläufen (26) zu regeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (30) durch Bestimmen einer Änderung des Parameters aus dem führenden Kreislauf (4) und anhand der Änderung des Parameters durch Aktualisieren eines Temperatur-Sollwerts bzw. eines Saugdruck- Sollwerts zur Regelung der in den mehreren Kreisläufen (26) herrschenden Temperatur wirksam ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Verdampferdruckregler (28) des führenden Kreislaufs (4) im Wesentlichen zu hundert Prozent offen ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der mit jedem der Kreisläufe (26) in Verbindung stehenden Sensoren (36) zum Messen eines Kühlmitteldrucks jeder der Kreisläufe (26) ausgelegt ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung die Verdampferdruckregler (28) anhand der Kühlmitteldruckmessungen und zumindest eines einer Messung der in einem Gebäude herrschenden relativen Feuchtigkeit und eines Unterkühlungswerts eines den mehreren Kreisläufen (26) gelieferten flüssigen Kühlmittels steuert.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (30) zwischen dem Kühlmitteldruckmesswert und einem aus mindestens einer in einem Gebäude herrschenden relativen Feuchtigkeit und dem Unterkühlungswert des flüssigen Kühlmittels abgeleiteten Kreislaufdruck-Sollwert einen Fehlerwert bestimmt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (44, 46, 50) die Temperatur misst.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wert aus einem Durchschnittswert eines Minimal-/Maximaltemperaturmesswerts zur elektronischen Steuerung der Verdampferdruckregler (28) eingesetzt wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (30) zwischen dem zumindest einen Wert aus einem Durchschnittswert und einem Minimal-/Maximaltemperaturmesswert und einem Kreislauftemperatursollwert einen Fehlerwert bestimmt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (30) für die Verdampferdruckregler (28) anhand des Fehlerwerts einen prozentualen Wert der Öffnung bestimmt und eine Ventilstellung der mehreren Verdampferdruckregler (28) elektronisch einstellt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (30) anhand eines simulierten Produkttemperaturmesswerts eine Kreislauftemperatur wenigstens eines der mehreren Kreisläufen (26) gleiten lässt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (30) anhand von über einen vorbestimmten Zeitraum genommenen Produktsimulationswerten die Produktsimulationstemperatur mittelt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, die ferner Mittel zum Erkennen eines neuen, dem nächstniedrigsten Temperatursollwert entsprechenden führenden Kreislaufs aus den mehreren Kreisläufen, wenn der führende Kreislauf beim Entfrosten ist, umfasst.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des neu erkannten führenden Kreislaufs ein neuer Saugdruck-Sollwert für die Verdichterreihe (18) eingerichtet wird.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlsystems, wobei das System umfasst: – mehrere Kreisläufe (26), einschließlich eines führenden Kreislaufs (4), wobei jeder Kreislauf (26) mindestens ein Kühlgehäuse (22) und der führende Kreislauf (4) einen niedrigsten Temperatur-Sollwert unter den mehreren Kreisläufen (26) aufweist; – mehrere Verdichter, die eine Verdichterreihe (18) bilden; – einen elektronischen Verdampferdruckregler (28), der mit jedem Kreislauf (26) in Verbindung steht; und – einen Sensor (36, 44, 46, 50), der mit jedem Kreislauf (26) in Verbindung steht, wobei das Verfahren umfasst: – das Betreiben des elektronischen Verdampferdruckreglers (28) zur Regelung einer Temperatur einer der Kreisläufe (26); – das Messen eines Parameters aus dem Kreislauf (26) durch den Sensor (36, 44, 46, 50); und – das Steuern jedes der elektronischen Verdampferdruckregler (28) durch Bestimmen einer Änderung des Parameters aus dem führenden Kreislauf (4) und anhand der Änderung des Parameters durch Aktualisieren eines Temperatur-Sollwerts bzw. eines Saugdruck-Sollwerts zur Regelung der in den mehreren Kreisläufen (26) herrschenden Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Messens eines Parameters aus dem Kreislauf (26) durch den Sensor (36) das Messen eines Kühlmitteldrucks jedes der Kreisläufe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Steuerns die Steuerung der Verdampferdruckregler (28) anhand der Kühlmitteldruckmessungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Steuerns weiterhin die Steuerung der Verdampferdruckregler (28) anhand von zumindest eines einer Messung der in einem Gebäude herrschenden relativen Feuchtigkeit und eines Unterkühlungswerts eines an die mehreren Kreisläufe (26) gelieferten flüssigen Kühlmittels umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin den Schritt des Bestimmen eines Fehlerwerts zwischen dem Kühlmitteldruckmesswert und einem aus mindestens einer in einem Gebäude herrschenden relativen Feuchtigkeit und dem Unterkühlungswert des Kühlmittels abgeleiteten Kreislaufdruck-Sollwert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der im Messschritt gemessene Parameter eine durch den Sensor (44, 46) gemessene Temperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Steuerns der elektronischen Druckregler (28) das Mitteln eines Minima-/Maximalwerts der Temperaturmessung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, das weiterhin den Schritt des Bestimmens eines Fehlerwerts zwischen mindestens einem Durchschnittwert und einem Minimal-/Maximalwert der Temperaturmessungen bei einem Kreislauftemperatur-Sollwert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, das weiterhin den Schritt des Bestimmens eines prozentualen Werts der Öffnung für die Verdampferdruckregler (28) anhand des Fehlerwerts und der elektronischen Einstellung einer Ventilstellung der mehreren Verdampferdruckregler (28) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine simulierte Produkttemperatur misst.
Verfahren nach Anspruch 23, das weiterhin den Schritt des Gleitenlassens einer Kreislauftemperatur wenigstens eines der mehreren Kreisläufe (26) anhand des simulierten Produkttemperaturmesswerts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, das weiterhin den Schritt des Mittelns der Produktsimulationstemperatur anhand von mehreren über einen vorbestimmten Zeitraum genommenen Produktsimulationswerte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin den Schritt des Erkennens eines neuen führenden Kreislaufs aus den mehreren Kreisläufen, wenn der führende Kreislauf beim Entfrosten ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, das weiterhin den Schritt des Einrichtens eines neuen Saugdruck-Sollwerts für die Verdichterreihe (18) anhand des neu erkannten führenden Kreislaufs umfasst.