用于烟草烘干的热泵烘干机组的控制方法及热泵烘干机组与流程

1.本发明属于烟草烘干领域，尤其涉及一种用于烟草烘干的热泵烘干机组的控制方法及热泵烘干机组。


背景技术：

2.中国是世界上烤烟产量最大的国家，每年初烤烟叶近200万吨。截止2017年底，中国已经建成密集型烤房120万座，热源以燃煤、生物质颗粒为主。其中：燃煤、生物质烤房119万座，热泵烤房2000座，占0.167％，据不完全统计截止到2020.10改造及新建的热泵烤房已增加至6000座。
3.随着环保要求的不断提高，且为进一步提高烟叶的烘烤品质，近几年来，烟草部门已经在云南、河南、福建等烟草出产大省开始热泵烤房的新建或者原燃煤烤房改造工作。
4.热泵代替燃煤、国家已启动燃煤烤房改造工作已成为大势所趋。热泵烘干机优势：高效节能、热效率为常规烘干的3-8倍；干燥品质好、热泵干燥是比较缓和的形式，不会由于干燥速率过快而导致烟叶裂纹；安全可靠、热泵烘干较常规烘干方式，更加安全，无污染不产生污染气体，避免碳放物。
5.烟草用热泵烘干机组一般配置双系统压缩机，以增强系统可靠性，烤房温湿度的高精度控制方法及系统压缩机切换方法目前尚属行业空白。
6.有鉴于此特提出本发明。


技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本发明的第一目的提出了一种用于烟草烘干的热泵烘干机组的控制方法，所述热泵烘干机组包括双压缩机系统，所述控制方法包括
8.热泵烘干机组启动；
9.获取烤房的干球温度值t
干球
、目标干球温度值t
目标干球
；
10.计算干球温度差δt，δt＝t
目标干球-t
干球
；
11.根据所述干球温度差δt来确定启用压缩机的台数，以及启用压缩机的初始运行频率。
12.进一步可选地，所述根据所述干球温度差δt来确定启用压缩机的台数，以及启用压缩机的初始运行频率，包括
13.分别比较干球温度差δt与设定差值δt1、设定差值δt2以及设定差值δt3的大小；
14.当满足：δt≥δt1，则启用两台压缩机，且压缩机的初始运行频率为第一频率；
15.当满足：δt1＞δt≥δt2，则启用单台压缩机，且压缩机的初始运行频率为第二频率；
16.当满足：δt2＞δt≥δt3，则启用单台压缩机，且压缩机的初始运行频率为第三频率，第三频率＜第二频率；
17.当满足：δt3＞δt，则压缩机不开启。
18.进一步可选地，热泵烘干机组以所述初始运行频率运行设定时长后，所述控制方法还包括：
19.每隔设定时间获取烤房的干球温度值t
干球
、目标干球温度值t
目标干球
，并计算干球温度差δt；
20.根据所述干球温度差δt来确定压缩机频率修正值δf(n)；
21.根据所述修正值δf(n)来对压缩机频率进行修正。
22.进一步可选地，所述根据所述干球温度差δt来确定压缩机频率修正值δf(n)，包括
23.根据预设的干球温度差δt-压缩机频率修正值δf(n)的映射表来确定当前干球温度差δt对应的频率修正值δf(n)。
24.进一步可选地，所述根据所述修正值δf(n)来对压缩机频率进行修正，包括
25.计算修正后的压缩机频率f(n)，f(n)＝f(n-1)+δf(n)，f(n)为修正后的压缩机总频率，f(n-1)为修正前的压缩机总频率；
26.比较f(n)与压缩机频率上限值f
上限
的大小；
27.获取压缩机启用台数；
28.根据压缩机启用台数以及f(n)与f
上限
的比较结果来确定压缩机频率的修正策略。
29.进一步可选地，所述根据压缩机启用台数以及f(n)与f
上限
的比较结果来确定压缩机频率的修正策略，包括
30.若压缩机启用台数为单台压缩机，当f(n)＞f
上限
，控制未启动的压缩机以最低运行频率启动；
31.控制正在运行的压缩机降频至f
上限
/2，控制刚启动的压缩机升频至f
上限
/2；
32.同步调节两台压缩机的运行频率，以使两台压缩机运行总频率达到修正后的压缩机频率f(n)。
33.进一步可选地，所述根据f(n)与f
上限
的比较结果、压缩机启用台数来确定是否切换压缩机启用台数以及压缩机的运行频率，还包括
34.若压缩机启用台数为两台，当f(n)＜f
上限
，控制累计运行时间长的压缩机降频至最低运行频率；
35.控制另一压缩机升频至f
上限
；
36.控制累计运行时间长的压缩机停机，控制另一压缩机降频至修正后的压缩机频率f(n)。
37.进一步可选地，热泵烘干机组启动后所述控制方法还包括
38.获取烤房的湿球温度值t
湿球
、目标干球温度值t
目标湿球
；
39.计算湿球温度差δt
湿球
，δt
湿球
＝t
目标湿球-t
湿球
；
40.根据所述湿球温度差δt
湿球
来控制新风阀的开度。
41.进一步可选地，所述根据所述湿球温度差δt
湿球
来控制新风阀的开度，包括
42.分别比较湿球温度差δt
湿球
与设定差值δt
湿球1
、设定差值δt
湿球2
以及设定差值δt
湿球3
的大小；
43.当满足：δt
湿球
≥δt
湿球1
，控制新风阀以第一开度开启；
44.当满足：δt
湿球1
＞δt
湿球
≥δt
湿球2
，控制新风阀以第二开度开启；
45.当满足：δt
湿球2
＞δt
湿球
≥δt
湿球3
，控制新风阀以第三开度开启；
46.当满足：δt
湿球3
＞δt
湿球
，则控制新风阀不开启；
47.其中：第一开度＞第二开度＞第三开度。
48.本发明的第二目的还提出了一种热泵烘机组，其采用上述任意一项所述的控制方法。
49.采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
50.本发明的控制方法针对不同烤房温度需求下开启单或双压缩机，并依据烤房湿负荷开启新风阀控制新风引入量，温湿双控，独立控制，温湿度控制精度高；本发明的控制方法在热泵烘干机组稳定运行阶段依据烤房温度目标偏差进行频率升降控制，总体控制负荷需求并智能分配给单双系统压缩机，系统稳定性好。
51.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
52.附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
53.图1：为本发明实施例的控制逻辑图。
54.图2：为本发明实施例的热泵烘干机组在启动初期的控制流程图。
55.图3：为本发明实施例的热泵烘干机组在稳定运行后的控制流程图。
56.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
57.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
58.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“接触”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
59.本实施例提出了一种用于烟草烘干的热泵烘干机组的控制方法，所述热泵烘干机组包括双压缩机系统，所述控制方法包括包括步骤s1～s4，如图1所示的控制逻辑图，其中：
60.s1，热泵烘干机组启动；
61.s2，获取烤房的干球温度值t
干球
、目标干球温度值t
目标干球
；
62.s3，计算干球温度差δt，δt＝t
目标干球-t
干球
；
63.s4，根据所述干球温度差δt来确定启用压缩机的台数，以及启用压缩机的初始运行频率。
64.本实施例中，当烤房内设有多个干球温度计时，实时检测烤房各个位置的干球温度，并计算所有干球温度的平均值，该平均值即为t
干球
，t
干球
＝average(t
干球1
，t
干球2
....t
干球n
)，n可选的大于等于3。然后计算干球温度差δt，δt＝t
目标干球-t
干球
，干球温度差δt的大小反映了烤房热负荷需求的高低，当δt越大，说明烤房的热负荷需求越大，需要启动的压缩机台数越多，压缩机初始运行频率越高；当δt越小，说明烤房的热负荷需求越小，需要启动的压缩机台数越少，压缩机除湿运行频率越低。因此，具有双压缩机系统的热泵烘干机组采用本实施例的控制方法能根据烤房温度来确定压缩机启用台数以及初始运行频率，实现高烘干效率和高烘干效果。
65.进一步可选地，步骤s4包括s41～s42,其中：
66.s41,分别比较干球温度差δt与设定差值δt1、设定差值δt2以及设定差值δt3的大小；
67.s42,当满足：δt≥δt1，则启用两台压缩机，且压缩机的初始运行频率为第一频率；当满足：δt1＞δt≥δt2，则启用单台压缩机，且压缩机的初始运行频率为第二频率；当满足：δt2＞δt≥δt3，则启用单台压缩机，且压缩机的初始运行频率为第三频率，第三频率＜第二频率；当满足：δt3＞δt，则压缩机不开启。
68.本实施例中，如图2所示的控制流程图，用户先设置烘烤阶段n，默认从阶段1开始运行，烘干阶段n为厂家参数，n的范围为0-12，优选为10。不同的烘烤阶段，设置不同的烤房干球温度、湿球温度控制目标，然后用户点击
‘
开机’冷凝风机延时一定时间启动，优选延时5s启动。再获取干球温度干球温度值t
干球
、目标干球温度值t
目标干球
，并计算干球温度差δt，δt＝t
目标干球-t
干球
。当目标温度与当前干球温度的差值越大，说明烘干烤房内的热负荷需求越大，通过上述控制可以较合理的将系统制热能力与烤房需求相匹配，防止不匹配产生的频率波动或者频繁待机问题。在一个具体实施方式中，若δt≥δt1，δt1为厂家设置参数，可选的为3℃，则热泵机组初始运行为两台压缩机同时开启，且初始频率50hz；若δt1＞δt≥δt2，δt2为厂家设置参数，可选的为1℃，则初始运行为一台压缩机开启，初始频率50hz；若δt2＞δt≥δt3，δt3为厂家设置参数，可选的为-1℃，则初始运行为一台压缩机开启，初始频率40hz；若δt3＞δt，则系统压缩机不开启。
69.进一步可选地，热泵烘干机组以所述初始运行频率运行设定时长后，所述控制方法还包括步骤s5～s7,如图3所示的控制流程图，其中：
70.s5,每隔设定时间获取烤房的干球温度值t
干球
、目标干球温度值t
目标干球
，并计算干球温度差δt；
71.s6,根据所述干球温度差δt来确定压缩机频率修正值δf(n)；可选地，根据预设的干球温度差δt-压缩机频率修正值δf(n)的映射表来确定当前干球温度差δt对应的频率修正值δf(n)。
72.s7,根据所述修正值δf(n)来对压缩机频率进行修正。
73.本实施例中，热泵机组以初始运行频率运行设定时长后，例如运行10min后，此时热泵机组进入稳定运行状态，烤房内的温度偏差(即烤房干球温度与目标干球温度的差值)会发生变化，此时根据烤房内的温度偏差来对压缩机频率进行修正，在保证烟叶烘烤效果
的同时有效降低能耗。具体为，每隔设定时间(例如每隔2min)获取烤房的干球温度值t
干球
、目标干球温度值t
目标干球
，并计算干球温度差δt，在计算得到温度差δt后再根据干球温度差δt-压缩机频率修正值δf(n)的映射表来确定压缩机频率修正值δf(n)，n表示频率修正次数的时间刻度，n与n-1间隔为频率修正调节周期t。在一个具体实施方式中，干球温度差δt-压缩机频率修正值δf(n)的映射表如下表所示：
[0074][0075][0076]
在获得压缩机频率修正值δf(n)后再对压缩机频率进行修正。待压缩机频率修正完成后再根据下一次计算获得的干球温度差δt来继续对压缩机频率进行修正，修正周期可选的为2min。
[0077]
进一步可选地，步骤s7包括s71～s74,如图3所示的控制流程图，其中：
[0078]
s71,计算修正后的压缩机频率f(n)，f(n)＝f(n-1)+δf(n)，f(n)为修正后的压缩机总频率，f(n-1)为修正前的压缩机总频率；
[0079]
s72,比较f(n)与压缩机频率上限值f
上限
的大小；
[0080]
s73,获取压缩机启用台数；
[0081]
s74,根据压缩机启用台数以及f(n)与f
上限
的比较结果来确定压缩机频率的修正策略。
[0082]
在具体的压缩机频率修正过程中，若修正后的压缩机频率低于上限频率，若当前启用的压缩机台数为单台，则直接对启用的压缩机进行频率修正，系统按照修正后的压缩机频率运行。若启当前启用的压缩机台数为两台，则两台压缩机超出当前负荷需求，可通过将启用两台压缩机切换为启用一台压缩机来节省能耗，系统按照切换后的压缩机台数及修正后的压缩机频率运行。同理，若修正后的压缩机频率高于上限频率，若当前启用的压缩机台数为单台，则单台压缩机不能满足当前负荷需求，需通过将启用单台压缩机切换至启用两台压缩机以满足负荷需求，系统按照切换后的压缩机台数及修正后的压缩机频率运行。
若启当前启用的压缩机台数为两台，则直接对启用的两台压缩机频率进行修正即可，系统按照修正后的压缩机频率运行。因此，本实施例通过根据压缩机启用台数以及f(n)与f
上限
的比较结果来确定压缩机频率的修正策略来对压缩机频率进行频率升降控制，总体控制负荷需求并将压缩机频率修正值智能分配给单双系统压缩机，系统稳定性好。
[0083]
进一步可选地，步骤s74包括s741～s743,如图3所示的控制流程图，其中：
[0084]
s741,若压缩机启用台数为单台压缩机，当f(n)＞f
上限
，控制未启动的压缩机以最低运行频率启动；
[0085]
s742,控制正在运行的压缩机降频至f
上限
/2，控制刚启动的压缩机升频至f
上限
/2；
[0086]
s743,同步调节两台压缩机的运行频率，以使两台压缩机运行总频率达到修正后的压缩机频率f(n)。
[0087]
在一个具体实施方式中，单压缩机频率范围为25—90hz，若计算所得f(n)＞90hz，若当前压缩机启用台数为单台，则单台压缩机不能满足当前负荷需求，进入启用单台压缩机切换至两台压缩机同时启用的运行控制，另外一台未启用的压缩机启动并完成初始化运行(初始运行频率25hz，运行3min)正在运行的压缩机先降频至45hz，刚启动的压缩机则升频至45hz，然后按照目标频率同升同降调节，这样两个系统压缩机承担的负载相当，有利于保证系统寿命。若计算所得f(n)≤90hz，则单台压缩机能满足当前负荷需求，直接对启用的压缩机频率进行修正，然后压缩机按照修正后的频率运行。
[0088]
进一步可选地，步骤s74还包括s741’～s743’,如图3所示的控制流程图，其中：
[0089]
s741’,若压缩机启用台数为两台，当f(n)＜f
上限
，控制累计运行时间长的压缩机降频至最低运行频率；
[0090]
s742’,控制另一压缩机升频至f
上限
；
[0091]
s743’,控制累计运行时间长的压缩机停机，控制另一压缩机降频至修正后的压缩机频率f(n)。
[0092]
在一个具体实施方式中，单压缩机频率范围为25—90hz，若计算所得f(n)＜90hz，则启用两台压缩机超出当前负荷需求，进入启用两台压缩机切换至启用单台压缩机的运行控制。两台压缩机中累计运行时长长的压缩机降频至25hz，另一台压缩机则升频至90hz，然后累计运行时长长的压缩机关机，另一系统压缩机降频至修正后的压缩机频率并继续运行，这是因为，系统切换前后两台压缩机负荷总和不应相差较大，系统波动才会更小，所以双切单系统时，运行时长长的压缩机降频至25hz，另一台压缩机则升频至90hz，然后累计运行时长长的压缩机关机，另一系统压缩机降频至修正后的压缩机频率并继续运行。若计算所得f(n)＞90hz，则两台压缩机能满足当前负荷需求，按照目标频率对启用的两压缩机频率同时进行修正，两台压缩机按照修正后的频率运行。
[0093]
在单系统切换至双系统运行控制时，如果检测满足双系统切换至单系统条件则不执行，避免因为频繁切换压缩机启停导致系统波动大，压缩机寿命缩短，程序上要执行完单系统切换至双系统后再进行新的判断，避免程序错乱。同理，在双系统切换双系统切换至单系统运行控制时，若满足单系统切换至双系统运行控制则不动作，直到退出双系统切换至单系统运行控制后再行判断。
[0094]
进一步可选地，步骤s1之后还包括s2’～s4’,其中：
[0095]
s2’,获取烤房的湿球温度值t
湿球
、目标干球温度值t
目标湿球
；
[0096]
s3’,计算湿球温度差δt
湿球
，δt
湿球
＝t
目标湿球-t
湿球
；
[0097]
s4’,根据所述湿球温度差δt
湿球
来控制新风阀的开度。
[0098]
本实施例中，当烤房内设有多个湿球温度计时，实时检测烤房各个位置的湿球温度，并计算所有湿球温度的平均值，该平均值即为t
湿球
，t
湿球
＝average(t
湿球1
，t
湿球2
....，t
湿球n
)，n可选的大于等于3。然后计算湿球温度差δt
湿球
，δt
湿球
＝t
目标湿球-t
湿球
，湿球温度差δt
湿球
的大小反映了烤房热排湿需求的高低，当δt
湿球
越大，说明烤房需要排湿的需求越大，需要控制新风阀以加大的开度开启；当δt
湿球
越小，说明烤房需要排湿的需求越小，需要控制新风阀以较小的开度开启甚至不开启；因此，具有双压缩机系统的热泵烘干机组采用本实施例的控制方法能根据烤房湿负荷来确定开启新风阀控制新风引入量，温湿双控，独立控制，温湿度控制精度高。
[0099]
进一步可选地，步骤s4’包括s41’～s42’,如图2所示的控制流程图，其中：
[0100]
s41’,分别比较湿球温度差δt
湿球
与设定差值δt
湿球1
、设定差值δt
湿球2
以及设定差值δt
湿球3
的大小；
[0101]
s42’,当满足：δt
湿球
≥δt
湿球1
，控制新风阀以第一开度开启；当满足：δt
湿球1
＞δt
湿球
≥δt
湿球2
，控制新风阀以第二开度开启；当满足：δt
湿球2
＞δt
湿球
≥δt
湿球3
，控制新风阀以第三开度开启；当满足：δt
湿球3
＞δt
湿球
，则控制新风阀不开启；其中：第一开度＞第二开度＞第三开度。
[0102]
本实施例中，当目标湿度与当前湿度的差值越大，越需要引入更多的新风，进行排湿，差值越小，新风量排湿需求越小。在一个具体实施方式中，若δt
湿球
≥δt
湿球1
，δt
湿球1
为厂家参数，可选的为2℃，则新风阀开度为100％；若δt
湿球1
＞δt
湿球
≥δt
湿球2
，δt
湿球2
为厂家参数，可选的为1℃，则新风阀开度为60％；若δt
湿球2
＞δt
湿球
≥δt
湿球3
，δt
湿球3
为厂家参数，可选地为-1℃，则新风阀开度为30％；若δt
湿球3
＞δt
湿球
，则新风阀开度为0％。
[0103]
本实施例还提出了一种热泵烘机组，其采用上述任意一项所述的控制方法。
[0104]
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。