1选题的意义和研究现状

1.1 选题的意义

随着现代食品工业的快速发展以及人们对食品品质和安全要求的不断提高，制冷技术成为了其中不可或缺的重要组成部分。速冻库能在短时间内让食品中心温度快速下降，减少冰晶对细胞的破坏，最大程度保持食品的色泽、口感和营养成分。合理的制冷控制系统能够根据库内温度、货物量等实际情况，精确调节制冷设备的运行功率和时间，避免制冷设备过度运行或无效运行，从而降低能源消耗，实现节能减排。通过合理安排设备的运行和休息周期，减少设备磨损，降低设备的故障率，延长设备的使用寿命，进而节省设备更换和维修成本。设计良好的制冷控制系统有助于实现速冻库的自动化管理。操作人员可以通过控制界面远程监控速冻库的运行状态、温度变化、设备故障报警等信息，大大提高管理效率，降低人工成本，也能够及时响应突发状况。

1.2 本课题所涉及问题在国内外设计或研究的现状

自20世纪中叶以后，随着食品加工行业的快速发展以及人们对食品保鲜要求的不断提高，促使人们对速冻库制冷控制的重视程度大幅提升。国外在速冻库制冷控制系统中广泛应用智能控制技术，例如模糊控制、神经网络控制等。这些技术可以根据速冻库内的实时温度、湿度、货物量等多种因素，自动调整制冷系统的运行参数，实现精确的温度控制，提高制冷效率和能源利用率。例如，一些大型速冻库采用智能控制系统后，能够将温度波动控制在极小范围内，大大提高了速冻食品的质量。国外在传感器技术方面研发出了精度高、响应速度快、可靠性强的温度传感器、压力传感器等。这些传感器能够为制冷控制系统提供更准确的实时数据，有助于实现更精确的控制。

在国外速冻库制冷控制系统中，制冷设备制造商注重产品的质量和可靠性，采用先进的制造工艺和严格的质量控制体系，生产出的压缩机、冷凝器、蒸发器等设备具有较高的性能和较长的使用寿命。这为速冻库制冷控制系统的稳定运行提供了有力的保障。在一些对可靠性要求较高的速冻库项目中，采用冗余设计和备份系统，以确保在设备故障或突发情况下，制冷系统仍能正常运行。例如，配备备用的压缩机、电源等设备，当主设备出现故障时，备用设备能够自动投入运行。

目前挪威、瑞典、德国、美国、日本等国家在速冻库制冷系统的能源回收和利用方面进行了深入的研究和实践。例如，采用热回收技术，将制冷系统中产生的废热回收利用，用于加热水、供暖等，提高能源的综合利用效率。其中一些国家的速冻库制冷行业具有较为完善的标准和规范体系，对制冷系统的设计、安装、调试、运行和维护等各个环节都提出了明确的要求和标准。这有助于保证速冻库制冷控制系统的质量和安全，促进了行业的健康发展。

我国在智能控制技术方面不断发展，模糊控制、神经网络控制等智能算法在速冻库制冷控制系统中的应用逐渐增多。这些技术能够根据库内的多种因素，如温度、湿度、货物量、开门次数等，实时精确地调整制冷系统的运行参数，提高制冷效率和温度控制精度，保障速冻食品的品质。将制冷设备、传感器、控制器等部件进行高度集成，形成一体化的制冷控制系统。这种集成化设计不仅减少了设备的占地面积，提高了空间利用率，还增强了系统的稳定性和可靠性，便于安装、调试和维护。

通过借助互联网、物联网技术，开发出了功能丰富的远程监控平台。管理人员可以通过手机、电脑等终端设备，实时了解速冻库的运行状况，包括温度、压力、设备运行状态等信息，并能够远程控制和调整制冷系统的参数。同时，监控平台还具备智能预警功能，能够及时发现潜在的故障和问题，提高了管理效率和安全性。

2 课题设计或研究的内容、预期目标和实施计划

2.1 要设计或研究的主要内容方案论证分析

2.1.1 研究的主要内容

实现速冻库制冷控制系统的正常运行，通过低温低压的气态制冷剂吸入，通过压缩机的活塞或螺杆的运动，对制冷剂气体进行压缩。经过压缩后，制冷剂变成高温高压的气体。高温高压的气态制冷剂从压缩机排出后，进入冷凝器。当制冷剂气体通过冷凝器时，热量通过管壁和散热片传递给周围的空气或者冷却水。在这个过程中，制冷剂气体逐渐冷却并凝结成液态。系统由PLC控制，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等一切相关控制及数据采集。触摸屏显示库内实时温度、设定温度、压缩机状态、膨胀阀开度等。各种设定值可通过触摸屏设定。客户可以通过手机APP/PC机软件实时读取机组数据，并可控制机组启停，修改机组参数。

图1.1系统的流程框图

整个速冻库制冷控制系统的核心是PLC，PLC得到信号后进行运算并将结果输出给执行机构，执行机构接收到信号，控制被控对象使其维持在固定的目标值。PLC能够完成诸如压缩机组制冷运行、压缩机组恒温运行或其他参数调节等。触摸屏和PLC通过RS485总线进行连接，对系统进行组态画面的绘制，显示系统监控画面以及系统实时数据，同时能够对参数进行设定。PLC能够实时通过以太网不断向监控中心进行数据交换，同时能够接受远程指令，系统出现故障，能够及时进行故障报警并且自动切换如图1.1。

2.1.2 方案可行性分析

在技术层面，PLC作为一种成熟的工业自动化控制设备，具有高可靠性、抗干扰能力强、编程灵活等优点。在速冻库制冷制冷控制系统中，PLC可以实现对温度、压力等参数的精确采集和控制，确保速冻库的制冷效果稳定可靠。

在经济层面，基于PLC的速冻库制冷控制系统的初始投资主要包括PLC设备、传感器、触摸屏、压缩机等硬件成本以及编程、调试等软件成本。由于PLC控制系统具有高可靠性、低维护成本等优点，能够降低系统的总体运行成本。而在操作层面，PLC控制系统可设计简单易懂的人机界面。操作人员经过简单培训就能掌握系统的操作方法，如设定温度参数、查看运行状态等。同时，PLC的自动化程度高，可减少人工干预，降低因人为操作失误导致的问题，提高速冻库运行的稳定性和效率。

2.2 本课题选题特色及预期的目标

本课题旨在针对速冻库硬件系统中压缩机单机运行控制精度低、浪费能源、压缩机寿命短等问题，设计并实施一套基于PLC可编程控制器硬件平台和先进智能化数字化的速冻库制冷控制系统。该系统将通过就地控制站与上位监控机相结合，实现全自动控制与远程监控操作，具有以下特色及预期目标：

高精度控制：PLC具有强大的运算和控制能力，能够实现对速冻库温度、压力等参数的高精度控制。通过精确调节制冷设备的运行状态，可以确保速冻库内的温度始终保持在设定的范围内，从而保证速冻食品的质量。

智能化管理：通过传感器采集各种数据，如温度、压力等，并将这些数据传输给PLC进行处理。PLC可以根据预设的程序和算法，自动调整制冷设备的运行参数，实现对速冻库的自动化控制。此外，该系统还可以实现远程监控和管理，操作人员可以通过网络随时随地了解速冻库的运行情况，并进行远程控制和调整。

可靠性高：PLC具有高可靠性和稳定性，能够在恶劣的环境下长期稳定运行。在速冻库制冷控制系统中，PLC可以有效地抵抗外界干扰，确保系统的正常运行。

节能环保：通过精确控制制冷设备的运行状态，避免能源的浪费，降低运行成本。同时该系统还可以采用环保型制冷剂，减少对环境的污染。

预期目标：实现速冻库运行过程的全自动控制，实现节能减排，提高能源利用效率，通过节能优化控制和环保型制冷剂的应用，降低运行成本，减少人工干预，提高生产效率。

2.3 本课题实施计划

表2.1 毕业论文进度计划安排

3 主要参考文献

[1] 李海军,许琦,苏志勇,等.中压补气对R404A冷冻系统性能特性研究[J].制冷与空调,2024,24(09):34-39.

[2] 伍晓辉,刘超,刘长卿,等.大中型冷库不同制冷系统压缩机组能效分析[J].冷藏技术,2024,47(03):57-63.DOI:10.20094/j.issn.1674-0548.2024.03.057.

[3] 钟万华.关于大型冷库制冷系统的能效对比探究[J].今日制造与升级,2024,(04):158-161.

[4] 刘琼瑜,肖波,刘军,等.二次冷凝除霜冷库制冷系统运行特性[J].农业工程学报,2023,39(15):268-275.

[5] 秦兴铎,李海军,苏之勇,等.环境温度对新型冷库制冷系统性能的影响[J].低温与超导,2023,51(08):89-94.DOI:10.16711/j.1001-7100.2023.08.014.

[6] Asif R ,胡靖明 ,杨梅 , et al.基于CFD的沙棘速冻库的设计及试验[J].新疆农机化,2023,(03):9-11+20.DOI:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2023.03.003.

[7] 惠林.成都地区某550吨冷库制冷系统装置设计及性能分析[D].哈尔滨商业大学,2023.DOI:10.27787/d.cnki.ghrbs.2023.000538.

[8] 洪欢喜.酸奶加工冷库制冷系统节能与安全设计[J].食品工业,2023,44(05):39-42.

[9] 刘平.小型冷藏库制冷系统的设计分析[J].工程建设与设计,2023,(02):52-54.DOI:10.13616/j.cnki.gcjsysj.2023.01.217.

[10] 周光辉,寇景康,李海军,等.冷库用准双级压缩制冷系统性能分析[J].制冷与空调,2022,22(12):80-83+89.

[11] 李爽.冷库CO2制冷系统设计及性能测试[J].中国新技术新产品,2022,(24):66-68.DOI:10.13612/j.cnki.cntp.2022.24.010.

[12] 洪登科,刘清江,王希龙.基于Modbus通信协议的冷库连续除霜制冷系统的控制设计[J].制冷与空调,2022,22(03):15-19.

[13] 孙炳岩,张文科,姚海清,等.不同制冷系统应用于冷库的探讨[J].制冷与空调,2021,21(11):11-15+19.

[14] 宛超.冷库制冷系统设计要点[J].制冷与空调(四川),2019,33(04):385-387.

[15] Chen W ,Qin C ,Ma Z , et al.Dynamic simulation and optimal design of a combined cold and power system with 10 MW compressed air energy storage and integrated refrigeration[J].Energy,2024,310133182-133182.