冷库仿真系统设计与实现

２０１７年４月　宁波职业技术学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｉｎｇｂｏ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ａｐｒｉｌ．２０１７　Ｖ０ｌ｜２１　Ｎｏ．２　第２１卷第２期　冷库仿真系统设计与实现　沈宫新　（南京科技职业学院信息工程学院，南京２１００４８）　摘　要：为了使制冷专业的学生对相关的热力过程和对系统运行参数变化有直观的认识，在采用成熟算法的　基础上运用ＸＭＬ文件来存储系统的参数，进行仿真计算，并用图形化方式显示参数的变化．让学生在操作中　直观的观察系统参数的改变，同时，通过对设定条件的改变、观察系统的运行变化、深化对制冷系统的认知、对　类似系统的设计与实现提出有益的参考。　关键词：冷库；仿真；ＸＭＬ；图形化　中图分类号：ＴＢ　６５７　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１—２１５３（２０１７）０２—００８１—０３　Ｏ　引言　在制冷系统的运行过程中，会涉及系统工质　多个状态的变化，为了让学生对制冷系统有直观　压缩机档位参数，查看系统各个参数的不同变　化，使学生加深对制冷系统的理解。　２仿真对象模型分析和系统设计　本系统以宁波江北冰峰制冷设备有限公司　的认识．本文设计了简易的冷库仿真系统。本系　统采用ＸＭＬ文件作为数据源，不涉及网络和数　据库的操作。采用Ｃ＃语言开发，运行在微软的　的８００　ｔ的水果冷库为原型ｌｌ１。进库温度３０℃，　出库温度２℃，库温Ｏ℃，１３进货量为１０　４　ｈ，　采用组合拼装式冷库，制冷系统为氟利昂（Ｒ２２）　制冷系统。设备负荷、机械负荷分别为１８４０００　Ｗ和　１６８０００　Ｗ。冷凝温度取３０　ｃ【＝．冷凝压力Ｐ￣１．２　ＭＰａ．　蒸发温度取＿６℃，蒸发压力Ｐｏ－－０．４１　ＭＰａ，系统结　构示意图如图１所示。　Ｄｏｎｅｔ平台上，该系统能够实现冷库系统的启动　仿真并实时观察相关参数的变化，通过改变初始　参数可以观察系统的不同响应。　１　冷库仿真系统简介　作为冷库仿真系统的阶段成果，本系统包括　参数设定、开机运行、系统复位、参数曲线展示功　能。启动仿真是系统核心功能。启停仿真能够提　供一个基本反映冷库系统热力特性的仿真系统，　在启停仿真时．系统读取ＸＭＬ中的初始数据和　系统界面的给定初始值，进行迭代运算，来更新　界面的数据实现仿真。整个冷库系统包括压缩、　冷凝、节流、蒸发４个热力过程，涉及的参数超过　２Ｏ个，系统采用Ｃ＃语言开发，实时绘图功能采用　．■　冷库房间　ｉ　图１　冷库系统结构示意图　１压缩机模型　Ｚｅｄ　Ｇｒａｐｈ控件实现，操作者可以选择加速比和　收稿日期：２０１６—０８—２４　基金项目：南京科技职业学院课题（ＮＨＫＹ一２０１３—１５）　为了仿真的需要，把压缩机复杂的热力过程　计算机网络。　作者简介：沈宫新（１９７５一），男，讲师，硕士，研究方向为面向对　编程、２０１７年第２期　・８１・　宁波职业技术学院学报　Ｅ—ｍａｉｌ：ｎｂｔｐｘｂ＠１６３。ｃ０ｍ　简化成下列３个相关方程，即　Ｖ　，：ＡＶ“，　（１）　旦二Ｌ　＝　（　型－）　，　（２）　ｐ　ｌｔｒ　、　二Ｌ　挑　［（　）　ｌ】，　）　式（１）中：　为工质流量，下标　和打表示压缩机　的理论和实际流量值；Ａ为压缩机的输气系数。　式（２）中：７１和Ｐ分别为绝对温度和绝对压力，　ｅｎｔｒ和ｅｘｉｔ分别表示吸气和排气状态。式（３）中：Ｐ　为功率；Ａ和７７分别为压缩机的输气系数和电效　率；　为压缩过程的多变指数。　２＿２冷凝器和蒸发器模型　冷凝器和蒸发器在本系统采用二维分布参　数模型，辅助加参数运行条件的方法来进行　仿真计算。制冷剂采用Ｒ２２，设定的运行压力在　５００　ｋＰａ到１８００　ｋＰａ之问。根据该设定，拟合了　多组热力函数变化关系ｌ２Ｉ，在换热器的单项区，存　在的换热关系为　ｍｌＣｌ△　ｌ＝ｍ２Ｃ２Ａｒ，２。　（４）　制冷剂Ｒ２２的温度增减等于换热器中水的　温度的减增。而在两相区，工质Ｒ２２没有温度变　化，但是相变发出的热量或吸收的热量等于换热　器中水的温度的增减。　２．３节流阀模型　本系统采用的是孑Ｌ板节流仿真模型。孑Ｌ板节　流阀的最大压差参照冷凝器和蒸发器设定为　ｌ３００　ｋＰａ，最小压差设定４００　ｋＰａ，对于特定稳态　～ｒ况，只要求解出制冷剂流量即可，膨胀阀流量　计算，可用热力学公式　ｍ＝ＧＡＶ２ｐ（７，１－ｐ２），　（５）　以此来生成实时的运行曲线。同时了ＩＦ放定时器接　口．使得用户可以自主的设定系统的计算时间间　隔。从而达到改变仿真运行速度的效果。由于要　不断的绑定数据到窗体控件和写入ＸＭＬ文件相　应的状态中，所以系统中设计了专门的类来进行　上述操作。　类中主要的方法实现控件和ＸＭＬ文件中特　定的节点关联，控件名称采用拼音简写，ＸＭＬ采　用汉字说明，如界面中有“房间温度”的显示控件　名称为ｆｊｗｄ，在ｘＭＬ文件中有节点　＜房问温度＞３０＜／房间温度＞　在专门的ＸＭＬ读写类中定义ｐｕｂｌｉｃ　ｓｔａｔｉｃ　ｖｏｉｄ　ｘｍｌｔｏｃｏｎｔｒｏｌ（ＡｘｉＡｎａｌ０ｇ０ｕｔｐｕｔＸ　ａ，ｓｔｒｉｎｇ　ｓ）方　ｉ二，　第一个参数就是显示控件，第二个参数就是控件　名称对应的节点，在主程序中渊用ｅｏｎｓｔａｎｔＲＷ．　ｘｍｌｔｏｃｏｎｔｒｏｌ，把ＸＭＬ文件中房间温度节点的值　３０绑定在控件显示为房间温度，其他的状态参数　也以此类推，可以方便的实现ＸＭＬ文件和控件　的绑定。仿真计算的主要流程如罔２所示　图２仿真计算主流程　沈宫新：冷库仿真系统设计与实现　３．实时曲线显示　Ｚｅｄ　Ｇｒａｐｈ［３叫是一个开源的．ＮＥＴ绘图控件，　（０）方法去除最前面的数据。多个参数可以同时　显示，图３所示加速比为４，压缩机档位为１００的　曲线参数。　代码采用Ｃ＃语言开发。工作原理是直接在画布　上绘制，绘制效率高，在实时走势图中不会产生　屏幕闪烁的现象。在冷库仿真系统中，系统中表　示运行状态的数据较多，设计上应该让用户根据　需要来选择参数进行查看，但参数过多，图形就　会显得杂乱。因此，系统中最多可以同时观察４　个参数的变化。为了给每个参数在图形中尽量显　示完整，在ＸＭＬ文档中也给出了参数的最大值、　最小值和单位。在绘制图形时，可以得到合适的　观察图形　绘制的流程如下：首先根据选中的参数个　数，查询ＸＭＬ得到参数的单位，最大值和最小　值。因为要用到多个ｙ轴坐标，定义一个ＹＡｘｉｓ　的　柏　∞　趵　Ｏ　的数组ＹＡｘｉｓｆ　１　ｙＡｘｉｓ，数组的大小为生成曲线　笸　的最大值４。同时调用Ｚｅｄ　Ｇｒａｐｈ控件的　ｐ　矿餐雷　图３系统参数曲线　４结束语　本文通过对制冷系统主要热力过程分析，基　于ＸＭＬ的数据源进行冷库系统的仿真，通过实　时曲线监测系统的热力参数变化。使得制冷专业　的相关同学能够对相关热力系统和过程有一个　直观的认识，并且该系统的扩展性较好。通过改　ＧｒａｐｈＰａｎｅ．ＹＡｘｉｓＬｉｓｔ．Ａｄｄ方法来添加ｙ轴坐标　到绘图面板上。再调用Ｚｅｄ　Ｇｒａｐｈ控件的　ＧｒａｐｈＰａｎｅ．ＡｄｄＣｕｒｖｅ方法来显示选中的参数。　至此。静态的图片以及完成。同时在系统中添加　定时器，时间设定为ｌｓ，定时器响应事件中完成　趋势曲线的更新，同时完成　轴坐标的更新和数　据源数组ｄａｔａＳｏｕｒｅｅＬｉｓｔ值的更新　设定一个整型　的类字段ｔｉｍｅｓＣｏｕｎｔ，初始值为０，每次定时器响　应事件中加１，然后判断ｔｉｍｅｓＣｏｕｎｔ是否大于界　变ＸＭＬ文件的对应初始参数，可以快速实现不　同类型的制冷系统仿真。对类似系统的实现也提　供了有益的参考。　参考文献：　［１】李晓东．制冷原理与设备［Ｍ】．北京：机械工业出版社，　２００６：１４５—１４８．　面中时间设定值，如果小于时间设定值，　轴值　下标不变．大于时间设定值就让　轴最小值和最　大值同时加１，实现　轴向左滚动的效果。数据　源数组ｄａｔａＳｏｕｒｃｅＬｉｓｔ的值　轴坐标都是类字段　ｔｉｍｅｓＣｏｕｎｔ，Ｙ轴的值由参数的字段名查询实时　【２］张春路．制冷空调系统仿真原理与技术［Ｍ】．北京：化　学工业出版社．２０１３：５３—５４．　［３］于国卿．Ｚｅｄ　Ｇｒａｐｈ控件在水闸监测系统开发中的应　用研究ｆＪ】．南水北调与水利科技，２００８（６）：４３—４５．　［４］沈宫新．张国东基于ＺｅｄＧｒａｐｈ控件的制冷系统实时　数据表得到。当ｄａｔａＳｏｕｒｃｅＬｉｓｔ中数值个数超过采　样时间时长是，使用ｄａｔａＳｏｕｒｃｅＬｉｓｔ的ＲｅｍｏｖｅＡｔ　曲线的绘制【Ｊ］．三门峡职业技术学院学报［Ｊ］．２０１３　（４）：１１４—１１６．　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｌｄ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＳＨＥＮ　Ｇｏｎｇｘｉｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｍｉｎｇ　２１００４８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ　ｔｏ　ｈａｖｅ　ａｎ　ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｒｅｌａｔｅｄ，ａｎ　ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐａｒａｍｅｔｅ￣，ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍａｔｕｒｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｕｓｅ　ＸＭＬ　ｆｉｌｅ　ｔｏ　ｓｔｏｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｃｈａｎｇｅ　ａｎｄ　ｇｒａｐｈｉｃａｌｌｙ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｌｅｔ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ　ｏｂｓｅｒｖｅ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｃｈａｎｇｅ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｃｈａｎｇｉｎｇ，ｏｂｓｅｒｖｅ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｈａｎｇｅ，ｉｔ　ｗｉｌｌ　ｄｅｅｐｅｎｉｎｇ　ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗｉｌｌ　ｂｅｎｅｆｉｔ　ｆｒｏｍ　ｔｈｉｓ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｌｄ　ｓｔｏｒａｇｅ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＸＭＬ；ｇｒａｐｈｉｃａｌ　（责任编辑：徐兴华）　２０１７年第２期　・８３・