摘要：冷库作为冷链物流发展的核心基础设施和保障食品低温流通的中枢，是冷链物流建设的重点内容。2018年，我国冷库容量将达1.3亿m3，同比增长10.3％，未来几年冷库建设仍处于蓬勃发展时期。基于此，本文主要对冷库制冷系统及其自动化研究进展进行分析探讨。
关键词：冷库制冷系统；自动化；研究进展
1、前言
冷库在运行中，库内热负荷受室外空气温度变化、食品进库以及冷加工中食品热焓变化的影响而不断波动，要克服热负荷的波动，满足食品冷藏过程中的工艺要求，就要使制冷装置的制冷量和库内的耗能量不断趋于或达到平衡。要达到这一要求，就必须进行及时、准确的调节控制，而制冷系统是一个严密的封闭系统，其运行情况是通过温度、湿度、压力、压差、液位等参数来反映的，如果简单靠人工直观地去检测温度计、压力表、液位计和显示仪表等，则需要很高的操作技能、丰富的经验及良好的责任心才能实现。“冷库自动化”的概念也因此应运而生。
2、自动化冷库的定义
所谓自动化控制，指的是设备在无人操作的情况下能够按照预先设定的目标自动地启动、运转或停止。自动控制可以降低劳动强度、节约能源、延长设备使用寿命，但根本上还是要通过人工直接或间接的参与。自动控制可以降低劳动强度显而易见，而关于通过自动控制来实现能源的节约和延长设备的使用寿命，则取决于：管理制冷系统的人怎样设置及操控它，因此冷冻、冷藏立体冷库需要特殊的技术支持，包括：（1）整体设施要求，依据存储货物要求的不同温域，对设施有不同的要求。（2）执行设备特性，执行装备如货架、堆垛机、穿梭车、输送机等设备都必须适应冷态环境要求，保证冷态起制动和冷态运行的可靠性。（3）热流量特性，热流量有多种形式：如货物的输入造成热量的入侵，货物的呼吸、库内照明、库门的开闭，又如出入通道形成热量的对流，这些都会带来库内温度变化影响，需要有效的调节措施。（4）自动控制特性，电器元件在低温状态下的安全、可靠性是至关重要的，元器件的选用，安装工艺将直接影响使用效果；自动化冷库主要指通过自动控制来实现制冷机房的正常运转及系统调节，保证冷藏间的温度在限定的范围内，从而保证冷库储存货品的质量。冷库自动化主要是指制冷系统自动化、库房货物进出自动化、管理自动化3个方面，其中制冷系统自动化还包括：机房制冷系统自动化、冷库制冷系统自动化、制冷系统安全自动化等方面。
伴随着产业升级与技术进步，近年来我国自动化冷库发展建设的具体表现有：（1）在制冷自动化方面，机房制冷系统实现了自动化，可做到对机房内的压缩机、高压储液器、低压循环桶、氨分板换、中间冷却器等主要制冷设备进行液位、流量、高低压力等调节，保证系统的稳定运行以达到制冷需求并确保了设备部件的安全；冷库制冷系统实现了自动化，可达到对温度的精确控制，热氨融霜也可达到自动化控制，大幅度降低了人工劳动强度，提高了制冷系统的工作效率、减少了能耗和停机时间，最终保证制冷系统的稳定运行；制冷系统安全实现了自动化，包括保护人员操作安全和设备部件安全，在系统中加装自动安全报警部件、自动卸压装置、制冷剂探测器等进行过程监控从而保护人员和设备的安全。（2）在库房货物进出方面做到自动化，国内部分冷库实现以叉车装运托架货物进出库的机械化，尽管离托盘化的立体冷库仍有相当的距离，但已具备了立体化冷库的雏形。国外冷库基本实现全自动控制货物的进出库。（3）在管理方面可达自动化，国内冷库管理目前以账务进行计算机化为主，而国外全面实现冷库人、财、物等业务管理的全自动化控制，是以信息处理为核心的综合性技术。
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3、冷库的自控
目前，中国大多数冷库控制处于手动控制或者自控程度比较低的水平，众多研究表明，由于大多数冷库自控程度的差异，相同冷藏温度下其中全自动冷库相比于手动控制的冷库节电约5%～15%，而且由于前者温、湿度控制精准，冷冻冷藏出来的食品质量更高。因此冷库自控水平的提高及完善将有利于改善冷库运行现状，即改善冷库冷藏效果以及降低冷库能源消耗。常见大中型冷库的自动控制一般以集中监控、分散控制的原则将自控系统分为三部分:控制层、监控层、设备层。
3.1控制层
传统冷库控制大多采用继电器、逻辑电路及单片机控制，但随着冷库自控化程度要求越来越高，当前，冷库的自动控制大多是利用基于现场工业总线PLC(ProgramerLogicController，可编程式控制器)的集散式控制系统。PLC系统与传统单片机相比，具有编程简单，易于掌握等优点。PLC的工作过程是通过内部存储器编写的程序，进行逻辑、顺序和算术运算，计时、计数等操作的指令，再通过控制器工业控制元件相连接的接口，输入和输出模拟式数字数据，控制各种类型的机械或生产过程。通过对采用PLC自控系统的小型冷库进行制冷性能研究，发现PLC控制下的小型冷库相比于传统控制，不仅能耗有所降低，而且能够实现在无人值守情况下的高效运行。
3.2监控层
监控层是集中管理与操作的核心层。控制层的PLC与监控层的人机交互页面通过网络进行信号传递，控制人员通过人机界面上所安装的组态软件进行设备状态的查看、设置、报警等管理，生成报表，设备运行各项数据采集与管理等，因此人机界面的组态软件是实现设备控制智能化的关键部分。如今上位机组态软件功能模块越来越完善，相对于传统编程其优势在于能够利用通俗易懂图形构件，以数据流的形式搭配计算机完成仪器的编程、数据的采集。而且随着大数据时代的到来，数据的存储与分析与深度挖掘将显得尤为重要，对于冷库系统来说，监控层是对整个冷库运行数据收集功能的重要部分，通过人机界面组态软件所保存的设备运行参数，技术人员能够通过其对隐藏于生产过程的相关规律性知识、控制人员的操作经验与决策进行深度挖掘，从而帮助用户发现制冷设备所存在的问题，方便用户进行在线故障诊断，并能够有效为用户提供在线故障解决方案，而且为以后的系统及设备维护和升级改造提供依据，进而提高制冷系统运行效率，减少能源浪费。
3.3设备层
先进的软件只是实现冷库自控的一个重要部分，另一个重要部分是能够传输软件命令对冷库进行温湿度控制与信息采集的硬件设施。常安装于自动化冷库中的感应部件有温度传感器、压力传感器、质量流量传感器、电力仪表、各种电磁阀及接触器等。自控冷库温度的调控是通过温度传感器自动将采集值与设定值进行比对，比对信息传输到监控层，随后系统智能调节供液阀，回气阀，以及冷风机的顺序延时开停;对于冷风机蒸发器来说，自动除霜功能是通过程序设定好除霜时间与周期，根据设定系统智能关闭或开启热氨阀，蒸发器进口端的供液电磁阀、回气电磁阀和库内冷风机。若冷却物冷藏库中二氧化碳浓度也需要实时监测，
则可以安装二氧化碳传感器。对于适配于各种微机控制的数字温度传感器，能输出即时温度监测数据及温度相关量，可以使冷库在无人值守的情况下全自动正常运行。设备层的各种传感器在整个冷库自控系统中属于金字塔最低端，但是又属于核心部分。因此制冷系统中各种传感器、电磁阀的应用对未来冷库自控的发展至关重要。
4、结语
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。而且为了追求冷库控制更加高效节能，冷库控制完全自动化必然将成为未来冷库发展的一大趋势;现今互联网、人工智能等先进科技蓬勃发展，将为冷库的完全智能化控制提供更大机遇。
参考文献：
[1]邓建平，吕济民．冷库氨制冷系统的安全与防护［J］．冷藏技术，2009(3):10－15．
[2]刘敏．制冷空调行业制冷剂现状和发展趋势［J］．黑龙江科技信息，2013(19):46/251．
论文作者:周小龙
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/18
标签：冷库论文; 制冷系统论文; 自控论文; 设备论文; 系统论文; 自动控制论文; 库内论文; 《防护工程》2019年第5期论文;