一种压缩机棒冰机温度控制方法及系统与流程

本发明涉及制冷设备控制，具体为一种压缩机棒冰机温度控制方法及系统。

背景技术：

1、现有的压缩机棒冰机在运行过程中，通常依赖预设的固定时间或单一的温度阈值来控制制冷冻结和加热脱模过程。在制冷冻结环节，由于待加工介质的配方存在差异，如纯水、果汁或奶液，其实际冰点和相变特性各不相同。采用固定的运行参数进行控制时，设备无法感知介质的真实状态，容易出现介质内部未完全固化即结束制冷，或者过度制冷导致额外的能耗消耗。

2、在加热脱模环节，现有设备多采用固定的加热功率运行，无法根据脱模界面的实际温度变化率进行动态调节。由于缺乏反馈控制，这种固定的加热方式容易导致模具升温过快，使得靠近腔壁的冰品表面发生融化，影响脱模后的外观和质量。此外，设备在正向制冷和反向加热的状态切换时，系统通常直接控制换向阀动作，此时制冷剂循环回路内部的高低压差较大，直接换向会对制冷压缩机和管路部件造成机械冲击，降低了系统整体的使用寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种压缩机棒冰机温度控制方法及系统，解决了现有棒冰机在制冷冻结过程中通常采用定时控制或单一温度阈值判定的问题。由于待冻结介质的冰点和相变特性存在差异，固定控制方式容易导致冻结不充分或过度制冷。此外，脱模加热环节多采用固定加热功率，易造成冰品表面融化或脱模失败，且制冷与加热切换时缺乏对系统压力的缓冲机制，缩短了系统使用寿命。

2、本发明第一方面提供一种压缩机棒冰机温度控制方法，应用于包括主控模块、温度采集模块、驱动模块以及制冷压缩机和三通电磁阀的系统中，该方法包括：

3、按照预设采样周期通过温度采集模块获取制冷腔壁的原始温度数据，并进行滤波处理形成平滑温度序列；

4、在正向制冷阶段，控制制冷压缩机和三通电磁阀以正向制冷状态运行，建立滚动时间窗口提取平滑温度序列中的温度变化特征参数，温度变化特征参数包括降温斜率和决定系数；根据平滑温度数据、降温斜率和决定系数判定待冻结介质的冻结相变状态并执行相应的制冷阶段切换；

5、在热气脱模阶段，控制三通电磁阀动作以引入高温制冷剂气体，建立脱模加热滚动时间窗口并提取当前窗口升温斜率，根据当前窗口升温斜率与预设的目标升温斜率之间的差值，在维持制冷压缩机恒定运行功率的条件下，闭环调节输出至驱动模块的脉宽调制信号以更新三通电磁阀的开启占空比，直至当前平滑温度达到预设的脱模温度阈值。

6、进一步的，进行滤波处理形成平滑温度序列，包括：

7、在设定的滑动窗口内对原始温度数据进行排序取中值，得到中值滤波输出温度；

8、采用一阶低通滤波方式，利用预设的滤波权重系数对中值滤波输出温度和前一采样周期的平滑温度进行递推平滑处理，得到当前采样周期的平滑温度。

9、进一步的，在建立滚动时间窗口提取平滑温度序列中的温度变化特征参数之前，还包括启动阶段的空载检测步骤：

10、在预设的启动检测时间窗口内，根据平滑温度序列提取降温斜率和残差标准差；

11、当残差标准差小于或等于预设的空载残差标准差阈值，并且降温斜率小于或等于预设的空载降温斜率阈值时，判定制冷腔处于空载状态，控制制冷压缩机停机并输出空载报警信号。

12、进一步的，根据平滑温度数据、降温斜率和决定系数判定待冻结介质的冻结相变状态并执行相应的制冷阶段切换，包括判定冻结相变起点的步骤：

13、当当前平滑温度下降至预设的相变候选温度上限范围内，决定系数降低至预设的相变决定系数阈值以下，且当前降温斜率的绝对值缩小至受斜率比较比例系数限定的显热降温参考斜率范围内时，判定待冻结介质进入冻结相变阶段，并记录冻结相变判定起点；

14、在冻结相变判定起点之后设置相变参考斜率计算时段，提取该时段内各滚动时间窗口对应的有效降温斜率的平均值，将其作为当前制冰周期的相变参考斜率予以保存。

15、进一步的，判定待冻结介质的冻结相变状态并执行相应的制冷阶段切换，还包括判定冻结相变完成的步骤：

16、当累计制冷时间达到预设的最小制冷时长，当前平滑温度下降至相变完成判定温度阈值以下，决定系数回升至预设的线性变化恢复阈值之上，残差标准差缩小至预设的残差标准差阈值以下，且当前降温斜率的绝对值超出相变参考斜率的绝对值达到预设差值时，判定待冻结介质完成冻结相变。

17、进一步的，判定待冻结介质的冻结相变状态并执行相应的制冷阶段切换，还包括冻结完成后的降温及保温步骤：

18、在判定冻结相变完成后，控制制冷压缩机进入强化制冷阶段，并维持输出预设的最大功率对应的占空比，直至当前平滑温度下降至预设的制冷目标温度t1，在本实施例中，所述制冷目标温度t1优选为-26℃；

19、当当前平滑温度达到制冷目标温度t1后，进入保温阶段；在保温阶段内，设定保温温度区间为保温下限温度t3至保温上限温度t2（在本实施例中，该区间优选为-16℃至-12℃），当当前平滑温度高于保温上限温度t2（即-12℃）时开启正向制冷，当当前平滑温度低于所述保温下限温度t3（即-16℃）时关闭正向制冷，以使制冷腔壁的温度维持在所述保温下限温度t3至保温上限温度t2（即-16℃至-12℃）的范围内。

20、进一步的，在进入热气脱模阶段之前，还包括进行系统压力平衡的停机等待步骤：

21、接收到脱模指令后，控制制冷压缩机进入停机状态，并将该停机状态维持预设的最小停机等待时长，以使制冷剂回路实现压力平衡；

22、在停机等待期间持续监测制冷腔壁的回温状态，当停机等待结束时，判断当前平滑温度是否低于预设的脱模初始温度t4，在本实施例中，所述脱模初始温度t4优选为-10℃；

23、当平滑温度低于脱模初始温度t4时，启动三通电磁阀动作并重启制冷压缩机进入热气脱模阶段，且根据停机等待期间是否触发预设的提前回温标志，为热气脱模阶段配置对应的初始三通电磁阀开启占空比。

24、进一步的，根据当前窗口升温斜率与预设的目标升温斜率之间的差值，闭环调节输出至驱动模块的脉宽调制信号的占空比，具体包括：

25、在反向加热脱模过程的各个控制周期内，获取目标升温斜率与当前窗口升温斜率之间的斜率偏差；

26、基于斜率偏差和预设的占空比调整增益确定占空比补偿量，当当前窗口升温斜率大于目标升温斜率时，生成使占空比减小的补偿量；当当前窗口升温斜率小于目标升温斜率时，生成使占空比增大的补偿量；

27、将占空比补偿量叠加于前一控制周期实际输出的占空比之上形成候选调节占空比；

28、将候选调节占空比与预设的最小运行占空比及最大运行占空比进行边界限幅处理，将限幅结果作为当前控制周期的实际输出更新至脉宽调制信号，以控制三通电磁阀的开启比例。

29、进一步的，控制三通电磁阀动作以引入高温制冷剂气体，具体包括：

30、主控模块向驱动模块输出旁通控制电平信号；

31、控制驱动模块内的阀控电路动作，改变三通电磁阀的电磁线圈通电状态，使高温高压气态制冷剂旁通直接流入与制冷腔壁热连接的蒸发器，改变制冷剂的循环流向以实现正向制冷与反向加热的物理状态切换。

32、本发明第二方面提供一种压缩机棒冰机温度控制系统，包括：主控模块、温度采集模块、驱动模块以及由制冷压缩机、三通电磁阀、冷凝器和蒸发器构成的制冷剂循环回路；

33、蒸发器与制冷腔壁热连接，温度采集模块包括热敏电阻，制冷腔壁外表面或者蒸发器朝向制冷腔的一侧设有与热敏电阻外形匹配的安装凹槽，热敏电阻容纳于安装凹槽内，用于采集制冷腔壁的温度信号；

34、驱动模块连接于主控模块与制冷压缩机及三通电磁阀之间，包括压缩机变频驱动电路和换向阀控制电路；

35、主控模块与温度采集模块及驱动模块电连接，主控模块被配置为执行上述第一方面及其各项具体实施方式中的压缩机棒冰机温度控制方法。

36、本发明提供了一种压缩机棒冰机温度控制方法及系统。具备以下有益效果：

37、1、本发明通过建立时间窗口提取降温斜率和决定系数，并结合平滑温度数据判定介质的相变状态，进而执行制冷阶段切换。该控制逻辑利用介质相变潜热引起的降温速率变化特性，能够动态识别不同配方介质的真实冻结起点和终点，解决了固定时间或单一温度阈值控制容易造成的冻结不充分及过度制冷问题。

38、2、本发明反向加热脱模阶段引入升温斜率作为反馈量，通过计算当前窗口升温斜率与目标升温斜率的差值，闭环调节制冷压缩机的运行占空比。该控制方式改变了常规的恒定功率加热模式，通过动态调整加热功率控制脱模界面的温升速率，防止局部升温过快导致的冰品表面融化损坏。

39、3、本发明正向制冷阶段与热气脱模阶段之间设置了停机等待步骤，在接收到脱模指令后使制冷压缩机停机并维持设定时长。该步骤使制冷剂循环回路在三通电磁阀动作前实现内部压力平衡，降低了系统在较大高低压差下直接换向所承受的冲击，有助于延长压缩机及管路部件的使用寿命。