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1、基于组态王的制冷压缩机性能测试台CAT系统第7卷第6期2007年12月制冷与空调REFRIGERAT10NANDAIRCONDIT10NING61.65基于组态王的制冷压缩机性能测试台CAT系统涂淑平徐海卿(上海海事大学)摘要介绍压缩机性能测试的原理和实验系统,并成功开发基于组态王的CAT系统,具有自动控制,数据采集,处理,储存和远程监控等功能.关键词压缩机测试CAT组态王ComputeraidedtestingsystemusedforrefrigerationcompressorperformancetestingbasedonKingviewTuShupingXuHaiqing(Shan
2、ghaiMaritimeUniversity)ABSTRACTIntroducescompressorperformancetestingprincipleandexperimentalsystem,developsaCAT(computeraidedtesting)systembasedonKingviewsuccessfully,byuseofwhich,automaticallycontrol,realtimedataacquisition,treatment,storageandtelecommunicationcanbeaccomplished.KEYWORDScompressorp
3、erformance;testing;CAT;Kingview制冷压缩机性能测试台是检测压缩机性能的重要手段和措施,是制冷压缩机生产厂家产品开发,优化设计和质量检测的必备设备.压缩机技术的研究和优化设计,新型压缩机部件的开发和设计,压缩机与换热器的性能匹配测定,性能测试系统自动控制技术的研究等都依赖于大量的试验.测试系统主要分为数据采集处理和控制2部分.以往的数据采集一般通过人工仪表观测,多人协作完成,测量效率低且无法确保数据的实时性与准确性,大量的数据分析和处理工作只能在试验结束后进行.而控制一般通过各种手动设备或独立的DDC执行,缺乏有效的联系和协同,对于精度要求比较高的场合则具有局限性.
4、利用计算机的辅助测试系统(computeraidedtesting,CAT),可以快速完成数据的采集,记录,显示和处理,并对试验数据进行即时的分析与处理,动态地了解试验进程并进收稿日期:20061009通讯作者:涂淑平,Email:whispersea126.tom行实时监控.虚拟仪器概念的引进,现代CAT系统的软件界面更加注重人性化和易用性;网络技术的飞速发展,为CAT系统在试验工作中的应用提供了更为广阔的空间.组态王是在PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包,它以Windows98indows2000/WindowsNT4.0中文操作系统作为其操作平台,充分利用Windows图形
5、功能完备,界面一致性好及易学易用的特点,使采用PC机开发的系统工程比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性,大大减少了工控软件开发者的重复性工作,并可运用PC机上丰富的软件资源进行二次开发,在近年来各类工程中使用的较为广泛.1测控系统简介本测试台按照GB577386容积式制冷压缩机性能试验方法l_2J设计,系统见图1.制冷与空调第7卷系统由被测压缩机,量热器,冷凝器,过冷度调节器,恒温水箱,风冷冷水机组等组成.压缩机排出的高压气体首先进入冷凝器与冷却水进行热量交换.冷凝器中的冷却水由恒温水箱提供,冷却水流量可由水量调节阀I控制调节,制冷剂被冷凝成液体.然后经过干燥过滤器进入过冷度调节器,
6、过控制器冷度调节是由水量调节阀控制调节.从过冷度调节器出来的高压过冷液体制冷剂经过电子膨胀阀节流成低压的气液两相流体进入量热器.量热器内装有功率可调的电加热器和第二制冷剂R134a,以调节蒸发负荷,从量热器出来的低温低压制冷剂气体吸人和排出压缩机完成循环.温湿度砬EE坶-/l/,./_|1十/一1同鍪被测机1#室外机组.口组一一电子膨胀阀囟囟囟瓮>(_-一口电加热/1暮机_c=卜Il_加湿器2#室外机组,/厂量热器环境室图1制冷压缩冷凝机组性能测试系统原理图测试系统的硬件包括:工控机1台(使用windowsXPProfessional操作系统),17025通讯模块,I7015,I7017
7、和I7018模拟量输入模块,I7024模拟量输出模块,电流互感器,WT230多功能电参数测量仪,Ptl000铂电阻温度传感器,T型热电偶,压力传感器,可控硅调压器及PID控制器.测试系统结构如图2所示.图2测试系统结构图2测控系统的软件实现2.1设计思想首先,将测控系统各部分功能进行模块化.这既使得软件便于操作,又有利于修改重组配置,使本压缩机测试台测控软件可以只需一定修改便可同时作为冷凝机组或冷水机组的性能测试台的测控软件,并可在功能切换的过程中采用菜单提示,使界面尽可能友好,尽可能提高界面的智能化程度,减少操作员的工作量.其次,强大的控制功能.对比相关单一的数据采集系统,本系统要同时具备数
8、据采集和过程控制的功能,实现测试的全自动化,同时也可切换为半自动和手动模式.再次,较好的通用性,便于更换硬件和与其他软件进行动态数据交换.最后,安全稳定性.由于压缩机性能测试是在第6期涂淑平等:基于组态王的制冷压缩机性能测试台CAT系统强电,高压(气体)的条件下进行的,虽然可通过使用各类安全保护装置来保证测试人员和设备的安全,但是软件的设计要有预警判断和报警信号发送功能,特别是在全自动模式运行时.2.2测控软件组成本CAT系统软件主要包括数据采集模块(提供硬件接口),数据分析处理模块,控制模块,远程监控模块和辅助功能模块等5个模块,各模块的功能配置如下.2.2.1数据采集模块该模块是软件的核心
9、部分,其主要功能是通过硬件接口(COM和USB等)收集下位机传送的不同类型与格式的数据,并在测试画面上显示,以备后续处理.软件即便在没有挂接任何下位机的情况下,也可以通过使用组态王软件内嵌的仿真PLC根据要求产生一定数据来调试系统.数据采集系统包括温度,压力,电压,电流,功率,流量等50多个测点,对测试系统的每一部分都进行全面细微的监控,随时反映出系统的变化,并可以根据设定(如当前工况已达到设定工况或某处压力超过警戒压力等)进行相应事件和报警提示,同时将其保存到时间和报警数据库,并可实时打印.软件可对采集的参数进行小周期平均值处理以去除测试中常见的50Hz工频干扰.软件还特设了测量参数修正系统
10、,可以根据定期对传感器等仪器仪表的校核,对采集的参数进行线性或非线性的修正,从而保证测试精度.由于组态王软件具有图形功能强大,画面丰富的特点,故数据采集系统可根据测试台实际情况,将输出数据分布于实验界面上,同时可以制作一些动画使得CAT系统更加直观生动(如图3).采样时,组态王软件支持市场上流行的大多数PLC,板卡,智能仪表及模块的通讯协议,使得测试系统具有很高的通用性.即便根据具体需要更换测试硬件,只需简单修改软件就可方便替换.图3测试系统压力采集界面2.2.2数据分析处理模块该模块的主要功能是将采集部分采集的数据进行分析,处理,储存和查询.实时采集到的数据一方面通过实时数据报表显示,如图4
11、和图5,并可处理成实时曲线随时观察数据走势与波动;另一方面通过与Excel软件的DDE交换在选定的Exce1表格中实时显示.同时,每次实验的数据表格都可以手动保存在后缀名为.xls和自动保存为.rt1格式的文件,保证了数据的可靠性.保存的历史数据和曲线任何时候都可以在软件中查询.本功能单独作为模块是为了便于与其他软件进行数据交换,及链接到其他数据库,如MSAccess.2.2.3控制模块在使用第二制冷剂量热器法测试时,需要保证被测压缩机的4个工况参数:吸气压力对应的饱和温度,吸气温度,排气压力对应的饱和温度和阀前温度.一般的控制往往通过各种仪器单独对某一部分进行控制,控制精度受到影响,也对实验
12、员操作造成一定程度的不便.笔者在理论分析和实践摸索过程中认为:吸气温度的变化大多数时间与另外3个被控制量的变化无关,而且吸气温度的变化也不太容易影响到其他3个变量,为此笔者对吸气制冷与空调第7卷图4实时数据报表界面图5量热器数据采集界面温度控制采用独立PID控制算法,而对其他3个变量控制采用带预测机制的智能控制算法_3J.由于计算机是一种采样控制,它只能根据采样时刻的偏差量计算控制量,因此只能用数值计算的方法逼近.本系统首先利用组态王自带的PID控件,通过模拟量输出模块控制可控硅调压器,以改变量热器加热量,从而控制压缩机吸气温度.而对其他3个,笔者利用预测信息,基于智能控制的思想,提出智能优化
13、控制算法.制冷系统运行的专家知识采用产生式结构可表示:IF<当前状态和预测信息>THEN<相应的控制算式>压力调节规律可总结为下列几条规则:规则1和2:若当前吸气压力对应的饱和温度高于上限TH,则打开电子膨胀阀;若当前吸气压力对应的饱和温度小于下限TL,则关闭电子膨胀阀.在规则1和2中还可以根据吸气压力对应的饱和温度与设定值的偏差大小逐步调节.偏差大时,电子膨胀阀执行一次的增量较大,反之较小.规则3:若当前吸气压力对应的饱和温度处于允许范围内,延时一段时间,等待排气压力对应的饱和温度和阀前温度稳定.规则47:当前吸气压力对应的饱和温度和阀前温度的偏差,用水量调节阀进行调
14、节.若当前排气压力对应的饱和温度偏大,则水量调节阀I开大,反之关小;若当前阀前温度偏大,则水量调节阀开大,反之关小.综合这7条控制规则,组成一个模糊控制规则表,并在此基础上通过实践合理选择模糊控制器的输入量化因子和输出比例因子.整个系统的吸,排气压力对应的饱和温度及阀前温度由以上控制规则反复调节,直到系统工况达到规定要求.这满足了控制精度,简化了人工操作,使得全部控制过程可自动完成,完全可以实现第6期涂淑平等:基于组态王的制冷压缩机性能测试台CAT系统无人实验实验前远程设定实验参数,实验中从控制到数据采集处理储存完全自动进行,实验后自动关闭设备并将数据分析储存后生成报表,完全体现了CAT系统的
15、优势所在.2.2.4远程监控模块该部分实现了利用网络进行实验过程的远程监控,甚至设定实验参数进行远程访问控制.组态王软件完全基于网络的概念,是一种真正的客户服务器模式,支持分布式历史数据库和分布式报警系统,可运行在基于TCP/IP网络协议的网上,使用户能够实现上,下位机以及更高层次的厂级联网.服务器的分配可以是基于项目中物理设备结构或不同的功能,用户可以根据系统需要设立专门的10服务器,历史数据服务器,报警服务器,登录服务器和WEB服务器等.用户可使用IE浏览器根据自己的权限方便地对实验系统进行相应权限的访问,从观察监视到完全控制,权限由系统管理员设定.2.2.5辅助功能模块本CAT系统还根据
16、具体情况增加了一些辅助功能:a)系统登录管理本系统可自动记录用户的登录情况,并要求实验员在开始实验前输入本次实验的时间,机组型号,实验要求和相关信息,并一起保存到实验报表中,提高了系统的安全性和可靠性.b)多种转换功能本系统可方便地提供中英文转换和计量单位的公英制转换,极大地方便了不同用户的需求.C)系统帮助功能由于冷凝机组测试台集成了大量的测试仪表和仪器,电气接线和施工难以熟练使用和掌握,这给系统的有效利用以及维护改装都造成了极大的不便.为此,本系统特制了帮助功能,从软件中无须退出实验便可查询整个测试台的原理图,施工图和电气图,翻看所有仪表和软件的使用说明书,有效解决了上述困难,提高了系统使
17、用的安全性和利用率.3结论本压缩机测试台CAT系统基于组态王软件,采用功能模块化设计和虚拟仪表技术,与传统的WIN32程序单调的界面相比,用户界面更加生动.系统既可以兼容外部的数据库,又可以将数据保存到自带的数据库中,增强了数据的可靠性和程序的通用性.自动控制和远程通信功能也是本系统的特色.系统将测试台各部分控制集中在软件中进行,既提高了控制的精度又方便了用户.随着网络技术的发展,测控技术与网络技术的结合是一个必然的趋势.实验人员可以远程监控实验进程,甚至使远程设定实验参数来自动完成实验也成为可能,既降低了运行成本,又提高了效率.本系统经过近1年的运行,结果表明:系统运行稳定,性能可靠.同时,
18、本CAT系统也可作为压缩机教学系统使用.参考文献1北京亚控公司.组态王软件使用手册.2中国制冷空调标准大全编委会.中国制冷空调标准大全.北京:中国标准出版社,2002.3陈钧,涂淑平.全自动制冷压缩机性能测试台控制技术研究.制冷与空调,2005,5(1):4649.坐坐9llft坐9(下接第82页)参考文献1JJF10591999测量不确定度评定与表示.2王海民,蒋旭平,唐恒.汽车空调制冷量测量不确定度分析.计测技术,2004,31(8):40.41.3田旭东,周仝,张宝怀,等.制冷压缩机制冷量的测定及其不确定度分析.流体机械,2004,32(9):6972.4赵军朋,张薇,王智忠,等.空调压缩机制冷量测量及其不确定度分析.压缩机技术,2004,(2):5.10.5李敏毅,刘定强,梁显有.空调器空气焓差法测量制冷(热)量方式及误差分析.实用测试技术,2002,28(5):2426.6赵玉洁,张宝怀.空气焓值法测试空调器性能的不确定度分析.能源研究与利用,2004,(3):1921.7GB/q77252004房间空气调节器.8国家质量技术监督局计量司.测量不确定度评定与表示指南.北京:中国计量出版社,2000:53.55.
