蔡萬(wàn)高 陳繼宣 方溫至

【摘要】本文采用技術(shù)整合的手段，把能效、耐水壓、電參數(shù)、防電墻檢測(cè)整合到一體，研制一種集能效限定值、節(jié)能評(píng)價(jià)值、能效等級(jí)、安全等多項(xiàng)檢測(cè)功能于一體的電熱水器節(jié)能及安全綜合智能測(cè)試系統(tǒng)。通過搭建數(shù)據(jù)采集硬件模塊，研發(fā)動(dòng)態(tài)圖像顯示分析系統(tǒng)，并通過物理端口實(shí)現(xiàn)電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】電熱水器 技術(shù)整合 綜合智能系統(tǒng) 自動(dòng)測(cè)試 數(shù)據(jù)采集 實(shí)時(shí)監(jiān)控

1引言

根據(jù)國(guó)家發(fā)改委、質(zhì)驗(yàn)總局和認(rèn)監(jiān)委2008年第64號(hào)公告要求，從2009年3月1日起，所有市場(chǎng)上銷售的儲(chǔ)水式電熱水器必須加貼能效標(biāo)識(shí)。為適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展，更好更快地為生產(chǎn)企業(yè)提供技術(shù)服務(wù)，必須要盡快建立電熱水器節(jié)能及安全檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)。

國(guó)際上的能效測(cè)試技術(shù)不盡相同，一般采用24小時(shí)固有能耗損失來(lái)考核電熱水器的能效。但其缺點(diǎn)是測(cè)量復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，測(cè)試費(fèi)用高，不適合于國(guó)內(nèi)的測(cè)試環(huán)境。國(guó)內(nèi)由于標(biāo)準(zhǔn)剛剛實(shí)施，生產(chǎn)的儀器存在檢測(cè)功能單一分散、自動(dòng)化程度低、占用空間大、價(jià)格高昂、操作繁瑣等缺點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)研發(fā)一種集能效檢測(cè)和安全性能檢測(cè)于一體、設(shè)備小型化、節(jié)能低噪型、性價(jià)比較高的智能綜合測(cè)試系統(tǒng)是十分必要且緊迫的，同時(shí)也符合當(dāng)前技術(shù)趨勢(shì)的發(fā)展。

2實(shí)驗(yàn)原理

本測(cè)試系統(tǒng)依據(jù)下列標(biāo)準(zhǔn)的要求而設(shè)計(jì)：

GB/T20289-2006儲(chǔ)水式電熱水器；

GB4076.12-2006家用和類似用途電器的安全儲(chǔ)水式熱水器的特殊要求；

GB/T12113-2003接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測(cè)量方法；

GB21519-2008儲(chǔ)水式電熱水器能效限定值及能效等級(jí)；

本系統(tǒng)分別由以恒溫水槽（#1罐）為核心的能耗測(cè)試裝置和以壓力罐（#2罐）為核心的壓力測(cè)試裝置組成。電氣系統(tǒng)以西門子S7-200CN型PLC可編程控制器為主機(jī)，以嵌入式一體化工控機(jī)TPC1063E觸摸屏作為人機(jī)界面。觸摸屏通過RS-485接口采集多功能電量?jī)x表測(cè)得的電壓、電流、頻率、功率、電能等參數(shù)并傳給PLC。根據(jù)測(cè)試要求設(shè)計(jì)一個(gè)10KW專用穩(wěn)壓電源為熱水器供電，其輸出接電能表，電流經(jīng)互感器送入電能表。漩渦泵由固態(tài)繼電器控制，而固態(tài)繼電器輸入信號(hào)變壓器、整流橋和電容提供。防電墻測(cè)試由專門設(shè)計(jì)的漏電檢測(cè)單元實(shí)現(xiàn)。測(cè)試過程的溫度數(shù)據(jù)通過串行通訊接口送給筆記本電腦。電腦里測(cè)試軟件基于VISUALBASIC設(shè)計(jì)，將收到的數(shù)據(jù)自動(dòng)存入EXCEL表格。

3實(shí)驗(yàn)裝置和自動(dòng)測(cè)試模塊設(shè)計(jì)

本裝置是將能效限定值、節(jié)能評(píng)價(jià)值、能效等級(jí)、安全等多項(xiàng)檢測(cè)功能集成一體的電熱水器節(jié)能及安全綜合智能測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)備。能耗測(cè)試模塊界面如圖1所示。特點(diǎn)如下：

（1）采用技術(shù)整合的手段，把能效、耐水壓、電參數(shù)、防電墻檢測(cè)整合到一體。利用人機(jī)分離計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制、操作試驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄產(chǎn)品的多點(diǎn)溫度、水溫、水壓、流量、電參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并可存儲(chǔ)。通過高精度數(shù)據(jù)采集、處理、分析及控制測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試過程的智能化，大大提高了試驗(yàn)的效率，而且降低了操作人員的工作強(qiáng)度（如圖1）。

（2）本裝置采用在線儀器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的二合一。增加的“防電墻”功能的測(cè)試模塊，實(shí)現(xiàn)了直接讀取試驗(yàn)用水電阻率、溫度、泄漏電流等功能。原先的防電墻性能試驗(yàn)是采用泄漏電流測(cè)試臺(tái)單一進(jìn)行試驗(yàn)試驗(yàn)方式單一，試驗(yàn)樣品需多次進(jìn)行重復(fù)灌水?，F(xiàn)在采用集成試驗(yàn)方式，在熱水能耗性能測(cè)試試驗(yàn)期間，當(dāng)水溫升至25℃左右時(shí)，直接切換到防電墻性能試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑囼?yàn)方便準(zhǔn)確，縮小試驗(yàn)周期。

（3）動(dòng)態(tài)圖像顯示分析系統(tǒng)。使該系統(tǒng)具有自動(dòng)高速測(cè)試并適時(shí)顯示熱水器整機(jī)工作曲線及數(shù)據(jù)的功能。根據(jù)曲線自動(dòng)對(duì)被測(cè)熱水器各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析，得出最終的熱工性能指標(biāo)參數(shù)，適時(shí)顯示并自動(dòng)進(jìn)行合格與否判定。目前的類似設(shè)備都要對(duì)得到的大量數(shù)據(jù)通過人工計(jì)算才能得出結(jié)論。

（4）采用水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，節(jié)能環(huán)保。較國(guó)內(nèi)熱水器能效檢測(cè)設(shè)備采用的風(fēng)冷機(jī)組，水冷不但冷卻效果更好，而且噪音更低且做到冷卻用水循環(huán)利用，有效做到了測(cè)試環(huán)節(jié)的節(jié)能環(huán)保。

（5）選取合適的溫度傳感器、信號(hào)放大器和數(shù)據(jù)采集卡搭建數(shù)據(jù)采集模塊，確保能耗數(shù)據(jù)采集精度。

（6）利用虛擬儀器開發(fā)軟件開發(fā)數(shù)據(jù)采集、處理、分析及控制測(cè)試系統(tǒng)。

（7）采用超聲波水位傳感器，多層次水位控制，縮短水溫達(dá)標(biāo)時(shí)間，提高檢測(cè)效率，節(jié)約用水量，在0～200L范圍內(nèi)隨意設(shè)定試驗(yàn)用水的容量，來(lái)實(shí)現(xiàn)多層次水位控制的目的，縮短水溫達(dá)標(biāo)時(shí)間，提高檢測(cè)效率，節(jié)約用水量，環(huán)保節(jié)能。

（8）內(nèi)膽壓力測(cè)試系統(tǒng)。原先脈沖壓力壽命試驗(yàn)都采用直接增壓泵脈沖方式為儲(chǔ)水式電熱水器增瀉壓，試驗(yàn)增泄壓的頻率達(dá)不到高頻率要求。本測(cè)試系統(tǒng)采用壓力罐氣壓穩(wěn)壓方式保持試驗(yàn)用水的試驗(yàn)壓力，水泵僅提供壓力罐的試驗(yàn)用水，而不是直接作用于電熱水器，經(jīng)過電磁閥自動(dòng)充泄轉(zhuǎn)換壓力管路，縮短單次脈沖壓力試驗(yàn)周期和水壓的誤差，減少增壓水泵的啟動(dòng)次數(shù)，提高試驗(yàn)的效率。脈沖壓力壽命測(cè)試模塊界面如圖2所示。

此系統(tǒng)整合優(yōu)化了能效檢測(cè)和安全性能試驗(yàn)臺(tái)；數(shù)據(jù)采集、處理、分析及控制實(shí)現(xiàn)全過程智能化；增加“防電墻”功能的測(cè)試模塊；動(dòng)態(tài)圖像顯示分析系統(tǒng)；采用水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)和內(nèi)膽壓力測(cè)試系統(tǒng)；采用進(jìn)氣出水和多層次水位控制方法，縮短水溫達(dá)標(biāo)時(shí)間，保持水壓、水流、溫度的穩(wěn)定；耐水壓測(cè)試與能耗檢測(cè)一體兩路。通過各項(xiàng)指標(biāo)的在線檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。

4結(jié)語(yǔ)

該試驗(yàn)設(shè)備用于測(cè)試電熱水器電參數(shù)性能測(cè)試、儲(chǔ)水容積測(cè)試、能效性能測(cè)試、防電墻性能測(cè)試、高壓承壓能力試驗(yàn)、脈沖壓力壽命試驗(yàn)，該測(cè)試系統(tǒng)采用技術(shù)整合的手段，把能效、耐水壓、電參數(shù)、防電墻檢測(cè)整合到一體，互不干擾，改變了行業(yè)目前內(nèi)只能單獨(dú)檢測(cè)某一項(xiàng)目的現(xiàn)狀。為企業(yè)進(jìn)行電熱水器產(chǎn)品質(zhì)量控制提供有力手段，又為企業(yè)節(jié)約了購(gòu)置多套設(shè)備的成本，具有推廣意義。利用PLC技術(shù)，自主研制了檢測(cè)控制和數(shù)據(jù)處理分析軟件，實(shí)現(xiàn)了在線檢測(cè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)具有操作方便、檢測(cè)效率高等特點(diǎn)，創(chuàng)新性好，其能效檢測(cè)自動(dòng)化技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

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