毛立 蔣科 馬志華

（江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局機(jī)電產(chǎn)品及車輛檢測(cè)中心 江蘇無(wú)錫 214174）

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，居民用電量迅速增長(zhǎng)，各種家用電器消耗著越來(lái)越多的能源。為緩解能源供求矛盾，我國(guó)提出了“能源開(kāi)發(fā)與節(jié)約并重，把節(jié)約放在首位”的方針。1998 年1月1日實(shí)施《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》，2005年3月1日正式開(kāi)始實(shí)施《能源效率標(biāo)識(shí)管理辦法》的法規(guī)。能效標(biāo)識(shí)直觀地明示了用能產(chǎn)品的能源效率等級(jí)、能源消耗指標(biāo)以及其他比較重要的性能指標(biāo)。最初，人們都把注意力集中在電冰箱、空調(diào)器、洗衣機(jī)等大型家用電器以及少數(shù)照明器具和工業(yè)設(shè)備上，首先制定實(shí)施能效標(biāo)準(zhǔn)的也是冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等大家電產(chǎn)品。然而，小家電由于產(chǎn)品數(shù)量的巨大，所消耗的能源也是不容忽視的。2008年10月20日GB 12021.6-2008《自動(dòng)電飯鍋能效限定值及能效等級(jí)》代替GB 12021.6-1989《自動(dòng)電飯鍋效率、保溫電耗限定值及測(cè)試方法》正式發(fā)布，并于2009年6月1日正式實(shí)施。

2 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容介紹

GB 12021.6-2008標(biāo)準(zhǔn)有五個(gè)主要內(nèi)容，第一是自動(dòng)電飯鍋的能效等級(jí)，第二是自動(dòng)電飯鍋的能效限定值，第三個(gè)是自動(dòng)電飯鍋的節(jié)能評(píng)價(jià)值，第四是自動(dòng)電飯鍋的待機(jī)能耗，第五是自動(dòng)電飯鍋的保溫能耗。

2.1 能效等級(jí)

電飯鍋能效分為 1、2、3、4、5共五個(gè)等級(jí)，等級(jí)1表示產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，最節(jié)電，即耗能最低；等級(jí)2表示比較節(jié)電；等級(jí)3表示產(chǎn)品的能源效率為我國(guó)市場(chǎng)的平均水平；等級(jí)4表示產(chǎn)品能源效率低于市場(chǎng)平均水平；等級(jí)5是市場(chǎng)準(zhǔn)入指標(biāo)，低于該等級(jí)要求的產(chǎn)品不允許生產(chǎn)和銷售，詳見(jiàn)表1。

圖1 電路框圖

圖2 主控窗口界面

試驗(yàn)方法：測(cè)試時(shí)，初始水溫與環(huán)境溫度一致，用稱重法向內(nèi)鍋加水，達(dá)到內(nèi)鍋額定容積的80%，測(cè)量初始水溫t1，將熱電偶穿過(guò)鍋蓋，然后按試驗(yàn)條件通電，并用電度表測(cè)量電飯鍋的耗電能（量）。當(dāng)內(nèi)鍋水溫升到90℃時(shí)，立即切斷電源，讀取耗電能（量）。斷電后，由于發(fā)熱盤的熱容量及滯后原因，內(nèi)鍋水溫在斷電后還會(huì)上升，觀察水溫升高到下降為止，讀取內(nèi)鍋中水溫最高溫度值t2。按式（1）計(jì)算熱效率：

式（1）中：

η—熱效率，以百分?jǐn)?shù)表示（%），精確到小數(shù)點(diǎn)后一位；

G—試驗(yàn)前水量，單位為千克（kg）；

t1—試驗(yàn)前初始水溫，單位為攝氏度（℃）；

t2—試驗(yàn)后最高水溫，單位為攝氏度（℃）；

E—耗電量，單位為瓦時(shí)（W·h）。

2.2 待機(jī)能耗

對(duì)于具有待機(jī)功能的自動(dòng)電飯鍋，其待機(jī)能耗設(shè)定在最高2W·h。能耗等級(jí)3級(jí)及以上的產(chǎn)品，其待機(jī)能耗不允許超過(guò)1.6W·h。

試驗(yàn)方法：測(cè)定自動(dòng)電飯鍋在待機(jī)狀態(tài)下4h的能耗，然后計(jì)算出每小時(shí)的耗電量。

2.3 保溫能耗

保溫為自動(dòng)電飯鍋的一個(gè)重要功能。將自動(dòng)電飯鍋的保溫能耗應(yīng)不大于表2中的數(shù)值。

試驗(yàn)方法：向內(nèi)鍋加入額定容積80%的水并通電加熱，待水溫達(dá)到90℃時(shí)強(qiáng)制使器具進(jìn)入保溫狀態(tài)，并同時(shí)開(kāi)始記錄耗電量。在第4小時(shí)、4小時(shí)30分、5小時(shí)三個(gè)時(shí)刻點(diǎn)，分別測(cè)量溫度值，取三次讀數(shù)的平均值為保溫溫度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，保溫溫度在60℃~80℃之間。測(cè)定5h內(nèi)的耗電量，然后計(jì)算出每小時(shí)耗電量。

3 自動(dòng)電飯鍋能效檢測(cè)設(shè)備軟硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)電飯鍋能效檢測(cè)行業(yè)目前還處在一個(gè)起步發(fā)展階段，檢測(cè)技術(shù)尚不成熟，僅是利用電壓表、功率表、電能表等試驗(yàn)儀器，再通過(guò)搭接線路等方法進(jìn)行能效等級(jí)等方面的檢測(cè)，此種檢測(cè)方式存在一些弊端。

1）自動(dòng)化程度低，導(dǎo)致檢測(cè)人員工作量大；

2）操作比較繁瑣，影響檢測(cè)效率；

3）間接讀數(shù)，影響檢測(cè)精度；

4）能效檢測(cè)溯源性差。

因此很有必要針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)研制出快速準(zhǔn)確的檢測(cè)設(shè)備。

如圖1所示，電飯鍋能效智能檢測(cè)儀的電氣結(jié)構(gòu)包括：測(cè)試電源輸入接口通過(guò)電源通斷裝置連接測(cè)試電源輸出接口，所述電源通斷裝置的控制端連接控制模塊，所述控制模塊通過(guò)RS485接口連接觸摸屏。電能表、電壓表也連接觸摸屏，電能表、電壓表的輸入端連接在電飯鍋的待測(cè)回路中?？刂颇K的輸入端連接測(cè)溫探頭?？刂颇K還連接有蜂鳴器，在每項(xiàng)測(cè)試結(jié)束都有聲訊提示。

圖3 能效等級(jí)測(cè)試界面

圖4 待機(jī)能耗測(cè)定界面

圖5 保溫能耗測(cè)定界面

圖6 數(shù)據(jù)報(bào)表輸出界面

該檢測(cè)控制系統(tǒng)是HMI-PLC（人機(jī)界面-可編程控制器）的控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用昆侖通態(tài)的MCGS觸摸屏用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。PLC作為控制器用數(shù)字量輸入/輸出模塊對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制，控制現(xiàn)場(chǎng)繼電器的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體自動(dòng)協(xié)調(diào)動(dòng)作，完成標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)的要求。PLC和監(jiān)控MCGS之間通過(guò)RS485通訊線進(jìn)行通訊，溫度、電壓和電能信號(hào)通過(guò)RS485總線送到監(jiān)控觸摸屏，并將其信息實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，便于操作人員掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。

進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮標(biāo)準(zhǔn)中能效等級(jí)（熱效率）測(cè)試、待機(jī)能耗測(cè)定以及保溫能耗測(cè)定三方面測(cè)試需求。同時(shí)考慮標(biāo)準(zhǔn)變化及差異等方面，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的溫度及時(shí)間值可根據(jù)情況人為設(shè)定調(diào)整，以便測(cè)試系統(tǒng)擴(kuò)展和升級(jí)。根據(jù)需要，確定人機(jī)交互主控界面的顯示內(nèi)容分為4個(gè)界面。各個(gè)界面通過(guò)“取消”按鈕返回主控界面。如圖2所示，主控界面主要用于功能選項(xiàng)的選擇及顯示設(shè)備運(yùn)行狀況。

能效等級(jí)測(cè)試：系統(tǒng)要求測(cè)試人員自己設(shè)定內(nèi)鍋中水的質(zhì)量，擬定水溫值。放置測(cè)溫探頭，按“開(kāi)始”按鈕，系統(tǒng)對(duì)溫度、測(cè)試時(shí)間、電壓、功率、消耗電能等參數(shù)能夠?qū)崟r(shí)采集和監(jiān)控顯示，使被測(cè)電飯鍋內(nèi)水溫達(dá)到設(shè)定溫度值，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)公式不斷的計(jì)算熱效率，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束停止，操作界面如圖3所示。。

待機(jī)能耗測(cè)試：系統(tǒng)要求測(cè)試人員自己設(shè)定待機(jī)時(shí)間。按“待機(jī)開(kāi)始”按鈕，系統(tǒng)對(duì)測(cè)試時(shí)間、電壓、功率、消耗電能等參數(shù)能夠?qū)崟r(shí)采集和監(jiān)控顯示，當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)設(shè)定的待機(jī)時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)待機(jī)消耗電能及已待機(jī)時(shí)間計(jì)算待機(jī)每小時(shí)消耗電量，操作界面如圖4所示。

保溫能耗測(cè)試：系統(tǒng)要求測(cè)試人員自己設(shè)定預(yù)熱水溫，第一、第二、第三次測(cè)定時(shí)間。放置測(cè)溫探頭，按“加熱水溫”按鈕，手動(dòng)對(duì)水進(jìn)行加熱，當(dāng)加熱接近預(yù)熱水溫時(shí)會(huì)有報(bào)警提示，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)熱水溫時(shí)，人工強(qiáng)制使電飯鍋保溫，并按“保溫開(kāi)始”，系統(tǒng)對(duì)電能表的讀數(shù)及保溫時(shí)間清零重新記數(shù)，實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控顯示測(cè)試時(shí)間、電壓、功率、消耗電能等參數(shù)，記錄下三次時(shí)間點(diǎn)時(shí)測(cè)量溫度值，通過(guò)以上的記錄，系統(tǒng)計(jì)算三次的平均溫度，計(jì)算每小時(shí)的能耗，操作界面如圖5所示。。

數(shù)據(jù)報(bào)表輸出：在MCGS組態(tài)軟件中提供了歷史曲線構(gòu)件，可以利用此構(gòu)件關(guān)聯(lián)相應(yīng)的時(shí)間，溫度及電能等變量。運(yùn)行時(shí)，歷史曲線構(gòu)件能夠根據(jù)需要畫出歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)效果圖，對(duì)于歷史數(shù)據(jù)的變化有一個(gè)很好的體現(xiàn)和描述，更具直觀和可比性。當(dāng)光標(biāo)放置到歷史曲線的某一處時(shí)就會(huì)在曲線上的某處出現(xiàn)一個(gè)表格，顯示光標(biāo)所處位置的時(shí)間及相應(yīng)時(shí)刻的值。如圖6所示，歷史數(shù)據(jù)顯示窗口橫坐標(biāo)表示時(shí)間，紅色曲線顯示實(shí)時(shí)的溫度，藍(lán)色曲線顯示實(shí)時(shí)電能。

4 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)電飯鍋能效快速智能檢測(cè)設(shè)備是針對(duì)GB 12021.6-2008設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)專業(yè)應(yīng)用性設(shè)備。本研究的獨(dú)創(chuàng)新穎之處在于其集檢測(cè)能效等級(jí)（熱效率）、待機(jī)能耗、保溫能耗于一體；將觸摸屏與PLC結(jié)合使用的理念運(yùn)用在電飯鍋能效檢測(cè)系統(tǒng)中，其電量、功率、溫度、監(jiān)測(cè)采用觸摸屏顯示模式，做到了界面友好、簡(jiǎn)單實(shí)用、穩(wěn)定高效，同時(shí)增加了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，有利于推廣實(shí)用。同時(shí)，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，便于數(shù)據(jù)研究和分析。

表1 自動(dòng)電飯鍋能效等級(jí)

表2 自動(dòng)電飯鍋保溫能耗

[1] GB12021.6-2008《自動(dòng)電飯鍋能效限定值及試驗(yàn)方法》

[2] 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司《MCGS嵌入版用戶指南》

[3] 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司《MCGS嵌入版參考手冊(cè)》

[4] 肖威，李慶海.《PLC及觸摸屏組態(tài)控制技術(shù)》電子工業(yè)出版社.2010.08