鄒偉，邵偉恒，吳上泉

(工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610)

基于PLC和UT55A的空調性能測試實驗室設計

鄒偉，邵偉恒，吳上泉

(工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610)

針對傳統(tǒng)的空調性能測試系統(tǒng)(焓差室)測試變量多樣性、編程的繁瑣性、數據實時監(jiān)控的不便性及系統(tǒng)設計的復雜性等問題，提出了基于PLC和UT55A的空調性能測試系統(tǒng)。系統(tǒng)以LabVIEW為管理控制中心，以PLC作為輔助管理控制器，用MX100和WT330作為數據采集器，同時采用UT55A對室內室外溫濕度進行實時檢測控制。通過典型的三層網絡將所有設備有機結合到一起，完成了集中管理與分散控制的功能。系統(tǒng)在滿足GB/T 7725的基礎上，實現了集中高效的變量管控，友好直觀的界面操作，快速穩(wěn)定的系統(tǒng)開發(fā)，實時遠程的系統(tǒng)監(jiān)控等目的。

空調；焓差室；LabVIEW；UT55A；PLC

0 引 言

GB/T 7725-2004對房間型空氣調節(jié)器的測試給出兩種方法：即空氣焓差法和房間型量熱計法[1-3]。由于焓差法投資小、反應快等優(yōu)點，焓差法逐漸成為空調性能測試的主流方法。

隨著近年來自動控制技術、計算機技術和網絡控制技術的迅猛發(fā)展，基于網絡融合的實時監(jiān)控系統(tǒng)已經成為了空調器性能檢測行業(yè)追求的新目標[4]。

目前，對焓差法空調性能測試的研究中：吳姮、胡卓煥等人[5]采用VB開發(fā)工具，經過復雜的編程實現了測試平臺的研究與設計，但是系統(tǒng)的開發(fā)周期長，不能針對性設計。陳進、劉仕杰等[6]提出了基于力控的焓差室空調性能測試檢測系統(tǒng)，其監(jiān)控界面用按鈕替代風機、加熱加濕器等實物不夠直觀。王玉葉[7]設計的中央空調監(jiān)控系統(tǒng)，在采集的信息方面，對于復雜的空調性能測試要求遠遠不夠。為了改善空調性能測試實驗室的檢測監(jiān)控性能，解決系統(tǒng)變量多樣性、編程的繁瑣性、數據實時監(jiān)控的不便性及系統(tǒng)設計的復雜性等問題，提出了基于PLC和UT55A的空調性能測試實驗室設計，本設計通過三層網絡的結構設計理念，將LabVIEW，可編程控制器PLC，智能儀表UT55A，數據采集器MX100和功率計WT330等測量測試監(jiān)控部件有機的結合到一起，實現了集中高效的變量管控，友好直觀的界面操作，快速穩(wěn)定的系統(tǒng)開發(fā)，實時遠程的系統(tǒng)監(jiān)控等目的。

1 系統(tǒng)結構設計

控制系統(tǒng)性能的好壞是確?？照{器檢測結果準確性的關鍵。為了確保焓差室溫濕度管理系統(tǒng)高效、安全、可靠運行，本文采用三級計算機管控網絡[8-9]，包括PC機管理網絡，PLC控制網絡和UT55A采集控制網絡。通過三層網絡的合理配置，可以更加容易實現集中管理分散控制的思想[10]，用于完成對焓差室溫濕度控制系統(tǒng)的全面管理與控制。系統(tǒng)的整體概述圖如圖1所示。

三層網絡控制中，每一級不僅要完成各自的控制采集任務，而且每一層網絡之間還需要進行數據通訊，這樣就組成一個綜合的監(jiān)視控制網絡。上位機PC管理網絡是系統(tǒng)控制網絡的核心，主要通過LabVIEW對采集回來的數據進行分析計算，對試驗工況進行設定，監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及報警等功能。

PLC控制網絡通過RS485總線接受PC機發(fā)送的命令，實現對室內室外冷機、加熱器、加濕器和風機等外圍設備的自動控制與保護功能。UT55A采集控制網絡主要完成對實際工況參數的采集以及控制，完成相應的溫濕度控制目標。

1.1 數據通訊

在本系統(tǒng)所涉及的三層網絡中，數據通訊協(xié)議主要包括以下三種：PC與MX100的以太網通訊協(xié)議、PC與PLC的點對點通訊協(xié)議(RS232)以及PC與UT55A的一對多總線通訊協(xié)議(RS485)。

本系統(tǒng)通過Nport對串口設備進行管理，將串口通訊方式轉換成以太網的形式，這樣不僅可以實現遠距離監(jiān)測，同時也方便對多個串口進行管理。本文三種通訊方式對于上位機PC而言，需要調用LabVIEW中虛擬儀器軟件架構VISA模塊實現與現場設備的通訊[11]。對于第一種以太網通訊方式，需要設置好電腦的IP地址，配置LabVIEW中MX100的通訊模塊，實現數據的讀取和判斷功能。對于第二種和第三種通訊方式，需要配置Nport的端口號，在計算機設備中形成虛擬串口號，配置好通訊參數，就可以通過LabVIEW進行通訊程序設計，兩者在通訊上的區(qū)別只是通訊的協(xié)議不同。圖2給出了LabVIEW與PLC點對點通訊程序。

圖1 系統(tǒng)的整體概述圖

1.2 PLC程序設計

控制系統(tǒng)的可靠性是至關重要的，PLC作為外圍輔助控制的核心，對系統(tǒng)的控制要遵循一定的原則。焓差室的控制PLC必須遵循以下原則[12]：

(1)焓差室室內室外側，各種電機要防止頻繁啟停，啟動和制動要有合適的時間間隔。

(2)焓差室的壓縮機是要在循環(huán)風機啟動后才能啟動的，在停機時也要先停壓縮機，延時一定時間在關循環(huán)風機。

(3)加熱器、加濕器和風量測量裝置等各種設備啟動前要先確認故障信號沒有動作。

圖2 LabVIEW與PLC點對點通訊程序

(4)在非法關機再啟動的情況下要注意PLC狀態(tài)變量的復位操作。

(5)室內側和室外側要實現單獨可控控制，集體可控的功能。這樣方便單獨進行的室內室外實驗。

(6)壓縮機首次啟停與第二次啟停之間要保持較長的時間間隔，以保護壓縮機。

本文根據以上焓差室溫濕度控制系統(tǒng)的設計原則，編寫了PLC控制程序。給出PLC室內外總體控制程序流程圖如圖3所示。

圖3 PLC控制流程圖

1.3 數據存儲

數據庫是數據存儲最方便也是最快捷的方式，LabSQL工具包是LabVIEW公司推出的免費數據庫訪問工具，通過他開發(fā)數據庫不但節(jié)省時間而且降低開發(fā)成本。數據庫可以采用Microsoft Access數據庫。這種數據庫支持面向對象編程語言，可以引用多種DAO對象和Activex組件。這樣可以大大節(jié)省開發(fā)時間，使得應用LabVIEW開發(fā)應用程序更加簡便[13]。

LabVIEW使用數據庫LabSQL工具包包括以下幾個步驟：首先是創(chuàng)建ADO的連接，打開數據源，對數據進行讀寫操作以及關閉數據庫連接。通過數據庫，本系統(tǒng)實現了數據保存和查詢功能，可以查詢和保存每次進行測試的相關曲線以及故障報警信息的歷史記錄。

1.4 UT55A參數設置

為了保證焓差室溫度、風量和濕度控制的精確度和可靠性，本系統(tǒng)采用橫河先進的控制器UT55A作為系統(tǒng)的控制器。UT55A內部帶有模糊推理PID控制、輸入輸出十段線性化矯正、系統(tǒng)參數自整定以及簡單梯形圖編程等功能。圖4給出了系統(tǒng)控制原理圖。

圖4 系統(tǒng)控制原理圖

UT55A具有多種控制模式可供選擇，在本系統(tǒng)設計過程中選擇合適和控制模式至關重要。對于室外側，考慮到低溫時濕球溫度的不準確帶來測量誤差，因此需要選擇切換控制方案，而室內側只需選擇單回路控制方案。切換控制方案的參數設置流程圖如圖5所示。

圖5 切換控制方案參數設置流程圖

2 系統(tǒng)測試

圖6給出了系統(tǒng)的監(jiān)控界面設計圖。該圖可以直觀反映出系統(tǒng)的架構和原理。其目的就是希望測試員直觀的對系統(tǒng)進行把握，更加友好的實現對現場設備的控制。

系統(tǒng)功能的測試是保證空調性能測試系統(tǒng)質量、準確度和可靠性的關鍵步驟。空調性能測試實驗室除了計量傳感器以外。還需要通過專用的標準機對實驗室的制冷量進行測試，用以標定漏熱系數。實驗室制熱量漏熱系數標定需要用電加熱的方式進行。通常而言，制冷量的關鍵決定因素為濕球溫度，而制熱量的關鍵因素為干球溫度，因此需要對鉑電阻精確計量，否則會嚴重影響測試結果[14]。

圖6 系統(tǒng)的監(jiān)控界面設計圖

焓差室系統(tǒng)的標定比較復雜，下面僅以窗機的額定制冷測試為例進行說明。標準窗機的能力為2 889 W，功率為1 582.0 W，噴嘴大小選擇直徑為110 mm。額定制冷測試工況[15]：干球34.9 ℃，室外濕球為24 ℃，室內干球為27 ℃，室內濕球為19 ℃，出風靜壓為0 Pa。表1給出了標準機的額定制冷測試結果表。

表1 標準機的額定制冷測試結果表

從表1中我們可以看出，在系統(tǒng)漏熱量為4%的情況下，本文所設計的空調性能測試實驗室和標準機數據對比起來相差不大，其中制冷量相差2 889-2 884=5(W)，功率相差1 582-1 574=8(W)。制冷量和功率的誤差在允許范圍。從表中也可以看出，室內外干濕球溫度基本滿足標準中的控制要求[15]。

3 結束語

本設計以空調性能測試實驗室為核心，將LabVIEW、PLC、UT55A、MX100、Nport和WT330有機的結合到一起，組成了一個三層網絡控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)設計和系統(tǒng)測試兩個方面分析了空調性能測試實驗室設計的過程。最后，通過測試、標定、計量和校準來對實驗室的精度進行了驗證?；赑LC和UT55A的空調器性能測試實驗室減輕了測試人員的工作負擔，測量準確，各個變量管控運行可靠，組態(tài)界面直觀友好，實時遠程監(jiān)控流暢，具有很高的實用性和推廣價值。

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The Design of an Air Conditioning Performance Test Laboratory Based on PLC and UT55A

Zou Wei, Shao Weiheng, Wu Shangquan

(No.5 Electric Research Institute of the Ministry of Industry and Information Technology, Guangzhou Guangdong 510610, China)

In view of problems with traditional air conditioning performance test systems (enthalpy difference room) such as diversity of test variables, tediousness of programming, inconvenience of real-time data monitoring and complexity of system design, this paper presents an air conditioning performance test system based on PLC and UT55A. The system uses LabVIEW as its supervisory control center, PLC as supplementary supervisory controller and MX100 and WT330 as data collector. Furthermore, UT55A is used for real-time measurement and control of indoor and outdoor temperature and humidity. According to a typical three-layer network, the system combines organically all the devices to perform the function of centralized management and decentralized control. On the basis of meeting GB/T 7725, the system can achieve such goals as centralized highly efficient variable control, friendly and intuitive interface operation, fast and stable system development as well as real-time remote system monitoring.

air conditioning; enthalpy difference room; LabVIEW; UT55A; PLC

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.06.029

TB657.4

A

1000-3886(2016)06-0093-04

鄒偉(1986-)，男，湖南永州人，助理工程師，碩士，從事制冷器具質量檢測與電子電氣產品可靠性及自動化檢測技術的研究。 邵偉恒(1989-)，男，河北圍場縣人，助理工程師，碩士，從事電子電器產品可靠性及自動化檢測技術的研究。 吳上泉(1989-)，男，湖南衡陽人，助理工程師，碩士，從事電動并聯(lián)機器人驅動控制與電子電氣產品可靠性及自動化檢測技術的研究。

定稿日期: 2016-05-30