邵偉恒，吳上泉，邵 鄂（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

基于LabVIEW的焓差室監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

邵偉恒，吳上泉，邵 鄂
（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

針對(duì)焓差室實(shí)時(shí)監(jiān)控的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)采集的多樣性，基于LabVIEW設(shè)計(jì)了焓差室上位機(jī)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、存儲(chǔ)及監(jiān)控。該軟件能夠?qū)崟r(shí)采集數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，查看歷史記錄，控制下位機(jī)，實(shí)時(shí)報(bào)警及計(jì)算空調(diào)器性能參數(shù)等功能。該界面設(shè)計(jì)友好，在線(xiàn)參數(shù)設(shè)定方便及擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

焓差室；LabVIEW；空調(diào)器

引言

空調(diào)器的檢測(cè)方法主要有空氣焓差法和房間型量熱計(jì)法，在實(shí)際使用過(guò)程中，生產(chǎn)廠家為了兼顧測(cè)試空氣調(diào)節(jié)機(jī)組的類(lèi)型、出風(fēng)形式、測(cè)試過(guò)程要求等，通常選擇空氣焓差法作為試驗(yàn)方法[1]。

空氣焓差法不僅能進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)來(lái)測(cè)試空調(diào)制冷產(chǎn)品的制冷能力和制熱能力，而且同時(shí)能進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)性能的實(shí)驗(yàn)，如空調(diào)器季節(jié)節(jié)能能效比試驗(yàn)?？諝忪什罘ㄔ囼?yàn)裝置可以對(duì)空氣干、濕球溫度風(fēng)量以及房間空調(diào)器的輸入功率等參數(shù)進(jìn)行連續(xù)繁瑣的采樣測(cè)量。

目前，對(duì)焓差室上位機(jī)測(cè)試軟件的研究中：吳姮、胡卓煥等人[2]采用VB作為開(kāi)發(fā)工具，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的編程實(shí)現(xiàn)了測(cè)試平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，不能針對(duì)性設(shè)計(jì)。陳進(jìn)、劉仕杰等[3]提出了基于力控的焓差室軟件設(shè)計(jì)方案，但其監(jiān)控界面不夠友好和直觀，操作性不強(qiáng)。王玉葉[4]設(shè)計(jì)的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)，在信息采集、處理和存儲(chǔ)方面的工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為了能夠?qū)崟r(shí)顯示采集曲線(xiàn)，查看歷史記錄，控制下位機(jī)，實(shí)時(shí)報(bào)警及計(jì)算空調(diào)器性能參數(shù)及界面友好-直觀-操作性強(qiáng)等功能，提出了基于LabVIEW的焓差室上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)。

1 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

焓差室上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能是：①下位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控及報(bào)警；②數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；③數(shù)據(jù)曲線(xiàn)顯示；④空調(diào)器性能計(jì)算。從層級(jí)結(jié)構(gòu)上分主要有三層：①用戶(hù)交互層；②功能函數(shù)層；③下位機(jī)硬件通訊層。

1.1 下位機(jī)通訊設(shè)計(jì)

焓差室硬件在一般采用控制儀表+采集儀表+PLC的控制和數(shù)據(jù)采集策略[5]。上位機(jī)軟件需要與下位機(jī)中的數(shù)采，PLC，控制表及功率表進(jìn)行通訊。因此該部分需要在弄清楚各個(gè)模塊的通訊協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行第三層下位機(jī)硬件通訊層程序的編寫(xiě)。

目前主流通訊接口分為如下幾種：Rs485兩線(xiàn)總線(xiàn)型接口(如控制儀表UT55A，熱電偶采集器DA100，部分國(guó)產(chǎn)數(shù)字功率計(jì)等)，Rs422雙工通訊接口(部分PLC)，Rs232串行通訊接口(WT310功率儀表)和以太網(wǎng)口(MX100數(shù)據(jù)采集器)等。

圖1給出了針對(duì)PLC的LabVIEW驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)流程圖。由于控制柜中大部分都存在觸摸屏，因此，上位機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)需要LabVIEW采用用戶(hù)中斷的處理方式，只有在用戶(hù)點(diǎn)擊面板時(shí)觸發(fā)中斷執(zhí)行命令，在未觸發(fā)中斷時(shí)實(shí)時(shí)讀取下位機(jī)PLC信息。且LabVIEW通訊允許寫(xiě)入/讀取PLC的中間繼電器，不可以寫(xiě)入輸出繼電器，但能讀取PLC輸入I和輸出O信息。

在設(shè)計(jì)PLC與LabVIEW通訊時(shí)要注意兩點(diǎn)：第一，用戶(hù)的任何開(kāi)關(guān)冷機(jī)，風(fēng)機(jī)，加熱及加濕的操作，都需要采用中斷的方式進(jìn)行，通過(guò)中斷瞬間將要完成的動(dòng)作通訊給下位機(jī)，且和實(shí)時(shí)刷新變量分開(kāi)執(zhí)行不會(huì)互相影響。第二，采用中斷時(shí)，上位機(jī)LabVIEW需要并行引用COM口，這會(huì)導(dǎo)致在接收和發(fā)送之間的COM沖突，為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要在LabVIEW中將PLC通訊子VI化，該子VI包括每一次的數(shù)據(jù)寫(xiě)入和讀取操作，并且將子VI設(shè)置為不可重入的方式。

針對(duì)其他COM口的設(shè)計(jì)與PLC的設(shè)計(jì)類(lèi)似，但是在設(shè)計(jì)COM通訊程序時(shí)，針對(duì)固定幀數(shù)據(jù)格式，適用“發(fā)送代碼——讀取固定個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)——判斷解析數(shù)據(jù)”的方式；而對(duì)于像DA100這種部分通道不連接就不輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)的變化個(gè)數(shù)協(xié)議模式，適用“發(fā)送數(shù)據(jù)——等待固定時(shí)間——一次性讀取數(shù)據(jù)——解析數(shù)據(jù)”的方式，這樣可以保證在后續(xù)更改連接方式時(shí)不會(huì)導(dǎo)致軟件讀數(shù)錯(cuò)位和讀數(shù)等待卡頓現(xiàn)象。這也是LabVIEW提供多種操作COM函數(shù)的原因之一。

針對(duì)硬件的通訊和監(jiān)控程序設(shè)計(jì)，圖2給出了焓差室上位機(jī)監(jiān)控界面圖。該圖能夠有好的完成焓差室控制命令，同時(shí)能夠顯示用戶(hù)關(guān)心的各種數(shù)據(jù)信息。圖2中室內(nèi)側(cè)開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)冷機(jī)，加濕器，加熱器及風(fēng)機(jī)的自動(dòng)開(kāi)啟，無(wú)需用戶(hù)手動(dòng)逐個(gè)點(diǎn)擊。同時(shí)總開(kāi)關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)所有設(shè)備的有序啟停。對(duì)于環(huán)境控制設(shè)備的保護(hù)需要在PLC程序中預(yù)先設(shè)計(jì)好。

1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

圖1 PLC驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)流程圖

空調(diào)器測(cè)試所要采集和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包括參與計(jì)算的9組數(shù)據(jù)，與控制相關(guān)的3組數(shù)據(jù)，計(jì)算所得的必要中間數(shù)據(jù)以及熱點(diǎn)偶數(shù)等。所有這些數(shù)據(jù)均需要按照時(shí)間順序進(jìn)行存儲(chǔ)，以便方便顯示曲線(xiàn)，查看歷史記錄。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)采用TDMS格式，可以完成對(duì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的各種操作，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警及數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求處理等。本軟件將數(shù)據(jù)分成不同的組別(如電參數(shù)組，數(shù)采組，性能計(jì)算組，測(cè)試數(shù)據(jù)組)，每一組由不同的通道組成，且第一個(gè)通道是時(shí)間，方便數(shù)據(jù)查詢(xún)與記錄。在數(shù)據(jù)采集的每個(gè)周期均需要執(zhí)行“打開(kāi)TDMS文件->寫(xiě)入存儲(chǔ)數(shù)據(jù)->關(guān)閉TDMS文件”的過(guò)程，如果不執(zhí)行關(guān)閉文件在軟件遇到突然關(guān)機(jī)情況下無(wú)法保存數(shù)據(jù)。

1.3 空調(diào)器性能計(jì)算

焓差室空調(diào)器性能的測(cè)量采用風(fēng)洞式焓差法測(cè)量結(jié)構(gòu)，通過(guò)排風(fēng)機(jī)對(duì)出風(fēng)靜壓進(jìn)行控制，同時(shí)采集進(jìn)出風(fēng)干濕球測(cè)空氣焓值，通過(guò)采集風(fēng)量測(cè)量裝置進(jìn)行風(fēng)量測(cè)量。風(fēng)洞式焓差法數(shù)據(jù)采集包括計(jì)算數(shù)據(jù)和判穩(wěn)曲線(xiàn)數(shù)據(jù)，與空調(diào)器性能計(jì)算相關(guān)的數(shù)據(jù)主要包括9組測(cè)量數(shù)據(jù)，分別是：進(jìn)出風(fēng)干濕球，噴嘴前溫度，大氣壓力，噴嘴前后壓差，噴嘴前氣壓，噴嘴直徑[6]。制冷量和風(fēng)量計(jì)算公式如下：

圖3給出了焓差室能力及不確定度計(jì)算軟件設(shè)計(jì)部分。該軟件可以計(jì)算焓差室的制冷量，風(fēng)量（出口或標(biāo)準(zhǔn)），焓值（進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)），空氣物性參數(shù)等空調(diào)器常用性能參數(shù)，同時(shí)也輸出相關(guān)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量不確定度。分別提供了能力不確定度，制冷量不確定度評(píng)定和能效比評(píng)定三個(gè)頁(yè)面。測(cè)試的最終數(shù)據(jù)可以會(huì)被讀取到該工具內(nèi)，幫助用戶(hù)確定測(cè)量結(jié)果的B類(lèi)不確定度。A類(lèi)不確定度需要進(jìn)行多次獨(dú)立測(cè)量來(lái)確定。通過(guò)圖3可以計(jì)算所有跟空調(diào)器能力有關(guān)的所有中間數(shù)據(jù)。同時(shí)可以幫助使用者判斷風(fēng)速是否滿(mǎn)足要求，以及幫助實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)漏熱系數(shù)的確定。

2 軟件測(cè)試驗(yàn)證

為了驗(yàn)證軟件設(shè)計(jì)的合理性，本文基于焓差室硬件設(shè)備對(duì)軟件的計(jì)算結(jié)果，穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖2 焓差室上位機(jī)監(jiān)控界面圖

本文在2.7 kW的試驗(yàn)空調(diào)機(jī)測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。焓差室軟件中實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示如圖4所示該界面提供了四組曲線(xiàn)，分別為判穩(wěn)曲線(xiàn)，電參數(shù)曲線(xiàn)，性能參數(shù)曲線(xiàn)和熱電偶曲線(xiàn)。圖4中顯示出性能參數(shù)曲線(xiàn)圖，右側(cè)給出曲線(xiàn)在光標(biāo)區(qū)間的最大值最小值以及平均值，方便測(cè)試員尋找穩(wěn)定的時(shí)間區(qū)間，該軟件可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)選擇測(cè)試報(bào)告起始時(shí)間，顯示光標(biāo)所在位置實(shí)時(shí)信息。菜單欄給出了打印曲線(xiàn)、生產(chǎn)報(bào)告和幫助選項(xiàng)，以方便測(cè)試人員進(jìn)行后續(xù)處理。表1給出了焓差室測(cè)試數(shù)據(jù)平均值及計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)。通過(guò)圖2、圖3、表1和圖4得出本文設(shè)計(jì)的軟件滿(mǎn)足焓差室實(shí)時(shí)顯示和計(jì)算的要求。

圖3 焓差室能力計(jì)算軟件

圖4 焓差室實(shí)時(shí)曲線(xiàn)圖

表1 焓差室測(cè)試數(shù)據(jù)

3 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)針對(duì)焓差室上位機(jī)軟件測(cè)試功能，設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的焓差室上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠友好的完成焓差室下位機(jī)設(shè)備的監(jiān)控和報(bào)警，能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)焓差室能力的計(jì)算，可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)試曲線(xiàn)，打印輸出報(bào)告等功能。此外該軟件還提供自動(dòng)判穩(wěn)，數(shù)據(jù)TDMS存儲(chǔ)。經(jīng)過(guò)原有設(shè)備測(cè)試驗(yàn)證，該軟件能夠很好地實(shí)現(xiàn)空調(diào)器性能測(cè)試，減輕了測(cè)試人員的工作負(fù)擔(dān)，測(cè)量準(zhǔn)確，各個(gè)變量管控運(yùn)行可靠，組態(tài)界面直觀友好，實(shí)時(shí)監(jiān)控流暢，具有很高的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

［1］王志遠(yuǎn)， 徐志亮.焓差法實(shí)驗(yàn)室制冷系統(tǒng)的控制策略［J］.低溫與超導(dǎo)，2008， 36（8）：70.

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Control Software Design for Enthalpy Difference Room Based on LabVIEW

SHAO Wei-heng， WU Shang-quan， Shao E
（The 5th Electronics Research Institute of the Ministry of Industry and Information Technology， Guangzhou 510610）

Aiming at the complexity of real time monitoring of enthalpy difference room and the diversity of data collection， the control software based on LabVIEW is designed， which realizes the data acquisition， calculation， storage and monitoring of the host computer.This software can obtain real-time data curve， view task history， control slave machine， realize real-time alarm， and calculate performance parameters of air-conditioner， etc.this interface has the advantages of friendly design，convenient online parameters setting， and good extensibility.It has high practical value.

enthalpy difference room； LabVIEW； air conditioner

TP227

A

1004-7204（2016）03-0063-05

邵偉恒（1989-），男，碩士，河北圍場(chǎng)縣人，助理工程師，從事電子電器產(chǎn)品可靠性及自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的研究。