江淑惠

（廈門市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，福建 廈門361000）

1 研究背景

我院曾經(jīng)在對產(chǎn)品進行環(huán)境試驗時，出現(xiàn)一臺步入式高低溫試驗箱，在試驗溫度為-25～60℃的循環(huán)程序試驗中，環(huán)境試驗設(shè)備出現(xiàn)“死機”現(xiàn)象，按觸摸屏無反應(yīng)，機器顯示處于程序運行狀態(tài)，顯示的記錄溫度60℃，而試驗箱內(nèi)樣品溫度卻達到190℃以上（該試驗箱的試驗溫度范圍為-50～100℃），也無法切換工作模式，只有關(guān)掉設(shè)備總電源。隨后設(shè)備生產(chǎn)廠家趕到現(xiàn)場，重新啟動開機后，對設(shè)備進行全面檢測，發(fā)現(xiàn)設(shè)備工作正常，沒有任何異常情況，無法解釋“死機”的原因。但在這次試驗設(shè)備“死機”中卻導(dǎo)致了這批樣品的損壞報廢。因此，如何提高環(huán)境試驗設(shè)備控制系統(tǒng)的可靠性，確保樣品的安全是首要研究的課題。

2 研究的目的和意義

環(huán)境試驗設(shè)備是一種用于評價產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性和質(zhì)量的設(shè)備，主要用于考核產(chǎn)品在不同的溫度、濕度、氣壓及其組合變化的環(huán)境條件中的性能，許多電子元器件在研發(fā)階段、正式投入使用或批量生產(chǎn)前都需要進行氣候適應(yīng)性的試驗，以檢驗其性能指標(biāo)的穩(wěn)定性。從手機、家電等各種民用產(chǎn)品到衛(wèi)星、導(dǎo)彈等軍工產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的電子零部件和整機都需要進行環(huán)境適應(yīng)性試驗。因此，環(huán)境試驗設(shè)備在科學(xué)試驗及產(chǎn)品測試中發(fā)揮著極其重要且不可替代的作用，環(huán)境試驗設(shè)備的正常運行是保證試驗正常進行的一個基本條件。

由于環(huán)境試驗設(shè)備一般持續(xù)工作時間長，多臺不同試驗條件設(shè)備同時工作，電網(wǎng)電源波動，工作時伴有噪聲、振動等，環(huán)境較為惡劣，可能會出現(xiàn)設(shè)備控制系統(tǒng)“死機”，導(dǎo)致執(zhí)行元件失控，在運行過程中突然加熱不受控制或者制冷控制系統(tǒng)工作異常。當(dāng)出現(xiàn)故障時如果不能及時發(fā)現(xiàn)，輕則可能會由于其溫度不在指定的范圍內(nèi)而造成測試結(jié)果不正確，重則會造成被測產(chǎn)品由于過熱或過冷而損壞，嚴(yán)重時可能引起火災(zāi)，危及人的生命財產(chǎn)安全。所以，在環(huán)境試驗箱出現(xiàn)故障時，要及時切斷總供電電源，從而保護樣品及設(shè)備的安全。因此，對當(dāng)環(huán)境試驗中的高低溫設(shè)備及試驗樣品出現(xiàn)超溫時能自動切斷總電源的安全保護系統(tǒng)進行研究是很有必要的。

3 環(huán)境試驗設(shè)備的現(xiàn)狀

3.1 環(huán)境試驗設(shè)備的種類

環(huán)境試驗設(shè)備的種類有低壓（高空）試驗箱、高溫試驗箱、低溫試驗箱、熱沖擊試驗箱、濕熱試驗箱、鹽霧試驗箱。而現(xiàn)今比較多是集合了高溫、低溫、濕熱為一體的試驗箱。

3.2 環(huán)境試驗設(shè)備的品牌

環(huán)境試驗設(shè)備的品牌包括espec（上海）、ACS（意大利）、Votsch（德國）、Envirotronics（美國環(huán)測）、GWS（廣州五所）等。

3.3 環(huán)境試驗設(shè)備的基本構(gòu)成

環(huán)境試驗設(shè)備的基本構(gòu)成如圖1所示，環(huán)境試驗設(shè)備通常由試驗室、制冷機組、控制系統(tǒng)組成。還包括試驗室內(nèi)樣品區(qū)、空氣調(diào)節(jié)通道（加熱器、蒸發(fā)器、加濕器、風(fēng)機、干球和濕球溫度傳感器）。其工作原理為：將樣品放入樣品區(qū)，從操作面板給定試驗條件（溫度/濕度），控制系統(tǒng)發(fā)出指令啟動風(fēng)機工作，并根據(jù)試驗的溫濕度設(shè)定值，控制加熱器、蒸發(fā)器、加濕器工作。風(fēng)機在設(shè)備運行后一直工作，控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器測量反饋得到樣品區(qū)的實際溫度和濕度，采用一定的調(diào)節(jié)規(guī)律控制加熱器、加濕器、制冷機等部件的工作，從而達到試驗要求的溫度和濕度。

圖1 環(huán)境試驗設(shè)備示意圖

3.4 設(shè)備控制系統(tǒng)的基本功能

設(shè)備控制系統(tǒng)普遍采用具有PID運算功能的PLC再配上LCD觸摸屏；通過LCD觸摸屏完成操作界面的功能，由PLC完成模擬量測量、PID溫度/濕度調(diào)節(jié)、邏輯控制。

環(huán)境試驗設(shè)備控制系統(tǒng)如圖2所示，設(shè)備控制系統(tǒng)要完成的基本功能是：試驗曲線的輸入和設(shè)備狀態(tài)的指示，溫度/濕度的測量和調(diào)節(jié)，各種被控對象如風(fēng)機、加熱器、加濕器、制冷系統(tǒng)管路的控制，設(shè)備安全保護狀態(tài)的檢測。

圖2 環(huán)境試驗設(shè)備控制系統(tǒng)

PLC邏輯框圖如圖3所示，PLC是可編程邏輯控制器，實質(zhì)上是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同?；緲?gòu)成為電源、中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入輸出接口電路、通信接口。

圖3 PLC邏輯框圖

目前高低溫濕熱試驗箱的控制系統(tǒng)，所有檢測信息（包括溫度超溫保護）均通過PLC可編程邏輯控制器進行集中處理后輸出控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。

3.5 存在的問題

PLC輸出控制信號僅驅(qū)動外部機構(gòu)的KM線圈，不直接控制負(fù)載回路電源。如果接觸器失靈，觸點異常導(dǎo)通，負(fù)載回路電源就一直通電。

超溫安全保護是通過PLC輸出控制。萬一控制系統(tǒng)出現(xiàn)“死機”，無法通過正常的信號控制切斷加熱器的電源，使得加熱器持續(xù)工作發(fā)熱，這種情況可能會將箱內(nèi)測試的樣品全部燒壞并造成試驗箱著火。

4 研究內(nèi)容

高低溫設(shè)備超溫安全保護系統(tǒng)圖（獨立第二重超溫保護系統(tǒng)）如圖4所示。

圖4 高低溫設(shè)備超溫安全保護系統(tǒng)圖

通過在環(huán)境試驗箱內(nèi)加裝一組溫度傳感器TP100（溫度檢測范圍-100～200℃），當(dāng)試驗箱工作，溫度超過設(shè)置值（設(shè)置值高于所做試驗最高溫度10℃和最低溫度-10℃）時，數(shù)顯溫控儀EM905（RS-485 Modbus協(xié)議）將輸出驅(qū)動電壓，繼電器（正泰JZX-2Z支持220 V電壓和最大12A的工作電流）導(dǎo)通，分勵斷路器（宏發(fā)UEM5-100M塑殼斷路器（帶分勵脫扣器）脫扣，試驗設(shè)備總電源關(guān)閉。實現(xiàn)獨立第二重超溫保護，有效保護了試驗箱系統(tǒng)。

此外，采用顯控AST-100UHS-TE觸摸屏，以Modbus協(xié)議為通信協(xié)議的數(shù)顯溫控儀“一屏多機”的連接方式，即一臺觸摸屏可以直接與之相連接的多臺數(shù)顯溫控儀的寄存器地址進行操作。使觸摸屏作為“主站”，數(shù)顯溫控儀都作為“從站”。一臺觸摸屏可連接16臺環(huán)境試驗設(shè)備，即實現(xiàn)集中監(jiān)測。觸摸屏內(nèi)置網(wǎng)卡，通過Wi-Fi、手機APP實現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測。

5 結(jié)論

環(huán)境試驗中高低溫設(shè)備超溫安全保護系統(tǒng)采用與設(shè)備控制系統(tǒng)物理隔離的方式，直接從電網(wǎng)供電，獨立于溫度傳感器及溫度控制系統(tǒng)。當(dāng)試驗箱內(nèi)的溫度過高時，超溫保護器可以起到緊急停機作用，有效保護試驗箱系統(tǒng)和試驗樣品安全，延長試驗設(shè)備壽命，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)控及手機APP遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，降低了人力成本，提高了工作效率。