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1、 V 0L 29 N o4 Au g 1 9 99 多功能空调设备性能试验台微机控制系统 裘 皓 杰 谢 秀 颍 0 T( ， ， 摘要计畸 自行研制的 多功能空调设备性能试验 台微机控制 系统 ， 介 绍 1系统的软 、 硬件蛄构和控制策略 、与同类实验 系统相比 ， 缩短 7检 测过 程 ， 提 高7检测精度 、 自动 控 制 系统 O 引 言 空调工程是现代化建筑及各种工业过程不可缺少的组成部分 ： 、 随着经济的发展， 找 国生产空调设备产品的数量和种类迅速增加 空调设备的生产厂家也随之增多， 为控制产品 质量， 验证产品的性能 保证空调工业的良性发展 ， 就需要对空调设备的性能进行科
2、学的检 验和衡量 山东建筑工程学院为满足生产、 教学及科研需要， 自行研制了多功能空调设备性 能试验台 该试验台与现有的试验台相比具有以下特点： 能够利用两种方法对多种空调设 备进行检测和试验， 其控制系统由工控机、 数据采集器、 传感器、 执行器等部分组成 ， 通过对 温度、 湿度、 流量、 压差等 9 个参数的控制 在模拟多种工况的空气环境下 对空调设备的供 冷量、 供热量和效率等参数进行检测和计算 ， 达到检测空调设备质量的目的 整个测试过程 完全 由计算机 自动控制完成 、本文重点介绍该试验台的微机 自动控制系统 ， 及其在软件开 发和选择控制规律 时的一些体会 、 l 工 艺 要 求
3、 目前， 国内外对空调设备性能的检测普遍采用热平衡法或焓差法 、 这两种方法都需要 一个温度、 湿度可以控制的与外界绝热的小室 通过对湿度和温度的控制 使小室内达到恒 温、 恒湿的环境 一 根据能量守恒定律直接通过被测设备热媒( 或冷媒) 进出口焓的变化与被 处理空气进 出口焓的变化， 来测量被试设备的供热量或供冷量， 以检测空调设备性能指标 按照规范要求 ， 只有当恒温小室内的温度和湿度及被试设备的出口余压等控制参数都达到 稳定， 且持续半小时， 才可以读取数据 ， 间隔十分钟读取一组数据， 连续读四次取平均值作为 实际采样值 、 工艺上要求几个被控制参数长时间同时稳定在较高的精度上 主要检
4、测和控 制参 数的指标见表 1 收稿 日期 , 1 9 9 8 - l 2 - l 4 在山东建筑工程学院自动化系工作 作者简介裘皓杰 男， 副教授 、谢秀颖 ， 女 副教授 山东工业大学学报 1 9 9 9年 裹 l 试验台 自控参数量求 为完成上述要求， 我们设计的多功能空调设备性能试验台主要 由冷、 热水系统， 空气处 理系统 ， 恒温恒湿小宣， 空气测量系统和微机检测与控制系统五部分组成( 见图 1 ) 2 微 机控 制 系统及 控制 策略 2 1 系统的硬件组成 本系统的核心部分是 I P C4 8 6 6 6工 业 控 制 机 和 美 国 HP 一 3 8 2 5 A 数据采集器
5、Hp - 3 8 5 2 A是一个高 精度多功能的数据采集装置， 选用 与其配套 的 4 4 7 0 1 A 四位 半数字积 分式 电压表及 2块 4 4 7 0 5多路 转换 器 ( 每块 2 O通道 ) 可 直接 测量 直流 电压、 交流电压、 电阻等 所得的数 据通过 HP - I B通讯接口传给主机 ， 采集器的高精度和高可靠性保证了 检测精度 工控机根据采集到的数 据 ， 依据一定的控制规律通过 D A 和开关量输出接 口发出信号控制有关的参数 2 2 控制策略 2 2 1 小 宝 干球 温度 的控 制 图 1 系统 工 艺流 程 图 小室干球温度是靠空气处理机组中空气加热器 ， 由
6、于系统负荷变化范 围较大 ， 系统稳定 时， 需要的加热器负荷也较大， 为节省开支和提高控制精度 ， 引入了分级控制策略， 将加热器 第 4斯 裘 皓杰 等 ： 多功 能 空谓设 备性 能试 验 台微机 控 制 系统 3 5 7 按一定原则分组， 使其中一组可以由微机通过模拟量进行连续微调 - 其它组由开关量控制投 入 这 样使 它们 可以 在负荷 范 围 内( 2 7 k W ) 任意 连续 可调 ， 2 7 k W 分 组 为 ( 7 + 7 +6 十3 ) k w+4 k w 连续 可调， 连续可调的容量略大于开关控制 的分档是为了避开可控硅两端的非 线性部 分和确保 输出功率的连续性
7、由于控制精 度要 求较高 ， 检 测设 备又需要冬夏两种工况 ， 这 就要 求系统既要有 较高 的控 制精度又要有快速的控制响应速度 但由于系统的响应有一定的滞后， 只用传统的 P I D调 节器控制不能达到上述要求， 这是由于传统的 P I D调节器所选定的参数要兼顾系统的动态 和静态两种工作状态 ， 使整个调节过程较长， 全部检测过程长达 4 5 h - 控刺检测过程曲线 如图 2所示 要缩短检测过程， 找们采用 了智能化控制 可以根据系统的运行状态来改变系 统调 节器的控制 参数 ， 使系统控制过 程按 照较为理 想的 曲线进行 ， 如 图 3所示 、一 圈 2 P I D控 制 曲城
8、2 2 2湿 球 温 度 控 制 要满足高精度湿球温度控制 ， 除需要精 度高、 穗定性好的湿球传感器及变送装置外， 选 择合适 的加湿 、 除湿 设备和控制 方法 是 非 常重要的 对除湿来说 ， 本系统采用表冷器 除湿 ， 其关键在于控制表冷器入 口水温 对 于 加湿来说 ， 本 系统采用 工业用亚 都超声 波 加湿器 ， 与 电热式 、 电极 式加湿 器相 比 ， 它加 湿速度快， 几乎无滞后， 加湿量也不受水位、 电压等变化的影响 它的主要缺点是利用开 关调节， 针对这一情况我们采甩时间比例断 续 P I D控制方案， 即超声波加湿器的输出控 年干丁况： 盟f T - 况 圈 3 智能
9、 P 玎 D控制曲线 ： ：只： ：只：只： ：f = 1 ： 只： ：厂 I j ； ! 卜 _ - _ _ 五而 一 图 4 加 湿量 波形 图 制是根据 P I D调节器输出的大小来改变超声波加湿器在单位时间内接通与关闭的时间比 例 单位时间的长短直接影响系统的控制精度和设备的使用寿命， 单位时间长接通和关闭 过 程 中造成的湿球温度 波动大 ， 单位时 间短通 断过于频 繁， 容 易损坏 加湿器 ， 另外 由于使用 了两台加湿器， 尽量把两台加湿器加湿的时间分开， 使加湿过程更为均匀， 这样进一步减小 加 湿过程造成的温度波动 其 加湿 波形 如 图 4所 示 通过上述方 法的处理 ，
10、 把单 位时间定 在 9 0 s ， 加湿时湿球 温度的波动小于 0 0 1度 ， 使其控制精 度接近连续 PI D调 节器控制 山东工业大学学报 2 2 3表 冷 器 入 口水 温 控 制 为控制表冷器入 口水温， 本系统采用了两级控制方案 第一级为冷水箱水温控制 由于 冷水温 度的波动是水 系统最主要 的扰动 ， 为减少这个扰动采取 了以下方法 ： 一是适 当增 加冷 水箱的容积， 二是根据水温的变化通过 电磁阀改变蒸发器的工作台数 ， 三是改变压缩机工作 缸效 通垃上述方法使水温在较小的范国内以较慢的速度变化 第二级为表冷器入口电加 热嚣控制， 由于受到工艺的限制 ， 电加热器离入 口温
11、度测试点有一定的距离 当水流量较小 时， 其加热滞后环节较大， 为保证系统的控制稳定性 ， 要求控制环节响应速度要慢 ， 这对于消 除由冷水箱水温变化所带来的速度扰动非常不利， 为减小这方面的影响， 在控制环节中加入 了前量控制 最终通过电加热器的徽调来满足入口水温偏差小于 0 1 度的要求 2 3 系统软件设计 本系统软件包含流程显示、 数据采集 智能控制、 动态曲线显示、 测试结果处理和打印等 模块 ， 全部用 C语盲缩写 ， 主要功能： ( 1 )由菜单选择被试设备的种类、 试验类型以及试验用的方法， 输入控制给定值 ( 2 ) 显示系统工艺流程图( 图 1 ) 并在相应位置上动态显示各
12、测试点的实时效据 ( 3 ) 根据系统的运行状态 自动改变控制参数 ， 使系统按较为理想的方式运行 ( 4 ) 动态绘制 2 小时主要控制量历史数据的变化曲线 ( 5 )自动判断系统的稳定状态并在系统稳定时记录数据，计算出被测设备的技术 指标 ( 6 )以表格的形式实时显示所有检测的数据 ( 7 )检验报告的自动填充和打印 3 培 束 语 该试验台建成以后， 经过 了一年多的运行实践表明， 对于不同工况及不 同的被测设备 系统的调节时间一般在- J , 时左右 稳定后小室干球 、 湿球温度可以控制在 O 0 3 度以内， 其 他参数也全部达到或超过设计要求 该实验系统已于 1 9 9 6 年
13、i 0月通过了山东省科委组织 的技术鉴定， 并先后为二十多个厂家的风机盘管等产品进行了性能测试 ， 为衡量空调设备的 性能高低提供了科学的依据 参考文献 I 睬伯时 电力托动 自动控制系统 北京 ： 机械工业出版社 1 9 9 8 4 8 8 8 2 奥斯特隆姆 K J 计算机控制系统理论与设计 北京 科学出版社 1 9 8 8 3 5 6 3 9 3 3 H P公司 H P一 3 8 2 5 A数据采集器使用手册 天津： HP公司， 1 9 9 6 1 8 第 4期 裘皓杰等 ： 多功能空谓设备性能试验台微机控制系统 3 5 9 THE M ULTI FUNCTI oN M I CoCoM
14、PUTER CoNTRoLED SYSTEM FoR TESTI NG TH E PERFoRM AN CE oF A I R CoNDI T I oNER EQUI PMENT S Q Ha o fie X妇 Xi u y i n g ( Th e Te a c h i n g De p t ， S h a n d o n g TV Un i v ， J i n a n 2 5 0 0 1 4 ) AB S TRAC T Th e s t r u c t u r e s o f t h e s o f t wa r e a n d h a r d wa r e o f t h e mul t
15、 i f u n c t i o n mi c r o。 c o mp u t e r c o n t r o l l e d s y s t e m f o r t e a t t he p e r f o r ma n c e o f a i r - c o n d i t i o n e r e q ui p me n t a r e i ntr o d u c e d Th e c o ntr o l me t h o d o l o g i e s a r e a l s o s t u d i e d Th e t i me o f t he me a s u r e me n t i s r e d u c e d a n d t h e p r e c i s i o n o f t h e me a s u r e me n t i s h i g h e r c o mp a r e d wi t h t h e o t h e r s y s t e m KEY W ORDS Ai r Co n d i t i o n e r sM i c r o c o mp u t e r s
