关于在线空调性能测试系统设计及效益分析

李健桢 韦汝煌 李强荣 吴川辉

(珠海市精实测控技术有限公司,广东珠海 519125)

0 引言

水冷冷水空调及地源热泵空调机组是应用广泛的空调设备,从普通家庭到工业生产企业都能发现其身影。生产此类空调设备的厂家较多。经调研发现较多的企业采用手动测试方案,测试时工况稳定速度较慢,需要调校的仪表多,能源消耗大,稳定性低。为了能在家电,工业空调领域扩展业务,结合公司内部团队共同研发了这套在线空调性能测试系统。有助于提高行业测试自动化水平,快速的判断生产设备的制冷性能,控制逻辑,提高测试效率。本项目通过详细的调研,采用了自动化测试方案,通过电气设备自动控制空调测试中的水流量,水流温度等关键参数,软件自动化记录数据,减少人为记录数据产生的误差。在客户场地允许的情况下配备较大的水容器,解决了业内的冷热抵消能源消耗较大问题。

1 在线空调性能测试过程

空调在线性能检测重点在于室外机的检测,包括测试水冷,地源,风冷型空调(热泵)设备的管路温度、压力、水冷量、换热量、主板性能、动作以及逻辑,并自动进行合格判定,出报告进行打印。在空调测试时,定速机采用普通的开关控制,而变频空调内外机采用通信方式控制。在生产中针对室外机性能测试,应加装单独的商检控制盒来模拟室内机与室外机通信,通过手动操作控制盒来实现商品性能的测试。这样操作过程完全手动,且由于操作人员技术能力的限制,可能出现误操作或误判断的现象。

2 空调性能测试系统设计

针对以上测试问题,本项目对水源,空气源空调(热泵)的性能测试,从简便操作,计算机替代工人判定被测机性能,自动调节工况,高效完成样机测试等方面进行研究[1-2]。

2.1 测试系统架构

测试系统包括上位机、主控机、中间转换单元、通信线路等。为了便于电网及通信网络的布置,采用固定的立式测试工作站方式。

(1)主控机与中间转换单元一起构成工作站单元,安装于固定的测试工作台,通过通信线路分别与被测室外机相连,上位机通过工业总线或高速以太网相连。(2)中间转换单元的作用为衔接被测变频空调,具有通信协议转换功能,通过其外接变送器可采集工作电流、工作电压、制冷剂系统压力、出风温度等运行参数。中间转换单元硬件组成为通信电路、被测室外机通信电路、主控芯片及变送器等。(3)主控机提供人机操作界面,操作者可通过单独设置测试参数,发送命令启动生产测试;同时还可以通过人机界面反馈当前测试结果,并提供声光的报警功能。(4)上位机通过工业控制总线或高速以太网与各工作站单元联网,可实现对多台工作站单元集中设置、集中查询及测试。

2.2 软件设计

软件主要包括上位机软件、主控机软件、中间转换单元软件。上位机及主控机软件采用模块化设计方式并充分考虑可扩展性,中间转换单元采用基于微控制芯片的嵌入式系统。

(1)上位机软件包括现场管理与数据库管理两大类。现场管理包括两种视图:一种模拟视图,指示每个工作站的实际运行状态;另一种是数据视图,指示每个工作站的当前运行参数与测试结果。数据库管理包括测试参数设置、历史数据查询等。用户可通过切换工作方式保证同一时刻各工作站可测试不同类型的变频机,同时在系统有部分故障时仍能进行生产,以满足生产的需要。(2)中间转换单元采用基于微控制芯片的嵌入式系统,控制板硬件设计一个拨码开关可提供编码,用户安装硬件时需按当前测试工位依次拨码,以确定本工作站在整个测控系统中的唯一性。(3)软件的微控制芯片通过通信电路接收,测试命令后进行协议转换,将用户命令转换为对变频空调的控制命令,该命令通过与被测室外机共零线通信电路传输至被测空调室外机;室外机接收后按测试命令进行压缩机运行、四通阀切换、膨胀阀开关、室外风机切换、电磁阀切换等测试动作。另一方面在测试过程的同时,室外机采集系统的实时数据及故障信号,通过通信电路和协议转换模块转换为与主控机通信,同时通过数字电量表、压力表、温度传感器等采集当前运行电流、电压、功率、制冷剂压力、出风口温度等参数,一并打包传送至工作站并在用户界面显示。

3 项目技术创新及发展

本项目技术创新与现有技术相比,实现了:自动调节工况,记录被测设备的运行数据;软件自动进行合格判定;采用全新设计的水回收系统。全新设计的测试工装。未来,其技术发展路线如下:

(1)设计思路的验证、确定。首先,设计电气控制箱,并且能拔插式的自动调整通道。设计一套测试软件系统。对控制箱进行数据实时采集,并可以在硬件上自动识别。然后在系统设计上,实现能同步采集数据的同时进行被测样机控制,并算法判断被测样机的运行状态。(2)样机确认:1)样机制作。样机制作应本着简单可行的基本原则,并尽量确保各部件符合要求。测试流程如图1所示。2)样机确认实验。按照已经确定的设计图纸对测试样机进行装配,并测量对应的参数是否符合技术要求,判断样机功能是否满足产品开发目标以及工艺的可行性。

图1 在线空调性能测试流程Fig.1 Online air conditioning performance test process

通过以下内容的实验,对新装备及其技术应用进行综合评价,获取实际测试参数,见表1。

表1 实际测试参数Tab.1 Actual test parameters

4 效益分析

(1)推动空调行业在线性能测试领域的发展。本项目通过详细的调研,采用了自动化测试方案,通过电气设备自动控制空调测试中的水流量,水流温度等关键参数,软件自动化记录数据,减少人为记录数据产生的误差。在客户场地允许的情况下配备较大的水容器,解决了业内的冷热抵消能源消耗较大问题,对于提高行业测试自动化水平,快速的判断生产设备的制冷性能、控制逻辑,提高测试效率等方面具有良好的推动作用。(2)带动区域经济发展,提供就业机会。系统的生产需要大量人才支撑,能够为珠海富余劳动力提供合适的就业机会,增加员工收入,对缓解当地社会就业压力有着积极的作用。公司为员工提供了良好的学习晋升平台,有助于提高技术人才的技术水平,提高加工操作人员的技能,使其拥有更高的上升空间,为职业生涯的成长打下坚实的基础。(3)支持产业转型升级,护航中国智造。在万众创新的大环境下,政产学研多方协同、紧密结合,推进高新技术产品成果创新转化。企业在大力培养、引进研发技术精英的同时,积极构建创新平台,加速高精尖的产品研发,产品优异的测试性能、专业及时的现场服务满足了不同领域的多元要求,推动“中国制造”转型“中国智造”,护航强国梦。

5 结语

总而言之,水冷冷水空调及地源热泵空调机组是应用广泛的空调设备,从普通家庭到工业生产企业都能发现其身影。生产此类空调设备的厂家较多。经调研发现较多的企业采用手动测试方案,测试时工况稳定速度较慢,需要调校的仪表多,能源消耗大,稳定性低。为了能在家电,工业空调领域扩展业务,公司共同研发了这套在线空调性能测试系统。有助于提高行业测试自动化水平,快速的判断生产设备的制冷性能,控制逻辑,提高测试效率。