基于LabVIEW的焓差室監(jiān)控軟件設計

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)控軟件設計

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）

針對焓差室實時監(jiān)控的復雜性，數(shù)據(jù)采集的多樣性，基于LabVIEW設計了焓差室上位機監(jiān)控軟件，實現(xiàn)了上位機數(shù)據(jù)采集、計算、存儲及監(jiān)控。該軟件能夠?qū)崟r采集數(shù)據(jù)曲線，查看歷史記錄，控制下位機，實時報警及計算空調(diào)器性能參數(shù)等功能。該界面設計友好，在線參數(shù)設定方便及擴展性強等優(yōu)點，具有較高的實用價值。

焓差室；LabVIEW；空調(diào)器

引言

空調(diào)器的檢測方法主要有空氣焓差法和房間型量熱計法，在實際使用過程中，生產(chǎn)廠家為了兼顧測試空氣調(diào)節(jié)機組的類型、出風形式、測試過程要求等，通常選擇空氣焓差法作為試驗方法[1]。

空氣焓差法不僅能進行靜態(tài)試驗來測試空調(diào)制冷產(chǎn)品的制冷能力和制熱能力，而且同時能進行非穩(wěn)態(tài)性能的實驗，如空調(diào)器季節(jié)節(jié)能能效比試驗。空氣焓差法試驗裝置可以對空氣干、濕球溫度風量以及房間空調(diào)器的輸入功率等參數(shù)進行連續(xù)繁瑣的采樣測量。

目前，對焓差室上位機測試軟件的研究中：吳姮、胡卓煥等人[2]采用VB作為開發(fā)工具，經(jīng)過復雜的編程實現(xiàn)了測試平臺的研究與設計，系統(tǒng)的開發(fā)周期長，不能針對性設計。陳進、劉仕杰等[3]提出了基于力控的焓差室軟件設計方案，但其監(jiān)控界面不夠友好和直觀，操作性不強。王玉葉[4]設計的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)，在信息采集、處理和存儲方面的工作遠遠不夠。為了能夠?qū)崟r顯示采集曲線，查看歷史記錄，控制下位機，實時報警及計算空調(diào)器性能參數(shù)及界面友好-直觀-操作性強等功能，提出了基于LabVIEW的焓差室上位機監(jiān)控軟件設計。

1 軟件架構設計

焓差室上位機軟件主要實現(xiàn)的功能是：①下位機實時監(jiān)控及報警；②數(shù)據(jù)存儲；③數(shù)據(jù)曲線顯示；④空調(diào)器性能計算。從層級結構上分主要有三層：①用戶交互層；②功能函數(shù)層；③下位機硬件通訊層。

1.1 下位機通訊設計

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]。上位機軟件需要與下位機中的數(shù)采，PLC，控制表及功率表進行通訊。因此該部分需要在弄清楚各個模塊的通訊協(xié)議的基礎上進行第三層下位機硬件通訊層程序的編寫。

目前主流通訊接口分為如下幾種：Rs485兩線總線型接口(如控制儀表UT55A，熱電偶采集器DA100，部分國產(chǎn)數(shù)字功率計等)，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PLC的LabVIEW驅(qū)動設計流程圖。由于控制柜中大部分都存在觸摸屏，因此，上位機在設計時需要LabVIEW采用用戶中斷的處理方式，只有在用戶點擊面板時觸發(fā)中斷執(zhí)行命令，在未觸發(fā)中斷時實時讀取下位機PLC信息。且LabVIEW通訊允許寫入/讀取PLC的中間繼電器，不可以寫入輸出繼電器，但能讀取PLC輸入I和輸出O信息。

在設計PLC與LabVIEW通訊時要注意兩點：第一，用戶的任何開關冷機，風機，加熱及加濕的操作，都需要采用中斷的方式進行，通過中斷瞬間將要完成的動作通訊給下位機，且和實時刷新變量分開執(zhí)行不會互相影響。第二，采用中斷時，上位機LabVIEW需要并行引用COM口，這會導致在接收和發(fā)送之間的COM沖突，為了解決這個問題，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)寫入和讀取操作，并且將子VI設置為不可重入的方式。

針對其他COM口的設計與PLC的設計類似，但是在設計COM通訊程序時，針對固定幀數(shù)據(jù)格式，適用“發(fā)送代碼——讀取固定個數(shù)數(shù)據(jù)——判斷解析數(shù)據(jù)”的方式；而對于像DA100這種部分通道不連接就不輸出相應數(shù)據(jù)的變化個數(shù)協(xié)議模式，適用“發(fā)送數(shù)據(jù)——等待固定時間——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)更改連接方式時不會導致軟件讀數(shù)錯位和讀數(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。

針對硬件的通訊和監(jiān)控程序設計，圖2給出了焓差室上位機監(jiān)控界面圖。該圖能夠有好的完成焓差室控制命令，同時能夠顯示用戶關心的各種數(shù)據(jù)信息。圖2中室內(nèi)側(cè)開關可以實現(xiàn)冷機，加濕器，加熱器及風機的自動開啟，無需用戶手動逐個點擊。同時總開關能夠?qū)崿F(xiàn)所有設備的有序啟停。對于環(huán)境控制設備的保護需要在PLC程序中預先設計好。

1.2 數(shù)據(jù)存儲設計

圖1 PLC驅(qū)動設計流程圖

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

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計采用TDMS格式，可以完成對產(chǎn)生數(shù)據(jù)的各種操作，如實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲與查詢、統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理、報警及數(shù)據(jù)服務請求處理等。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，性能計算組，測試數(shù)據(jù)組)，每一組由不同的通道組成，且第一個通道是時間，方便數(shù)據(jù)查詢與記錄。在數(shù)據(jù)采集的每個周期均需要執(zhí)行“打開TDMS文件->寫入存儲數(shù)據(jù)->關閉TDMS文件”的過程，如果不執(zhí)行關閉文件在軟件遇到突然關機情況下無法保存數(shù)據(jù)。

1.3 空調(diào)器性能計算

焓差室空調(diào)器性能的測量采用風洞式焓差法測量結構，通過排風機對出風靜壓進行控制，同時采集進出風干濕球測空氣焓值，通過采集風量測量裝置進行風量測量。風洞式焓差法數(shù)據(jù)采集包括計算數(shù)據(jù)和判穩(wěn)曲線數(shù)據(jù)，與空調(diào)器性能計算相關的數(shù)據(jù)主要包括9組測量數(shù)據(jù)，分別是：進出風干濕球，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]。制冷量和風量計算公式如下：

圖3給出了焓差室能力及不確定度計算軟件設計部分。該軟件可以計算焓差室的制冷量，風量（出口或標準），焓值（進風和出風），空氣物性參數(shù)等空調(diào)器常用性能參數(shù)，同時也輸出相關實驗室測量不確定度。分別提供了能力不確定度，制冷量不確定度評定和能效比評定三個頁面。測試的最終數(shù)據(jù)可以會被讀取到該工具內(nèi)，幫助用戶確定測量結果的B類不確定度。A類不確定度需要進行多次獨立測量來確定。通過圖3可以計算所有跟空調(diào)器能力有關的所有中間數(shù)據(jù)。同時可以幫助使用者判斷風速是否滿足要求，以及幫助實驗室校準漏熱系數(shù)的確定。

2 軟件測試驗證

為了驗證軟件設計的合理性，本文基于焓差室硬件設備對軟件的計算結果，穩(wěn)定性和可靠性進行了驗證。

圖2 焓差室上位機監(jiān)控界面圖

本文在2.7 kW的試驗空調(diào)機測試的基礎上進行實驗驗證。焓差室軟件中實時曲線顯示如圖4所示該界面提供了四組曲線，分別為判穩(wěn)曲線，電參數(shù)曲線，性能參數(shù)曲線和熱電偶曲線。圖4中顯示出性能參數(shù)曲線圖，右側(cè)給出曲線在光標區(qū)間的最大值最小值以及平均值，方便測試員尋找穩(wěn)定的時間區(qū)間，該軟件可以實現(xiàn)手動自動選擇測試報告起始時間，顯示光標所在位置實時信息。菜單欄給出了打印曲線、生產(chǎn)報告和幫助選項，以方便測試人員進行后續(xù)處理。表1給出了焓差室測試數(shù)據(jù)平均值及計算結果數(shù)據(jù)。通過圖2、圖3、表1和圖4得出本文設計的軟件滿足焓差室實時顯示和計算的要求。

圖3 焓差室能力計算軟件

圖4 焓差室實時曲線圖

表1 焓差室測試數(shù)據(jù)

3 結語

本設計針對焓差室上位機軟件測試功能，設計了基于LabVIEW的焓差室上位機監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠友好的完成焓差室下位機設備的監(jiān)控和報警，能夠準確的實現(xiàn)焓差室能力的計算，可以實時顯示測試曲線，打印輸出報告等功能。此外該軟件還提供自動判穩(wěn)，數(shù)據(jù)TDMS存儲。經(jīng)過原有設備測試驗證，該軟件能夠很好地實現(xiàn)空調(diào)器性能測試，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，實時監(jiān)控流暢，具有很高的實用性和推廣價值。

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

［2］吳姮， 胡卓煥， 余敏，等.焓差室空調(diào)性能測試臺的研究與設計［J］.測試技術學報， 2011， 25（3）：239-244.

［3］陳進， 劉仕杰， 李橋，等.基于力控的焓差室空調(diào)器性能測試監(jiān)控系統(tǒng)［J］.計算機測量與控制， 2014， 22（4）：1079-1082.

［4］王玉葉.關于基于組態(tài)的中央空調(diào)教學模型監(jiān)控系統(tǒng)的設計［J］.滁州學院學報， 2010， 12（2）：26-28.

［5］顧海勤， 楊奕， 全毅.PLC與智能儀表在熱泵遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應用［J］.自動化儀表， 2013，34（11）：39-42.

［6］ 齊淑芳， 李芳， 彭飛， 等.房間空調(diào)器空氣焓值法的測量不確定度計算［J］.制冷技術， 2014， 34（5）： 54-57.

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，河北圍場縣人，助理工程師，從事電子電器產(chǎn)品可靠性及自動化檢測技術的研究。