燃气灶具检测自动控制系统的研究
责任编辑：液化天然气 浏览：1839次 时间： 2008-04-20 23:11:27
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摘要:The functions and structure of an automatic control system for detecting domestic hot-plate，the design of hardware and system software and the dominance of this system are expounded. Key words：domestic hot-plate；detecting；data acquisition；aut..
| The functions and structure of an automatic control system for detecting domestic hot-plate，the design of hardware and system software and the dominance of this system are expounded. Key words：domestic hot-plate；detecting；data acquisition；automatic control 目前燃气灶具检测采用人工操作、人工读数、人工处理数据的方式来实现对被测产品的检测，缺乏数据的自动采集、自动控制以及处理系统，因而在做相关试验时效率低，消耗了大量的人力和财力。 通过设计和构建燃气灶具检测自动控制系统，可以自动检测家用燃气灶具热负荷、热负荷百分比、热效率[1、2]，并生成测试纪录，摆脱传统人工观测、记录处理数据的落后局面，大幅度提高检测精度和工作效率，最大限度地减轻测试人员的工作强度，提高检测的自动化水平。 1 系统功能与结构 本系统要实现的主要功能为： ① 自动检测家用燃气灶具的实测热负荷、热负荷百分比，选择测试用锅。 ② 自动检测家用燃气灶具折算热负荷、热效率。 为实现上述功能，需对整个系统进行构建。控制系统由硬件和软件两部分组成。硬件是该系统的基础，包括各种信号检测与传送设备、计算机主控设备等，主要完成数据的检测和采集。软件是该系统的核心，主要完成对各个硬件模块试验过程的监测和控制，实现数据的存储和后期处理，并提供友好的人机操作界面。系统结构见图1。 [img]http://www.cnlng.com/upload_files/37/X4QGS__20080310220708107.jpg[/img] 图1中水温、燃气耗量、电机分别对应灶具检测试验过程中需测量的水的温度、燃气消耗量以及搅拌器动作的执行元件等底层设备，而温度检测、燃气耗量检测、搅拌器控制等则是对底层设备进行信号采集/控制的电子元器件，将采集到的信号传给计算机，计算机经分析处理后控制整个检测过程并将最后检测结果存盘打印。 2 系统硬件设计 系统硬件主要包括计算机、信号采集/控制模块、搅拌装置、流量传感器、温度传感器等。 计算机采用普通PC机，具有标准的RS232串口，主要功能为数据采集处理和系统控制，是人机交互平台。 信号采集/控制模块选用研华ADAM系列模块。该系列模块具有内置的微处理器，可以独立提供智能信号处理、模拟量I/O、数字量I/O、数据显示和RS485通信等功能。能实现远程输入编程，内置看门狗可以自动复位。ADAM-4000系列模块维护需求少，网络配置灵活，仅需2根导线就可以通过多点式的RS485网络与控制主机互相通信，基于ASCⅡ码的命令/响应协议可确保其与任何计算机系统兼容。 搅拌装置由电机带动叶轮旋转运动，对水进行搅拌，使水温均匀。 流量传感器选用日本品川公司生产的W—NT型湿式气体流量计，可输出脉冲信号，计数器可根据其旋转的情况精确地计算出所测气体的流量，尤其适合精密测量气体流量。 温度传感器选用铠装铂热电阻Ptl00，测量范围为0～100℃，精度等级为A级。 系统硬件结构见图2。 [img]http://www.cnlng.com/upload_files/37/PEK7D__20080310220712953.jpg[/img] 整个控制流程为：铂热电阻Ptl00将水温转化为模拟电信号传到ADAM4013模块，经过采样处理转化为RS485数字信号，再经过ADAM4520模块的转换，变成计算机可以接收的RS232信号，计算机收到数据后，进行监控。当达到计量流量的温度时，计算机发出RS232信号，经过ADAM4520模块的转换，变成RS485数字信号来控制ADAM4080开始或停止计数。当达到搅拌温度时，计算机发出RS232信号，经过ADAM4520模块的转换，变成RS485数字信号来控制ADAM4060继电器的开关动作来控制电机的启停。 3 系统软件设计 软件通过VB6.0进行串口编程[3]，实现硬件之间的通信，控制检测的流程，并对采集到的信号进行处理、显示和存储。程序流程见图3。 [img]http://www.cnlng.com/upload_files/37/VaUY9__20080310220713928.jpg[/img] 在程序开始时将计算机串口打开，对ADAM模块发送命令，进行数据采集和控制，其中ADAM模块是通过特殊的约定字符来实现相应的操作，计算机通过传送字符串指令来控制模块，或由模块取得信号M1。整个的指令流程为：由主控计算机送出的指令通过RS232串行通信端口传送出去，此信号经过RS232-RS485的转换模块将信号电平及型态转换后，在RS485网络上传播；模块收到属于自身模块的指令后，分析控制的动作，最后将结果再传送至RS485网络上来，此信号再经由RS232-RS485模块的转换后，由计算机的RS232串行端口接收进来。这样就完成系统的串行通信，计算机将采集到的数据进行分析处理，控制整个检测流程，并最后生成测试记录，然后关闭串口，结束程序。 4 自动检测系统的优势 ① 水温测量精度高 该自动检测系统中采用Ptl00热电阻作为感温元件。热电阻是中低温区常用的一种温度检测元件，它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度最高，而且线性特性较好。热电阻本身测温的绝对误差为|t|)℃，其中|t|为所测温度数值的绝对值。为了进一步提高测温的精度，本系统用软件方法对其进行修正，试验过程中要用到的量为水的终温与初温的差值，我们在终温与初温这两个温度段内对热电阻进行修正，使温差值达到更精确的结果，最大误差为0.1 ℃，比现在人工测量精度明显提高。 ② 搅拌器的设计合理 该系统的搅拌器由电机通过减速装置传动，带动叶轮在水中作旋转运动，使水产生轴向流动，进而使锅内上下水温均匀。为了证明该旋转搅拌与现行上下搅拌的搅拌效果相同，我们做了以下试验：在锅内布置3个深度不同的点(见图4)，比较这3个点分别在旋转搅拌与上下搅拌时，同一时刻3个测温点的温度是否相同。 [img]http://www.cnlng.com/upload_files/37/qxRa1__20080310220714811.jpg[/img] 试验表明，在旋转搅拌与上下搅拌两种不同的搅拌方式下，同一时刻3个测温点的温度值基本一致，两种搅拌方式都可达到水温均匀的目的。考虑到搅拌器本身的吸热可能会对热效率带来一定的影响，因此在设计搅拌器时，选用比热容尽可能低的材料，使其对热效率的影响减到最低。旋转搅拌时搅拌轴在锅的轴线位置，为了使温度传感器尽量靠近水的中心位置，我们将温度传感器斜插入水中(见图5)，搅拌均匀后锅内各点温度基本一致，测温点位置的微小偏移不会对试验结果造成影响。 [img]http://www.cnlng.com/upload_files/37/sIwGe__20080310220715260.jpg[/img] ③ 燃气耗量测量精确 该系统用ADAM4080模块对流量计输出的脉冲信号计数，流量计的脉冲当量为0.01 L，即每流过0.01 L的燃气就会发生1个脉冲信号，通过对脉冲数的计量就可以精确地测量出燃气耗量，比人工读数测量精度提高了很多。 5 结语 本系统实现了灶具检测的自动化，在流量、温度的测量监控上更为精确，避免了人工检测过程中的一些人为因素引起的误差，提高了检测精度。特别是自动搅拌装置的设计虽然与人工搅拌方式不尽相同，但达到的效果相同，且不会对检测结果带来额外的影响。 在硬件设计上，不需要数据采集卡和硬件驱动程序，只占用PC机的一个串口，占用资源少，对硬件要求不高，硬件连接方便，扩展容易。软件编制也比较容易掌握。整个系统调试方便，运行可靠，值得推广。 参考文献： [1] GB 16410—1996，家用燃气灶具[S]. [2] GB/T 16411—1996，家用燃气用具的通用试验方法[S]. [3] 范逸之，陈立元.Visual Basic与RS-232串行通讯控制[M].北京：清华大学出版社,2002. [4] 范逸之.Visual Basic与分布式监控系统——Rs-232/485串行通讯[M].北京：清华大学出版社，2002. |
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