（制冷及低温工程专业论文）基于internet的制冷空调试验平台远程监控系统的设计与研究.pdfVIP

东南大学硕士学位论文 基于i n t e m e t 的制冷空调试验平台 远程监控系统的设计与研究 摘要 随着计算机技术、控制技术、电子技术的发展，目前全自动的制冷空调试验平台监控系统已经 在全国范围内的制冷空调产品制造企业中得到了广泛的应用。但是目前的全自动制冷空调试验平台 监控系统应用的范围仅局限于局域网内甚至单台p c 上，监控工作也只能够在控制室内完成，系统缺 乏远程调试、远程监控、远程故障检测和分析等能力，而且控制方式上普遍采用常规的p i d 控制。 本文在以恒温恒湿环境和空气焓差法为基础的制冷空调试验平台的基础上，设计了一套基于i n t e r n e t 的制冷空调试验平台远程监控系统，并对系统的控制方法和测试不确定度进行了研究。 首先通过对制冷空调试验平台测控系统的发展状况、目前制冷空调试验平台两种常用测试方法 的分析、比较。针对本文所采用的空气焓差法的测试原理、测试工况标准、物性计算方法等进行了 探讨。 对基于i n t e r n e t 的制冷空调试验平台测控系统的开发平台进行了阐述，并对系统的总体结构、系 统功能进行了设计。为了使系统具有远程监控、维护、诊断和试验远程管理功能，同时也让系统能 够保留原有的制冷空调试验平台全自动监控系统的优点，在系统结构上采用了b s ( b r o w s e r s e r v e r ， 浏览器服务器) 和c s ( c l i e n t s e r v e r ，客户机服务器) 相结合的模式，通过a c t i v e ) 、s o c k e t 、a s p 、 串行通信等技术的应用，完成了现场监控服务器、w e b 服务器、数据库服务器、浏览器客户端和现 场数据采集与控制部分的设计与实现，并针对基于i n t e m e t 的制冷空调试验平台测控系统的升级与维 护、系统的安全性进行了论述。 采用集中参数法建立了空调系统房间温度数学的模型，并以室内房间干球温度的控制为例对模 糊自适应技术进行了研究。对模糊自适应p i 控制的实现方法、隶属度函数确定、模糊规则的建立、 解模糊过程进行了论述，并对常规p i 控制与模糊自适应p i 控制技术在房间温度控制中的控制效果 进行了对比分析。 按照国家标准中规定的空调器制冷( 热) 量计算方法，以制冷量的测试为例，建立空调器制冷 量测量中不确定度计算模型，并对不确定度的来源进行分析。对各不确定度分量进行了分析、计算， 并最终得出标准不确定度和扩展不确定度。 关键词：制冷空调；试验平台# i n t e m e t ；远程监控；a e t i v e x ；s o c k e t ；f u z z y - p l ；误差分析 1 查童查堂堡主兰垡丝奎 d e s i g na n d r e s e a r c ho nt h er e m o t es u p e r v i s i o ns y s t e mo f h v a c & r t e s t i n gp l a t f o r mb a s e di n t e r n e t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f c o m p u t e rt e c h n o l o g y 、c o n t r o lt e c h n o l o g ya n de l e c t r o nt e c h n o l o g y , f u l l y a u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo f h v a c & rt e s t i n gp l a t f o r mh a sb e e ne x t e n s i v eu s e db yh v a c & r m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s en a t i o n w i d ep r e s e n t l y b u tf u l l ya u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo f h v a c & rt e s t i n g p l a t f o r mn o t h i n gm o r et h a nu s e di nl a n o re v e ni np co n l yp r e s e n t l y t h em o n i t o r i n gc a nh ef i n i s h e di n c o n t r o lc e n t e r , t h es y s t e mi ss h o r to f t h ef u n c t i o no f r e m o t ed e b u g g i n g ，r e m o t es u p e r v i s i o na n dr e m o t e f a u l td i a g n o s i s ，a n dt h eg e n e r a lc o n t r o lm o d eo f p i dc o n t r o li sw i d e l yu s e d t h er e m o t es u p e r v i s i o ns y s t e m o f h v a c & rt e s t i n gp l a t f o r mb a s e di n t e r a c t ，w h i c hi sb u i l tb a s eo nt h ee n v i r o n m e n to f c o n s t a n t t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t ya n da i re n t h a l p y - d i f f e r e n c em e t h o d ，i sd e s i g n e d t h em o d eo f c o n t r o la n d u n c e r t a i n t yi sr e s e a r c h e di nt h i sa r t i c l e t h ed e v e l o p i n gs t a t u so f m e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mo f h v a c & ri sa n a l y z e d , a n dt w ot e s t i n g m e t h o d ，w h i c hu s e di nc o m m o n , i sc o m p a r e di nt h i sa r t i c l e t h ea i re n t h a l p y - d i f f e r e n c om e t h o d i sa d o p t e d , a n dt h ep r i n c i p l ea n ds t a n d a r d i z a t i o no f t e s t ，c a l c u l a t i o nm e t h o d so f t h e r m o - p h y s i c a lp r o p e r t i e si s d i s c u s s e d t h ed e v e l o p i n gp l a t f o r mf o rr e m o t es u p e r v i s i o ns y s t e mo f h v a c & rt e s t i n gp l a t f o r mb a s e di n t e m e t i sd e s c r i b e d ，a n dt h es t r u c t u r ea n df u n c t i o n so f t h er e m o t es u p e r v i s i o ns y s t e mo f h v a c & rt e s t i n g p l a t f o r mb a s e di n t e m e ti sd e s i g n e di nt h i s a r t i c l e f o rt h es y s t e mn o to n l yh a v i n gf u n c t i o n so f r e m o t e s u p e r v i s i o n , m a i n t e n a n c e ，f a u l td i a g n o s i sa n de x p e r i m e n t a t i o ns u p e r v i s i o n , b u ta l s oh a v i n g t h ee x c e l l e n c e f u n c t i o n so f o r i g i n a ls y s t e mo f t h ea u t o m a t i ch v a c & rt e s t i n gp l a t f o r m ，t h es y s t e ma d o p tt h em o d ew h i c h c o m b i n et h eb s ( b r o w s e r s e r v e r ) w i t hc s ( c l i e n t s e r v e 0 d e s i g na n dr e a l i z a t i o no f f i e l ds u p e r v i s o r ya n d c o n t r o l l i n gs e r v e r , w e bs e r v e r , d a t a b a s es e r v e r , b r o w s e rc l i e n ts e r v e r , f i e l dd a t aa c q u i s i t i o na n dc o n t r o l m o d e lf o rt h et e c h n o l o g yo f a c t i v e x ，s o c k e t ，a s pa n ds e r i a lc o m m u n i c a t i o ni sa d o p t e di nt h es y s t e m f o r t h em a i n t e n a n c e ，u p g r a d ea n ds y s t e m ss e c u r i t yo f t h e r e m o t es u p e r v i s i o ns y s t e mo f h v a c & rt e s t i n g p l a t f o r mb a s e di n t e m e t i sd i s c u s s e d i i 东南大学硕士学位论文 a c c o r d i n gt ot h el u m p e dp a r a m e t r i cm e t h o d t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo f a i r - c o n d i t i o n i n gr o o mi s c l e a t e 正a n dt h et e c h n o l o g yo f f l l z z ys e l f - a d a p t i v eo f d r y - b u l bt e m p e r a t u r ec o n t r o li nt h ea i rc o n d i t i o n i n g r o o mi sr e s e a r c h e d t h ei m p l e m e n t e dm e t h o d , e s t a b l i s h i n gp r o c e s so f t h ef u z z ym e m b e r s h i pf u n c t i o na n d f u z z yr u l a n dp r o c e s so f s o l v i n gf u z z yi sd i s c u s s e d a c c o r d i n gt ot h ec o m p a r i s o nb e t w e e np ia n df u z z y s e l f - a d a p t i v ep i ，t h ec o n t r o le f f e c to f t e m p e r a t u r ec o n t r o li nt h ea i r - c o n d i t i o n i n gr o o mi sa n a l y z e d a c c o r d i n gt ot h ee x p r e s s i o n so f r e f r i g e r a t i n g ( h e a t i n g ) c a p a c i t yo f a i r - c o n d i t i o n ，w h i c hp r e s c r i b ei n c h i n an a t i o n a ls t a n d a r d ，t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo f u n c e r t a i n t yi nr e f r i g e r a t i n gc a p a c i t yo f a i r - c o n d i t i o n i se s t a b l i s h e d ，a n ds o u r c e so f u n c e r t a i n t yi nr e f r i g e r a t i n gc a p a c i t yi sa n a l y z e d i nt h ep a p e r , t h eu n c e r t a i n t y c o m p o n e n t sa l ec a l c u l a t e da n da n a l y z e d a n dt h es t a n d a r du n e e a a i n t ya n de x p a n d e du n c e r t a i n t ya r c o b t a i n e d k e y w o r d $ ：h v a c & r ；t e s t i n gp l a f f o r m ；i n l e m e t ；r e m o t es u p e r v i s i o n a c t i v e x ；s o e k e t ；f u z z y - p l ； e r r o ra n a l y s i s 1 1 1 东南大学硕士学位论文 空调器制冷( 熟) 量 风量 进空调器空气的比焓 出空调器空气的比焓 能效比 功率 摄氏温度 熟力学温度 喷嘴前后压差 喷嘴前压力 饱和压力 标准大气压 大气压 空气流量 喷嘴的流量系数 面积 空气的比容 含湿量 主要符号表 室内空气单位时问内的热量增量 空气比热 室内空气循环风量 空气密度 测试室墙体单位时间内的热量增量 墙体的比热 墙体的重量 测试室的设备单位时间内的热量增量 室内设备的比热 室内设备的质量 电加热器单位时间内的加热热量 照明和风机单位时间内的散热热量 墙体在单位时间内向外散失的热量 等效热阻 热传导系数 平壁的厚度 放大系数 时间常数 延迟时间 和电加热器相连的控制器的输出值 电加热器输出的比例系数 是电加热器的输出功率 是负荷干扰量 为测试室房间的温度 比例增益 积分时间 积分系数 系统误差 第”个时刻的控制量 误差 误差变化率 误差模糊集上的论域 误差变化率模糊集上的论域 比例初始值 积分初始值 采样时间间隔 即弧毋靠置血蔚l厂。 毛彬删彬与乃局删删。茚e盯勋4 q如胁船形，r班玛b口蟊cr j如白巧加和“蛳秽哆 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名： 拯鳢1日期：碰：2 乏! 翅 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名： 么毖导师签名：l 星曼盈期：卫。如 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 从上世纪6 0 年代开始，我国的制冷空调工业由起步步入发展阶段，开始自行开发设计制冷产品， 并制定了相应产品的标准和性能测试方法，同时我国也开始自行研制与之相匹配的制冷空调试验平 台1 1 1 。制冷空调产品试验平台是衡量制冷空调产品质量的必备手段和为产品研发提供试验数据的重 要工具。目前制冷空调试验平台主要可以从事以下类型的试验：空调器性能试验、压缩机性能试验、 空气一空气换热器性能测试、冷水机组性能试验、水一水换热器性能试验、水泵性能试验等。由于 制冷空调试验平台的性能参数不能直接测得，必须依据一定的试验方法，模拟出相应的工况环境， 对相关韵温度、压力、流量、电量等过程参量进行测量，最后遥过公式计算获得性能参数。这就决 定了制冷空调试验平台需要相应的监控系统与之相配套。制冷空调试验平台监控系统水平的高低， 在很大程度上决定了试验平台的测量精度、稳定性和自动化程度。 随着计算机技术、控制技术、电子技术的发展，我国制冷空调试验平台监控系统的发展先后经 历了四个阶段”j ：人工手工的初级阶段、自动化仪表的采用阶段、数字控制的引入和计算机数据采 集系统的采用阶段、全自动监控系统阶段。 目前全自动的制冷空调试验平台监控系统已经在全国范围内的制冷空调产品制造企业中得到了 广泛的应用”“，它具有自动化自动化程度高、控制精度高、工况稳定性好、抗干扰能力强等优点。 这一阶段的监控系统在硬件设计上通常采用了工业控制p l c 以及众多的智能仪器仪表，同时监控系 统的各个部分不再是各自孤立的，而是通过系统的数据通信总线( 包括r s - 4 8 5 r s 一4 2 2 串行总线或 者g p i b 总线) 相互协作完成试验任务。另外在软件设计上采用了较先进的c s ( c l i e n t s e r v e r ，客 户端服务器) 模式，软件的功能也不再局限于单纯的数据采集功能，更多地增加了管理与数据分析 等功能，包括试验管理、数据查询、测试结果趋势曲线分析、热工性能曲线拟合等。 但是目前的全自动制冷空调试验平台监控系统应用的范围仅局限于局域网内甚至单台p c 上， 监控工作也只能够在控制室内完成，系统缺乏远程调试、远程监控、远程故障检测和分析等能力。 随着网络技术和软件技术的发展以及宽带网络的普及，基于i n t e m e t 的远程监控系统已经开始在自 动化领域得到了成功的应用并起到了很好的效果”q 。开发基于i n t e r n e t 的制冷空调试验平台监控系 统，进而可以通过i n t e m e t 对试验平台进行远程的试验管理、实时监控、历史数据查询、故障分析 及系统的远程维护，从而弥补现有的全自动监控系统的不足，将是制冷空调产品试验平台监控系统 的一大飞跃。 1 2 研究现状与意义 1 2 1 发展概况 6 0 年代初期，为了满足我国开发研制制冷压缩机的需要，机械工业部通用机械研究历自行设计、 建造了我国第一套符合我国标准的制冷压缩机性能试验装置，该装置为我国中型制冷压缩机的研制 提供了大量的数据，同时也拉开了我国自行设计、建造制冷空调产品性能试验装置的序幕。我国经 济建设步伐的加快，极大地推动了制冷空调行业的繁荣兴旺，强劲的市场需求给制冷空调厂商带来 了极好的商机，从而制冷空调行业的竞争也日趋激烈。为了扩大市场份额，提高产品竞争力，企业 一方面需要提高产品的性能价格比和产品的质量，另一方面又要不断开发新产品，这就为制冷空调 试验装置的大发展提供了良机。制冷空调行业的发展对制冷空调产品性能试验装置测控系统的发展 i 东南大学硕士学位论文 起了很大的促进推动作用，自动化仪表及传感器技术的发展为制冷空调产品性能试验装置测控系统 的发展提供了有利的条件。反过来，测控系统自动化程度高的试验装置服务于制冷空调行业，促进 了制冷空调行业产品质量水平和产品开发能力的提高。 2 0 世纪6 0 年代，我国制冷空调行业步入发展阶段，开始自行设计建造制冷产品性能试验装置， 但是当时我国的制冷空调产品种类不多，技术水平与国外发达国家差距较大，产品种类少，产品标 准不多，产品试验装置更少，以制冷压缩机性能试验装置为主，并且受当时技术条件限制自动控制 水平低，几乎全是人工读数测量，手动调节工况方式，技术水平与国外发达国家相比只处于初级阶 段垆j 。此时，流量测量采用人工计时称重法，温度测量采用玻璃棒温度计，压力测量采用指针式压 力表，电流、电压、频率、功率、功率因数等电量测量采用指针表，由人工读取数据，系统误差与 偶然误差较大。工况的调节由试验操作人员调节手动阀门调压器等执行机构，稳定速度和稳定精度 受人为因素的影响大，试验人员的工作强度大，试验费时耗能，效率低。实验数据处理亦是采用人 工计算结果，易出错。装置中的设备控制采用继电器一接触继电器，线路复杂，缺乏灵活性且可维 护性差，测控系统的自动化程度基本上处于空白状态，处于人工手工阶段。 到t s o 年代中期，国家以经济建设为中心，深化改革、扩大开放的春风吹遍祖国大地，兴旺的 市场对制冷空调产品提出了日益增多的需求和越来越高的功能要求，各类制冷空调产品的技术标准 也相继颁布出台，相应的试验技术和试验装置也被大多数企业所重视。为了进一步完善制冷空调产 品的检验规范，提高产品性能质量，优化产品功能结构，合肥通用所建造了国内第一套符合国内、 国际标准的单元柜式空调器空气焓差法试验室和平衡型房间量热计试验室，一些企业也投人资金建 造了产品试验装置【“。这些试验室和装备的试验装置大都采用了当时国产的单元组合式仪表。自动 化仪表初步被运用于制冷产品性能试验装置测控系统中，这一阶段的仪表主要以模拟仪表为主，模 拟仪表线路简单，抗高频干扰性能好。但其灵活性较差，调节参数设定范围小，控制规律靠硬件完 成，不灵活，且仪表体积较大。试验参数的获得方式受当时传感器精度水平的限制，以传感器辅助 人工读数为主。数据处理还是采用人工计算试验结果，手写试验报告，绘制分析曲线。这些虽然能 满足当时条件的要求，但试验工作量大，试验周期长。而当时国外的试验装置大都采用了计算机数 据采集处理等先进的技术和手段，采样和测试的工作量小，重复性和准确度高。为缩短与国外先进 水平的差距，提高我国制冷空调产品的试验检测水平、效率和测试准确度，有些单位开始从国外引 进较为先进的产品试验技术和试验装置【6 l 。如江淮仪表厂、合肥通用所都先后从日本大西热学引进 了第二制冷剂量热器法压缩机试验装置和房间热平衡型空调器试验装置。这些试验装置的引进，对 后来国内测试技术、测控系统的改进的发展起到了非常积极的推动作用。 从2 0 世纪8 0 年代后期开始，制冷空调技术不再单一地为生产工艺、试验研究服务，逐步在国民 经济各个领域和人民生活的各个方面广泛应用。制冷空调行业的发展开始加快，我国在加大自主开 发新产品的同时，也开始与国外企业合作。我国的制冷空调产品水平日益提高，品种增加，新标准 出台，由于新标准中的试验方法大都等同采用国际先进标准。依据新标准，研究单位和企业相继自 行设计、建设了新的试验装置，新装置的技术水平和制造水平及测量仪表水平都达到了一个新高度 1 7 - 9 1 。国内不少企业从日本、美国等国家引进了汽车空调器、房间空调器、汽车空调压缩机、房间空 调器压缩机等性能试验装置。与此同时，我国的制冷空调产品试验装置的设计制造也开始了新的飞 速发展【l l l ，是新科技、新技术、新材料、改革开放推动了我国制冷空调产品试验装置的发展和水平 的提高。到了9 0 年代中期，我国的制冷空调产品试验装置在国内制冷空调企业的占有率达n 9 5 以 上。许多企业涉足制冷空调行业，使得在市场竞争中，产品质量至关重要。制冷空调产品性能试验 装置的市场需求量开始增多，但试验装置落后的测控系统越来越不能适应需要，当时国外的试验装 置大都采用了计算机数据采集处理等先进的技术和手段，引进国外的先进试验装置却耗资巨大经 过努力和借鉴国外的先进技术，国内技术人员对试验装置测控系统进行了改造e 当时国内电子技术、 自动化仪表及传感器技术和计算机技术的发展水平使得数字调节仪表和数字式控制计算机被应用于 试验装置系统中成为可能。测控点的数据读取不再是人工方式，而是通过温度、压力、流量等传感 器、变送器送入数据采集器，但此时的数据采集器多为在计算机中插入a d 接口板，数据采集的速 2 第一章绪论 率低；工况参数的调节控制由数字调节器完成，不仅可靠性高，并且灵活性好。较之从前，大大缩 短了试验时间；试验人员的工作强度也大大降低，从繁琐的数据处理工作中解放出来。但是，在d o s 操作系统下开发的计算机测控软件，功能仅限于计算试验结果等单一的数据处理功能，未能将计算 机物尽其用。测量控制系统主要还是分立元器件的组合，控制方式单一，与当时引进的国外试验装 置相比，尚有差距。 到9 0 年代末，国内的制冷空调试验装置已随着行业产品和标准的发展到了一个新的阶段。依靠 全球性的科研创新平台，已达到世界级测试水平的春兰电器检测中心，率先建立起检测空调各种性 能的试验室体系，其中房间空调器热平衡试验室的各种设施、检测方法和标准，以及专业人员的技 术素质等均达到了世界一流。目前，国内及海外许多空调制造商纷纷建立自己的空调检测实验室， 购置更为先进的空调热卡计试验台，并按照春兰的房间空调器制冷量测试的终端试验方法和标准， 对刚刚推向市场和即将面市的各类空调进行房间热平衡试验。制冷空调行业的飞速发展，产品向多 品种、高品质发展的趋势，行业企业对制冷空调产品试验装置的重视程度逐渐提高，电子技术的日 新月异，使计算机技术和仪器仪表技术缛以迅速普及与发展，工业控制p l c 技术业已成熟，这一切 为制冷空调产品试验装置测控系统的改进提供了更加宽阔的空间。而在这种情况下，国内开始出现 专业从事制冷空调产品试验装置的单位，开始研制开发具备全自动测控系统的制冷空调产品性能试 验装置测控系统，目前，我国制冷空调产品试验装置测控系统从技术水平、开发能力、自动控制水 平、数据采集、计算机软件等方面均可以与国外发达国家相抗衡，就有控制精度高、工况稳定性好、 抗干扰能力强等优点，并且我们还具备价格、售后服务、软件更新等优势。 1 2 2 研究现状 1 制冷空调试验台研究现状 我国初期的制冷空调试验装置只是针对某一种型号规格的产品进行测试，不同的制冷空调产品 就需要多个试验装置与之配套”“。有的企业根据自己的产品和生产实际，为了节省资金，减少重复 建设，往往要求将多种产品的试验装置有机地合建在一起，成为综合性的配套试验装置。例如：风 冷单元式空调机和水冷单元式空调机由于具有同样的室内侧测试条件和主侧测试方法，可合建在一 起1 1 3 j ：风冷冷水机组和水冷冷水机组由于具有同样的冷媒水侧测试条件，也可以建在一起；风机盘 管和空调器都有同样的环境条件，因而也可以建在一起，等等。这样的试验装置很大程度上节省了 资金投入和场地占用，但不足之处是同时进行试验的产品种类有限，整个装置比较复杂，对操作人 员有较高的技术要求。 新技术、新材料和新工艺的出现促进了试验装置结构上的改进。例如：聚苯和聚氪脂保温板被 广泛地用于空调器试验室的围护结构，以替代原来的砖混墙体；管道混流技术的应用使水冷冷水机 组试验装置去掉了传统的循环水池，大大提高了试验效率并减少了占地面积；红外热像技术被用于 测试空调温度场等等。所有这些使空调试验装置的研制与建造成为跨专业学科的一项综合性应用技 术。 为了扩大产品的覆盖面，使产品适应各地环境，需要空调产品能够在各种恶劣的环境条件下有 效地运行，这就对我们的试验装置提出了更高的技术性和可靠性要求。首先，创造的温度范围变宽。 早期的试验装置大部分都不考虑热泵运行条件，试验间温度范围一般为一1 0 0 4 0 ，现在的空调 机除了考虑热泵运行，还要考虑除霜运行和低温运行，温度范围增大至- - 2 0 0 5 5 。特别是除霜 运行状态，机器处于不稳态运行，要求干球温度为2 ，湿球温度l ，因为是在低温状态下加湿， 创造试验环境条件的空气处理机极易结霜，控制难度很大1 1 6 1 。其次，供电电源规格增加。以前由于 产品大都在国内使用，而产品的应用场合有限，机器的供电为单相2 2 0 v5 0 h z 或三相3 8 0 v5 0 h z 。 随着空调机使用场合的变化，为了测试空调机在各种电压条件下的运行状况，试验装置提供的电源 电压应能在三相1 5 0 v 4 5 0 v 电压范围内连续可调。为了适应出口或其它特殊环境需要，有的装置 3 东南大学硕士学位论文 还需要提供6 0 h z 的电源。为了准确测试产品在恶劣气候条件下的运转情况，需要模拟各种恶劣气候 条件如刮风、下雨、降雪等i l ”。创造特殊的人工环境来考核产品的运行情况，以充分掌握产品的全 面性能【l “9 1 。这说明，试验装置已将产品单纯标准状态下的性能参数测试提升到各种试验条件下的 全性能测试。 随着空调设备、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，检测产品的性能，保证空调行业的良性发展，就需要对空调设备的性能进行科学的检验和衡量。 因此，设计具有良好可靠性、稳定性和精确度的试验台具有重大的意义。东南大学制冷空调热泵研 究所为促进制冷空调行业发展，从2 0 世纪8 0 年代初就开始了制冷空调试验装置的研究，试验新方法 的探索工作，8 0 年代末，该所先后自行研制了空调器风管热平衡性能试验台，空调器焓差法性能试 验台，该试验台通过运行，取得了较好的实际效果。9 0 年代初期，该所自行研制的空调器风管量热 计性能试验装置以其精度高，运行稳定，操作简单等优点i l “”，获得江苏省科技进步z - - 等奖。9 0 年 代末期，该所研制的空调器用换热器性能试验装置m j ，压缩机性能试验装置双双获得江苏省科技进 步三等奖。同期叉提出一种测量制热量的新方法一比率法i ，该方法与传统方法相比，具有精度高， 测试参数少，系统简单，操作更加方便等优点。几年来，东南大学制冷空调热泵研究所曾为江苏省 春兰集团，江苏省白雪集团，苏北冷冻机械厂，泰州商业机械厂，浙江商业机械厂开发过多种制冷 空调性能测试装置，通过多年的运行，这些试验台运行稳定，精度要求完全满足国家标准要求，自 动化程度也在不断的提高。 2 全自动测控系统的研制 制冷装置试验台的快速发展，必然导致与其配套的测控系统的变化。2 0 世纪9 0 年代后，我国制 冷空调产品试验装置自动化和数据采集分析水平、电子技术的飞速发展，带来了仪器仪表和计算机 产业的革命，制冷空调产品试验装置的自动控制和数据采集分析从硬件到软件都有了飞跃的进步 2 0 - 2 4 1 。信号测量已从手动变为完全自动的电测口5 1 ，所有需要测量的信号都被传感器转换成标准的电 信号，统一送到数据采集器转换成数字量，再由数据采集器送到计算机，由计算机中的软件进行处 理分析口6 - 2 7 传感器的精度越来越高，数据采集器已从计算机中的a r d 接口板，升级成有r s - 2 3 2 通 讯接口的数据采集器口”“，再变成采用i e e e a 8 8 标准的g p i b 总线连接的采集器，数据通讯速度提高 到1 5 m b p s 。可以在计算机上通过通讯接口设置仪表的工作状态，完成多通道的数据巡回采集监控 p 2 - 3 6 1 。p l c 的应用还可以实现让操作人员在计算机上进行设备的全自动运转控制。软件也从d o s 操 件系统下的b a s i c 程序升级到w i n d o w s 下开发的多任务应用软件，数据结构也采用了符合m i c r o s o f t o f f i c e 规范的数据结构，可以记录下整个试验过程中的数据，这些数据可以为大多数软件共享i j ”m ， 测试数据甚至可以通过网络传输到其他计算机上。试验的后处理分析软件可以对每次试验结果进行 各种分析对比，从而总结出有价值的信息p w 质量流量计的出现还改变了气体流量计法压缩机试验 装置的结构流程，原来庞大的试验系统变成紧凑的模块化结构，自动化程度也大大地提高了。这一 阶段制冷空调产品性能试验装置的测控系统的各个部分已不是各自孤立的，而是通过系统数据通信 总线互协作作完成试验任务。 3 制冷空调试验台测控系统控制策略的改进 在制冷试验平台的试验过程中，所有被检测的参数应在“试验运行工况”所允许的范围内，而计 算用的参数的最大允许波动值应在“试验测试工况”所允许范围内。试验工况参数达到试验要求后， 必须持续稳定约1 5 2 h ，以完成试验数据的采集，在数据采集过程中，如果工况参数的波动超过规 定值时，试验必须重新进行。因此，工况的稳定速度直接影响试验的效率，工况参数的持续稳定时 间( 即控制系统的抗干扰性能的好坏) 直接影响测试结果的准确性、可靠性。最初，试验工况多用 手动调节，调节一个工况不但耗时长，而且工况的稳定性差，试验的效率低，能耗高，此外对试验 4 第一章绪论 人员的操作经验有相当的要求。 在自动控制学科领域内，经典控制理论以传递函数、频率特性、根轨迹法等方法为设计手段， 解决了单变量系统的反馈控制问题。而现代控制理论利用动态规划、卡尔曼滤波理论等手段解决多 变量系统的优化控制问题。制冷空调试验台的试验工况采用计算机自动控制时，普遍采用p i d 控制算 法，基本能够满足控制要求，但系统的稳定时间比较长，而且p i d 参数的整定基本是靠人工通过经验 获得，工作量很大。无论是经典控制理论，还是现代控制理论，二者都是基于模型的，其实是有一 个基本的要求，就是必须知道被控对象的数学模型。由于试验台温、湿度参数的相互关联，以及环 境变化等不确定因素的存在，制冷空调试验台的熟力学模型难以精确确定，使得试验台工况控制系 统性能的提高和完善受到很大的限制。 近年来广为关注的模糊控制技术，对试验工况进行控制，一定程度的改善了控制系统的性能。 与传统的控制技术相比，模糊控制技术最大的特点就是不一定要知道受控对象的数学模型，其实施 方法是利用模糊数学的理论表达人的操作控制经验，进而模仿人的操作控制经验对受控对象进行控 制，因此，在系统模型复杂，已积累了一定的人工控制经验，传统控制理论应用受到限制的领域， 模糊控制技术得到了广泛应用。但是实施模糊控制时，一般都需要比较复杂的模糊推理，控制的实 时性会受到一定的影响。而且模糊控制的稳态误差有时比传统的p i d 控制要大，对试验工况控制这类 精度要求较高的控制问题，其影响不能被忽略。目前将模糊控制与p i d 控制结合使用一一即模糊p i d 控 制得到了广泛的关注，并且已经在某些领域得到了成功的应用。实施模糊p i d 控制有两种方法：一是 在工况调节的初始阶段，利用模糊控制当工况趋于稳定时，采用p i d 控制，减少稳态误差；另一种方 案是利用模糊推理技术整定和调节p i d 参数，提高p i d 控制的性能。采用模糊p 1 d 控制将使得制冷空 调试验平台的测量精度和稳定性进一步提高，调控品质更加优良p ”“。 4 制冷空调试验台测控系统的网络化发展 随着计算机技术、控制技术、电子技术的发展，我国制冷空调试验平台测控系统的发展先后经 历了四个阶段：人工手工的初级阶段、自动化仪表的采用阶段、数字控制的引入和计算机数据采集 系统的采用阶段、全自动测控系统阶段。 目前全自动的制冷空调试验平台测控系统已经在全国范围内的制冷空调产品制造企业中得到了 广泛的应用，它具有自动化程度高、控制精度高、工况稳定性好、抗干扰能力强等优点。这一阶段 的测控系统在硬件设计上通常采用了工业控制p l c 以及众多的智能仪器仪表，同时测控系统的各个 部分不再是各自孤立的，而是通过系统的数据通信总线( 包括r s 一4 8 5 r s 4 2 2 串行总线或者g p i b 总线) 相互协作完成试验任务。另外在软件设计上采用了较先进的c s ( c l i e n t s e r v e r ，客户端朋务器) 模 式，软件的功能也不再局限于单纯的数据采集功能，更多地增加了管理与数据分析等功能，包括试 验管理、数据查询、测试结果趋势曲线分析、熟工性能曲线拟合等。但是目前的全自动制冷空调试 验平台测控系统应用的范围仅局限于局域网内甚至单台p c 上，监控工作也只能够在控制室内完成， 系统缺乏远程调试、远程监控、远程故障检测和分析等能力。 随着网络技术和软件技术的发展以及宽带网络的普及，基于i n t e r n e t 的远程监控系统已经开始在 一些自动化领域得到了成功的应用并起到了很好的效果。2 0 0 2 年，蔡松素等对我国制冷空调试验平 台测控系统的发展的过程与阶段进行了详细的论述，得出了建立基于i n t e r a c t 的制冷空调试验平台远 程测控系统将是制冷空调产品试验平台的一大飞跃。同年，p a u ll - h a il i n 提出了一个基于i n t c m e t 的 h v a c 监控系统结构，它综合了w e b 技术、互连同技术和直接数字控制技术，该系统能够使得用户 通过i n t e m e t l l p 可做出空调机组运行的更有效的能源消耗决定以及快速得到h v a c 系统的故障点从而 可以降低系统的停机时间1 4 ”】。 5 东南大学硕士学位论文 1 2 3 意义 随着科学技术的发展，制冷空调产品性能试验装置及其测控系统将日臻完善。开发出通用性强、 系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范、调 试方便、运行安全可靠，控制效果好、造价低等特点的测控系统将是行业努力的方向。先进的现场 总线结构将大大简化系统线路，计算机在测控系统中所起的作用将愈来愈大，甚至将可能替代常用 的调节仪器或者p l c ，起到核心的控制作用，计算机中应用软件功能也将日益强大，将大大减少试 验装置的硬件费用，尤其是宽带数据通讯网络系统的建成，将使制冷空调产品性能试验装置远程监 控系统的开发研制成为可能。 基于i n t e r a c t 的制冷空调试验平台监控系统代表了制冷空调试验平台监控系统的发展发向，开 发基于i n t e r a c t 的制冷空调试验平台测控系统，通过i n t e m e t 对试验平台进行远程的试验管理、实时 监控、历史数据查询、故障分析及系统的远程维护，弥补了现有的全自动测控系统的不足，用户在 世界上任何一个可以接入i n t e m e t 的地方，通过普通的浏览器客户端而不是专有的客户端软件即可 对整个制冷空调试验平台进行远程的监控、调试、维护、故障诊断和试验管理，从而弥补现有的全 自动监控系统的不足，将是制冷空调产品性能试验装置测控系统的一大飞跃1 4 ”。 1 3 本文的主要工作 本文在以恒温恒湿环境和空气焓差法测试装置为核心的制冷空调试验台的基础上，设计了该基 于i n t c m e t 的制冷空调试验平台远程监控系统。通过该测控系统，用户只需要通过浏览器而不是专 用的客户端软件就可以实现整个试验平台运行情况进行远程监控，实现对被测设备的远程性能测试、 故障诊断，试验管理等，并自动生成被铡设备的性能数据报表在本地予以打印。测控系统中通过采 用较先进的模糊自适应p i 控制算法，使得制冷空调试验平台的测量精度和稳定性得到进一步提高。 本课题的主要工作包括一下内容： 1 制冷空调试验台的测试原理 对制冷空调试验台常用的测试方法；房间量热计法和空气焓差法进行了介绍。并针对本文所采 用的空气焓差法，对其试验工况、测试标准进行了详细的论述，并对该基于恒温恒湿试验环境和空 气焓差法的测试平台的主体结构，设备组成，主要特点进行了详细的阐述。文中对当前常用的制冷 空调性能试验平台的测控方法进行了介绍，给出基于i n t e m e t 制冷空调试验平台远程监控系统的可 行性及必要性。 2 基于i n t e m e t 的制冷空调试验平台远程监控系统的设计 对基于i n t e r a c t 的制冷空调试验平台远程监控系统的开发平台做了详细的论述。结构设计上， 为了使系统具有远程监控、维护、诊断和试验远程管理功能，同时也让系统能够保留原有的制冷空 调试验平台全自动监控系统的优点，本文在系统结构上采用了b s ( b r o w s e r ，s e r v e r , 浏览器服务器) 和c s ( c l i e n t s e r v e r ，客户机服务器) 相结合的模式。并分别对系统的五大部分：现场监控服务器、 w e b 服务器、数据库服务器、浏览器客户端和现场数据采集与控制部分进行了设计。并从系统的升 级、维护及安全性方面做了深入的研究。 6 第一章绪论 3 模糊自适应p i 控制技术的应用 采用集中参数法建立空调系统数学模型，在假设测试室室内的空气不和室外的空气进行流通， 而且密闭性良好，室内室外无直接热传递和室内各点温度趋于均匀的条件下，得出了测试室空调系 统数学模型和测试室负荷干扰数学模型。详细阐述了模糊自适应p i 控制的实现方法、隶属度函数确 定、模糊规则的建立、解模糊模糊量过程等。并对常规的p i 控制与模糊自适应p i 控制进行了试验 对比，试验比较得出模糊自适应p i 控制结合了p l 控制和模糊控制两者的优点，提高了控制系统的 适应能力，改善了系统的动静态品质，更适合空调系统的控制的结论。 4 测试误差分析 根据国家标准中规定的制冷、制热量计算公式，以制冷量的求解为例，建立制冷量测量中不确 定度计算