摘要: 本文分析了門窗檢測儀的工作原理，提出了風(fēng)壓的要求，針對過去用電磁閥控制風(fēng)壓的缺點，提出了直接采用變頻器控制風(fēng)機(jī)方案，VACON變頻器具有可編程功能，編程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一個符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的圖形化的編程工具。風(fēng)壓控制控制中采用了PID控制算法，對傳感器信號進(jìn)行了非線性補償，完成對風(fēng)壓的控制。用此方案研制的門窗試驗機(jī)具有噪音小、高效、節(jié)能、生產(chǎn)工藝簡單、實驗操作方便等優(yōu)點，具有很好的市場推廣價值。
關(guān)鍵詞: VACON變頻器；門窗檢測儀；PID 控制；
中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A


1 引言
　　本系統(tǒng)根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7106-2002、GB/T 7107-2002、GB/T 7108-2002所規(guī)定的檢測方法，對建筑外窗三性（抗風(fēng)壓性能、氣密性能、水密性能）進(jìn)行檢測。控制系統(tǒng)軟件采用VB、VC與OPC（OLE for Process Control）技術(shù)相結(jié)合的形式編寫,
門窗檢測儀應(yīng)用于工廠、建筑工程質(zhì)量檢驗站、建筑公司、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所、科研院所等的生產(chǎn)檢驗、開發(fā)研究等，目前的門窗試驗機(jī)普遍存在著效率低、能耗大、噪音大、生產(chǎn)工藝復(fù)雜等缺點。我們研制的微機(jī)控制門窗檢測儀滿足最新國家標(biāo)準(zhǔn)要求，具有動態(tài)風(fēng)壓控制功能，完成門窗的三性檢驗。成本低、控制精度高、簡化生產(chǎn)調(diào)試過程、可靠性高、噪音低等優(yōu)點。
系統(tǒng)配置如下：
?工控機(jī)及外設(shè) 標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)計算機(jī)
?采集卡 研華高速、高執(zhí)行、多功能數(shù)據(jù)采集卡
?變頻器 VACON變頻器配備門窗檢測儀專用軟件
?傳感器 壓力傳感器、空氣質(zhì)量流量計、水流量計、位移傳感器等
?低壓電器 采用空氣開關(guān)、交流接觸器、熱過載繼電器、小型中間繼電器、限位開關(guān)等進(jìn)口低壓電器實現(xiàn)對電機(jī)、閥門的直接控制。

2 門窗檢測儀工作原理及功能特點
　　XMCY-CP為一款全新的真正意義上的全變頻調(diào)速CP系列門窗檢測儀。這是窗檢儀生產(chǎn)歷史上劃時代的一次革命。此系列檢測儀采用上位機(jī)、采集卡、VACON變頻調(diào)速器相結(jié)合的形式。配有VACON變頻器風(fēng)機(jī)壓力控制專用軟件。利用上位機(jī)輸入數(shù)據(jù)簡單方便、數(shù)據(jù)處理靈活高效的特點進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入、處理并打印。利用研華采集卡的高速性實現(xiàn)運行中位移、水流量、空氣流量、閥門狀態(tài)等參數(shù)的高速采集，利用其高執(zhí)行性控制水泵、各閥門的起停及換向。利用具有可編程功能的VACON變頻器實現(xiàn)降噪、節(jié)能及調(diào)速。此款組合是目前窗檢儀生產(chǎn)領(lǐng)域里最簡單、方便、高效、精確、省時、環(huán)保的控制方式,并且具有通訊功能。

3 變頻器控制風(fēng)壓系統(tǒng)設(shè)計原理
　　由于控制系統(tǒng)要求多段風(fēng)壓控制，控制時必須采用閉環(huán)控制。利用VACON變頻器具有可編程功能，用模塊化編程工具Vacon NC1131-3 Engineering, NC1131-3是一個符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的圖形化的編程工具，它可以用來設(shè)計Vacon NX特殊的控制邏輯和參數(shù)。I/O模塊以及Vacon 的高級軟件為系統(tǒng)工程師提供了一個理想的平臺。NC1131-3結(jié)合了框圖功能來定義功能模塊圖(FBD)梯形圖(LD)和結(jié)構(gòu)文本(ST)。它包含了基本功能模塊和高級功能模塊，如各種濾波器，PI控制器和積分器。NC1131-3可以創(chuàng)建參數(shù)，故障信息和其他與應(yīng)用相關(guān)的特性。開發(fā)其專用程序，用變頻器直接控制風(fēng)機(jī)，達(dá)到控制風(fēng)壓要求。系統(tǒng)控制模式通過編程實現(xiàn)，變頻器具有兩個標(biāo)準(zhǔn)模擬電流輸入端，六個開關(guān)量輸入端，一個模擬量輸出端，兩個繼電器輸出端，一個集電極開路輸出端。變頻器控制風(fēng)壓系統(tǒng)框圖如圖1


風(fēng)壓檢測采用輸出為4mA~20mA電流信號的壓力傳感器，為提高精度，選用±6000Pa, 0~1500Pa, ±600Pa三塊壓力傳感器。預(yù)備加壓正負(fù)壓檢測, 氣密性檢測正負(fù)壓檢測采用±600Pa 壓力傳感器。水密性穩(wěn)定檢測和水密性波動檢測采用0~1500Pa壓力傳感器?？癸L(fēng)壓正負(fù)壓檢測采用±6000Pa 壓力傳感器。風(fēng)壓設(shè)定通過變頻器的DIN2,DIN4,DIN5,DIN6開關(guān)量輸入端設(shè)定，四個開關(guān)量可確定16個工作模式，每種工作模式對應(yīng)一種壓力檢測。每種壓力檢測的壓力設(shè)定和工作時間由變頻器編程實現(xiàn)。

4 XMCY-CP全變頻調(diào)速CP系列門窗檢測儀操作方法
　　控制軟件主菜單中由“文件”、“數(shù)據(jù)”、“檢測”、“幫助”等命令，將彈出相應(yīng)的下拉菜單，在下拉菜單中選擇相應(yīng)的命令。
一. 填寫實驗參數(shù)
用鼠標(biāo)單擊主菜單上“數(shù)據(jù)”命令，選擇“填寫參數(shù)”。隨即彈出填寫參數(shù)對話框。

二. 開始檢測
單擊主菜單上“檢測”命令，彈出“檢測”窗體，開始檢測。檢測分為‘手動’和‘自動’。同時在工具欄上將顯示應(yīng)用程序“OPC Server-Vacon”。
下面以水密性自動檢測為例進(jìn)行說明。單擊“自動”→“水密性”按鈕，或單擊工具欄“水密性”圖標(biāo)，彈出如圖2所示窗體。
首先，選擇試件代號；
然后，選擇一種檢測項目；
最后，按下“開始”按鈕，開始自動檢測。
檢測結(jié)束后“結(jié)束”按鈕自動彈起，顯示“開始”按鈕。檢測過程中如果需要結(jié)束檢測可以隨時按下“結(jié)束”按鈕手動干預(yù)終止檢測。
風(fēng)機(jī)及變頻器出現(xiàn)故障時，窗口中風(fēng)機(jī)頂部的綠色標(biāo)志將變?yōu)殚W爍的紅色，清除故障后按下“故障復(fù)位”按鈕標(biāo)志將重新變?yōu)榫G色。


水密性的穩(wěn)定加壓和波動加壓每一級的檢測時間均為5或10分鐘，如果需要提前進(jìn)入下一級，可按下“跳過”按鈕即可進(jìn)入下一級。

三. 傳感器選擇
單擊菜單“傳感器”命令，彈出如圖6所示窗體。No1、No2、No3分別對應(yīng)三只位移傳感器，No4對應(yīng)空氣流量計，No5對應(yīng)水流量計。首先輸入分段數(shù)，然后按下“OK”按鈕進(jìn)行各段的修正，注意必須從0段開始從上而下依次進(jìn)行各段的修正，最后按下“WRITE”按鈕，對修正的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫入保存。

5. 實驗結(jié)果數(shù)據(jù)







6 結(jié)論
　　本系統(tǒng)充分利用了VACON變頻器具有可編程功能。實現(xiàn)了其它普通變頻器無法實現(xiàn)的功能。本系統(tǒng)如下優(yōu)點：
簡單、方便:取消了幾種控制閥門，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)變得非常簡單，操作和維護(hù)相應(yīng)變得簡單，降低了設(shè)備的故障率。占地小，節(jié)省實驗室空間。本系列窗檢儀的操作簡單，整個試驗過程是在程序的控制下自動實現(xiàn)的，并且自動記錄數(shù)據(jù)、生成報表。
　　高效、靈活:利用研華采集卡實現(xiàn)水流量、各閥門等的快速準(zhǔn)確控制。利用上位機(jī)進(jìn)行靈活高效的數(shù)據(jù)處理。用戶可根據(jù)實際情況對報表格式、曲線樣式等進(jìn)行任意修改。
最精確、直觀：傳統(tǒng)的手動控制方式操作人員憑借經(jīng)驗用手點動按鈕實現(xiàn)對壓力等模擬信號的動態(tài)過程控制，控制精度有限。本系列窗檢儀依靠VACON變頻器調(diào)速調(diào)壓原理實現(xiàn)比較精確的自動控制,采用PID自動運算，調(diào)整精度比手動控制有了很大提高。利用VB、VC與OPC技術(shù)相結(jié)合編制的用戶應(yīng)用軟件，可直觀實時的顯示設(shè)備各泵、閥門、限位的工作狀態(tài)及其傳感器的檢測數(shù)值。自動生成的采用Excel制作的數(shù)據(jù)報表及壓力差與撓度關(guān)系曲線圖清晰直觀。
　　省時、環(huán)保：與傳統(tǒng)的閥門調(diào)壓相比，本系列窗檢儀因為采用了全新的控制理念—，直接用VACON變頻器控制壓力源風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)壓，從而節(jié)省了中間環(huán)節(jié)，使調(diào)壓更快速，節(jié)省時間兩倍以上。采用變頻器技術(shù)很好的解決了設(shè)備的噪音問題，并且具有一定的省電節(jié)能作用，是新一代綠色環(huán)保型窗檢儀。

參考文獻(xiàn)：
1.陳國呈.《PWM變頻調(diào)速及軟開關(guān)電力變換技術(shù)》 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社 2001.
2.李永東.《交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)》 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社 2001.

作者簡介：
李巖(1966.7-)：男，遼寧省沈陽市, 講師, 碩士, 漢族，1999年畢業(yè)于北京理工大學(xué)自動控制系，在沈陽工業(yè)學(xué)院從事教學(xué)工作，研究方向交流調(diào)速系統(tǒng)、單片機(jī)應(yīng)用。