电热水器节能及安全性能综合智能测试系统的研究

蔡万高 陈继宣 方温至

【摘要】本文采用技术整合的手段，把能效、耐水压、电参数、防电墙检测整合到一体，研制一种集能效限定值、节能评价值、能效等级、安全等多项检测功能于一体的电热水器节能及安全综合智能测试系统。通过搭建数据采集硬件模块，研发动态图像显示分析系统，并通过物理端口实现电脑实时监控。

【关键词】电热水器 技术整合 综合智能系统 自动测试 数据采集 实时监控

1引言

根据国家发改委、质验总局和认监委2008年第64号公告要求，从2009年3月1日起，所有市场上销售的储水式电热水器必须加贴能效标识。为适应形势发展，更好更快地为生产企业提供技术服务，必须要尽快建立电热水器节能及安全检测设备和检测技术。

国际上的能效测试技术不尽相同，一般采用24小时固有能耗损失来考核电热水器的能效。但其缺点是测量复杂，耗时长，测试费用高，不适合于国内的测试环境。国内由于标准刚刚实施，生产的仪器存在检测功能单一分散、自动化程度低、占用空间大、价格高昂、操作繁琐等缺点。因此，设计研发一种集能效检测和安全性能检测于一体、设备小型化、节能低噪型、性价比较高的智能综合测试系统是十分必要且紧迫的，同时也符合当前技术趋势的发展。

2实验原理

本测试系统依据下列标准的要求而设计：

GB/T20289-2006储水式电热水器；

GB4076.12-2006家用和类似用途电器的安全储水式热水器的特殊要求；

GB/T12113-2003接触电流和保护导体电流的测量方法；

GB21519-2008储水式电热水器能效限定值及能效等级；

本系统分别由以恒温水槽（#1罐）为核心的能耗测试装置和以压力罐（#2罐）为核心的压力测试装置组成。电气系统以西门子S7-200CN型PLC可编程控制器为主机，以嵌入式一体化工控机TPC1063E触摸屏作为人机界面。触摸屏通过RS-485接口采集多功能电量仪表测得的电压、电流、频率、功率、电能等参数并传给PLC。根据测试要求设计一个10KW专用稳压电源为热水器供电，其输出接电能表，电流经互感器送入电能表。漩涡泵由固态继电器控制，而固态继电器输入信号变压器、整流桥和电容提供。防电墙测试由专门设计的漏电检测单元实现。测试过程的温度数据通过串行通讯接口送给笔记本电脑。电脑里测试软件基于VISUALBASIC设计，将收到的数据自动存入EXCEL表格。

3实验装置和自动测试模块设计

本装置是将能效限定值、节能评价值、能效等级、安全等多项检测功能集成一体的电热水器节能及安全综合智能测试系统的试验设备。能耗测试模块界面如图1所示。特点如下：

（1）采用技术整合的手段，把能效、耐水压、电参数、防电墙检测整合到一体。利用人机分离计算机进行控制、操作试验，数据采集系统实时记录产品的多点温度、水温、水压、流量、电参数等数据进行记录并可存储。通过高精度数据采集、处理、分析及控制测试系统，实现了测试过程的智能化，大大提高了试验的效率，而且降低了操作人员的工作强度（如图1）。

（2）本装置采用在线仪器控制系统，实现供水系统的二合一。增加的“防电墙”功能的测试模块，实现了直接读取试验用水电阻率、温度、泄漏电流等功能。原先的防电墙性能试验是采用泄漏电流测试台单一进行试验试验方式单一，试验样品需多次进行重复灌水。现在采用集成试验方式，在热水能耗性能测试试验期间，当水温升至25℃左右时，直接切换到防电墙性能试验模式，试验方便准确，缩小试验周期。

（3）动态图像显示分析系统。使该系统具有自动高速测试并适时显示热水器整机工作曲线及数据的功能。根据曲线自动对被测热水器各项性能指标进行标准化分析，得出最终的热工性能指标参数，适时显示并自动进行合格与否判定。目前的类似设备都要对得到的大量数据通过人工计算才能得出结论。

（4）采用水冷系统设计，节能环保。较国内热水器能效检测设备采用的风冷机组，水冷不但冷却效果更好，而且噪音更低且做到冷却用水循环利用，有效做到了测试环节的节能环保。

（5）选取合适的温度传感器、信号放大器和数据采集卡搭建数据采集模块，确保能耗数据采集精度。

（6）利用虚拟仪器开发软件开发数据采集、处理、分析及控制测试系统。

（7）采用超声波水位传感器，多层次水位控制，缩短水温达标时间，提高检测效率，节约用水量，在0～200L范围内随意设定试验用水的容量，来实现多层次水位控制的目的，缩短水温达标时间，提高检测效率，节约用水量，环保节能。

（8）内胆压力测试系统。原先脉冲压力寿命试验都采用直接增压泵脉冲方式为储水式电热水器增泻压，试验增泄压的频率达不到高频率要求。本测试系统采用压力罐气压稳压方式保持试验用水的试验压力，水泵仅提供压力罐的试验用水，而不是直接作用于电热水器，经过电磁阀自动充泄转换压力管路，缩短单次脉冲压力试验周期和水压的误差，减少增压水泵的启动次数，提高试验的效率。脉冲压力寿命测试模块界面如图2所示。

此系统整合优化了能效检测和安全性能试验台；数据采集、处理、分析及控制实现全过程智能化；增加“防电墙”功能的测试模块；动态图像显示分析系统；采用水冷系统设计和内胆压力测试系统；采用进气出水和多层次水位控制方法，缩短水温达标时间，保持水压、水流、温度的稳定；耐水压测试与能耗检测一体两路。通过各项指标的在线检测，实现人机对话。

4结语

该试验设备用于测试电热水器电参数性能测试、储水容积测试、能效性能测试、防电墙性能测试、高压承压能力试验、脉冲压力寿命试验，该测试系统采用技术整合的手段，把能效、耐水压、电参数、防电墙检测整合到一体，互不干扰，改变了行业目前内只能单独检测某一项目的现状。为企业进行电热水器产品质量控制提供有力手段，又为企业节约了购置多套设备的成本，具有推广意义。利用PLC技术，自主研制了检测控制和数据处理分析软件，实现了在线检测过程的实时监控。系统具有操作方便、检测效率高等特点，创新性好，其能效检测自动化技术达到国内领先水平，填补了国内空白。

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