基于LabVIEW的焓差室监控软件设计

邵伟恒，吴上泉，邵 鄂（工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610）

基于LabVIEW的焓差室监控软件设计

邵伟恒，吴上泉，邵 鄂
（工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610）

针对焓差室实时监控的复杂性，数据采集的多样性，基于LabVIEW设计了焓差室上位机监控软件，实现了上位机数据采集、计算、存储及监控。该软件能够实时采集数据曲线，查看历史记录，控制下位机，实时报警及计算空调器性能参数等功能。该界面设计友好，在线参数设定方便及扩展性强等优点，具有较高的实用价值。

焓差室；LabVIEW；空调器

引言

空调器的检测方法主要有空气焓差法和房间型量热计法，在实际使用过程中，生产厂家为了兼顾测试空气调节机组的类型、出风形式、测试过程要求等，通常选择空气焓差法作为试验方法[1]。

空气焓差法不仅能进行静态试验来测试空调制冷产品的制冷能力和制热能力，而且同时能进行非稳态性能的实验，如空调器季节节能能效比试验。空气焓差法试验装置可以对空气干、湿球温度风量以及房间空调器的输入功率等参数进行连续繁琐的采样测量。

目前，对焓差室上位机测试软件的研究中：吴姮、胡卓焕等人[2]采用VB作为开发工具，经过复杂的编程实现了测试平台的研究与设计，系统的开发周期长，不能针对性设计。陈进、刘仕杰等[3]提出了基于力控的焓差室软件设计方案，但其监控界面不够友好和直观，操作性不强。王玉叶[4]设计的中央空调监控系统，在信息采集、处理和存储方面的工作远远不够。为了能够实时显示采集曲线，查看历史记录，控制下位机，实时报警及计算空调器性能参数及界面友好-直观-操作性强等功能，提出了基于LabVIEW的焓差室上位机监控软件设计。

1 软件架构设计

焓差室上位机软件主要实现的功能是：①下位机实时监控及报警；②数据存储；③数据曲线显示；④空调器性能计算。从层级结构上分主要有三层：①用户交互层；②功能函数层；③下位机硬件通讯层。

1.1 下位机通讯设计

焓差室硬件在一般采用控制仪表+采集仪表+PLC的控制和数据采集策略[5]。上位机软件需要与下位机中的数采，PLC，控制表及功率表进行通讯。因此该部分需要在弄清楚各个模块的通讯协议的基础上进行第三层下位机硬件通讯层程序的编写。

目前主流通讯接口分为如下几种：Rs485两线总线型接口(如控制仪表UT55A，热电偶采集器DA100，部分国产数字功率计等)，Rs422双工通讯接口(部分PLC)，Rs232串行通讯接口(WT310功率仪表)和以太网口(MX100数据采集器)等。

图1给出了针对PLC的LabVIEW驱动设计流程图。由于控制柜中大部分都存在触摸屏，因此，上位机在设计时需要LabVIEW采用用户中断的处理方式，只有在用户点击面板时触发中断执行命令，在未触发中断时实时读取下位机PLC信息。且LabVIEW通讯允许写入/读取PLC的中间继电器，不可以写入输出继电器，但能读取PLC输入I和输出O信息。

在设计PLC与LabVIEW通讯时要注意两点：第一，用户的任何开关冷机，风机，加热及加湿的操作，都需要采用中断的方式进行，通过中断瞬间将要完成的动作通讯给下位机，且和实时刷新变量分开执行不会互相影响。第二，采用中断时，上位机LabVIEW需要并行引用COM口，这会导致在接收和发送之间的COM冲突，为了解决这个问题，需要在LabVIEW中将PLC通讯子VI化，该子VI包括每一次的数据写入和读取操作，并且将子VI设置为不可重入的方式。

针对其他COM口的设计与PLC的设计类似，但是在设计COM通讯程序时，针对固定帧数据格式，适用“发送代码——读取固定个数数据——判断解析数据”的方式；而对于像DA100这种部分通道不连接就不输出相应数据的变化个数协议模式，适用“发送数据——等待固定时间——一次性读取数据——解析数据”的方式，这样可以保证在后续更改连接方式时不会导致软件读数错位和读数等待卡顿现象。这也是LabVIEW提供多种操作COM函数的原因之一。

针对硬件的通讯和监控程序设计，图2给出了焓差室上位机监控界面图。该图能够有好的完成焓差室控制命令，同时能够显示用户关心的各种数据信息。图2中室内侧开关可以实现冷机，加湿器，加热器及风机的自动开启，无需用户手动逐个点击。同时总开关能够实现所有设备的有序启停。对于环境控制设备的保护需要在PLC程序中预先设计好。

1.2 数据存储设计

图1 PLC驱动设计流程图

空调器测试所要采集和存储的数据包括参与计算的9组数据，与控制相关的3组数据，计算所得的必要中间数据以及热点偶数等。所有这些数据均需要按照时间顺序进行存储，以便方便显示曲线，查看历史记录。

本系统数据库的设计采用TDMS格式，可以完成对产生数据的各种操作，如实时数据处理、历史数据存储与查询、统计数据处理、报警及数据服务请求处理等。本软件将数据分成不同的组别(如电参数组，数采组，性能计算组，测试数据组)，每一组由不同的通道组成，且第一个通道是时间，方便数据查询与记录。在数据采集的每个周期均需要执行“打开TDMS文件->写入存储数据->关闭TDMS文件”的过程，如果不执行关闭文件在软件遇到突然关机情况下无法保存数据。

1.3 空调器性能计算

焓差室空调器性能的测量采用风洞式焓差法测量结构，通过排风机对出风静压进行控制，同时采集进出风干湿球测空气焓值，通过采集风量测量装置进行风量测量。风洞式焓差法数据采集包括计算数据和判稳曲线数据，与空调器性能计算相关的数据主要包括9组测量数据，分别是：进出风干湿球，喷嘴前温度，大气压力，喷嘴前后压差，喷嘴前气压，喷嘴直径[6]。制冷量和风量计算公式如下：

图3给出了焓差室能力及不确定度计算软件设计部分。该软件可以计算焓差室的制冷量，风量（出口或标准），焓值（进风和出风），空气物性参数等空调器常用性能参数，同时也输出相关实验室测量不确定度。分别提供了能力不确定度，制冷量不确定度评定和能效比评定三个页面。测试的最终数据可以会被读取到该工具内，帮助用户确定测量结果的B类不确定度。A类不确定度需要进行多次独立测量来确定。通过图3可以计算所有跟空调器能力有关的所有中间数据。同时可以帮助使用者判断风速是否满足要求，以及帮助实验室校准漏热系数的确定。

2 软件测试验证

为了验证软件设计的合理性，本文基于焓差室硬件设备对软件的计算结果，稳定性和可靠性进行了验证。

图2 焓差室上位机监控界面图

本文在2.7 kW的试验空调机测试的基础上进行实验验证。焓差室软件中实时曲线显示如图4所示该界面提供了四组曲线，分别为判稳曲线，电参数曲线，性能参数曲线和热电偶曲线。图4中显示出性能参数曲线图，右侧给出曲线在光标区间的最大值最小值以及平均值，方便测试员寻找稳定的时间区间，该软件可以实现手动自动选择测试报告起始时间，显示光标所在位置实时信息。菜单栏给出了打印曲线、生产报告和帮助选项，以方便测试人员进行后续处理。表1给出了焓差室测试数据平均值及计算结果数据。通过图2、图3、表1和图4得出本文设计的软件满足焓差室实时显示和计算的要求。

图3 焓差室能力计算软件

图4 焓差室实时曲线图

表1 焓差室测试数据

3 结语

本设计针对焓差室上位机软件测试功能，设计了基于LabVIEW的焓差室上位机监控系统，该系统能够友好的完成焓差室下位机设备的监控和报警，能够准确的实现焓差室能力的计算，可以实时显示测试曲线，打印输出报告等功能。此外该软件还提供自动判稳，数据TDMS存储。经过原有设备测试验证，该软件能够很好地实现空调器性能测试，减轻了测试人员的工作负担，测量准确，各个变量管控运行可靠，组态界面直观友好，实时监控流畅，具有很高的实用性和推广价值。

［1］王志远， 徐志亮.焓差法实验室制冷系统的控制策略［J］.低温与超导，2008， 36（8）：70.

［2］吴姮， 胡卓焕， 余敏，等.焓差室空调性能测试台的研究与设计［J］.测试技术学报， 2011， 25（3）：239-244.

［3］陈进， 刘仕杰， 李桥，等.基于力控的焓差室空调器性能测试监控系统［J］.计算机测量与控制， 2014， 22（4）：1079-1082.

［4］王玉叶.关于基于组态的中央空调教学模型监控系统的设计［J］.滁州学院学报， 2010， 12（2）：26-28.

［5］顾海勤， 杨奕， 全毅.PLC与智能仪表在热泵远程监控系统中的应用［J］.自动化仪表， 2013，34（11）：39-42.

［6］ 齐淑芳， 李芳， 彭飞， 等.房间空调器空气焓值法的测量不确定度计算［J］.制冷技术， 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

邵伟恒（1989-），男，硕士，河北围场县人，助理工程师，从事电子电器产品可靠性及自动化检测技术的研究。