电器节能评估标准研究——以电饭锅能效检测系统为例

文 /陈 巍

终端用能电器的节能是实现“双碳”目标的重要路径之一。电饭锅作为最普遍的家用电器之一，较早被纳入能效标识管理目录。目前，《电饭锅能效限定值及能效等级》（GB 12021.6-2017）标准规定了电饭锅的能效等级和热效率、保温能耗和待机功率等指标的检测方法。电饭锅的能效检测对于新品开发、能效标识备案和监督抽查都是必不可少的。如果电饭锅的能效检测完全依赖检测人员手工完成，因操作环节较多，不仅检测效率较低，还会造成人为误差。因此，自动化的电饭锅能效检测系统对于企业实验室和第三方实验室都是有必要的。本文将介绍一套多工位的电饭锅能效自动检测系统。该系统只需极少的人工操作，就能实现试验用水的制取和加注、试验启停、数据记录、数据处理和报表输出，具有自动化程度高、检测效率高、数据准确可靠的特点。

一、系统构成和基本原理

围绕电饭锅的能效检测，整个系统构成可被划分成3个部分：水侧部分、电侧部分和控制测量部分。其中，水侧部分由净水器、制冷机组、恒温水箱、循环系统和注水装置等部件组成，可以实现试验用水的制取、温度控制和定量加注。电侧部分由变频电源、调压器组成，主要用于被测电饭锅的供电，可满足3个工位上在不同电压下同时进行3个不同测试。控制测量部分由可编程逻辑控制器（PLC）系统、触控显示器、上位机、数据采集仪、数字功率计、电子台秤、水路各控制器件和电路各控制器件等组成，用于试验各流程的控制、数据采集和处理。其中，PLC系统作为整个控制测量系统的核心，通过串行通信协议（MODBUS）与数据采集仪、数字功率计和电子台秤等仪表进行数据采集，通过数字量和模拟量I/O进行控制，其可脱离上位机独立运行。上位机与PLC系统通过以太网连接，以获取PLC系统的数据进行数据处理、曲线显示、报表和数据库管理。检测系统原理图和实际整体外观见图1和图2。

图1 多工位电饭锅能效自动检测系统原理图

图2 多工位电饭锅能效自动检测系统实际整体外观

二、系统关键功能

1.试验用水温控和加注控制

在GB 12021.6-2017中电饭锅热效率检测要求是：水的初始温度为（23±2）℃。若检测采用手工方法，则需提前准备好冷水和温水，试验时再进行勾兑至合适温度。系统水侧部分配备了由小型制冷压缩机组、电加热器、温度控制器和恒温水箱组成的恒温水制取装置。试验前，试验人员仅需设定所需试验用水的温度，装置会自动完成补水，然后快速制取约50 L试验用水，并能将水箱温度维持在设定温度±0.2 ℃范围内。

电饭锅热效率检测需要用称重法向锅内定量加注额定容积80%的水，系统配备有自动注水装置，试验人员只需输入电饭锅的额定容积并启动注水功能，装置就会自动计算需加注的水量并开始注水，在达到注水量设定值时自动停止注水。

电饭煲的自动注水量控制采用闭环控制方式，由PLC系统读取精密电子台秤的当前实际值作为反馈值，根据注水量设定值与当前反馈值的偏差大小，由PLC系统输出模拟量信号控制比例电磁阀的开度来调节注水速度的快慢。比例电磁阀的控制由驱动器输出脉冲宽度调制（PWM）信号来驱动。本系统采用的比例电磁阀调节比为1:200（最大和最小开度下的阀门流量系数值之比），可以精确控制注水流量。

整个注水过程按流量分为3个阶段：快速、中速与低速、注水结束阶段。对于常见容量的电饭锅，装置可在3 min之内完成试验用水的准确加注，加注精度可达±1 g。

2.试验启停控制和数据捕捉

电饭锅能效检测试验的启停控制和数据捕捉是系统的核心功能，依据GB 12021.6-2017试验方法的时序流程和检测过程中的特征点为控制逻辑，基于PLC系统实现。以热效率检测为例，试验流程大致分为启动点的识别、自动断电、最终水温的自动捕捉、试验终止和结果的计算。

电饭锅注水完成后，点击热效率试验开始按钮，设定电饭锅工作模式后，系统捕捉到加热元件启动的电流信号后，就判定该瞬间为试验启动点，并记录初始水温。在加热过程中，系统会全程记录温度参数和电参数，当检测到水温达到90 ℃后，系统会立刻自动切断电饭锅供电电源，并记录加热过程中的耗电量。断电1 min以后，系统开始捕捉最高水温，3 min内未检测到高于当前最高水温的温度值，系统就会终止试验，并以声光提示的方法计算输出检测结果。

3.测试软件和报表输出

系统配备了上位机和专用的测试软件，除了可以在触控显示器（见图3）完成控制操作外，也可以在上位机软件里完成所有操作。软件集成了试验信息输入、数据实时显示、曲线显示、数据处理、报表输出和数据回看等功能。试验结果除了能在软件界面上直接显示外，还可以输出定制格式的检测原始记录报表，这对于第三方检测实验室比较有用，不仅可以高效完成检测，还可以节省检测原始数据记录和处理的时间（见图4）。

图3 触控显示器操作界面

图4 热效率试验曲线（温度、功率、耗电量）

4.检测数据对比分析

在温度、质量和电参数测量仪表准确度相当，试验人员严格按照标准试验流程操作且数据处理无误的前提下，自动检测系统得出的数据，其准确度并不会明显优于人工测试得到的数据。但自动检测系统最大程度上减少了人为操作的环节，提高了试验的稳定性。从表1 的测试数据对比来看，自动检测系统得到的数据，无论是热效率，还是其他过程参数，其标准差都要比人工测试时改善不少。

表1 热效率人工与自动测试数据

此外，相比人工测试，自动检测系统最大的优势还是在于检测效率的提高。人工测试时，由于需要操作的环节较多，一个试验人员只能操作一套设备。而本自动检测系统集成了3个测试工位，由于操作简便，一个试验人员完全可以操作3个工位，同时进行3台电饭锅产品的测试。自动检测系统还大大减少了试验用水制取和加注时间、数据记录和处理时间、误操作导致的重复试验时间等，可以进一步提高检测效率。

三、结束语

上述基于GB 12021.6-2017的多工位电饭锅能效自动检测系统已经研制成功，并在上海市质量监督检验技术研究院家电能效实验室投入运行。经自动检测流程的规范，检测系统实现了试验用水制取和加注、试验启停、数据记录、数据处理和报表输出等流程的自动化，测试数据稳定可靠，检测效率高，在电饭锅产品的能效备案、监督抽查等检测任务中发挥了重要作用。下一步，由于电饭锅、电压力锅、电磁灶、微波炉等产品的能效检测方法差异不大，本系统通过简单的改造和软件优化，完全可以用于其他产品的能效测试，具有较好的扩展性和适应性。