VACON 变频器在XMCY-CP门窗检测仪上的应用

摘要: 本文分析了门窗检测仪的工作原理，提出了风压的要求，针对过去用电磁阀控制风压的缺点，提出了直接采用变频器控制风机方案，VACON变频器具有可编程功能，编程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一个符合IEC61131-3标准的图形化的编程工具。风压控制控制中采用了PID控制算法，对传感器信号进行了非线性补偿，完成对风压的控制。用此方案研制的门窗试验机具有噪音小、高效、节能、生产工艺简单、实验操作方便等优点，具有很好的市场推广价值。
关键词: VACON变频器；门窗检测仪；PID 控制；
中图分类号：TP273 文献标识码：A


1 引言
　　本系统根据中华人民共和国国家标准GB/T 7106-2002、GB/T 7107-2002、GB/T 7108-2002所规定的检测方法，对建筑外窗三性（抗风压性能、气密性能、水密性能）进行检测。控制系统软件采用VB、VC与OPC（OLE for Process Control）技术相结合的形式编写,
门窗检测仪应用于工厂、建筑工程质量检验站、建筑公司、产品质量检验所、科研院所等的生产检验、开发研究等，目前的门窗试验机普遍存在着效率低、能耗大、噪音大、生产工艺复杂等缺点。我们研制的微机控制门窗检测仪满足最新国家标准要求，具有动态风压控制功能，完成门窗的三性检验。成本低、控制精度高、简化生产调试过程、可靠性高、噪音低等优点。
系统配置如下：
☺工控机及外设 标准工业计算机
☺采集卡 研华高速、高执行、多功能数据采集卡
☺变频器 VACON变频器配备门窗检测仪专用软件
☺传感器 压力传感器、空气质量流量计、水流量计、位移传感器等
☺低压电器 采用空气开关、交流接触器、热过载继电器、小型中间继电器、限位开关等进口低压电器实现对电机、阀门的直接控制。

2 门窗检测仪工作原理及功能特点
　　XMCY-CP为一款全新的真正意义上的全变频调速CP系列门窗检测仪。这是窗检仪生产历史上划时代的一次革命。此系列检测仪采用上位机、采集卡、VACON变频调速器相结合的形式。配有VACON变频器风机压力控制专用软件。利用上位机输入数据简单方便、数据处理灵活高效的特点进行数据的输入、处理并打印。利用研华采集卡的高速性实现运行中位移、水流量、空气流量、阀门状态等参数的高速采集，利用其高执行性控制水泵、各阀门的起停及换向。利用具有可编程功能的VACON变频器实现降噪、节能及调速。此款组合是目前窗检仪生产领域里最简单、方便、高效、精确、省时、环保的控制方式,并且具有通讯功能。

3 变频器控制风压系统设计原理
　　由于控制系统要求多段风压控制，控制时必须采用闭环控制。利用VACON变频器具有可编程功能，用模块化编程工具Vacon NC1131-3 Engineering, NC1131-3是一个符合IEC61131-3标准的图形化的编程工具，它可以用来设计Vacon NX特殊的控制逻辑和参数。I/O模块以及Vacon 的高级软件为系统工程师提供了一个理想的平台。NC1131-3结合了框图功能来定义功能模块图(FBD)梯形图(LD)和结构文本(ST)。它包含了基本功能模块和高级功能模块，如各种滤波器，PI控制器和积分器。NC1131-3可以创建参数，故障信息和其他与应用相关的特性。开发其专用程序，用变频器直接控制风机，达到控制风压要求。系统控制模式通过编程实现，变频器具有两个标准模拟电流输入端，六个开关量输入端，一个模拟量输出端，两个继电器输出端，一个集电极开路输出端。变频器控制风压系统框图如图1


风压检测采用输出为4mA~20mA电流信号的压力传感器，为提高精度，选用±6000Pa, 0~1500Pa, ±600Pa三块压力传感器。预备加压正负压检测, 气密性检测正负压检测采用±600Pa 压力传感器。水密性稳定检测和水密性波动检测采用0~1500Pa压力传感器。抗风压正负压检测采用±6000Pa 压力传感器。风压设定通过变频器的DIN2,DIN4,DIN5,DIN6开关量输入端设定，四个开关量可确定16个工作模式，每种工作模式对应一种压力检测。每种压力检测的压力设定和工作时间由变频器编程实现。

4 XMCY-CP全变频调速CP系列门窗检测仪操作方法
　　控制软件主菜单中由“文件”、“数据”、“检测”、“帮助”等命令，将弹出相应的下拉菜单，在下拉菜单中选择相应的命令。
一. 填写实验参数
用鼠标单击主菜单上“数据”命令，选择“填写参数”。随即弹出填写参数对话框。

二. 开始检测
单击主菜单上“检测”命令，弹出“检测”窗体，开始检测。检测分为‘手动’和‘自动’。同时在工具栏上将显示应用程序“OPC Server-Vacon”。
下面以水密性自动检测为例进行说明。单击“自动”→“水密性”按钮，或单击工具栏“水密性”图标，弹出如图2所示窗体。
首先，选择试件代号；
然后，选择一种检测项目；
最后，按下“开始”按钮，开始自动检测。
检测结束后“结束”按钮自动弹起，显示“开始”按钮。检测过程中如果需要结束检测可以随时按下“结束”按钮手动干预终止检测。
风机及变频器出现故障时，窗口中风机顶部的绿色标志将变为闪烁的红色，清除故障后按下“故障复位”按钮标志将重新变为绿色。


水密性的稳定加压和波动加压每一级的检测时间均为5或10分钟，如果需要提前进入下一级，可按下“跳过”按钮即可进入下一级。

三. 传感器选择
单击菜单“传感器”命令，弹出如图6所示窗体。No1、No2、No3分别对应三只位移传感器，No4对应空气流量计，No5对应水流量计。首先输入分段数，然后按下“OK”按钮进行各段的修正，注意必须从0段开始从上而下依次进行各段的修正，最后按下“WRITE”按钮，对修正的数据进行写入保存。

5. 实验结果数据







6 结论
　　本系统充分利用了VACON变频器具有可编程功能。实现了其它普通变频器无法实现的功能。本系统如下优点：
简单、方便:取消了几种控制阀门，使得机械结构变得非常简单，操作和维护相应变得简单，降低了设备的故障率。占地小，节省实验室空间。本系列窗检仪的操作简单，整个试验过程是在程序的控制下自动实现的，并且自动记录数据、生成报表。
　　高效、灵活:利用研华采集卡实现水流量、各阀门等的快速准确控制。利用上位机进行灵活高效的数据处理。用户可根据实际情况对报表格式、曲线样式等进行任意修改。
最精确、直观：传统的手动控制方式操作人员凭借经验用手点动按钮实现对压力等模拟信号的动态过程控制，控制精度有限。本系列窗检仪依靠VACON变频器调速调压原理实现比较精确的自动控制,采用PID自动运算，调整精度比手动控制有了很大提高。利用VB、VC与OPC技术相结合编制的用户应用软件，可直观实时的显示设备各泵、阀门、限位的工作状态及其传感器的检测数值。自动生成的采用Excel制作的数据报表及压力差与挠度关系曲线图清晰直观。
　　省时、环保：与传统的阀门调压相比，本系列窗检仪因为采用了全新的控制理念—，直接用VACON变频器控制压力源风机进行调压，从而节省了中间环节，使调压更快速，节省时间两倍以上。采用变频器技术很好的解决了设备的噪音问题，并且具有一定的省电节能作用，是新一代绿色环保型窗检仪。

参考文献：
1.陈国呈.《PWM变频调速及软开关电力变换技术》 北京: 机械工业出版社 2001.
2.李永东.《交流电机数字控制系统》 北京: 机械工业出版社 2001.

作者简介：
李岩(1966.7-)：男，辽宁省沈阳市, 讲师, 硕士, 汉族，1999年毕业于北京理工大学自动控制系，在沈阳工业学院从事教学工作，研究方向交流调速系统、单片机应用。