自動電飯鍋能效快速智能檢測設(shè)備的研制

毛立 蔣科 馬志華

（江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局機(jī)電產(chǎn)品及車輛檢測中心 江蘇無錫 214174）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，居民用電量迅速增長，各種家用電器消耗著越來越多的能源。為緩解能源供求矛盾，我國提出了“能源開發(fā)與節(jié)約并重，把節(jié)約放在首位”的方針。1998 年1月1日實(shí)施《中華人民共和國節(jié)約能源法》，2005年3月1日正式開始實(shí)施《能源效率標(biāo)識管理辦法》的法規(guī)。能效標(biāo)識直觀地明示了用能產(chǎn)品的能源效率等級、能源消耗指標(biāo)以及其他比較重要的性能指標(biāo)。最初，人們都把注意力集中在電冰箱、空調(diào)器、洗衣機(jī)等大型家用電器以及少數(shù)照明器具和工業(yè)設(shè)備上，首先制定實(shí)施能效標(biāo)準(zhǔn)的也是冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等大家電產(chǎn)品。然而，小家電由于產(chǎn)品數(shù)量的巨大，所消耗的能源也是不容忽視的。2008年10月20日GB 12021.6-2008《自動電飯鍋能效限定值及能效等級》代替GB 12021.6-1989《自動電飯鍋效率、保溫電耗限定值及測試方法》正式發(fā)布，并于2009年6月1日正式實(shí)施。

2 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容介紹

GB 12021.6-2008標(biāo)準(zhǔn)有五個主要內(nèi)容，第一是自動電飯鍋的能效等級，第二是自動電飯鍋的能效限定值，第三個是自動電飯鍋的節(jié)能評價值，第四是自動電飯鍋的待機(jī)能耗，第五是自動電飯鍋的保溫能耗。

2.1 能效等級

電飯鍋能效分為 1、2、3、4、5共五個等級，等級1表示產(chǎn)品達(dá)到國際先進(jìn)水平，最節(jié)電，即耗能最低；等級2表示比較節(jié)電；等級3表示產(chǎn)品的能源效率為我國市場的平均水平；等級4表示產(chǎn)品能源效率低于市場平均水平；等級5是市場準(zhǔn)入指標(biāo)，低于該等級要求的產(chǎn)品不允許生產(chǎn)和銷售，詳見表1。

圖1 電路框圖

圖2 主控窗口界面

試驗(yàn)方法：測試時，初始水溫與環(huán)境溫度一致，用稱重法向內(nèi)鍋加水，達(dá)到內(nèi)鍋額定容積的80%，測量初始水溫t1，將熱電偶穿過鍋蓋，然后按試驗(yàn)條件通電，并用電度表測量電飯鍋的耗電能（量）。當(dāng)內(nèi)鍋水溫升到90℃時，立即切斷電源，讀取耗電能（量）。斷電后，由于發(fā)熱盤的熱容量及滯后原因，內(nèi)鍋水溫在斷電后還會上升，觀察水溫升高到下降為止，讀取內(nèi)鍋中水溫最高溫度值t2。按式（1）計(jì)算熱效率：

式（1）中：

η—熱效率，以百分?jǐn)?shù)表示（%），精確到小數(shù)點(diǎn)后一位；

G—試驗(yàn)前水量，單位為千克（kg）；

t1—試驗(yàn)前初始水溫，單位為攝氏度（℃）；

t2—試驗(yàn)后最高水溫，單位為攝氏度（℃）；

E—耗電量，單位為瓦時（W·h）。

2.2 待機(jī)能耗

對于具有待機(jī)功能的自動電飯鍋，其待機(jī)能耗設(shè)定在最高2W·h。能耗等級3級及以上的產(chǎn)品，其待機(jī)能耗不允許超過1.6W·h。

試驗(yàn)方法：測定自動電飯鍋在待機(jī)狀態(tài)下4h的能耗，然后計(jì)算出每小時的耗電量。

2.3 保溫能耗

保溫為自動電飯鍋的一個重要功能。將自動電飯鍋的保溫能耗應(yīng)不大于表2中的數(shù)值。

試驗(yàn)方法：向內(nèi)鍋加入額定容積80%的水并通電加熱，待水溫達(dá)到90℃時強(qiáng)制使器具進(jìn)入保溫狀態(tài)，并同時開始記錄耗電量。在第4小時、4小時30分、5小時三個時刻點(diǎn)，分別測量溫度值，取三次讀數(shù)的平均值為保溫溫度。實(shí)驗(yàn)過程中，保溫溫度在60℃~80℃之間。測定5h內(nèi)的耗電量，然后計(jì)算出每小時耗電量。

3 自動電飯鍋能效檢測設(shè)備軟硬件設(shè)計(jì)

自動電飯鍋能效檢測行業(yè)目前還處在一個起步發(fā)展階段，檢測技術(shù)尚不成熟，僅是利用電壓表、功率表、電能表等試驗(yàn)儀器，再通過搭接線路等方法進(jìn)行能效等級等方面的檢測，此種檢測方式存在一些弊端。

1）自動化程度低，導(dǎo)致檢測人員工作量大；

2）操作比較繁瑣，影響檢測效率；

3）間接讀數(shù)，影響檢測精度；

4）能效檢測溯源性差。

因此很有必要針對標(biāo)準(zhǔn)研制出快速準(zhǔn)確的檢測設(shè)備。

如圖1所示，電飯鍋能效智能檢測儀的電氣結(jié)構(gòu)包括：測試電源輸入接口通過電源通斷裝置連接測試電源輸出接口，所述電源通斷裝置的控制端連接控制模塊，所述控制模塊通過RS485接口連接觸摸屏。電能表、電壓表也連接觸摸屏，電能表、電壓表的輸入端連接在電飯鍋的待測回路中?？刂颇K的輸入端連接測溫探頭?？刂颇K還連接有蜂鳴器，在每項(xiàng)測試結(jié)束都有聲訊提示。

圖3 能效等級測試界面

圖4 待機(jī)能耗測定界面

圖5 保溫能耗測定界面

圖6 數(shù)據(jù)報(bào)表輸出界面

該檢測控制系統(tǒng)是HMI-PLC（人機(jī)界面-可編程控制器）的控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用昆侖通態(tài)的MCGS觸摸屏用于實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。PLC作為控制器用數(shù)字量輸入/輸出模塊對開關(guān)量進(jìn)行控制，控制現(xiàn)場繼電器的動作，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體自動協(xié)調(diào)動作，完成標(biāo)準(zhǔn)檢測的要求。PLC和監(jiān)控MCGS之間通過RS485通訊線進(jìn)行通訊，溫度、電壓和電能信號通過RS485總線送到監(jiān)控觸摸屏，并將其信息實(shí)時顯示出來，便于操作人員掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。

進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，要考慮標(biāo)準(zhǔn)中能效等級（熱效率）測試、待機(jī)能耗測定以及保溫能耗測定三方面測試需求。同時考慮標(biāo)準(zhǔn)變化及差異等方面，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的溫度及時間值可根據(jù)情況人為設(shè)定調(diào)整，以便測試系統(tǒng)擴(kuò)展和升級。根據(jù)需要，確定人機(jī)交互主控界面的顯示內(nèi)容分為4個界面。各個界面通過“取消”按鈕返回主控界面。如圖2所示，主控界面主要用于功能選項(xiàng)的選擇及顯示設(shè)備運(yùn)行狀況。

能效等級測試：系統(tǒng)要求測試人員自己設(shè)定內(nèi)鍋中水的質(zhì)量，擬定水溫值。放置測溫探頭，按“開始”按鈕，系統(tǒng)對溫度、測試時間、電壓、功率、消耗電能等參數(shù)能夠?qū)崟r采集和監(jiān)控顯示，使被測電飯鍋內(nèi)水溫達(dá)到設(shè)定溫度值，系統(tǒng)會根據(jù)公式不斷的計(jì)算熱效率，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束停止，操作界面如圖3所示。。

待機(jī)能耗測試：系統(tǒng)要求測試人員自己設(shè)定待機(jī)時間。按“待機(jī)開始”按鈕，系統(tǒng)對測試時間、電壓、功率、消耗電能等參數(shù)能夠?qū)崟r采集和監(jiān)控顯示，當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)設(shè)定的待機(jī)時間時，系統(tǒng)根據(jù)待機(jī)消耗電能及已待機(jī)時間計(jì)算待機(jī)每小時消耗電量，操作界面如圖4所示。

保溫能耗測試：系統(tǒng)要求測試人員自己設(shè)定預(yù)熱水溫，第一、第二、第三次測定時間。放置測溫探頭，按“加熱水溫”按鈕，手動對水進(jìn)行加熱，當(dāng)加熱接近預(yù)熱水溫時會有報(bào)警提示，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)熱水溫時，人工強(qiáng)制使電飯鍋保溫，并按“保溫開始”，系統(tǒng)對電能表的讀數(shù)及保溫時間清零重新記數(shù)，實(shí)時采集和監(jiān)控顯示測試時間、電壓、功率、消耗電能等參數(shù)，記錄下三次時間點(diǎn)時測量溫度值，通過以上的記錄，系統(tǒng)計(jì)算三次的平均溫度，計(jì)算每小時的能耗，操作界面如圖5所示。。

數(shù)據(jù)報(bào)表輸出：在MCGS組態(tài)軟件中提供了歷史曲線構(gòu)件，可以利用此構(gòu)件關(guān)聯(lián)相應(yīng)的時間，溫度及電能等變量。運(yùn)行時，歷史曲線構(gòu)件能夠根據(jù)需要畫出歷史數(shù)據(jù)的趨勢效果圖，對于歷史數(shù)據(jù)的變化有一個很好的體現(xiàn)和描述，更具直觀和可比性。當(dāng)光標(biāo)放置到歷史曲線的某一處時就會在曲線上的某處出現(xiàn)一個表格，顯示光標(biāo)所處位置的時間及相應(yīng)時刻的值。如圖6所示，歷史數(shù)據(jù)顯示窗口橫坐標(biāo)表示時間，紅色曲線顯示實(shí)時的溫度，藍(lán)色曲線顯示實(shí)時電能。

4 結(jié)束語

自動電飯鍋能效快速智能檢測設(shè)備是針對GB 12021.6-2008設(shè)計(jì)開發(fā)專業(yè)應(yīng)用性設(shè)備。本研究的獨(dú)創(chuàng)新穎之處在于其集檢測能效等級（熱效率）、待機(jī)能耗、保溫能耗于一體；將觸摸屏與PLC結(jié)合使用的理念運(yùn)用在電飯鍋能效檢測系統(tǒng)中，其電量、功率、溫度、監(jiān)測采用觸摸屏顯示模式，做到了界面友好、簡單實(shí)用、穩(wěn)定高效，同時增加了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，有利于推廣實(shí)用。同時，具有數(shù)據(jù)存儲功能，便于數(shù)據(jù)研究和分析。

表1 自動電飯鍋能效等級

表2 自動電飯鍋保溫能耗

[1] GB12021.6-2008《自動電飯鍋能效限定值及試驗(yàn)方法》

[2] 北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司《MCGS嵌入版用戶指南》

[3] 北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司《MCGS嵌入版參考手冊》

[4] 肖威，李慶海.《PLC及觸摸屏組態(tài)控制技術(shù)》電子工業(yè)出版社.2010.08