1、制冷系统性能检测软件设计方法第 4 卷第 2 期2004 年 4 月制冷与空调REFRIGERATIONANDAIRCONDITIONINGVo1.4.No.2April2004制冷系统性能检测软件设计方法聂扬胡益雄(中南大学土木建筑学院)摘要本文针对制冷系统性能检测设备的特殊性,结合软件工程的一般思想,运用模块化设计,提出了编制相应配套软件的一般方法.关键词制冷系统性能检测软件THERESEARCHONDESIGNINGPERFORMANCETESTSOFTWAREFORREFRIGERATINGSYSTEMNIEYangHUYixiong(CivilEngineeringInstitute
2、,CentralSouthUniversity,Changsha)ABSTRACTInthispaper,thegeneralmethodtOdesigningsoftwareforperformancetestdeviceofrefrigeratingsystemhasbeenputforward,inwhichthetheoryofsoftwareengineeringandmodularitydesignhasbeenapplied.KEYWORDSRefrigeratingsystemPerformancetestSoftware1 前言随着计算机技术的发展,暖通空调与计算机的结合越来
3、越紧密.其中测控类软件与硬件关系较为密切,专业性很强,一般需要暖通专业人士自行编写,难度较大,研究它的编制方法具有极大的现实意义.一套制冷系统的性能好坏,通常是以它在额定的工况下实际制冷量占名义制冷量的百分比来衡量.以列车空调单元式空调机组为例,按照铁道部标准 TB/T243293,规定的工况为蒸发器进风温度为 29,相对湿度 60%,冷凝器进风温度 35.不同的制冷系统额定工况也不尽相同.为了检测制冷系统的实际制冷量,常常借助计算机,控制空气参数达到并保持在额定工况的误差允许范围之内,并采集温度,湿度,风量等参数,由焓差法计算其实际制冷量.虽然不同制冷空调系统功能结构各异,测试方法也不尽相同
4、,但软件的编写却有其相同之处.下面,笔者将对这一问题作一初步讨论.2 硬件采集方案一个典型的计算机测控系统如图 1 所示:从传感器测得的温度,湿度等电量值必须通过?模拟量输入 AD 传感器 I一显示器+输.-一 J 入-q 模拟量输出 DAE 三兰执行计算机输机构出状态接数字量输入 DI 宦三三信号一口数字量输出 DoE 三兰工作信号图 1 计算机测控系统AD 转换才能被计算机识别,要控制的设备信号也必须由计算机通过 DA 转换和 DO 输出.这些都需要计算机以外的硬件设备来完成.由于检测软件与硬件联系比较紧密,不同的硬件采集方案,即使对同一个检测系统,软件代码也会有很大差异.应按照兼顾成本与
5、精度的原则,来确定其硬件采集方案.通常使用上下位机,与高性能板卡采集两种方案.前者成本低,使用灵活,但系统不够紧凑,通常还需对单片机进行专门开发和编程;后者有较高的精度,测量控制的物理量也较多,无需对硬件提供底层的编程,但成本较高.3 关于开发工具的选择无可非议,wINDOwS 是当今主流操作系统.在 WINDOWS 环境下,可视化的开发工具很多,如第 2 期聂扬等:制冷系统性能检测软件设计方法VisualC+,VisualBasic 等等 .虽然 VC 比 VB有很多的优点,但笔者认为对于此类软件件用 VB编写更具合理性.与 VC 相比,VB 界面编辑简单,能在短时间内做出精美实用的界面;此
6、外,VB 是解释程序,很方便单步执行,特别适合现场调试用.虽然 VC 执行速度比 VB 快,但对于现在的 P4 等高性能处理器来说这一点表现微乎其微.4 界面设计及软件功能笔者根据大量的实践经验,制冷系统的检测软件一般可分为以下几大功能:参数输入,实时检测,控制输出及控制逻辑,系统设置,故障报警,历史查询和系统帮助等构成.参数输入是被测试制冷系统的数据信息,如生产厂家,试验工况,名义制冷量等等,此部分一般由用户输入,来设定被测系统的一些初始参数.实时检测是通过计算机控制在用户设定的工况下,对制冷系统的各种参数,如温度,相对湿度,风量,压差等通过采集滤波,在界面上动态显示,监测整个测试过程.控制
7、输出及控制逻辑是软件的核心.用户在此界面上能监测设备的起停状态,及被控物理量随时间的变化关系.系统设置这一部分对高级用户非常重要,是高级用户通过软件与硬件打交道的唯一接口.它为用户提供板卡测试通道,传感器比例系数 K 和零点漂移系数 B 等硬件参数的修改.因为这些参数随系统的使用,会有所改变,如板卡通道要重置,传感器会发生零点漂移等等.这些参数一般用数据库保存,程序的功能也就是为用户提供一个终端,能实现数据库的修改,添加等基本操作.这样能使软件具有较好的可维护性.故障报警是检测系统中是否有传感器或执行机构的损坏,并给用户提示,以便及时更换被损部件,以此提高软件的容错性.历史查询是用户对已经做过
8、的实验进行详细参数的查询,并实现打印报表等功能.从纯软件的观点看,这也是一个数据库的基本操作.系统帮助,是为用户提供在线的疑难解答,这是每个软件必须的.5 代码的具体实现与大型的软件相比,检测软件相对来说是比较小的.但软件不论其大小都要满足可维护性,可移植性,易用性等要求,编码时应尽量采取结构化程序设计和面向对象的方法设计.笔者根据经验,将制冷系统性能检测软件采用体系结构的方法,把它划分为以下几个模块层次,其相互关系如图 2 所示.图 2 性能检测软件体系结构硬件底层驱动提供硬件与软件的最低级接口,通过访问数据库加载通道数,传感器放大系数,零点漂移等硬件参数,经过 AD,DI 得到温度,压力或
9、设备状态等物理量.以此为依据,按照制冷系统的控制逻辑,输出数字量和模拟量,控制风机,加热器等执行机构.检测的实时数据将在窗体上显示,历史数据也可让用户方便查询,打印报表.下面对每部分代码实现做一具体说明.硬件驱动模块为用户通过最底层的信息交换,将高级语言发出的指令代码翻译成底层硬件可识别的机器语言,并执行相应的操作.根据不同的硬件采集方案可分为上下位机与板卡系统.对于上下位机系统,它与计算机的数据交换主要是通过某种协议由串口通讯完成,因此计算机必须编写串口通讯程序,在单片机上也要用相应汇编语言编写程序,实现采集控制功能.对于板卡系统,这一部分可以省略,一般由厂商提供一 DLL 程序,只要加载到
10、工程中即可,它提供了对硬件的一些基本操作和接口,程序员可在此基础上直接编程.数据采集部分,对上下位机系统来说,这一部分主要表现为对串口缓冲区数据的处理.串口缓冲区得到一系列的二进制数,程序员根据通讯协议,将二进制数转为有意义的物理量,如温度,压力等.为保证通讯的准确率,必须加入相应的容错和校验代码.对于板卡系统可在 DLL 模块的基础上编写一些通用函数.以研华板卡为例 AIGetVaue(BoardName,BoardChannel,Gain),其功能为在指?3O?制冷与空调第 4 卷定设备(BoardName)在指定通道 (BoardChanne1)和指点电压范围(Gain)下得到电量值,在
11、此基础上乘以放大系数加上零点漂移,即可得到相应的物理量,以下就是此函数的具体实现.PublicFunctionAIGetValue(strBoardNalTleAsString,intChanAsInteger,intGainAsInteger)AsSingleDimlngHandleAsLongDimlpAIConfigAsPTAIConfiglngHandle=GetDeviceHandle(OperationBorad,strBoardName)通过板卡名称得到句柄lpAIConfig.DasChan:intChanlpAIConfig.DasGain=intGainDimplngErr
12、orCodeAsLongplngErrorCode=DRVAIConfig(1ngHandle,lpAIConfig)设置 AI 参数IfplngErrorCode:0ThenDimpsngAIValueAsSingleDimpAiVoltageInAsPTAIVoltageInpAiVoltageln.ehan=lpAIConIig.DasChanpAiVoltageln.gain:lpAIConfig.DasCnpAiVoltageln.TrigMode=0pAiVoltageIn.voltage=DRVGetAddress(psngAIValue)plngErrorCode=DRVAIV
13、oltageIn(1ngHandle,pAiVoltageIn)得到电量值IfplngErrorCode:SUCCESSThenAIGetValue=psngAIValueElseAIGetValue=32768 错误处理EndIfElseAIGetValue=一 32768EndIfEndFunction不论是上下位机系统还是板卡采集,都必须对数据进行滤波处理,才能剔除干扰,使采集的数据比较稳定.常用的滤波算法很多,这里一般采用复合滤波算法,将采集的数值由大到小排列,去掉最大值,最小值,再对剩下的求算术平均值.控制部分是软件的核心,它的设计好坏直接影响到测试的准确性.笔者根据经验提出以下几点
14、建议:第一,为了达到较高的控制精度,一般采用PI 或 PID 算法设计,合理整定比例系数,积分或微分常数,根据设定值与测量值的偏差输出相应的模拟量.其次,输出的模拟量必须在 DA 板的最大输出范围之内,否则将造成输出失控,损坏 DA 板和执行机构.因此程序中必须具有限幅控制功能.第三,在现场单步调试程序的过程中,对输出的高电平应对它及时置零,以免引起设备的损坏.最后,必须对控制过程有深人的了解,多用软件模拟调试,严禁出现控制的逻辑错误.一个软件的好坏与数据库设计直接相关.为简便起见,通常可建立两个数据库文件:硬件参数和历史数据,其中包含多个表.历史数据的设计因软件的不同而异,但必须遵循数据库的
15、一般设计方法.硬件参数一般包括四个表 AI(模拟量输人),AO(模拟量输出),DI(数字量输人)和 DO(数字量输出),基本结构都包括板卡名称,通道号和物理意义等字段,此外 AI 和 AO 表还应有传感器的放大系数 K 和零点漂移系数 B 的相应字段.数据库的建立采用 MicrosoftOfficeAcess2000,VB 中的数据库访问技术采用 ADO,能较为方便的实现数据库的查询,添加,修改和删除等基本操作.用户界面,是软件的最上层,对于这部分内容,程序员应根据自己的风格和用户的要求设计,尽量做到简单,实用.6 小结计算机软硬件已成为暖通空调及制冷系统中的重要组成部分.结合暖通空调的行业特点和软件工程的思想,编写出合理,准确的测控类软件显得尤为重要.笔者根据以往的开发经验,提出以上几点,仅供参考.这部分的工作还有很多,只有在不断的实践中总结经验,才能开发出优秀的暖通软件.参考文献1 陈焕新,胡益雄等.铁路客车单元式空调机组性能检测装置的研制.中国铁道科学,vo1.22No.32 黄华江,周兴贵等.基于 WINDOWS 平台的测控软件件设计.微型机与应用,1999.6.3 廖晓红,李波等.暖通空调软件综述.制冷,2000.6.
