浅析空调生产检测技术在实际中的应用

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  [摘 要]近年来,随着我国经济的快速发展,空调制造业也获得了良好的发展契机,一些空调生产企业的规模越来越大,并且在国际市场占有极其重要的地位,生产技术日益提高,产品性能也有了很大提高。对于企业来说,产品质量无疑是立身之本,而保证产品质量的有效措施便是产品的检测。目前,大多的空调生产企业都加大了对空调性能测试的投入,并且也取得了良好的效果,但就现阶段的情况来看,一些企业的测试技术相对来说还比较落后,存在精度差、效率低、一致性差的问题,满足不了现代社会对空调性能的要求。因此,必须提高空调生产检测技术,改变传统的同时充实先进的测试方法,以提升空调的产品品质,提高企业的市场竞争力。
  [关键词]空调 测试技术 现状 应用
  中图分类号:TG333.7 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)17-471-01
  目前我国空调生产在国际上占有重要地位,一些国外的知名企业也纷纷将研发基地及生产基地转移到我们国家,为我国空调生产业的发展提供了良好的平台。空调的种类日益丰富、生产规模不断扩大,如何提升产品品质成为空调生产企业发展的重点。空调产品的在线测试是保证出厂的全部空调产品质量一致性和让用户能正常使用的重要手段,基于我国空调企业发展的现状,必须提高产品的检测技术,学习并吸收国际先进的检测方法,才能满足现代社会的需求,与我国家电大国的地位相匹配。
  一、我国空调生产测试现状分析
  1、测试内容概述
  空调生产中的在线测试不可能像在专门的实验室中可以全部按设计条件那样取得全部数据,但我们可按在线条件用已验证合格的样机作一些工艺验证试验,具有规模生产的工厂必须对在线生产的产品严格的按专业标准和实际问题对产品性能质量进行100%的全部每台不少于60分钟的在线测试。在线测试房必须具有稳定的工作温度、湿度条件,不必和设计标准相同,但应有一个具体的数字,如温度在25℃±2- 3℃,湿度φ=50%左右,各工厂可根据具体情况确定数字;在线测试的Yes/No判定:在已确定的试验房温、湿度条件下,用按设计试验合格的样机在线上试验获得的数据来决定Yes/No的判别依据;因为一般设计温度是35℃±0.5℃,而在钱测试温度不同其输入功率不同,判据就要从样机测试运行中取得数据存入电脑,作为判别依据;不同机型可以用不同的样机如上所述进行在线运行测试用序号编入电脑;重点在于对室外机的测试。室外机的检测包括三项安全性能(接地电阻、绝缘电阻、耐压强度)、泄漏电流、低压启动、冷媒的泄漏、外观、其余项目中的接地电阻为人工辅助测试外,大部分为机器自动测试。其中低压启动、安全性能中的动态泄漏、制冷系统的密封性等项目属于运行测试项目,综合从不同空调厂家的要求,测试工艺的主要差别在室外机的运行试测和安全性能测试。安全性能测试的内容各个厂家基本相同,但安排测试位置的个数和每个检测位置的检测项目会有所区别。比如个别厂家在进入环形测试房之前进行一次接地电阻、绝缘电阻、耐压强度的测试,在打包前再进行一次测试。或者有些厂家将接地电阻、绝缘电阻和耐压强度分成几个部分,在不同的位置进行测试,或者有的厂家直接在同一个位置由同一个工人操作完成。厂家根据自身的情况,根据生产节拍进行不同的安排。
  运行检测的参数主要有电性能参数(包括电压、电流、功率)、室内机进、出风温度、气管温度、液管温度、压力等内容。运行测试中需要室外机按一定程序要求运行,整个运行过程中既有测试也有控制。
  2、传统测试方法存在的弊端
  传统的环行线运行测试方法是在每个台车上安装控制箱,在箱内接出不同的测试插座与被测机连接的工艺线连接,可由人工或者自动控制室外机的运行。参数的采集采用定工位方法,即在某个固定位置上安装检测某个参数的设备,当被测台车运行到该工位时,检测设备获取此时室外机的性能参数。这种检测方法使用的设备简单、造价低,因此被国内许多生产厂家采用。但这种运行测试的方法存在许多缺陷,随着生产规模的不断扩大、新产品的不断推陈出新、生产模式向定自动化方向发展,以及制造商对产品质量的控制日益加强,传统检测方法已经不能满足生产的需求。
  (1)定工位检测具有不合理性。为保证检测的一致性,各被测室外机应在相同的环境条件下运行相同的时间后再进行各项指标测试。但由于生产线有时会受各种因素影响不可能按照正常节拍运行,这使得室外机不能按预定时间到达测试工位,所以定工位测试的数据不能真实的还原被测机的实际数据,从一定的角度讲,并不能满足一致性要求。
  (2)定工位测试所获取的测试信息不够完备。定工位测试只能获取某个时刻的数据,无法记录过程信息,而且有些参数无法测试,如压力参数,在运转过程中很难做到压力的采样。
  (3)检测结果的准确性也存在问题,尤其是温度测试。温度的测试点选择在室内机的进风口和出风口,室内机安装在工装台车上,而台车运行节拍一般在二三十秒,有些厂甚至不到二十秒,到位测试的时间则更短。若采用铂电阻或热电偶测试,会因感温时间太短造成测试不准确。并且在运转的过程中,温度探头的位置会随着不同的台车安装设计的误差和标准机的位置存在偏差,而出风口的温度在不同的位置偏差也很大,有时候甚至对应的不是出风口,导致系统存在很大的误差,计量校准也无法解决此类问题。
  (4)由于定工位测试对检测设备安装、导电滑轨的处理都有特別的要求,因此很难应付测试工艺发生变化或几种测试工艺并存的情况(如需为其他厂商做OEM时)。定工位测试对检测设备可靠性的要求也较高,一旦某个重要工位的检测设备发生故障,就会影响整条生产线的运行,有时甚至导致整条检测线的瘫痪,严重影响生产。
  传统的运行检测方式不仅在科学性、可靠性、安全性方面都存在许多弊端,而且还使整条生产流水线的柔性化程度大大降低,所以必须要尽快结合如今的生产厂家的实际需要,研制出一种适合生产现场的测试系统。   1、ARM9嵌入式模块
  在本系统中,采用ARM9嵌入式模块作为下位机的主控制器,主要的功能是通过工业485总线采集来自温度采集模块的温度值,功率采集模块的电功率值等参数,在自带的显示器上实时显示各参数值,将各参数绘制成相应的运行曲线,并实时响应上位计算机发来的命令等。该模块可以方便的在工业控制,检测设备,仪器仪表,安全监控,医疗器械,智能终端等产品嵌入式高端应用。
  在空调室外机测试房中,环境温度由于有空调在调节,所以环境温度比较温度,基本上都在30℃左右,并且安装嵌入式模块的电控柜配有散热风机,控制柜内产生的热量能及时排走,所以选择的嵌入式模块完全适合该系统的测试环境。
  在本系统中,由于要通过无线网络与计算机进行通信,所以需要1个RS232串口;另外现场的采集模块也需要一个RS232串口进行通信,所以该ARM9模块电脑正好适合本项目的所有要求。
  在实际安排中,采用了RS485总线与温度采集模块、电功率采集模块、模拟量采集模块和红外通信模块进行连接。
  与上位机的通信中,考虑到通信的随机性和突发性,采用RS422与无线通信模块进行连接,保证通信的可靠性。
  2、功率模块的选择
  在功率检测项目中,存在多种方法,最原始的就是将电压和电流通过电压/电流互感器变换之后,直接进入AD转换器,然后MCU通过读取AD转换器的数据,经过一定的计算处理可以获得电压,电流,有功功率,功率因数等参数。该方法简单可行,但它的缺陷就是要通过复杂的整形电路和稳定的参数比值,并且经过多阶滤波整形后电压和电流的有可能出现不同步,从而导致转换值并不是真实值,进而导致了电功率的错误计算,最终导致错误的结果。
  在过去应用的项目中所用到测试电功率的仪器、仪表、模块都已经不少,在研究了几个仪表后发现,市面上的这些仪表、模块的设计基本上相同,艾诺的电功率检测仪AN2102C中使用的将电压和电流分别通过电压互感器、电流互感器之后进入整形电路,然后进入24位AD进行转换,用16位MCU进行数据采集,通过计算而获得结果;山东青智的电功率仪表ZW3414/ZW3415中使用是美国CirrusLogic公司生产的电能测量电路CS5463;山东力创的电功率模块EDA9011/EDA9033中采用的也是美国CirrusLogie公司生产的电能测量电路CS5463[4][5][6]。
  3、温度测试模块开发
  在本系统中,需要测试的室外机存在2种制冷剂,即R22和R410A。
  制冷剂R22是一种低温制冷剂,可得到- 80℃的制冷温度。R22的稳定性比较好,不燃烧,也不会爆炸,适用于家用空调、中央空调和其它商业制冷设备。
  R410A是一种在容积式住宅、小型商用空调及热泵系统中替代R22的HFC制冷剂。它比R22拥有更高的制冷能力及显著更高的压力,只能用于R410A专用系统。由于R410A属于HFC型环保型无沸制冷剂(完全不含破坏臭氧层的CFC、HCFC),得到目前世界绝大多数国家的认可并推荐的主流低温环保制冷剂,广泛用于新冷冻设备上的初装和维修过程中的再添加。符合美国环保组织EPA、SNAP和UL的标准,符合美国采暖、制冷空调工程师协会(ASHRAE)的A1安全等級类别(这是最高的级别,对人身体无害)。R410A作为当今广泛使用的中高温制冷剂,主要应用于家用空调、中小型商用空调(中小型单元式空调、户式中央空调、多联机)、移动空调(汽车空调等)、除湿机、冷冻式干燥器、船用制冷设备、工业制冷等制冷设备。R410A制冷剂是新装制冷设备上替代氟利昂R22的最佳和最终选择。
  新型测温模块DS18B20是美国DALLAS公司继DS1820之后推出的增强型单总线数字温度传感器,它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面都比DS1820有所改,现在应用也比较广泛。
  4、RFID模块开发
  在室外机空调检测控制系统中,控制分为机械控制与检测部分的控制。由于空调生产工厂的各自的安排与测试项目的不同,有时候检测线会只是被用作输送线,这样要求测试线体和检测系统之间的控制必须分开,所以采用的方法是在某一个固定的位置安装一台条码读入器。本系统采用RFID读入器,用来读入放在每个测试车上的RFID卡片信息,用RFID来代替条码,RFID读入器代替条码读入器,也可以避免测试位置的错乱,并且RFID卡片很稳定,不会随着时间的推移而发生变化。
  RFID技术是利用射频信号通过空间祸合实现的无接触式信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的[7]。RFID系统包括标签、读写器和软件三个部分。标签通常应用于货物上,作为可粘条码标签的一部分。读写器能发出一个无线信号,在相同频段内的射频场里所有标签都能接收。读写设备通过天线接收标签发出的信号,对其解码,通过光缆或无线网络将数据传送到计算机系统。RFID系统的数据传输严格按照主从原则进行,发出指令的方向依次为应用程序、阅读器、电子标签,返回应答的方向则相反。RFID具有非接触式读写机能,外观形状容易小型化和多样化、良好的耐环境性、可重复使用性、穿透性和数据的记忆容量大等优势特性,逐渐的被市场广泛应用。
  五、检测系统检测过程
  1、制热测试
  检测控制箱供给被测机测试电源,当被测机到达工位并连接好管路后,首先将箱子面板上的3个空气开关闭合,然后闭合电源输出选择开关,即可输出电源给被测机,开关上的电源输出指示灯点亮。然后闭合当前测试室内机开关,让室内机处于运行状态。
  当被测机进入制热测试区域后,制热控制行程开关自动闭合和红外接收模块接收到制热转换命令,被测机立即转换为制热状态,控制箱内的时间继电器开始计时,到达预先设定的时间后会被测机会自动转换制冷状态,否则需要红外模块接收到转换命令,或者制热控制行程开关复位。如果需要不同的制热时间,可以调节时间继电器,但是最长时间不超过制热区域的最长运行时间。   当测试电流持续10秒大于20A时,保护电路自动启动,断开被测机电源并且报警提示测试员,5分钟后再次输出电源给被测机,如果继续出现以上情况,则一直循环直至被测机到达出线位置。测试员在收到报警后,应该做出相应的处理,例如把被测机电源断开,做好标识,如果可以在线修复,则进行在线修复,否则要将制冷管路断开,然后将被测机送入返修线返修。在拔出冷媒管时,由于冷媒管内的压力比较大,可能要将被测机阀门关紧,然后打开控制箱上的泄压阀进行管内冷媒排放,然后才可以将管路断开。测试完毕后,合格或者不合格指示灯点亮,此时将接地龟阻测试夹松开,进行下一台的测试。
  2、制冷测试
  制热测试完毕后,被测机被自动转换为制冷测试过程。制冷运行一段时间后,进行泄漏电流测试。因为每个测试箱的相位己经固定,上位计算机可以根据箱子号码对被测机的相位进行切换。泄漏电流测试火线泄漏电流和零线测试电流,最后保留最大者为测试值,如果该值在根据国家标准预先设定的范围之内判断为合格,否则不合格。在泄漏电流测试项目中,采用我司自主设计的测试模块,将泄漏电流转换为电压值,习寻该电压值进行整流,经过ADAM公司生产的隔离放大模块ADAM3014后用数模转换模块ADAM4012AD进行数字化转换,然后计算机将结果读取,判断后发送给下位机。测试箱内的ARM9模块接收到测试数据后,根据测试结果进行显示,如果测试结果不合格则输出报警指示灯,提示操作员进行人工辅助操作。
  在制冷测试过程中,ARM9模块一直在采集被测机的电压、电流、功率、温度等参数,并实时响应上位计算机的命令,将测试数据发送给上位计算机。测试结果根据时间进行判断,测试模块在此测试过程中,会一直保存被测机的各种测试结果,并将测试结果与预先设定的曲线参数进行拟合对比,只有各种参数都与标准曲线参数类似时判断为合格,否则判断为不合格。
  制冷测试完畢后,进行制冷剂回收阶段,在此阶段,操作员关闭高压侧截止阀,开始制冷剂回收过程,然后将准备关闭低压侧截止阀。在回收过程中,操作员要看着压力表,当压力表快要到达预设值时,也就是经过大约30s时间后,慢慢将低压侧截止阀关闭,在到达了设定压力值将低压侧截止阀完全关闭,制冷剂回收完毕,被测机流入出线工位。
  六、结语
  近年来,根据空调市场的需求,相关检测设备的需求也随着增加,并且要更换很多的老旧设备,国内对此类检测设备的需求前景广阔。在检测系统中采用了先进的ARM9测试模块进行空调检测,大大提高了检测系统的测试精度,减少了系统的故障率,而且结果更加准确、更加一致性和更具代表性。
  参考文献:
  [1]吴训一自动检测技术[M].长沙:国防科技大学出版社,2000
  [2]赵辰.数据通信[M].北京:人民邮电出版社,1985.4
  [3]邓善熙.在线检测技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1996
  [4]CS5463Datasheet
  [5]李田雨、金新民.CS5463型电能测量电路的原理及应用[J].国外电子元器件,2006年第7期:50- 53页
  [6]常铁原、王素平.基于集成芯片CS5463的电测仪表的设计[J].中国民营科技与经济,2008年第04期:92- 93页
  [7]EMMICROELECTRONIC一MARINSA,EM4100Datasheet
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