摘 要：隨著能源問題日益引起人們的注意，利用低品位熱源驅(qū)動的制冷方式-噴射制冷也逐漸引起人們的重視。本實驗系統(tǒng)采用電加熱來模擬太陽能。本文主要介紹了在LabVIEW平臺上開發(fā)的噴射制冷測控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、保存以及數(shù)據(jù)分析等功能。 關(guān)鍵詞：噴射 制冷 測控 labVIEW Abstracts: With the emergency of energy problem,ejector refrigeration driven by low grade heat attracted more and more attention.In order to make the experiment more convenient, electricity is used to provide energy. This paper describes the measurement and control system of solar ejector refrigeration based on LabVIEW, which can realize real-time data acquisition and conservation. Keywords: ejector, refrigeration ,measurement and control, LabVIEW 1. 引言 　　空調(diào)系統(tǒng)向新能源發(fā)展、減少電能消耗已經(jīng)是必然的趨勢。目前，在世界范圍內(nèi)，對太陽能驅(qū)動的噴射式制冷、吸收式制冷及吸附式制冷的研究和應(yīng)用，已受到普遍重視并取得一定的效果。在早期的研究中，吸收式制冷系統(tǒng)是眾多研究人員關(guān)注的焦點。但是，其設(shè)計和運行維護比較復(fù)雜，且運行一段時間后，工質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性下降、系統(tǒng)難以保持高真空等問題會導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。同時，吸收式制冷的初期投資較大，也是其進一步發(fā)展的障礙。因此，近年來，噴射式制冷受到了較多的關(guān)注[1]。 　　但是如果直接利用太陽能做熱源來加熱，易受天氣影響，難以保證實驗過程的穩(wěn)定進行。因此，目前進行的實驗多以電能直接做熱源來進行的。為了保證實驗的精度，必須對水溫進行準(zhǔn)確的控制。PID控制器就是一種可以進行方便、精確控溫的控制方式。但此種方法的缺點是需要另外購置PID控制器，且不便于遠程的電腦控制。為此，筆者針對太陽能噴射制冷實驗系統(tǒng)，在labVIEW平臺上開發(fā)了一套測控系統(tǒng)。LabVIEW 是美國National Instrument 公司推出的應(yīng)用于測控領(lǐng)域的圖形化編程軟件。本文主要介紹了一種利用LabVIEW的公式節(jié)點實現(xiàn)的PID 控制技術(shù)和使用其簡便的數(shù)據(jù)采集方式建立的測控系統(tǒng)。 2. 工作原理 　　PID控制原理 　　PID控制是從比例、積分和微分三個環(huán)節(jié)來實現(xiàn)對系統(tǒng)控制的。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖1 所示。PID控制是一種線性控制方式,它根據(jù)給定值r（t）與實際輸出值c（t）構(gòu)成控制偏差: 　　e（t）=r（t）-c（t） （1） 　　對偏差進行比例（P）、積分（I）、微分（D）計算后通過線性組合構(gòu)成控制量,作用于被控對象,其控制規(guī)律為： 　　（2） 　　表示為傳遞函數(shù)的形式為： 　　（3） 　　其中kp — 比例系數(shù) 　　Ti — 積分時間常數(shù) 　　Td — 微分時間常數(shù) 　　比例環(huán)節(jié)成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號,一旦產(chǎn)生偏差,控制器就產(chǎn)生控制作用,來減少偏差。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜態(tài)誤差, 提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于時間常數(shù)Ti, Ti越小,積分作用越強。微分環(huán)節(jié)反映偏差信號的變化趨勢,在系統(tǒng)中引入一個有效的提前修正信號,來加快系統(tǒng)的動作速度,縮短調(diào)節(jié)時間。 　　LabVIEW中實現(xiàn)PID控制 　　LabVIEW提供了PID工具包（PID Toolkit），用以實現(xiàn)對控制對象的PID控制。本文則介紹了一種新的通過公式節(jié)點（formula node）實現(xiàn)PID控制的簡單方法。公式節(jié)點的程序如圖1所示。其中Tset為設(shè)定的溫度值，input為實際溫度值，unew為輸出的控制調(diào)壓模塊的電 [align=center] 圖1. 公式節(jié)點程序 圖2 系統(tǒng)整體框圖[/align] 　　壓值。P值、I值和D值分別通過前面板設(shè)定。為了防止在系統(tǒng)啟動過程中造成PID運算的積分積累，致使算得的控制量超過電加熱的最大動作范圍，引起系統(tǒng)超調(diào)，本系統(tǒng)采用了積分分離PID控制方法。e為設(shè)定的閾值，當(dāng)enew大于e值時，起作用的僅是PD控制，可避免過大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)。當(dāng)enew小于等于e值時，即偏差較小時，采用PID控制，可保證系統(tǒng)的控制精度。通過公式節(jié)點內(nèi)的簡短運算，將結(jié)果unew以電壓信號的形式輸出至調(diào)壓模塊，通過它控制電加熱的功率大小。 　　系統(tǒng)原理 　　整個系統(tǒng)包括6個HT100型壓力傳感器、8個Pt100溫度傳感器和USB2000A共同完成數(shù)據(jù)采集功能。USB接口、PC和LabVIEW共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)接收和顯示單元?？刂乒δ軇t由調(diào)壓模塊TY-H380D來完成。系統(tǒng)框如圖2所示。 　　首先在PC上設(shè)定發(fā)生器溫度、P值、I值、D值等所需參數(shù)，系統(tǒng)開始運行。傳感器將信號送至數(shù)據(jù)采集卡USB2000A，經(jīng)由USB接口送至PC。通過將實際測得的發(fā)生器溫度與設(shè)定值比較，PC發(fā)出信號控制調(diào)壓模塊調(diào)節(jié)加熱量。 3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計 　　本系統(tǒng)應(yīng)用LabVIEW編制了測控軟件，可以方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、存儲、處理和分析。此外，本程序通過與VC++編寫的仿真計算程序的鏈接，實現(xiàn)了仿真計算和實驗數(shù) [align=center] 圖3 程序前面板[/align] 　　據(jù)的比較。通過這種直觀的比較，可以分析在給定的工況下實驗結(jié)果和仿真計算之間的誤差。從而可以對仿真計算方法加以修正，使其更加完善，計算結(jié)果能夠更加符合實際的實驗結(jié)果。程序前面板通過tab container可以方便的實現(xiàn)系統(tǒng)原理flash展示、實時數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析之間的切換，如圖3所示。 　　主程序主要數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、控制模塊和數(shù)據(jù)分析模塊組成。 　　數(shù)據(jù)采集模塊的主要功能是選擇板卡的通道范圍，并將采集的溫度、壓力數(shù)據(jù)按一定順序打包，等待下一步的處理。模塊的主要構(gòu)成如圖4所示。 　　數(shù)據(jù)保存模塊的功能則是將采集模塊得到的數(shù)據(jù)以電子表格形式保存下來。在數(shù)據(jù)采集過程中，系統(tǒng)會建立測量的數(shù)據(jù)文件，以便記錄測量中的數(shù)據(jù)。該模塊可以將采樣得到的數(shù)據(jù)和采樣時間轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電子表格數(shù)據(jù)，追加在建立的數(shù)據(jù)文件后。由于數(shù)據(jù)的寫入是實時的，即沒完成一次采樣，就將數(shù)據(jù)寫入文件中，所以可以將意外情況對測量系統(tǒng)的影響降至最低。 　　控制模塊則是針對發(fā)生器的電加熱控制而設(shè)計的，該模塊主要通過公式節(jié)點實現(xiàn)電加熱的積分分離PID控制。實驗證明，該控制算法可以很好的滿足控溫精度的要求。 　　數(shù)據(jù)分析模塊可以處理和顯示從采樣模塊傳來的數(shù)據(jù)，并可經(jīng)過處理，將其在用戶終端上以一個完成的數(shù)據(jù)表格輸出。同時，該模塊通過LabVIEW提供的CIN節(jié)點實現(xiàn)了與VC++仿真程序的鏈接[2]，可以將仿真計算結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)同時顯示出來，方便進行比較和誤差分析。 [align=center] 圖4 數(shù)據(jù)采集模塊主要構(gòu)成[/align] 4. 總結(jié) 　　利用LabVIEw的強大功能，結(jié)合VC++的仿真計算程序，開發(fā)了形象直觀的太陽能噴射制冷系統(tǒng)測控系統(tǒng)。可以對實驗臺進行實時的數(shù)據(jù)采集、顯示、分析以及控制。該系統(tǒng)簡單可靠、實時性良好，可以為實驗的順利進行提供保障。 參考文獻 　　[1] HUANG B J, CHANG J M, PETRENKO V A，et al.，A solar ejector cooling system using refrigerant 141b，Solar Energy，1998，64：223-226 　　[2] 黃秋云譯，Е.Я.索科洛夫，H.М.津格爾著，噴射器，1977，北京：科學(xué)出版社 　　[3] 陶永華,新型PID控制及其應(yīng)用,北京：機械工業(yè)出版社,2000 　　[4] 李志軍，宋豫全，郭軍偉，尚萬峰,基于LabVIEW的筒蓋綜合測控系統(tǒng)設(shè)計, 微計算機信息,2005,21（19）:113-116 　　[5] 王永皓，姜周曙，基于LabVIEW的中央空調(diào)計算機輔助測試系統(tǒng)，杭州電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2002，（4）：62-66 　　[6] 宋智罡，郁其祥，王益明，陸殿健，基于LabVIEW的PID參數(shù)自適應(yīng)模糊控制器設(shè)計，機械設(shè)計與制造，2003（4）：11-13