压缩机参数勘测软件的预设

一台制冷装置出现故障时，其运行参数值就变得不正常。制冷装置的运行参数有吸气压力，吸气温度，排气压力和排气温度等。一般情况下，一台制冷装置发生何种故障常常需要借助系统运行参数值是否正常或者参数值的变化规律来判断和分析。虽然可以用理论来解释和分析故障发生时制冷装置运行参数值为什么如此变化，但是比较抽象，不易理解。为了制冷空调专业的学生容易理解故障发生时制冷装置运行参数的变化规律，印证理论判断与分析，以便提高学生对制冷装置出现故障时的判断和处理能力，笔者研制了一台制冷装置故障模拟试验台。学生们可以在试验台上模拟设置多种故障的发生，通过由传感器和计算机组成的虚拟仪表同时显示和记录各个制冷装置运行参数值，并且实现运行参数数据可视化。

本文详细介绍制冷器装置故障模拟试验台及其计算机参数测量软件的设计。

2试验台的组成和原理。

该试验台的组成由制冷装置，故障模拟设置手段，传感变送器和个人计算机组成。

通过对故障进行模拟设置，使其与真实情况相同。在该试验台中，制冷装置各处代表运行状况的温度和压力，以及冷冻水温，冷却水温和测变成电信号，传给数据采集卡；之后，采集到的运行参数值存储于计算机的组态软件的实时数据库中；在组态软件中，通过各组态监控窗口，制冷装置运行参数以表格，趋势曲线形式或与工作流程动画配合进行显示和记录，还可以通过设置和编程进行报警和故障诊断。

由于现在大多数家用和商用制冷装置采用蒸汽压缩式制冷方式，所以本试验台的制冷装置也采用压缩式制冷装置，这样具有普遍性。它是由一台雪条机改装而成的冷水机组，采用开启式活塞式压缩机，冷水式冷凝器，标准工况下制冷量为4.65kW.原来是冻结雪条的盐水池改为冷冻水箱（冷水箱）。

为了全面监视，正确判断制冷装置的工作状况，便于故障判断，经研究，总结出一组描述制冷装置系统工况的运行参数，它们是9个温度检测量，2个压力检测量和1个冷却水流量，共12个。

相应地，应用了9只Pt100铂热电阻为作温度传感器，与9个RWB-Pt100型温度变送器配套，检测9个温度值是：压缩机吸气温度，压缩机排气温度，冷凝器出口温度，热力膨胀阀进口温度，蒸发器进口温度，蒸发器出口温度，冷水箱水温，冷却水进口水温，冷却水出口水温。温度传感器和变送器配合把温度信号-20~100转换成工业标准的4~20mA信号输出。选用PT440型扩散硅应变式压力变送器检测压缩机吸气压力；选用PT450扩散硅应变式压力变送器检测排气压力。

检测冷却水流量的流量变送器，我们选用LWG YA一15型涡轮流量传感变送器。这3个传感变送器也是4~20mA标准信号输出。

考虑到电信号传送的距离不是很长，所以笔者决定采用数据采集卡来采集运行参数的电信号并进行模数（A/D）转换。如果电信号传送距离较远，我们可以考虑采用数据采集模块或现场总线。

本试验台中的数据采集卡选用研华PCI-1711L插入式多功能卡，12位数字量，安装于PC机的PCI插槽中。它具有16路数字量输入/16路数字量输出，2路12位模拟量输出。

3故障模拟设置方法。

下面分别说明对制冷装置常见的，典型的各种故障的模拟设置。

（1）制冷剂混有空气的模拟设置。用一台小型空气压缩机把压缩空气输入制冷压缩机的吸气管路上。该故障设置后制冷装置必须进行复原，要进行制冷剂回收装置回收，充氮气干燥和复式（二次）抽真空后，重新充注制冷剂。

（2）冷凝器换热不良的模拟设置。该故障的设置方法可以是：**，减少或关断冷凝器的冷却水量；第二，提高冷却水的水温，而提高冷却水水温是通过一台即热式电热水器（一个*大功率为5000W，220V，功率四档可调）来实现。因为这两个方法都会使制冷装置的冷凝温度升高，从而提高冷凝压力，即压缩机高压也会升高。通过管路阀门的切换，使冷却水的进水先经过即热式电热水器提高水温，再流进冷凝器。

（3）压缩机吸，排气阀片损坏的模拟设置。

在压缩机高低压侧之间接入旁通管路和旁通阀，开启旁通阀适当的开度，让压缩机高压侧排气有部分通过旁通管回流至低压侧，以模拟压缩机排气泄漏的情况。

（4）系统管道脏堵的模拟设置。可以关闭冷凝器出液阀，也可切断冷凝器和膨胀阀之间电磁阀线圈的电源，以模拟系统管道堵塞的情况。至于切断电磁阀线圈电源的做法，可以在电路上用一个手动开关与电磁阀线圈串联。当正常运行时把手动开关打至！ON的位置；当要关闭电磁阀时，把它打至OFF位置。

（5）膨胀阀开度过小的模拟设置。通过关小热力膨胀阀的调整螺栓，提高调节弹簧的预紧度来实现。这样，在相同的制冷剂蒸发器出口过热度的条件，热力膨胀阀的开度将关小。

（6）冷却水进水温度过高的模拟设置。通过开启即热式电热水器，让冷却水进水通过它后提高水温来实现。

（7）冰堵的模拟设置在热力膨胀阀后设置一个手动截止阀，通过关小该截止阀来模拟实现。

（8）冷却水循环水泵停转的模拟设置，通过关闭冷却水球阀或切断水泵电源来实现。

（9）冷水箱负荷异常大的模拟设置在冷水箱中布置三支3000W（220V）的电加热器，当三支电加热器全部通电时，其发热量远大于制冷装置的制冷量（标准制冷量为4.65KW）。这样造成冷水箱热负荷过大。

（10）冷水箱负荷异常小的模拟设置。冷水箱中的三支电加热器全部不通电时，冷水箱中的冷冻水不循环输送至空气处理末端装置，制冷装置的热负荷仅是冷水箱的散冷量，此时可认为负荷异常小。

（11）制冷剂泄漏的模拟设置。在冷凝器出液管上安装一个放液阀，将制冷剂从制冷装置中压回制冷剂钢瓶，或者将制冷剂放空，可达到制冷剂过少的状态，即可模拟该故障。

（12）制冷剂过多的模拟设置。在压缩机低压吸入端接入一个加液阀，该阀通过软管连接一个制冷剂钢瓶。通过充注过量制冷剂操作，可达到制冷装置制冷剂过多的状态。

笔者现阶段仅模拟设置12种故障的发生，实际工作中可能有更多的故障，也可进行模拟，但需进一步进行研究。

4计算机参数测量软件的开发。

关于计算机参数测量软件，可以用高级计算机语言（如VB，C语言等）进行编程而成，也可以采用通用工控组态软件进行二次开发而成。采用通用工控组态软件进行二次开发而生成计算机参数测量软件，简单易行，而且能够扩展其它功能。

因此本试验台采用组态软件来开发计算机参数测量软件。

在计算机测控方面，工控组态软件将为我们提供强有力的软件支持。组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易的实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O设备。使用组态软件能够避开复杂的计算机软，硬件问题，开发人员可以集中精力去解决工程问题本身。本课题采用的组态软件为北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的MCGS全中文工控组态软件。

在MCGS的平台上，我们进行制冷装置运行参数测量的组态工程（用户应用系统）的开发，该组态工程就可成为计算机参数测量软件。在MCGS组态环境平台上，先进行构造实时数据库，即把所采集的数据赋予数据库中的变量；然后进行各个界面窗口的组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，并进行各对象和构件的属性设置。

这样就完成了计算机参数测量的组态工程。

MCGS组态工程在其运行环境下与试验台其它设备一起联机运行，即可在计算机上进行制冷装置运行的监测，显示与记录。

本试验台制冷装置运行参数测量的组态工程由制冷装置运行监视界面，制冷装置参数监视界面，运行参数趋势曲线显示界面，打印报表界面等组成。设置制冷装置运行监视界面为主控界面，该软件一运行即进入该界面。可通过下拉菜单或每个界面下面一排链接按钮转入其它界面。

（1）制冷装置运行监视界面。该界面窗口是制冷装置的系统图，形象，动感地显示制冷装置各介质的流程，在相应位置上实时地显示出所采集的运行参数，每0.1s（可调，*少为50ms）刷新一次实测数据。

（2）制冷装置参数监视界系。

统参数监视界面是以表格形式实时显示运行参数，并与参数的正常范围值做比较。

（3）运行参数趋势曲线显示界面是一组由多个界面组成的界面组，有实时曲线和历史曲线两部分，便于我们记录参数，查阅以往参数，分析其变化规律。我们还在该界面窗口上设置打印按钮，按下打印按钮。可以将所见到的那时刻界面在打印机打印出来，这样便于分析制冷装置发生故障时运行参数的变化情况。

我们按制冷装置四大部件，制作了压缩机运行参数实时曲线和历史曲线，冷凝器实时曲线和历史曲线，热力膨胀阀实时曲线和历史曲线，蒸发器实时曲线和历史曲线。

（4）打印报表界面。将运行参数历史数据以时间为序列以报表的形式打印出来。

本试验台制冷装置运行参数测量的组态工程不仅可以视察到单个参数的变化趋势，也可以视察到多个参数的变化趋势并进行对比。

5试验台运行结果。

试验台各设备安装，调试完毕后进行了联机运行。试验台能按预期的设置模拟制冷装置12种故障的发生，计算机能实时，准确地显示与记录制冷装置运行参数。

用MCGS组态工程便于对制冷装置运行参数进行采集，显示，记录和打印，也便于对数据分析，处理，可准确反映制冷装置故障发生时参数的变化。通过该试验台，能对故障发生时制冷装置运行参数的变化规律有一个感性的认识，加深对制冷装置工作原理的掌握。

笔者认为，该试验台还能进一步进行功能扩展，还有待进一步完善的地方；同时还可以利用试验结果对制冷装置进行人工智能和专家系统的自动故障诊断的开发。

可以看出，在传统的单一渐开线中，渐开线的*大展开角取5.5时，吸气腔的母线弧长是177.6529mm.不同参数下组合型线目标函数值和优化结果对比，可以看出目标函数值（259.6308mm）是其中较大的数值，根据此组优化参数下的计算数值可以得到行程容积较大的组合涡旋型线。

6结语。

本文基于MATLAB遗传算法工具箱，对组合涡旋型线行程容积的目标函数进行优化，将优化结果与单一渐开线及其它参数下的组合涡旋型线进行对比，得到了行程容积较大的组合涡旋型线，为提高涡旋盘面积利用率，进而提高涡旋压缩机的容积效率提供了理论依据。