摘要: 本文分析了門窗檢測儀的工作原理，提出了風壓的要求，針對過去用電磁閥控制風壓的缺點，提出了直接采用變頻器控制風機方案，VACON變頻器具有可編程功能，編程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一個符合IEC61131-3標準的圖形化的編程工具。風壓控制控制中采用了PID控制算法，對傳感器信號進行了非線性補償，完成對風壓的控制。用此方案研制的門窗試驗機具有噪音小、高效、節能、生產工藝簡單、實驗操作方便等優點，具有很好的市場推廣價值。
關鍵詞: VACON變頻器；門窗檢測儀；PID 控制；
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A


1 引言
　　本系統根據中華人民共和國國家標準GB/T 7106-2002、GB/T 7107-2002、GB/T 7108-2002所規定的檢測方法，對建筑外窗三性（抗風壓性能、氣密性能、水密性能）進行檢測。控制系統軟件采用VB、VC與OPC（OLE for Process Control）技術相結合的形式編寫,
門窗檢測儀應用于工廠、建筑工程質量檢驗站、建筑公司、產品質量檢驗所、科研院所等的生產檢驗、開發研究等，目前的門窗試驗機普遍存在著效率低、能耗大、噪音大、生產工藝復雜等缺點。我們研制的微機控制門窗檢測儀滿足最新國家標準要求，具有動態風壓控制功能，完成門窗的三性檢驗。成本低、控制精度高、簡化生產調試過程、可靠性高、噪音低等優點。
系統配置如下：
?工控機及外設 標準工業計算機
?采集卡 研華高速、高執行、多功能數據采集卡
?變頻器 VACON變頻器配備門窗檢測儀專用軟件
?傳感器 壓力傳感器、空氣質量流量計、水流量計、位移傳感器等
?低壓電器 采用空氣開關、交流接觸器、熱過載繼電器、小型中間繼電器、限位開關等進口低壓電器實現對電機、閥門的直接控制。

2 門窗檢測儀工作原理及功能特點
　　XMCY-CP為一款全新的真正意義上的全變頻調速CP系列門窗檢測儀。這是窗檢儀生產歷史上劃時代的一次革命。此系列檢測儀采用上位機、采集卡、VACON變頻調速器相結合的形式。配有VACON變頻器風機壓力控制專用軟件。利用上位機輸入數據簡單方便、數據處理靈活高效的特點進行數據的輸入、處理并打印。利用研華采集卡的高速性實現運行中位移、水流量、空氣流量、閥門狀態等參數的高速采集，利用其高執行性控制水泵、各閥門的起停及換向。利用具有可編程功能的VACON變頻器實現降噪、節能及調速。此款組合是目前窗檢儀生產領域里最簡單、方便、高效、精確、省時、環保的控制方式,并且具有通訊功能。

3 變頻器控制風壓系統設計原理
　　由于控制系統要求多段風壓控制，控制時必須采用閉環控制。利用VACON變頻器具有可編程功能，用模塊化編程工具Vacon NC1131-3 Engineering, NC1131-3是一個符合IEC61131-3標準的圖形化的編程工具，它可以用來設計Vacon NX特殊的控制邏輯和參數。I/O模塊以及Vacon 的高級軟件為系統工程師提供了一個理想的平臺。NC1131-3結合了框圖功能來定義功能模塊圖(FBD)梯形圖(LD)和結構文本(ST)。它包含了基本功能模塊和高級功能模塊，如各種濾波器，PI控制器和積分器。NC1131-3可以創建參數，故障信息和其他與應用相關的特性。開發其專用程序，用變頻器直接控制風機，達到控制風壓要求。系統控制模式通過編程實現，變頻器具有兩個標準模擬電流輸入端，六個開關量輸入端，一個模擬量輸出端，兩個繼電器輸出端，一個集電極開路輸出端。變頻器控制風壓系統框圖如圖1


風壓檢測采用輸出為4mA~20mA電流信號的壓力傳感器，為提高精度，選用±6000Pa, 0~1500Pa, ±600Pa三塊壓力傳感器。預備加壓正負壓檢測, 氣密性檢測正負壓檢測采用±600Pa 壓力傳感器。水密性穩定檢測和水密性波動檢測采用0~1500Pa壓力傳感器。抗風壓正負壓檢測采用±6000Pa 壓力傳感器。風壓設定通過變頻器的DIN2,DIN4,DIN5,DIN6開關量輸入端設定，四個開關量可確定16個工作模式，每種工作模式對應一種壓力檢測。每種壓力檢測的壓力設定和工作時間由變頻器編程實現。

4 XMCY-CP全變頻調速CP系列門窗檢測儀操作方法
　　控制軟件主菜單中由“文件”、“數據”、“檢測”、“幫助”等命令，將彈出相應的下拉菜單，在下拉菜單中選擇相應的命令。
一. 填寫實驗參數
用鼠標單擊主菜單上“數據”命令，選擇“填寫參數”。隨即彈出填寫參數對話框。

二. 開始檢測
單擊主菜單上“檢測”命令，彈出“檢測”窗體，開始檢測。檢測分為‘手動’和‘自動’。同時在工具欄上將顯示應用程序“OPC Server-Vacon”。
下面以水密性自動檢測為例進行說明。單擊“自動”→“水密性”按鈕，或單擊工具欄“水密性”圖標，彈出如圖2所示窗體。
首先，選擇試件代號；
然后，選擇一種檢測項目；
最后，按下“開始”按鈕，開始自動檢測。
檢測結束后“結束”按鈕自動彈起，顯示“開始”按鈕。檢測過程中如果需要結束檢測可以隨時按下“結束”按鈕手動干預終止檢測。
風機及變頻器出現故障時，窗口中風機頂部的綠色標志將變為閃爍的紅色，清除故障后按下“故障復位”按鈕標志將重新變為綠色。


水密性的穩定加壓和波動加壓每一級的檢測時間均為5或10分鐘，如果需要提前進入下一級，可按下“跳過”按鈕即可進入下一級。

三. 傳感器選擇
單擊菜單“傳感器”命令，彈出如圖6所示窗體。No1、No2、No3分別對應三只位移傳感器，No4對應空氣流量計，No5對應水流量計。首先輸入分段數，然后按下“OK”按鈕進行各段的修正，注意必須從0段開始從上而下依次進行各段的修正，最后按下“WRITE”按鈕，對修正的數據進行寫入保存。

5. 實驗結果數據







6 結論
　　本系統充分利用了VACON變頻器具有可編程功能。實現了其它普通變頻器無法實現的功能。本系統如下優點：
簡單、方便:取消了幾種控制閥門，使得機械結構變得非常簡單，操作和維護相應變得簡單，降低了設備的故障率。占地小，節省實驗室空間。本系列窗檢儀的操作簡單，整個試驗過程是在程序的控制下自動實現的，并且自動記錄數據、生成報表。
　　高效、靈活:利用研華采集卡實現水流量、各閥門等的快速準確控制。利用上位機進行靈活高效的數據處理。用戶可根據實際情況對報表格式、曲線樣式等進行任意修改。
最精確、直觀：傳統的手動控制方式操作人員憑借經驗用手點動按鈕實現對壓力等模擬信號的動態過程控制，控制精度有限。本系列窗檢儀依靠VACON變頻器調速調壓原理實現比較精確的自動控制,采用PID自動運算，調整精度比手動控制有了很大提高。利用VB、VC與OPC技術相結合編制的用戶應用軟件，可直觀實時的顯示設備各泵、閥門、限位的工作狀態及其傳感器的檢測數值。自動生成的采用Excel制作的數據報表及壓力差與撓度關系曲線圖清晰直觀。
　　省時、環保：與傳統的閥門調壓相比，本系列窗檢儀因為采用了全新的控制理念—，直接用VACON變頻器控制壓力源風機進行調壓，從而節省了中間環節，使調壓更快速，節省時間兩倍以上。采用變頻器技術很好的解決了設備的噪音問題，并且具有一定的省電節能作用，是新一代綠色環保型窗檢儀。

參考文獻：
1.陳國呈.《PWM變頻調速及軟開關電力變換技術》 北京: 機械工業出版社 2001.
2.李永東.《交流電機數字控制系統》 北京: 機械工業出版社 2001.

作者簡介：
李巖(1966.7-)：男，遼寧省沈陽市, 講師, 碩士, 漢族，1999年畢業于北京理工大學自動控制系，在沈陽工業學院從事教學工作，研究方向交流調速系統、單片機應用。