專利名稱：變頻空調器產品快速研發平臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及變頻空調產品研發過程的一種新型專用設備，特別是一種變頻空調器產品快 速研發平臺。
背景技術：
空調器己成為居民生活不可缺少的家用電器，變頻空調是目前發展的主要趨勢。在日 本，幾乎所有的家用空調器都是變頻空調器。在我國，近年來變頻空調的普及率和市場占有 率連年上升，據預測到2010年可達到70%。目前只有30%，可見變頻空調器是空調市場的新 寵，也必然是空調生產廠家的重點關注對象。加速對該空調的開發對企業爭奪市場和提高效 益大有好處。而目前變頻空調的開發通常是先進行控制系統的開發，再用控制系統和制冷系 統搭配進行包括性能實驗在內的各類實驗，通過技術人員的決策，在確定各種設計參數，在 實驗過程通常會進行控制器和制冷系統的多次修改，會進行控制系統和制冷系統重新制作和 實驗，因而整個研發過程周期較長。
能有一種裝備，如能直接獲取設計參數，大幅減少控制系統的開發和試樣過程，必然會 大大提高產品開發的速度，提高企業的綜合競爭力。
發明內容
本發明的目的就是為解決上述問題而提出的一種在控制系統未研制出來前即可進行整機 開發及實驗，并獲取和確定有關必需的參數，以減低了控制器的開發和實驗的工作量，大幅 減少控制系統的開發和試樣過程，提高產品開發的速度的變頻空調器產品快速研發平臺。
為達到上述目的，本發明所設計的變頻空調器快速研發平臺，由輸入控制板、輸出控制 板、通用變頻器、電源板、上位控制機組成，上位控制機分別通過總線與輸入控制板、輸出 控制板、通用變頻器、電源板連接，電源板分別與輸入控制板、輸出控制板、通用變頻器、 上位控制機相連，其特征是輸入控制板包括輸入主控單元、溫度采集電路、電流采集電路、 電壓采集電路、壓力采集電路、功率測量采集電路與外部連接的輸入外部接口電路，各采集 電路用于采集需研發的變頻空調實驗機的各類參數；輸入主控單元分別與各采集電路和輸入 外部接口電路連接；輸出控制板由輸出主控單元、模擬量輸出控制電路、數字量輸出控制電路、驅動單元、與外部連接的輸出外 電路組恭.輸出主搖單元與各輸出控制電路相連， 輸出控制電路與驅動單元相連、驅動單元與外部連接的輸出外部接口電路相連；輸出控制板 用于對需研發的變頻空調實驗機需控制的部件進行控制；通用變頻器則用于對需研發的變頻 空調實驗機的變頻壓縮機進行變頻控制。
所述的電源板具有與外部交流電源連接的輸入接口 ，至少具有三種直流電壓輸出的直流 電壓輸出接口和一個穩壓調節電路、至少具有三個交流電源輸出接口，各輸出接口間相互隔 離；所述的上位控制機具有一個輸入按鍵板、 一個顯示界面、具有對輸入控制板、輸出控制 板、通用變頻器、電源板進行讀取和控制的接口和至少具有一個控制算法處理單元和輸出接 口；所述的驅動單元中設有用于單獨控制、相互間聯合控制的功能電路和功能接口；驅動單 元可以是驅動電路或驅動裝置；所述的輸出控制板中與外部連接的輸出外部接口電路具有與 變頻空調器所屬的電器控制部件室內循環風機、室外循環風機、擺風電機、電子膨脹閥、 四通閥、電磁閥的控制線的控制連接接口。
所述的輸入控制板采用面向對象的設計和模塊化結構，各種采集電路、與外部連接的接 口電路通過模塊方式與單片機連接，進行采集電路、接口電路種類和數量的增加、減少、更 換。所述的輸出控制板采用面向對象的設計和模塊化結構，各種輸出控制電路通過模塊方式 與單片機連接，進行輸出控制電路種類和數量的增加、減少、更換。
在此，上位控制機機則通過總線方式和輸入控制板、輸出控制板、通用變頻器相連接， 用于對輸入控制板、輸出控制板、通用變頻器的控制，從而實現對需研發的變頻空調實驗機 的控制。
上位計算機的主要控制功能有三大類l.實現對變頻空調的基本使用功能的控制；2.實 現對變頻空調運行過程中各類保護參數的修改及更新；3.實現對變頻空調器運行過程中控制 算法的修改及更新。電源板由空氣開關、漏電保護器、接線做組成，用于給變頻空調器及其 設計參數獲取裝置供電。
將變頻空調器機電及制冷系統中的室、內外循環風機、四通閥、電子膨脹閥、電磁閥等 被控部件接入變頻空調器設計參數獲取裝置的輸出控制板的接口電路；將變頻空調器機電及 制冷系統中的溫度傳感器、電流型互感器、電壓型互感器、壓力傳感器接入變頻空調器設計 參數獲取裝置的輸入控制板的接口電路，同時將功率測量采集電路與變頻空調器機電系統的 相關引線接好；將變頻空調器機電及制冷系統中的變頻壓縮機通過引線和通用變頻器連接。 同時將變頻空調器設計參數獲取裝置的內部接線全部接好，打開上位計算機即可進行有關操作。
第一類主要功能的實現原理上位計算機通過調用工程技術人員編制的變頻空調的基本 使用功能的控制指令，使輸出控制板控制室、內外循環風機、四通閥、電子膨脹閥、電磁閥 處于工作狀態，即室、內外循環風機、四通閥、電子膨脹閥、電磁閥得電，電子膨脹閥處于 某開度。上位計算機同時控制通用變頻器啟動，從而使變頻壓縮機工作。通過上位計算機可 使上述受控部件按要求進行工作或停止。工程技術人員只需通過上位計算機來控制輸出控制 板和通用變頻器，即可設定各受控部件的處于特定實驗開發或模擬使用過程中的某種工作狀 態。當上位計算機發出指令使上述部件工作的同時，發出指令讓輸入控制板的各功能電路開 始工作，將變頻空調實驗機的相關技術參數進行采集，并送上位計算機進行數據整理和顯示 存儲。工程技術人員可通過對數據的分析，即可確定制冷系統的改進方案，來指導研發設計 工作。上述工作即可在沒有變頻空調控制器情況下開展起來，制冷系統的研發工作提前進行 提早完成。
第二類主要功能的實現原理同上描述，工程技術技術人員可以獲得需研發的變頻空調 器的各類運行參數，如運行電流、變頻壓縮機接線端子處的電壓、制冷系統中的各種管路溫 度和冷凝壓力、蒸發壓力的參數，通過對上述數據的判斷，得出需研發的變頻空調器是否處 于正常或異常工作狀態，通過上述工作狀態的分析即可得出更合理性各種運行參數，將這些 參數分別下載到輸入控制板、輸出控制板及通用變頻器的相關存儲器內，使該變頻空調器處 于一種新的工作狀態，即實現對變頻空調運行過程中各類保護參數的修改及更新。
第三類主要功能的實現原理工程技術人員通過上位計算機來設置輸入控制板、輸出控 制板、通用變頻器之間的邏輯運行關系，并將相關指令下載到輸入控制板、輸出控制板、通 用變頻器相關存儲器中，則輸入控制板、輸出控制板、通用變頻器與變頻空調器機電及制冷 系統則會依據某種邏輯關系進行運行。通過在上位計算機來更改輸入控制板、輸出控制板、 通用變頻器之間的邏輯運行關系，就實現對變頻空調器運行過程中控制算法的修改及更新。
可見，通過該平臺的上述三種操作方式，能在變頻空調器樣機的控制器未研發完成的情 況下，通過變頻空調樣機的制冷系統和機電部件與該裝置相連，按照工程技術人員設置的各 類實驗，完成對制冷系統、機電系統的優化設計，同時能為控制器的開發提供經實驗驗證的 控制算法和控制策略及控制參數，大大加快了控制系統和變頻空調器整機的開發進度，縮短 了開發周期保證了開發質量。
本發明提供的變頻空調器產品快速研發平臺，通過在產品開發過程的使用能顯著減少控制系統的研發工作量，并在控制系統未研ffl戰|^即可進行襟機Jf^發及實驗，并獲取和確定 有關必需的參數，指導和驗證制冷系統的設計，同時能提供使變頻空調器按各種模式運行和 按各種設置參數運行的實驗環境，大大減低了控制器的開發和實驗的工作量，大幅減少控制 系統的開發和試樣過程，不僅保證了產品開發過程的質量同時縮短了變頻空調器產品開發的 周期，大大提高產品開發的速度，提高了企業的綜合競爭力。
圖1是本發明實施例1結構示意圖； 圖2是本發明實施例2結構示意圖； 圖3是本發明實施例3結構示意圖； 圖4是輸入控制板組成方框圖； 圖5是輸出控制板組成方框圖； 圖6是電源板組成方框圖7是上位控制機組成方框圖。
其中輸入控制板l、輸出控制板2、通用變頻器3、電源板4、上位控制機5、室內循 環風機6、室外循環風機7、四通閥8、電子膨脹閥9、電磁閥10、溫度傳感器11、電流型 互感器12、電壓型互感器13、壓力傳感器14、濕度傳感器15、擺風電機16。
具體實施例方式
下面通過實施例結合附圖對本發明作進一步的描述。 .
實施例l:
如圖1所示，本實施例提供的變頻空調器快速研發平臺，由輸入控制板1、輸出控制板2、
通用變頻器3、電源板4、上位控制機5組成，上位控制機5分別通過總線與輸入控制板1、 輸出控制板2、通用變頻器3、電源板4連接，電源板4分別與輸入控制板1、輸出控制板2、 通用變頻器3、上位控制機5相連，如圖4所示，輸入控制板l包括輸入主控單元l-l、溫 度采集電路1-2、電流采集電路1-3、電壓采集電路1-4、壓力采集電路1-5、功率測量采集 電路1-6與外部連接的輸入外部接口電路1-7，輸入主控單元1-1分別與各采集電路和輸入 外部接口電路l-7連接；如圖5所示，輸出控制板2由輸出主控單元2-l、模擬量輸出控制電路2-2、數字量輸出控制電路2-3、驅3f單^ 2-4--與 ^部連*接的輸出外部接口電路2-5組 成，輸出主控單元2-l與各輸出控制電路相連，輸出控制電路與驅動單元2-4相連、驅動單 元2-4與外部連接的輸出外部接口電路2-5相連。
如圖6所示，所述的電源板4具有與外部交流電源連接的輸入接口 4-1，至少具有三種直 流電壓輸出的直流電壓輸出接口 4-2和一個穩壓調節電路4-3、至少具有三個交流電源輸出 接口4-4，各輸出接口間相互隔離；如圖7所示，所述的上位控制機5具有一個輸入按鍵板 5-1、 一個顯示界面5-2、具有對輸入控制板l、輸出控制板2、通用變頻器3、電源板4進 行讀取和控制的接口 5-3和至少具有一個控制算法處理單元5-4和輸出接口 ；所述的驅動單 元2-4中設有用于單獨控制、相互間聯合控制的功能電路2-4-1和功能接口 2-4-2;所述的 輸出控制板2中與外部連接的輸出外部接口電路2-5具有與變頻空調器所屬的電器控制部 件室內循環風機6、室外循環風機7、擺風電機16、電子膨脹閥9、四通閥8、電磁閥10 的控制線的控制連接接口 2-5-1。
如圖4、圖5所示，所述的輸入控制板l采用面向對象的設計和模塊化結構，各種采集 電路、與外部連接的接口電路通過模塊方式與單片機連接，進行采集電路、接口電路種類和 數量的增加、減少、更換。所述的輸出控制板2采用面向對象的設計和模塊化結構，各種輸 出控制電路通過模塊方式與單片機連接，進行輸出控制電路種類和數量的增加、減少、更換。
本實施例提供的變頻空調器快速研發平臺，上位控制機5通過總線分別與輸入控制板1、 輸出控制板2、通用變頻器3連接，電源板4則向上位控制機5、輸入控制板l、輸出控制板 2、通用變頻器3提供工作電源，通過應用軟件，使上述組合成一套有機的測量控制系統。
開發產品時，將通用變頻器3的輸出口接至處于研發初期的變頻空調的制冷系統的變頻 壓縮機上，根據該壓縮機的技術資料，由技術人員輸入上位控制機5相關指令，即可控制通 用變頻器3按要求驅動壓縮機進行某固定頻率點運行、升頻運行、降頻運行或按一定的頻率 變化規律運行，以完成對變頻壓縮機的運行控制。輸出控制板2的相關輸出接口接至處于研 發初期的變頻空調的制冷系統、機電系統的受控部件上，如四通閥8、室內循環風機6、室 外循環風機7、電子膨脹閥9及擺風電機16、各類電磁閥10上。技術人員輸入上位控制機5 相關指令，即可控制風機的啟停或按不同的風速運行、控制節流部件電子膨脹閥9的開度， 以控制制冷系統的流量、控制各類功能電磁閥的開、閉。
從上可見通過通用變頻器3和輸出控制板2在控制，處于研發初期的變頻空調器在沒有自身控制器的情況下，不僅可以運行起來還^以^^邀術人員加:a想進行任意工作狀態的
運行。再將輸入控制板1接上不同類型的傳感器，如壓力傳感器14、溫度傳感器11、電流 型互感器12、電壓型互感器13，將這些傳感器安裝到處于研發初期的變頻空調的制冷系統、 機電系統所需測量的位置，則輸入板則能獲取任意運行狀態下的制冷系統高、低壓力、溫度、 電流、電壓值參數。技術人員根據所獲取的參數，來判斷制冷系統設計的質量和優化修改的 方向，同時也可以根據這些參數來確定變頻空調控制器設計時的硬件配置如智能功率模塊的 大小，和各類電流、壓力、溫度、電壓參數控制點的設定值和異常保護的極限值，可快速可 靠準確地完成變頻空調控制器的設計。
該平臺還能實現另一重要功能，即變頻空調控制策略與控制算法所決定的空調使用的舒 適性問題。具體實現，將處于研發初期的變頻空調不帶控制器安裝未來使用的模擬房間內， 將該變頻空調器的所有電氣控制部件接入平臺，再將輸入控制板1接上不同類型的傳感器， 如壓力傳感器14、溫度傳感器15、電流型互感器12、電壓型互感器13，將這些傳感器安裝 到處于研發初期的變頻空調的制冷系統、機電系統所需測量的位置，則輸入控制板1具有這 些系統或位置的壓力、溫度、電流、電壓值測量功能；同時將溫度傳感器和濕度傳感器布置 在模擬房間內，通過技術人員的設定，變頻空調器按照某種控制算法或策略運行，輸入控制 板1則將房間內的溫度和濕度變化情況傳給上位控制機5，上位控制機5將此信息顯示，供 技術人員參考分析溫度和濕度的實際變化情況，修改控制算法或控制策略，使變頻空調器的 動態響應、溫度控制精確性、風速和氣流組織方面得到優化，達到最佳的使用效果。
實施例2:
如圖2所示，輸入控制板1與輸出控制板2可合成為一塊具有輸入輸出控制及測量功能 控制板。如采用可編程邏輯控制器、單片機、工控板卡等，可降低整個平臺的復雜性同時提 高可靠性和可擴展性。
實施例3:
如圖3所示，輸入控制板1與上位控制機5可合成為一塊具有測量和系統控制功能的控 制系統或控制器。如采用可編程邏輯控制器和觸摸屏、工業控制計算機等，可降低整個平臺 的復雜性同時提高可靠性和可擴展性。
權利要求
1、一種變頻空調器產品快速研發平臺，由輸入控制板(1)、輸出控制板(2)、通用變頻器(3)、電源板(4)、上位控制機(5)組成，上位控制機(5)分別通過總線與輸入控制板(1)、輸出控制板(2)、通用變頻器(3)、電源板(4)連接，電源板(4)分別與輸入控制板(1)、輸出控制板(2)、通用變頻器(3)、上位控制機(5)相連，其特征是輸入控制板(1)包括輸入主控單元(1-1)、溫度采集電路(1-2)、電流采集電路(1-3)、電壓采集電路(1-4)、壓力采集電路(1-5)、功率測量采集電路(1-6)與外部連接的輸入外部接口電路(1-7)，輸入主控單元(1-1)分別與各采集電路和輸入外部接口電路(1-7)連接；輸出控制板(2)由輸出主控單元(2-1)、模擬量輸出控制電路(2-2)、數字量輸出控制電路(2-3)、驅動單元(2-4)、與外部連接的輸出外部接口電路(2-5)組成，輸出主控單元(2-1)與各輸出控制電路相連，輸出控制電路與驅動單元(2-4)相連、驅動單元(2-4)與外部連接的輸出外部接口電路(2-5)相連。
2、 根據權利要求1所述的一種變頻空調器產品快速研發平臺，其特征是所述的電源板(4) 具有與外部交流電源連接的輸入接口 (4-1)，至少具有三種直流電壓輸出的直流電壓輸出接 口 (4-2)和一個穩壓調節電路(4-3)、至少具有三個交流電源輸出接口 (4-4)，各輸出接口 間相互隔離；所述的上位控制機(5)具有一個輸入按鍵板(5-1)、 一個顯示界面(5-2)、具 有對輸入控制板(1)、輸出控制板(2)、通用變頻器(3)、電源板(4)進行讀取和控制的接 口 (5-3)和至少具有一個控制算法處理單元(5-4)和輸出接口；所述的驅動單元(2-4)中 設有用于單獨控制、相互間聯合控制的功能電路(2-4-1)和功能接口 (2-4-2);所述的輸出 控制板(2)中與外部連接的輸出外部接口電路(2-5)具有與變頻空調器所屬的電器控制部 件室內循環風機(6)、室外循環風機(7)、擺風電機(16)、電子膨脹閥(9)、四通閥(8)、 電磁闊(10)的控制線的控制連接接口 (2-5-1)。
3、 根據權利要求1或2所述的一種變頻空調器產品快速研發平臺，其特征是所述的輸入 控制板(1)采用面向對象的設計和模塊化結構，各種采集電路、與外部連接的接口電路通過 模塊方式與單片機連接，進行采集電路、接口電路種類和數量的增加、減少、更換。
4、 根據權利要求1或2所述的一種變頻空調器產品快速研發平臺，其特征是所述的輸出 控制板(2)采用面向對象的設計和模塊化結構，各種輸出控制電路通過模塊方式與單片機連 接，進行輸出控制電路種類和數量的增加、減少、更換。
5、 根據權利要求3所述的一種變頻空調器產品快速研發平臺，其特征是所述的輸出控制 板(2)采用面向對象的設計和模塊化結構，各種輸出控制電路通過模塊方式與單片機連接， 進行輸出控制電路種類和數量的增加、減少、更換。
全文摘要
本發明公開了一種變頻空調器快速研發平臺，它包括輸入控制板、輸出控制板、通用變頻器、電源板、上位控制機；輸入控制板包括輸入主控單元、溫度采集電路、電流采集電路、電壓采集電路、壓力采集電路、功率測量采集電路與外部連接的輸入外部接口電路；輸出控制板由輸出主控單元、模擬量輸出控制電路、數字量輸出控制電路、驅動單元、與外部連接的輸出外部接口電路組成。這種變頻空調器快速研發平臺，在控制系統未研制出來前即可進行整機開發及實驗，并獲取和確定有關必需的參數，指導和驗證制冷系統的設計，不僅保證了產品開發過程的質量同時縮短了變頻空調器產品開發的周期。
文檔編號F24F11/00GK101424435SQ200810182959
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月12日 優先權日2008年12月12日
發明者強 丁, 馮建文, 姜周曙 申請人:杭州電子科技大學