自动电饭锅能效快速智能检测设备的研制

2015-04-09毛立蒋科马志华

家电科技 2015年3期

毛立蒋科马志华

（江苏出入境检验检疫局机电产品及车辆检测中心江苏无锡 214174）

1 引言

随着我国经济发展和人民生活水平的不断提高，居民用电量迅速增长，各种家用电器消耗着越来越多的能源。为缓解能源供求矛盾，我国提出了“能源开发与节约并重，把节约放在首位”的方针。1998 年1月1日实施《中华人民共和国节约能源法》，2005年3月1日正式开始实施《能源效率标识管理办法》的法规。能效标识直观地明示了用能产品的能源效率等级、能源消耗指标以及其他比较重要的性能指标。最初，人们都把注意力集中在电冰箱、空调器、洗衣机等大型家用电器以及少数照明器具和工业设备上，首先制定实施能效标准的也是冰箱、空调、洗衣机等大家电产品。然而，小家电由于产品数量的巨大，所消耗的能源也是不容忽视的。2008年10月20日GB 12021.6-2008《自动电饭锅能效限定值及能效等级》代替GB 12021.6-1989《自动电饭锅效率、保温电耗限定值及测试方法》正式发布，并于2009年6月1日正式实施。

2 标准内容介绍

GB 12021.6-2008标准有五个主要内容，第一是自动电饭锅的能效等级，第二是自动电饭锅的能效限定值，第三个是自动电饭锅的节能评价值，第四是自动电饭锅的待机能耗，第五是自动电饭锅的保温能耗。

2.1 能效等级

电饭锅能效分为 1、2、3、4、5共五个等级，等级1表示产品达到国际先进水平，最节电，即耗能最低；等级2表示比较节电；等级3表示产品的能源效率为我国市场的平均水平；等级4表示产品能源效率低于市场平均水平；等级5是市场准入指标，低于该等级要求的产品不允许生产和销售，详见表1。

图1 电路框图

图2 主控窗口界面

试验方法：测试时，初始水温与环境温度一致，用称重法向内锅加水，达到内锅额定容积的80%，测量初始水温t1，将热电偶穿过锅盖，然后按试验条件通电，并用电度表测量电饭锅的耗电能（量）。当内锅水温升到90℃时，立即切断电源，读取耗电能（量）。断电后，由于发热盘的热容量及滞后原因，内锅水温在断电后还会上升，观察水温升高到下降为止，读取内锅中水温最高温度值t2。按式（1）计算热效率：

式（1）中：

η—热效率，以百分数表示（%），精确到小数点后一位；

G—试验前水量，单位为千克（kg）；

t1—试验前初始水温，单位为摄氏度（℃）；

t2—试验后最高水温，单位为摄氏度（℃）；

E—耗电量，单位为瓦时（W·h）。

2.2 待机能耗

对于具有待机功能的自动电饭锅，其待机能耗设定在最高2W·h。能耗等级3级及以上的产品，其待机能耗不允许超过1.6W·h。

试验方法：测定自动电饭锅在待机状态下4h的能耗，然后计算出每小时的耗电量。

2.3 保温能耗

保温为自动电饭锅的一个重要功能。将自动电饭锅的保温能耗应不大于表2中的数值。

试验方法：向内锅加入额定容积80%的水并通电加热，待水温达到90℃时强制使器具进入保温状态，并同时开始记录耗电量。在第4小时、4小时30分、5小时三个时刻点，分别测量温度值，取三次读数的平均值为保温温度。实验过程中，保温温度在60℃~80℃之间。测定5h内的耗电量，然后计算出每小时耗电量。

3 自动电饭锅能效检测设备软硬件设计

自动电饭锅能效检测行业目前还处在一个起步发展阶段，检测技术尚不成熟，仅是利用电压表、功率表、电能表等试验仪器，再通过搭接线路等方法进行能效等级等方面的检测，此种检测方式存在一些弊端。

1）自动化程度低，导致检测人员工作量大；

2）操作比较繁琐，影响检测效率；

3）间接读数，影响检测精度；

4）能效检测溯源性差。

因此很有必要针对标准研制出快速准确的检测设备。

如图1所示，电饭锅能效智能检测仪的电气结构包括：测试电源输入接口通过电源通断装置连接测试电源输出接口，所述电源通断装置的控制端连接控制模块，所述控制模块通过RS485接口连接触摸屏。电能表、电压表也连接触摸屏，电能表、电压表的输入端连接在电饭锅的待测回路中。控制模块的输入端连接测温探头。控制模块还连接有蜂鸣器，在每项测试结束都有声讯提示。

图3 能效等级测试界面

图4 待机能耗测定界面

图5 保温能耗测定界面

图6 数据报表输出界面

该检测控制系统是HMI-PLC（人机界面-可编程控制器）的控制系统，本系统采用昆仑通态的MCGS触摸屏用于实时监控系统数据。PLC作为控制器用数字量输入/输出模块对开关量进行控制，控制现场继电器的动作，从而实现系统整体自动协调动作，完成标准检测的要求。PLC和监控MCGS之间通过RS485通讯线进行通讯，温度、电压和电能信号通过RS485总线送到监控触摸屏，并将其信息实时显示出来，便于操作人员掌握设备的运行情况。

进行上位机监控系统设计时，要考虑标准中能效等级（热效率）测试、待机能耗测定以及保温能耗测定三方面测试需求。同时考虑标准变化及差异等方面，标准设定的温度及时间值可根据情况人为设定调整，以便测试系统扩展和升级。根据需要，确定人机交互主控界面的显示内容分为4个界面。各个界面通过“取消”按钮返回主控界面。如图2所示，主控界面主要用于功能选项的选择及显示设备运行状况。

能效等级测试：系统要求测试人员自己设定内锅中水的质量，拟定水温值。放置测温探头，按“开始”按钮，系统对温度、测试时间、电压、功率、消耗电能等参数能够实时采集和监控显示，使被测电饭锅内水温达到设定温度值，系统会根据公式不断的计算热效率，直到实验结束停止，操作界面如图3所示。。

待机能耗测试：系统要求测试人员自己设定待机时间。按“待机开始”按钮，系统对测试时间、电压、功率、消耗电能等参数能够实时采集和监控显示，当系统到达设定的待机时间时，系统根据待机消耗电能及已待机时间计算待机每小时消耗电量，操作界面如图4所示。

保温能耗测试：系统要求测试人员自己设定预热水温，第一、第二、第三次测定时间。放置测温探头，按“加热水温”按钮，手动对水进行加热，当加热接近预热水温时会有报警提示，当到达预热水温时，人工强制使电饭锅保温，并按“保温开始”，系统对电能表的读数及保温时间清零重新记数，实时采集和监控显示测试时间、电压、功率、消耗电能等参数，记录下三次时间点时测量温度值，通过以上的记录，系统计算三次的平均温度，计算每小时的能耗，操作界面如图5所示。。

数据报表输出：在MCGS组态软件中提供了历史曲线构件，可以利用此构件关联相应的时间，温度及电能等变量。运行时，历史曲线构件能够根据需要画出历史数据的趋势效果图，对于历史数据的变化有一个很好的体现和描述，更具直观和可比性。当光标放置到历史曲线的某一处时就会在曲线上的某处出现一个表格，显示光标所处位置的时间及相应时刻的值。如图6所示，历史数据显示窗口横坐标表示时间，红色曲线显示实时的温度，蓝色曲线显示实时电能。

4 结束语

自动电饭锅能效快速智能检测设备是针对GB 12021.6-2008设计开发专业应用性设备。本研究的独创新颖之处在于其集检测能效等级（热效率）、待机能耗、保温能耗于一体；将触摸屏与PLC结合使用的理念运用在电饭锅能效检测系统中，其电量、功率、温度、监测采用触摸屏显示模式，做到了界面友好、简单实用、稳定高效，同时增加了系统的经济性，有利于推广实用。同时，具有数据存储功能，便于数据研究和分析。