商用燃气灶具热工性能自动化检测系统

　　摘 要： 为商用燃气灶具设计热工性能自动化检测系统，实现检测方法的智能化改造。结合热工性能项目需求，对传统检测方法存在局限性问题进行分析，提出自动化检测系统的整体设计方案。利用传感器、PLC、终端动作器和上位机等模块，传感器对热工性能参数进行采集汇总，PLC根据参数判断热工性能是否稳定，控制终端动作器调节参数，燃烧稳定后上位机根据采集到的数据进行实时处理。以燃气蒸箱为例，得到了热工性能自动化检测系统设计图，通过燃气系统、供水系统、辅助设计的协同，满足了商用燃气灶具对一体化、智能化、高效率、高精度的需求。

　　关键词： 商用燃气灶具;热工性能;自动化检测;智能化改造;PLC

　　引言

　　伴随着我国经济发展和人民生活水平的提高，人们对食物的需求正逐渐从饱腹向美味且多样化转变。商用燃气灶具，具有火力集中、加热速度快等特点[1]，能够较好地满足人们对食物日益增长的需求，因此被大量应用在酒店、食堂和商场等场所。近几年，商用燃气灶具的强制性国家标准相继实施，国家对商用燃气灶具行业的监管力度正在加大，商用燃气灶具产品的节能认证也不断获得市场的认可。随着商用燃气灶具行业准入门槛的提高，未来与其相关的检测业务需求将持续增加[2]。

　　热工性能是商用燃气灶具的关键性能，包含热负荷和热效率两个方面。热负荷衡量商用燃气灶具的使用性能是否能达到要求，热效率则评估商用燃气灶具的节能性能[3]。在传统的商用燃气灶具热工性能检测中，通常采用人为读取数据的方法，且同时需要数人互相配合，效率和准确度无法保障，而自动化检测、智能化改造则可以很好地解决这一问题[4]。

　　为实现商用燃气灶具热工性能检测方法的智能化改造，本文对商用燃气灶具热工性能自动化检测系统进行研究。首先结合热工性能项目需求，对传统检测方法的局限性进行分析;然后从整体上提出对自动化检测系统的设计方案;最后以燃气蒸箱为例，对自动化检测系统进行设计。

　　1 传统检测方法局限性分析

　　如引言所述，商用燃气灶具的热工性能包含热负荷和热效率两个方面，二者有着紧密的联系。以中餐灶为例，其热效率试验所需的试验用锅尺寸和试验水重是基于热负荷试验算出的数据折算得到的[5]。二者在试验原理上也是共通的：热负荷是商用燃气灶具在额定燃气压力下使用基准气在规定时间内放出的热量;热效率则是水升温所需要的热量与商用燃气灶具使用基准气所放出的热量的比值[6-8]。

　　目前，绝大部分商用燃气灶具的生产企业和检测机构在进行检测试验时，都采用人工操作、记录数据和数据处理等步骤。根据人工试验方法，为了保证试验可行性，至少需要2～3人同时进行操作，尤其是在中餐灶热效率试验中，主锅和尾锅内需要同时搅拌，主锅和尾锅内水的初、终温都需要测量;另外，还需要同时监测燃气耗气量等参数，并保持燃气入口压力的稳定，这在商用燃气灶具工况不符合标准要求的情况下是很难实现的;测量后，需要处理的数据量非常大。另一方面，商用燃气灶具的热负荷较大，燃气流量一般在3.5 m3/h以上，因此不同的试验人员会因为反应速度的快慢和记录时间的不同，对试验数据的记录有不同的倾向，造成结果上的差异。实际上，在试验中，试验人员需要同时记录大气压力、燃气温度、灶具燃氣入口压力、流量计内燃气入口压力等参数，操作中容易顾此失彼，尤其是在热负荷检测时，需记录时长大于1 min且燃气表旋转一周以上的整圈数[9]，在记录其他参数时可能会错过这个流量记录点而多等一圈，严重降低了试验记录的准确性和可追溯性。

　　总之，传统检测方法存在以下不足：

　　(1)热负荷和热效率需要分开计算，存在重复性劳动，花费时间较长，检测效率较低，且在数据处理后才能知道结果;

　　(2)人员需求量大，操作易顾此失彼，在人员不足的情况下，检测很难进行;

　　(3)热工性能检测需要保证在商用燃气灶具工况符合标准要求且稳定的情况下进行，而人工调节精度低，会造成压力在规定点有不稳定波动;

　　(4)人工记录数据会因为操作人员的判断不同而有较大差异，这样会对检测结果的准确性有影响。

　　2 自动化检测系统整体设计方案

　　2.1 模块选择

　　为了提高商用燃气灶具热工性能检测效率和准确度，减少人力成本和时间成本，考虑设计一套自动化检测系统，利用传感器、PLC、终端动作器和上位机来实现自动化检测。

　　通过传感器采集商用燃气灶具燃烧时的参数，参数大致可以分为两类：采集型参数和调节型参数。采集型参数是灶具燃烧时产生的参数，调节型参数则是需要保持稳定并决定灶具燃烧工况的参数，具体如表1所示。PLC根据采集到的参数，用终端动作器进行调节，使燃烧工况稳定。工况稳定后，上位机根据实时采集的数据进行计算、存档和报告生成。

　　2.2 结构设计

　　商用燃气灶具热工性能自动化检测系统结构如图1所示。

　　2.3 应用特点分析

　　商用燃气灶具热工性能自动化检测系统应当具备以下特点：

　　(1)传感器采集精度高，速度快，操作方便，节省人力并降低人为误差，提高检测效率，数据采集具有实时性、高准确性，检测结果可靠;

　　(2)通过监测燃烧参数判定燃烧是否稳定，如果不稳定，PLC可以命令终端的动作器进行调节，相较于人为调节，速度更快，精度更高;

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