基于组态技术的制冷实验系统

　　1 引 言

　　制冷原理与设备、热泵技术和冷库技术等课程是高等院校制冷类专业的重要技术基础课程，实验教学是全面推进素质教育的一个重要组成部分[1-2]。然而，传统的制冷实验教学设备大多相对落后或者功能单一，不能满足现代多元化创新教学的需要，从而影响学生分析和解决问题能力以及创新能力的发挥，也不利于培养学生动手能力和工程综合实践能力。

　　组态技术是计算机控制技术综合发展的结果，采用组态技术构成的计算机系统在硬件方面大量采用通用的 I/O 接口设备和现场设备，并且能够为用户提供多种通用工具模块，具有二次开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点[3-8]。目前，市场上流行的工控组态软件也有很多，国外，德国 SIEMENS 公司的WINCC、澳大利亚 CIT 公司的 CITECT、美国 GE 公司的 CIMPLICITY 等; 国 内，北 京 亚 控 公 司 的 KING-VIEW、北京昆仑通态公司的 MCGS、大庆三维公司的FORCECONTROL 等。总的来说，国外软件功能强大、图形(库)丰富、可靠性高，但通常价格也较高;国内组态软件能满足一般的控制系统设计要求，在具有较好的性价比基础上，针对中国用户在操作功能、报表功能等方面的一些特殊要求做了专门设计[8]。经过比较，选择组态王进行实验系统二次开发。“组态王”是北京亚控科技发展有限公司开发的一种组态软件。组态王软件包由工程管理器、工程浏览器、画面运行窗口和信息窗口等组成[9]。因其方便的界面设计而使参数显示及图形动画变得非常容易，其预设的各种软件模块可以非常容易地被组态，从而实现和完成监控层的各项功能，是国内较为流行的组态软件。

　　本文运用组态王软件设计了制冷 /热泵循环模拟与控制实验系统，可为制冷及相关专业制冷原理与设备、冷库技术、热泵技术、制冷装置自动控制等课程进行演示性实验，完成对实际实验及工程状况和操作的学习，做到把知识真正融入实践，增强学生实践和分析与解决问题的能力，显著提高实验教学的效果。同时采用组态技术缩短了开发周期，减少了开发费用。该实验系统将制冷学科的多门主要专业课程融会贯通，使专业知识体系更深入、更系统。

　　2 制冷 / 热泵模拟实验台设计

　　2. 1 实验原理

　　制冷 /热泵循环演示实验系统根据实际单级压缩制冷 /热泵循环构造，可以直观地展示制冷和热泵循环时四通换向阀内制冷剂的流动情况，以及冬夏季热泵 /制冷循环冷凝器和蒸发器内的换热和制冷剂状态变化情况。如图 1 所示，实验系统由压缩机、换热器、节流机构、四通换向阀等组成。为了便于计算和分析，换热器中均采用水与制冷剂进行热量交换，水在管内流动，制冷剂在透明容器内相变。学生可以直接观察蒸发器中制冷剂沸腾产生气泡，液面因制冷剂气化而下降;冷凝器中制冷剂冷凝出现雾气，液面上升等制冷剂的状态变化。水的流量和温度可以通过转子流量计和热电偶进行测量;另外，实验系统中还设有温度、压力、电流、电压等测量仪表。