专利名称：变频空调器产品快速研发平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及变频空调产品研发过程的一种新型专用设备，特别是一种变频空调器产品快 速研发平台。
背景技术：
空调器己成为居民生活不可缺少的家用电器，变频空调是目前发展的主要趋势。在日 本，几乎所有的家用空调器都是变频空调器。在我国，近年来变频空调的普及率和市场占有 率连年上升，据预测到2010年可达到70%。目前只有30%，可见变频空调器是空调市场的新 宠，也必然是空调生产厂家的重点关注对象。加速对该空调的开发对企业争夺市场和提高效 益大有好处。而目前变频空调的开发通常是先进行控制系统的开发，再用控制系统和制冷系 统搭配进行包括性能实验在内的各类实验，通过技术人员的决策，在确定各种设计参数，在 实验过程通常会进行控制器和制冷系统的多次修改，会进行控制系统和制冷系统重新制作和 实验，因而整个研发过程周期较长。
能有一种装备，如能直接获取设计参数，大幅减少控制系统的开发和试样过程，必然会 大大提高产品开发的速度，提高企业的综合竞争力。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题而提出的一种在控制系统未研制出来前即可进行整机 开发及实验，并获取和确定有关必需的参数，以减低了控制器的开发和实验的工作量，大幅 减少控制系统的开发和试样过程，提高产品开发的速度的变频空调器产品快速研发平台。
为达到上述目的，本发明所设计的变频空调器快速研发平台，由输入控制板、输出控制 板、通用变频器、电源板、上位控制机组成，上位控制机分别通过总线与输入控制板、输出 控制板、通用变频器、电源板连接，电源板分别与输入控制板、输出控制板、通用变频器、 上位控制机相连，其特征是输入控制板包括输入主控单元、温度采集电路、电流采集电路、 电压采集电路、压力采集电路、功率测量采集电路与外部连接的输入外部接口电路，各采集 电路用于采集需研发的变频空调实验机的各类参数；输入主控单元分别与各采集电路和输入 外部接口电路连接；输出控制板由输出主控单元、模拟量输出控制电路、数字量输出控制电路、驱动单元、与外部连接的输出外 电路组恭.输出主摇单元与各输出控制电路相连， 输出控制电路与驱动单元相连、驱动单元与外部连接的输出外部接口电路相连；输出控制板 用于对需研发的变频空调实验机需控制的部件进行控制；通用变频器则用于对需研发的变频 空调实验机的变频压縮机进行变频控制。
所述的电源板具有与外部交流电源连接的输入接口 ，至少具有三种直流电压输出的直流 电压输出接口和一个稳压调节电路、至少具有三个交流电源输出接口，各输出接口间相互隔 离；所述的上位控制机具有一个输入按键板、 一个显示界面、具有对输入控制板、输出控制 板、通用变频器、电源板进行读取和控制的接口和至少具有一个控制算法处理单元和输出接 口；所述的驱动单元中设有用于单独控制、相互间联合控制的功能电路和功能接口；驱动单 元可以是驱动电路或驱动装置；所述的输出控制板中与外部连接的输出外部接口电路具有与 变频空调器所属的电器控制部件室内循环风机、室外循环风机、摆风电机、电子膨胀阀、 四通阀、电磁阀的控制线的控制连接接口。
所述的输入控制板采用面向对象的设计和模块化结构，各种采集电路、与外部连接的接 口电路通过模块方式与单片机连接，进行采集电路、接口电路种类和数量的增加、减少、更 换。所述的输出控制板采用面向对象的设计和模块化结构，各种输出控制电路通过模块方式 与单片机连接，进行输出控制电路种类和数量的增加、减少、更换。
在此，上位控制机机则通过总线方式和输入控制板、输出控制板、通用变频器相连接， 用于对输入控制板、输出控制板、通用变频器的控制，从而实现对需研发的变频空调实验机 的控制。
上位计算机的主要控制功能有三大类l.实现对变频空调的基本使用功能的控制；2.实 现对变频空调运行过程中各类保护参数的修改及更新；3.实现对变频空调器运行过程中控制 算法的修改及更新。电源板由空气开关、漏电保护器、接线做组成，用于给变频空调器及其 设计参数获取装置供电。
将变频空调器机电及制冷系统中的室、内外循环风机、四通阀、电子膨胀阀、电磁阀等 被控部件接入变频空调器设计参数获取装置的输出控制板的接口电路；将变频空调器机电及 制冷系统中的温度传感器、电流型互感器、电压型互感器、压力传感器接入变频空调器设计 参数获取装置的输入控制板的接口电路，同时将功率测量采集电路与变频空调器机电系统的 相关引线接好；将变频空调器机电及制冷系统中的变频压縮机通过引线和通用变频器连接。 同时将变频空调器设计参数获取装置的内部接线全部接好，打开上位计算机即可进行有关操作。
第一类主要功能的实现原理上位计算机通过调用工程技术人员编制的变频空调的基本 使用功能的控制指令，使输出控制板控制室、内外循环风机、四通阀、电子膨胀阀、电磁阀 处于工作状态，即室、内外循环风机、四通阀、电子膨胀阀、电磁阀得电，电子膨胀阀处于 某开度。上位计算机同时控制通用变频器启动，从而使变频压縮机工作。通过上位计算机可 使上述受控部件按要求进行工作或停止。工程技术人员只需通过上位计算机来控制输出控制 板和通用变频器，即可设定各受控部件的处于特定实验开发或模拟使用过程中的某种工作状 态。当上位计算机发出指令使上述部件工作的同时，发出指令让输入控制板的各功能电路开 始工作，将变频空调实验机的相关技术参数进行采集，并送上位计算机进行数据整理和显示 存储。工程技术人员可通过对数据的分析，即可确定制冷系统的改进方案，来指导研发设计 工作。上述工作即可在没有变频空调控制器情况下开展起来，制冷系统的研发工作提前进行 提早完成。
第二类主要功能的实现原理同上描述，工程技术技术人员可以获得需研发的变频空调 器的各类运行参数，如运行电流、变频压縮机接线端子处的电压、制冷系统中的各种管路温 度和冷凝压力、蒸发压力的参数，通过对上述数据的判断，得出需研发的变频空调器是否处 于正常或异常工作状态，通过上述工作状态的分析即可得出更合理性各种运行参数，将这些 参数分别下载到输入控制板、输出控制板及通用变频器的相关存储器内，使该变频空调器处 于一种新的工作状态，即实现对变频空调运行过程中各类保护参数的修改及更新。
第三类主要功能的实现原理工程技术人员通过上位计算机来设置输入控制板、输出控 制板、通用变频器之间的逻辑运行关系，并将相关指令下载到输入控制板、输出控制板、通 用变频器相关存储器中，则输入控制板、输出控制板、通用变频器与变频空调器机电及制冷 系统则会依据某种逻辑关系进行运行。通过在上位计算机来更改输入控制板、输出控制板、 通用变频器之间的逻辑运行关系，就实现对变频空调器运行过程中控制算法的修改及更新。
可见，通过该平台的上述三种操作方式，能在变频空调器样机的控制器未研发完成的情 况下，通过变频空调样机的制冷系统和机电部件与该装置相连，按照工程技术人员设置的各 类实验，完成对制冷系统、机电系统的优化设计，同时能为控制器的开发提供经实验验证的 控制算法和控制策略及控制参数，大大加快了控制系统和变频空调器整机的开发进度，縮短 了开发周期保证了开发质量。
本发明提供的变频空调器产品快速研发平台，通过在产品开发过程的使用能显著减少控制系统的研发工作量，并在控制系统未研ffl战|^即可进行襟机Jf^发及实验，并获取和确定 有关必需的参数，指导和验证制冷系统的设计，同时能提供使变频空调器按各种模式运行和 按各种设置参数运行的实验环境，大大减低了控制器的开发和实验的工作量，大幅减少控制 系统的开发和试样过程，不仅保证了产品开发过程的质量同时縮短了变频空调器产品开发的 周期，大大提高产品开发的速度，提高了企业的综合竞争力。
图1是本发明实施例1结构示意图； 图2是本发明实施例2结构示意图； 图3是本发明实施例3结构示意图； 图4是输入控制板组成方框图； 图5是输出控制板组成方框图； 图6是电源板组成方框图7是上位控制机组成方框图。
其中输入控制板l、输出控制板2、通用变频器3、电源板4、上位控制机5、室内循 环风机6、室外循环风机7、四通阀8、电子膨胀阀9、电磁阀10、温度传感器11、电流型 互感器12、电压型互感器13、压力传感器14、湿度传感器15、摆风电机16。
具体实施例方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。 .
实施例l:
如图1所示，本实施例提供的变频空调器快速研发平台，由输入控制板1、输出控制板2、
通用变频器3、电源板4、上位控制机5组成，上位控制机5分别通过总线与输入控制板1、 输出控制板2、通用变频器3、电源板4连接，电源板4分别与输入控制板1、输出控制板2、 通用变频器3、上位控制机5相连，如图4所示，输入控制板l包括输入主控单元l-l、温 度采集电路1-2、电流采集电路1-3、电压采集电路1-4、压力采集电路1-5、功率测量采集 电路1-6与外部连接的输入外部接口电路1-7，输入主控单元1-1分别与各采集电路和输入 外部接口电路l-7连接；如图5所示，输出控制板2由输出主控单元2-l、模拟量输出控制电路2-2、数字量输出控制电路2-3、驱3f单^ 2-4--与 ^部连*接的输出外部接口电路2-5组 成，输出主控单元2-l与各输出控制电路相连，输出控制电路与驱动单元2-4相连、驱动单 元2-4与外部连接的输出外部接口电路2-5相连。
如图6所示，所述的电源板4具有与外部交流电源连接的输入接口 4-1，至少具有三种直 流电压输出的直流电压输出接口 4-2和一个稳压调节电路4-3、至少具有三个交流电源输出 接口4-4，各输出接口间相互隔离；如图7所示，所述的上位控制机5具有一个输入按键板 5-1、 一个显示界面5-2、具有对输入控制板l、输出控制板2、通用变频器3、电源板4进 行读取和控制的接口 5-3和至少具有一个控制算法处理单元5-4和输出接口 ；所述的驱动单 元2-4中设有用于单独控制、相互间联合控制的功能电路2-4-1和功能接口 2-4-2;所述的 输出控制板2中与外部连接的输出外部接口电路2-5具有与变频空调器所属的电器控制部 件室内循环风机6、室外循环风机7、摆风电机16、电子膨胀阀9、四通阀8、电磁阀10 的控制线的控制连接接口 2-5-1。
如图4、图5所示，所述的输入控制板l采用面向对象的设计和模块化结构，各种采集 电路、与外部连接的接口电路通过模块方式与单片机连接，进行采集电路、接口电路种类和 数量的增加、减少、更换。所述的输出控制板2采用面向对象的设计和模块化结构，各种输 出控制电路通过模块方式与单片机连接，进行输出控制电路种类和数量的增加、减少、更换。
本实施例提供的变频空调器快速研发平台，上位控制机5通过总线分别与输入控制板1、 输出控制板2、通用变频器3连接，电源板4则向上位控制机5、输入控制板l、输出控制板 2、通用变频器3提供工作电源，通过应用软件，使上述组合成一套有机的测量控制系统。
开发产品时，将通用变频器3的输出口接至处于研发初期的变频空调的制冷系统的变频 压縮机上，根据该压縮机的技术资料，由技术人员输入上位控制机5相关指令，即可控制通 用变频器3按要求驱动压缩机进行某固定频率点运行、升频运行、降频运行或按一定的频率 变化规律运行，以完成对变频压縮机的运行控制。输出控制板2的相关输出接口接至处于研 发初期的变频空调的制冷系统、机电系统的受控部件上，如四通阀8、室内循环风机6、室 外循环风机7、电子膨胀阀9及摆风电机16、各类电磁阀10上。技术人员输入上位控制机5 相关指令，即可控制风机的启停或按不同的风速运行、控制节流部件电子膨胀阀9的开度， 以控制制冷系统的流量、控制各类功能电磁阀的开、闭。
从上可见通过通用变频器3和输出控制板2在控制，处于研发初期的变频空调器在没有自身控制器的情况下，不仅可以运行起来还^以^^邀术人员加:a想进行任意工作状态的
运行。再将输入控制板1接上不同类型的传感器，如压力传感器14、温度传感器11、电流 型互感器12、电压型互感器13，将这些传感器安装到处于研发初期的变频空调的制冷系统、 机电系统所需测量的位置，则输入板则能获取任意运行状态下的制冷系统高、低压力、温度、 电流、电压值参数。技术人员根据所获取的参数，来判断制冷系统设计的质量和优化修改的 方向，同时也可以根据这些参数来确定变频空调控制器设计时的硬件配置如智能功率模块的 大小，和各类电流、压力、温度、电压参数控制点的设定值和异常保护的极限值，可快速可 靠准确地完成变频空调控制器的设计。
该平台还能实现另一重要功能，即变频空调控制策略与控制算法所决定的空调使用的舒 适性问题。具体实现，将处于研发初期的变频空调不带控制器安装未来使用的模拟房间内， 将该变频空调器的所有电气控制部件接入平台，再将输入控制板1接上不同类型的传感器， 如压力传感器14、温度传感器15、电流型互感器12、电压型互感器13，将这些传感器安装 到处于研发初期的变频空调的制冷系统、机电系统所需测量的位置，则输入控制板1具有这 些系统或位置的压力、温度、电流、电压值测量功能；同时将温度传感器和湿度传感器布置 在模拟房间内，通过技术人员的设定，变频空调器按照某种控制算法或策略运行，输入控制 板1则将房间内的温度和湿度变化情况传给上位控制机5，上位控制机5将此信息显示，供 技术人员参考分析温度和湿度的实际变化情况，修改控制算法或控制策略，使变频空调器的 动态响应、温度控制精确性、风速和气流组织方面得到优化，达到最佳的使用效果。
实施例2:
如图2所示，输入控制板1与输出控制板2可合成为一块具有输入输出控制及测量功能 控制板。如采用可编程逻辑控制器、单片机、工控板卡等，可降低整个平台的复杂性同时提 高可靠性和可扩展性。
实施例3:
如图3所示，输入控制板1与上位控制机5可合成为一块具有测量和系统控制功能的控 制系统或控制器。如采用可编程逻辑控制器和触摸屏、工业控制计算机等，可降低整个平台 的复杂性同时提高可靠性和可扩展性。
权利要求
1、一种变频空调器产品快速研发平台，由输入控制板(1)、输出控制板(2)、通用变频器(3)、电源板(4)、上位控制机(5)组成，上位控制机(5)分别通过总线与输入控制板(1)、输出控制板(2)、通用变频器(3)、电源板(4)连接，电源板(4)分别与输入控制板(1)、输出控制板(2)、通用变频器(3)、上位控制机(5)相连，其特征是输入控制板(1)包括输入主控单元(1-1)、温度采集电路(1-2)、电流采集电路(1-3)、电压采集电路(1-4)、压力采集电路(1-5)、功率测量采集电路(1-6)与外部连接的输入外部接口电路(1-7)，输入主控单元(1-1)分别与各采集电路和输入外部接口电路(1-7)连接；输出控制板(2)由输出主控单元(2-1)、模拟量输出控制电路(2-2)、数字量输出控制电路(2-3)、驱动单元(2-4)、与外部连接的输出外部接口电路(2-5)组成，输出主控单元(2-1)与各输出控制电路相连，输出控制电路与驱动单元(2-4)相连、驱动单元(2-4)与外部连接的输出外部接口电路(2-5)相连。
2、 根据权利要求1所述的一种变频空调器产品快速研发平台，其特征是所述的电源板(4) 具有与外部交流电源连接的输入接口 (4-1)，至少具有三种直流电压输出的直流电压输出接 口 (4-2)和一个稳压调节电路(4-3)、至少具有三个交流电源输出接口 (4-4)，各输出接口 间相互隔离；所述的上位控制机(5)具有一个输入按键板(5-1)、 一个显示界面(5-2)、具 有对输入控制板(1)、输出控制板(2)、通用变频器(3)、电源板(4)进行读取和控制的接 口 (5-3)和至少具有一个控制算法处理单元(5-4)和输出接口；所述的驱动单元(2-4)中 设有用于单独控制、相互间联合控制的功能电路(2-4-1)和功能接口 (2-4-2);所述的输出 控制板(2)中与外部连接的输出外部接口电路(2-5)具有与变频空调器所属的电器控制部 件室内循环风机(6)、室外循环风机(7)、摆风电机(16)、电子膨胀阀(9)、四通阀(8)、 电磁阔(10)的控制线的控制连接接口 (2-5-1)。
3、 根据权利要求1或2所述的一种变频空调器产品快速研发平台，其特征是所述的输入 控制板(1)采用面向对象的设计和模块化结构，各种采集电路、与外部连接的接口电路通过 模块方式与单片机连接，进行采集电路、接口电路种类和数量的增加、减少、更换。
4、 根据权利要求1或2所述的一种变频空调器产品快速研发平台，其特征是所述的输出 控制板(2)采用面向对象的设计和模块化结构，各种输出控制电路通过模块方式与单片机连 接，进行输出控制电路种类和数量的增加、减少、更换。
5、 根据权利要求3所述的一种变频空调器产品快速研发平台，其特征是所述的输出控制 板(2)采用面向对象的设计和模块化结构，各种输出控制电路通过模块方式与单片机连接， 进行输出控制电路种类和数量的增加、减少、更换。
全文摘要
本发明公开了一种变频空调器快速研发平台，它包括输入控制板、输出控制板、通用变频器、电源板、上位控制机；输入控制板包括输入主控单元、温度采集电路、电流采集电路、电压采集电路、压力采集电路、功率测量采集电路与外部连接的输入外部接口电路；输出控制板由输出主控单元、模拟量输出控制电路、数字量输出控制电路、驱动单元、与外部连接的输出外部接口电路组成。这种变频空调器快速研发平台，在控制系统未研制出来前即可进行整机开发及实验，并获取和确定有关必需的参数，指导和验证制冷系统的设计，不仅保证了产品开发过程的质量同时缩短了变频空调器产品开发的周期。
文档编号F24F11/00GK101424435SQ200810182959
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月12日 优先权日2008年12月12日
发明者强 丁, 冯建文, 姜周曙 申请人:杭州电子科技大学