自動電飯鍋能效快速智能檢測設備的研制

毛立 蔣科 馬志華

（江蘇出入境檢驗檢疫局機電產品及車輛檢測中心 江蘇無錫 214174）

1 引言

隨著我國經濟發展和人民生活水平的不斷提高，居民用電量迅速增長，各種家用電器消耗著越來越多的能源。為緩解能源供求矛盾，我國提出了“能源開發與節約并重，把節約放在首位”的方針。1998 年1月1日實施《中華人民共和國節約能源法》，2005年3月1日正式開始實施《能源效率標識管理辦法》的法規。能效標識直觀地明示了用能產品的能源效率等級、能源消耗指標以及其他比較重要的性能指標。最初，人們都把注意力集中在電冰箱、空調器、洗衣機等大型家用電器以及少數照明器具和工業設備上，首先制定實施能效標準的也是冰箱、空調、洗衣機等大家電產品。然而，小家電由于產品數量的巨大，所消耗的能源也是不容忽視的。2008年10月20日GB 12021.6-2008《自動電飯鍋能效限定值及能效等級》代替GB 12021.6-1989《自動電飯鍋效率、保溫電耗限定值及測試方法》正式發布，并于2009年6月1日正式實施。

2 標準內容介紹

GB 12021.6-2008標準有五個主要內容，第一是自動電飯鍋的能效等級，第二是自動電飯鍋的能效限定值，第三個是自動電飯鍋的節能評價值，第四是自動電飯鍋的待機能耗，第五是自動電飯鍋的保溫能耗。

2.1 能效等級

電飯鍋能效分為 1、2、3、4、5共五個等級，等級1表示產品達到國際先進水平，最節電，即耗能最低；等級2表示比較節電；等級3表示產品的能源效率為我國市場的平均水平；等級4表示產品能源效率低于市場平均水平；等級5是市場準入指標，低于該等級要求的產品不允許生產和銷售，詳見表1。

圖1 電路框圖

圖2 主控窗口界面

試驗方法：測試時，初始水溫與環境溫度一致，用稱重法向內鍋加水，達到內鍋額定容積的80%，測量初始水溫t1，將熱電偶穿過鍋蓋，然后按試驗條件通電，并用電度表測量電飯鍋的耗電能（量）。當內鍋水溫升到90℃時，立即切斷電源，讀取耗電能（量）。斷電后，由于發熱盤的熱容量及滯后原因，內鍋水溫在斷電后還會上升，觀察水溫升高到下降為止，讀取內鍋中水溫最高溫度值t2。按式（1）計算熱效率：

式（1）中：

η—熱效率，以百分數表示（%），精確到小數點后一位；

G—試驗前水量，單位為千克（kg）；

t1—試驗前初始水溫，單位為攝氏度（℃）；

t2—試驗后最高水溫，單位為攝氏度（℃）；

E—耗電量，單位為瓦時（W·h）。

2.2 待機能耗

對于具有待機功能的自動電飯鍋，其待機能耗設定在最高2W·h。能耗等級3級及以上的產品，其待機能耗不允許超過1.6W·h。

試驗方法：測定自動電飯鍋在待機狀態下4h的能耗，然后計算出每小時的耗電量。

2.3 保溫能耗

保溫為自動電飯鍋的一個重要功能。將自動電飯鍋的保溫能耗應不大于表2中的數值。

試驗方法：向內鍋加入額定容積80%的水并通電加熱，待水溫達到90℃時強制使器具進入保溫狀態，并同時開始記錄耗電量。在第4小時、4小時30分、5小時三個時刻點，分別測量溫度值，取三次讀數的平均值為保溫溫度。實驗過程中，保溫溫度在60℃~80℃之間。測定5h內的耗電量，然后計算出每小時耗電量。

3 自動電飯鍋能效檢測設備軟硬件設計

自動電飯鍋能效檢測行業目前還處在一個起步發展階段，檢測技術尚不成熟，僅是利用電壓表、功率表、電能表等試驗儀器，再通過搭接線路等方法進行能效等級等方面的檢測，此種檢測方式存在一些弊端。

1）自動化程度低，導致檢測人員工作量大；

2）操作比較繁瑣，影響檢測效率；

3）間接讀數，影響檢測精度；

4）能效檢測溯源性差。

因此很有必要針對標準研制出快速準確的檢測設備。

如圖1所示，電飯鍋能效智能檢測儀的電氣結構包括：測試電源輸入接口通過電源通斷裝置連接測試電源輸出接口，所述電源通斷裝置的控制端連接控制模塊，所述控制模塊通過RS485接口連接觸摸屏。電能表、電壓表也連接觸摸屏，電能表、電壓表的輸入端連接在電飯鍋的待測回路中。控制模塊的輸入端連接測溫探頭。控制模塊還連接有蜂鳴器，在每項測試結束都有聲訊提示。

圖3 能效等級測試界面

圖4 待機能耗測定界面

圖5 保溫能耗測定界面

圖6 數據報表輸出界面

該檢測控制系統是HMI-PLC（人機界面-可編程控制器）的控制系統，本系統采用昆侖通態的MCGS觸摸屏用于實時監控系統數據。PLC作為控制器用數字量輸入/輸出模塊對開關量進行控制，控制現場繼電器的動作，從而實現系統整體自動協調動作，完成標準檢測的要求。PLC和監控MCGS之間通過RS485通訊線進行通訊，溫度、電壓和電能信號通過RS485總線送到監控觸摸屏，并將其信息實時顯示出來，便于操作人員掌握設備的運行情況。

進行上位機監控系統設計時，要考慮標準中能效等級（熱效率）測試、待機能耗測定以及保溫能耗測定三方面測試需求。同時考慮標準變化及差異等方面，標準設定的溫度及時間值可根據情況人為設定調整，以便測試系統擴展和升級。根據需要，確定人機交互主控界面的顯示內容分為4個界面。各個界面通過“取消”按鈕返回主控界面。如圖2所示，主控界面主要用于功能選項的選擇及顯示設備運行狀況。

能效等級測試：系統要求測試人員自己設定內鍋中水的質量，擬定水溫值。放置測溫探頭，按“開始”按鈕，系統對溫度、測試時間、電壓、功率、消耗電能等參數能夠實時采集和監控顯示，使被測電飯鍋內水溫達到設定溫度值，系統會根據公式不斷的計算熱效率，直到實驗結束停止，操作界面如圖3所示。。

待機能耗測試：系統要求測試人員自己設定待機時間。按“待機開始”按鈕，系統對測試時間、電壓、功率、消耗電能等參數能夠實時采集和監控顯示，當系統到達設定的待機時間時，系統根據待機消耗電能及已待機時間計算待機每小時消耗電量，操作界面如圖4所示。

保溫能耗測試：系統要求測試人員自己設定預熱水溫，第一、第二、第三次測定時間。放置測溫探頭，按“加熱水溫”按鈕，手動對水進行加熱，當加熱接近預熱水溫時會有報警提示，當到達預熱水溫時，人工強制使電飯鍋保溫，并按“保溫開始”，系統對電能表的讀數及保溫時間清零重新記數，實時采集和監控顯示測試時間、電壓、功率、消耗電能等參數，記錄下三次時間點時測量溫度值，通過以上的記錄，系統計算三次的平均溫度，計算每小時的能耗，操作界面如圖5所示。。

數據報表輸出：在MCGS組態軟件中提供了歷史曲線構件，可以利用此構件關聯相應的時間，溫度及電能等變量。運行時，歷史曲線構件能夠根據需要畫出歷史數據的趨勢效果圖，對于歷史數據的變化有一個很好的體現和描述，更具直觀和可比性。當光標放置到歷史曲線的某一處時就會在曲線上的某處出現一個表格，顯示光標所處位置的時間及相應時刻的值。如圖6所示，歷史數據顯示窗口橫坐標表示時間，紅色曲線顯示實時的溫度，藍色曲線顯示實時電能。

4 結束語

自動電飯鍋能效快速智能檢測設備是針對GB 12021.6-2008設計開發專業應用性設備。本研究的獨創新穎之處在于其集檢測能效等級（熱效率）、待機能耗、保溫能耗于一體；將觸摸屏與PLC結合使用的理念運用在電飯鍋能效檢測系統中，其電量、功率、溫度、監測采用觸摸屏顯示模式，做到了界面友好、簡單實用、穩定高效，同時增加了系統的經濟性，有利于推廣實用。同時，具有數據存儲功能，便于數據研究和分析。

表1 自動電飯鍋能效等級

表2 自動電飯鍋保溫能耗

[1] GB12021.6-2008《自動電飯鍋能效限定值及試驗方法》

[2] 北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司《MCGS嵌入版用戶指南》

[3] 北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司《MCGS嵌入版參考手冊》

[4] 肖威，李慶海.《PLC及觸摸屏組態控制技術》電子工業出版社.2010.08