摘 要： 為商用燃氣灶具設計熱工性能自動化檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)檢測方法的智能化改造。結合熱工性能項目需求，對傳統(tǒng)檢測方法存在局限性問題進行分析，提出自動化檢測系統(tǒng)的整體設計方案。利用傳感器、PLC、終端動作器和上位機等模塊，傳感器對熱工性能參數進行采集匯總，PLC根據參數判斷熱工性能是否穩(wěn)定，控制終端動作器調節(jié)參數，燃燒穩(wěn)定后上位機根據采集到的數據進行實時處理。以燃氣蒸箱為例，得到了熱工性能自動化檢測系統(tǒng)設計圖，通過燃氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、輔助設計的協(xié)同，滿足了商用燃氣灶具對一體化、智能化、高效率、高精度的需求。
關鍵詞： 商用燃氣灶具;熱工性能;自動化檢測;智能化改造;PLC
引言
伴隨著我國經濟發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對食物的需求正逐漸從飽腹向美味且多樣化轉變。商用燃氣灶具，具有火力集中、加熱速度快等特點[1]，能夠較好地滿足人們對食物日益增長的需求，因此被大量應用在酒店、食堂和商場等場所。近幾年，商用燃氣灶具的強制性國家標準相繼實施，國家對商用燃氣灶具行業(yè)的監(jiān)管力度正在加大，商用燃氣灶具產品的節(jié)能認證也不斷獲得市場的認可。隨著商用燃氣灶具行業(yè)準入門檻的提高，未來與其相關的檢測業(yè)務需求將持續(xù)增加[2]。
熱工性能是商用燃氣灶具的關鍵性能，包含熱負荷和熱效率兩個方面。熱負荷衡量商用燃氣灶具的使用性能是否能達到要求，熱效率則評估商用燃氣灶具的節(jié)能性能[3]。在傳統(tǒng)的商用燃氣灶具熱工性能檢測中，通常采用人為讀取數據的方法，且同時需要數人互相配合，效率和準確度無法保障，而自動化檢測、智能化改造則可以很好地解決這一問題[4]。
為實現(xiàn)商用燃氣灶具熱工性能檢測方法的智能化改造，本文對商用燃氣灶具熱工性能自動化檢測系統(tǒng)進行研究。首先結合熱工性能項目需求，對傳統(tǒng)檢測方法的局限性進行分析;然后從整體上提出對自動化檢測系統(tǒng)的設計方案;最后以燃氣蒸箱為例，對自動化檢測系統(tǒng)進行設計。
1 傳統(tǒng)檢測方法局限性分析
如引言所述，商用燃氣灶具的熱工性能包含熱負荷和熱效率兩個方面，二者有著緊密的聯(lián)系。以中餐灶為例，其熱效率試驗所需的試驗用鍋尺寸和試驗水重是基于熱負荷試驗算出的數據折算得到的[5]。二者在試驗原理上也是共通的：熱負荷是商用燃氣灶具在額定燃氣壓力下使用基準氣在規(guī)定時間內放出的熱量;熱效率則是水升溫所需要的熱量與商用燃氣灶具使用基準氣所放出的熱量的比值[6-8]。
目前，絕大部分商用燃氣灶具的生產企業(yè)和檢測機構在進行檢測試驗時，都采用人工操作、記錄數據和數據處理等步驟。根據人工試驗方法，為了保證試驗可行性，至少需要2～3人同時進行操作，尤其是在中餐灶熱效率試驗中，主鍋和尾鍋內需要同時攪拌，主鍋和尾鍋內水的初、終溫都需要測量;另外，還需要同時監(jiān)測燃氣耗氣量等參數，并保持燃氣入口壓力的穩(wěn)定，這在商用燃氣灶具工況不符合標準要求的情況下是很難實現(xiàn)的;測量后，需要處理的數據量非常大。另一方面，商用燃氣灶具的熱負荷較大，燃氣流量一般在3.5 m3/h以上，因此不同的試驗人員會因為反應速度的快慢和記錄時間的不同，對試驗數據的記錄有不同的傾向，造成結果上的差異。實際上，在試驗中，試驗人員需要同時記錄大氣壓力、燃氣溫度、灶具燃氣入口壓力、流量計內燃氣入口壓力等參數，操作中容易顧此失彼，尤其是在熱負荷檢測時，需記錄時長大于1 min且燃氣表旋轉一周以上的整圈數[9]，在記錄其他參數時可能會錯過這個流量記錄點而多等一圈，嚴重降低了試驗記錄的準確性和可追溯性。
總之，傳統(tǒng)檢測方法存在以下不足：
(1)熱負荷和熱效率需要分開計算，存在重復性勞動，花費時間較長，檢測效率較低，且在數據處理后才能知道結果;
(2)人員需求量大，操作易顧此失彼，在人員不足的情況下，檢測很難進行;
(3)熱工性能檢測需要保證在商用燃氣灶具工況符合標準要求且穩(wěn)定的情況下進行，而人工調節(jié)精度低，會造成壓力在規(guī)定點有不穩(wěn)定波動;
(4)人工記錄數據會因為操作人員的判斷不同而有較大差異，這樣會對檢測結果的準確性有影響。
2 自動化檢測系統(tǒng)整體設計方案
2.1 模塊選擇
為了提高商用燃氣灶具熱工性能檢測效率和準確度，減少人力成本和時間成本，考慮設計一套自動化檢測系統(tǒng)，利用傳感器、PLC、終端動作器和上位機來實現(xiàn)自動化檢測。
通過傳感器采集商用燃氣灶具燃燒時的參數，參數大致可以分為兩類：采集型參數和調節(jié)型參數。采集型參數是灶具燃燒時產生的參數，調節(jié)型參數則是需要保持穩(wěn)定并決定灶具燃燒工況的參數，具體如表1所示。PLC根據采集到的參數，用終端動作器進行調節(jié)，使燃燒工況穩(wěn)定。工況穩(wěn)定后，上位機根據實時采集的數據進行計算、存檔和報告生成。
2.2 結構設計
商用燃氣灶具熱工性能自動化檢測系統(tǒng)結構如圖1所示。
2.3 應用特點分析
商用燃氣灶具熱工性能自動化檢測系統(tǒng)應當具備以下特點：
(1)傳感器采集精度高，速度快，操作方便，節(jié)省人力并降低人為誤差，提高檢測效率，數據采集具有實時性、高準確性，檢測結果可靠;
(2)通過監(jiān)測燃燒參數判定燃燒是否穩(wěn)定，如果不穩(wěn)定，PLC可以命令終端的動作器進行調節(jié)，相較于人為調節(jié)，速度更快，精度更高;
