CN103471866B - 一种热泵热水机在线自诊断系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种热泵热水机在线自诊断系统及其控制方法，涉及利用热泵的流体加热器的质量检测控制装置，包括自诊断控制装置，高压侧压力检测模块，低压侧压力检测模块，供电电能检测模块，水量检测调节模块和数据库管理系统；自诊断控制装置包括数据分析单元、质检控制终端、环境温度检测模块和热泵热水机接口单元；质检控制终端和环境温度检测模块连接到数据分析单元；数据分析单元连接到数据库管理系统；数据分析单元通过热泵热水机控制器获取变工况运行实测数据，与热泵热水机变工况运行数据库中的变工况运行基础数据进行比较，自动诊断产品是否合格，代替人工判断，判断更加准确，既可以保证热泵热水机整机质量，又可以大大降低产品质检的成本。

Description

一种热泵热水机在线自诊断系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种利用热泵的流体加热器的质量检测控制装置，尤其涉及一种用于热泵热水机的热泵热水机在线自诊断系统及其控制方法。

背景技术

因为热泵热水机因为具有节能、环保、安全等诸多优点，得到了国家和社会的认可，产品市场前景广阔，对传统制热水设备也产生了革命性的替代趋势，国内大大小小的热水器和空调设备企业纷纷投身该领域。但是，由于一些中小型企业并不具备必要的研发、生产和质检的能力，此类企业生产出来的产品投入市场后，造成产品质量不稳定、节能效果差给消费者造成恶劣的后果，对整个热泵热水机市场发展带来很大的负面影响。加之热泵热水机的一些配件生产商质量控制水平也良诱不齐，配件进货质量控制不好的企业，也很难保证热泵热水机整机质量。由于缺少必要的热泵热水机在线自诊断系统，负责出厂检验的工人或质检人员缺少必要的技术设备支持，往往不具备判断此产品在变工况下是否能安全可靠运行的条件，出厂检验常常流于形式。因此，如何提高出厂的热泵热水机产品质量是现在热泵热水机行业面对的巨大课题。

中国发明专利“一种空调换热器检测系统”(中国发明专利号ZL200910192560.0，授权公告号CN101692020B)公开了一种空调换热器检测系统，包括低压循环罐、送液泵和被测换热器，所述低压循环罐通过室内输入管和室内输出管分别与被测换热器的输入端和输出端相连接，送液泵位于低压循环罐与室内输入管之间,低压循环罐通过室外输出管和回气管与空调室外机相连接，其特征在于在低压循环罐与室外输出管连接处设有控制室外输出管冷媒输送量的浮球阀,且浮球阀在低压循环罐内；该发明检测系统结合焓差或热平衡实验室使用，能够快速的对不同换热器换热性能进行对比。该发明主要用于热泵系统的换热器换热性能检测，不能解决热泵热水机的整机在线质检的技术问题。

中国发明专利申请“风冷热泵测试系统”(中国发明专利申请号201310096998.5，公开号CN103175706A)公开了一种风冷热泵测试系统，在被测试机组环境室的内部装有空气处理箱和外部有热平衡水箱。通过被测试机组、外部冷源冷热源、空气处理箱中表冷器、热平衡水箱之间的冷热量进行分配与平衡，实现不同温区供水的要求。在测试过程中，整个环境系统的温湿度控制不需要额外的热源输入，仅通过调节进入测试室空气处理箱的冷媒水流量即可实现。对于大型被测风冷热泵机组可以实现冷凝器进风温度分区独立控制，在室外温度较低的季节，仅通过控制进出测试室的进、排风量,即可实现被测机组测试所需的工况，节省50％的机组测试能耗。该系统既可用于产品研发试验，又能用于风冷热泵生产线被测机组性能测试。但是，由于该系统是利用环境室实现被测热泵机组的性能测试，同样也不能解决热泵热水机产品在线质检的技术问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种热泵热水机在线自诊断系统，利用热泵热水机控制器获取变工况运行实测数据，通过与数据库中的变工况运行基础数据进行对比，实现热泵热水机整机自动化在线质量检测，解决热泵热水机产品在线质检的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种热泵热水机在线自诊断系统，用于热泵热水机生产线的在线产品质检和产品售后服务的故障检测与判断，所述的热泵热水机包括压缩机、水冷冷凝器、蒸发器和连接到水冷冷凝器的水箱，以及用于控制机组运行的热泵热水机控制器，其特征在于：

所述的热泵热水机在线自诊断系统包括自诊断控制装置，高压侧压力检测模块，低压侧压力检测模块，供电电能检测模块，水量检测调节模块和数据库管理系统；

所述的高压侧压力检测模块，低压侧压力检测模块，供电电能检测模块和/或水量检测调节模块是热泵热水机控制器的功能模块；所述的热泵热水机在线自诊断系统，利用热泵热水机控制器获取变工况运行实测数据，通过与数据库中的变工况运行基础数据进行对比，实现热泵热水机整机自动化在线质量检测；

所述的高压侧压力检测模块连接在压缩机的高压管路上，所述的低压侧压力检测模块连接在压缩机的低压管路上，所述的供电电能检测模块连接在热泵热水机的电源入口，所述的水量检测调节模块连接在热泵热水机的冷水进水口；

所述的自诊断控制装置包括数据分析单元、质检控制终端、环境温度检测模块和热泵热水机接口单元；

所述的质检控制终端和环境温度检测模块连接到数据分析单元；数据分析单元连接到数据库管理系统，通过数据库管理系统访问热泵热水机变工况运行数据库；

所述的热泵热水机控制器设有RS485接口模块；所述的数据分析单元通过热泵热水机接口单元，与所述热泵热水机控制器的RS485接口模块建立双向通讯连接；

所述的高压侧压力检测模块、低压侧压力检测模块、供电电能检测模块和水量检测调节模块，通过热泵热水机接口单元连接到所述的数据分析单元。

本发明的热泵热水机在线自诊断系统的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的自诊断控制装置设有网络接口模块，所述的自诊断控制装置通过所述的网络接口模块连接到位于本地或远程的数据库管理系统。

本发明的热泵热水机在线自诊断系统的一种更好的技术方案，其特征在于所述的数据分析单元通过与热泵热水机接口单元连接的RS485接口模块，连接到热泵热水机控制器对应的功能模块，获取相应的各项变工况运行实测数据。

本发明的另一个目的是要提供一种用于热泵热水机在线自诊断控制方法，可以通过热泵热水机产品自诊断控制装置，实现热泵热水机质检诊断的过程控制，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于上述热泵热水机在线自诊断系统的热泵热水机在线自诊断控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：对热泵热水机的运行工况进行分析和计算，通过焓差实验验证，确定热泵热水机的变工况运行基础数据和质量判断条件，构建热泵热水机变工况运行数据库；

S2：将自诊断控制装置连接到热泵热水机控制器，通过热泵热水机控制器获取热泵热水机的变工况运行实测数据；

S3：将变工况运行实测数据与变工况运行数据库中的变工况运行基础数据进行比较，根据质量判断条件判定热泵热水机质量是否合格。

本发明的热泵热水机在线自诊断控制方法的一种更好的技术方案，其特征在于所述的变工况运行数据库是根据以下步骤构建的：

S110：对定型的热泵热水机进行变工况运行状态分析和计算，获取变工况运行的设计理论数据；

S120：对热泵热水机定型小批量测试样机试产，对小批量测试样机进行变环境工况下的焓差实验；

S130：对焓差实验获得的变工况运行实验数据与变工况运行的设计理论数据进行比对分析验证；

S140：结合产品设计参数和产品质量标准，确定变工况运行的各项基础数据和质量判断条件；

S150：按照测试样机的产品型号，将变工况运行的各项基础数据和质量判断条件分组归类，建立热泵热水机定型新产品的变工况运行模型；

S160：通过数据库管理系统，将变工况运行模型添加到数据库，构建热泵热水机变工况运行数据库。

本发明的热泵热水机在线自诊断控制方法的一种改进的技术方案，其特征在于所述的变工况运行基础数据和变工况运行实测数据包括环境干球温度、环境湿球温度、进水温度、出水温度、水流量、排气温度、吸气温度和翅片温度，以及高压侧压力、低压侧压力、供电电压、电流和功率。

本发明的热泵热水机在线自诊断控制方法的一种进一步改进的技术方案，其特征在于所述的质量判断条件包括以下各项：

①高压侧压力允差：±5％；

②低压侧压力允差：±5％；

③进出水温差允差：±0.25℃；

④翅片温度允差：±3℃，且吸气温度≥环境温度-8℃；

⑤排气温度允差：±10％，且排气温度≥水箱温度+15℃；

⑥吸气温度允差：±10％，且吸气温度≥环境温度-5℃；

⑦功率允差：±10％；

⑧电流允差：±10％，供电电压为220V/50Hz。

本发明的有益效果是：

1、本发明的热泵热水机在线自诊断系统及其控制方法，通过建立热泵热水机变工况运行数据库，为热泵热水机在线自诊技术提供检验依据，为热泵热水机质检自动化确立了可靠的基础；通过电脑自动诊断产品是否合格，代替人工判断，判断更加准确，能保证产品出厂质量，智能化程度更高。

2、本发明的热泵热水机在线自诊断系统及其控制方法，利用热泵热水机控制器自身的功能模块获取的实测数据，省略了专门为质检系统配置的测试环境设备和检测仪器，省略了质检设备与被测热泵热水机之间的连接安装，既解决了热泵热水机的整机在线质检的技术问题，可以保证热泵热水机整机质量，又可以大大降低产品质检的成本。

3、本发明的热泵热水机在线自诊断系统及其控制方法，可以应用到产品售后服务，能够协助公司售后人员或经销商判断产品是否处于正常的工作状态，同时对出现故障机组能很快地找出故障原因和故障部位。

附图说明

图1是本发明的热泵热水机在线自诊断系统的自诊断控制装置原理图；

图2是本发明的热泵热水机在线自诊断系统配置示意图；

图3是热泵热水机在线自诊断系统的控制流程图；

图4是热泵热水机变工况运行数据库的基础数据表结构示意图。

以上图中的各部件的标号：100-热泵热水机，110-压缩机，120-水冷冷凝器，130-节流器，140-蒸发器，150-气液分离器，160-水箱，170-热水增压泵，180-循环泵，190-热泵热水机控制器，200-自诊断控制装置，211-数据分析单元，212-质检控制终端，213-环境温度检测模块，220-热泵热水机接口单元，221-RS485接口模块，222-高压侧压力检测模块，223-低压侧压力检测模块，224-供电电能检测模块，225-水量检测调节模块，230-网络接口模块，300-数据库管理系统。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

本发明的热泵热水机在线自诊断系统可用于热泵热水机生产线的在线产品质检，也可用于产品售后服务的故障检测与判断，根据图2所示的实施例，热泵热水机100包括压缩机110、水冷冷凝器120、节流器130、蒸发器140和气液分离器150连接组成的热泵系统，水冷冷凝器120与水箱160、热水增压泵170和循环泵180连接组成的水加热回路，以及用于控制机组运行的热泵热水机控制器190。

本发明的热泵热水机在线自诊断系统包括自诊断控制装置200，高压侧压力检测模块222，低压侧压力检测模块223，供电电能检测模块224，水量检测调节模块225和数据库管理系统300；

高压侧压力检测模块222连接在压缩机110的高压管路上，低压侧压力检测模块223连接在压缩机110的低压管路上，供电电能检测模块224连接在热泵热水机100的电源入口，水量检测调节模块250连接在热泵热水机100的冷水进水口。

本发明的热泵热水机在线自诊断系统的自诊断控制装置200的一个实施例如图1所示，包括数据分析单元211、质检控制终端212、环境温度检测模块213，热泵热水机接口单元220，以及网络接口模块230；数据分析单元211和质检控制终端212可以采用工业控制计算机，也可以采用便携式电脑或平板电脑，尤其是对于售后服务人员和经销商，采用便携式电脑或平板电脑组建的自诊断控制装置200，更便于售后人员或经销商在现场检测判断产品是否处于正常的工作状态，对出现故障机组能及时找出故障原因和故障部位。

所述的质检控制终端212和环境温度检测模块213连接到数据分析单元211；数据分析单元211通过网络接口模块230连接到数据库管理系统300，通过数据库管理系统300访问热泵热水机变工况运行数据库。在该实施例中，数据库管理系统300可以是置于生产线现场的数据库管理系统，也可以是位于企业总部的远程数据库管理系统。尤其是在本发明的自诊断系统用于热泵热水机产品售后服务的故障检测与判断时，访问位于企业总部的远程数据库管理系统的技术方案是更好的选择。

所述的热泵热水机控制器190设有RS485接口模块221；数据分析单元211通过热泵热水机接口单元220，与热泵热水机控制器190的RS485接口模块221建立双向通讯连接；利用热泵热水机控制器190自身的控制传感器，获取热泵热水机100的进水温度、出水温度、排气温度、吸气温度和翅片温度等变工况运行实测数据。

高压侧压力检测模块222、低压侧压力检测模块223、供电电能检测模块224和水量检测调节模块225，通过热泵热水机接口单元220，连接到数据分析单元211；获取环境干球温度、环境湿球温度、水流量、高压侧压力、低压侧压力、供电电压、电流和功率等变工况运行实测数据。对于一些高档的热泵热水机100，热泵热水机控制器190本身就已经配置了高压侧压力检测模块222，低压侧压力检测模块223，供电电能检测模块224和/或水量检测调节模块225等功能模块；在这种情况下，本发明的热泵热水机在线自诊断系统的数据分析单元211，可以经由与热泵热水机接口单元220连接的RS485接口模块221，直接通过热泵热水机控制器190对应的功能模块，获取相应的水流量、高压侧压力、低压侧压力、供电电压、电流和功率等变工况运行实测数据。

本发明的用于热泵热水机在线自诊断控制方法，包括以下步骤：

S1：对热泵热水机的运行工况进行分析和计算，通过焓差实验验证，确定热泵热水机的变工况运行基础数据和质量判断条件，构建热泵热水机变工况运行数据库；

S2：将自诊断控制装置连接到热泵热水机控制器，通过热泵热水机控制器获取热泵热水机的变工况运行实测数据；所述的变工况运行实测数据主要是热泵热水机控制器自身的功能模块获取的实测数据，不需要另外配置专门用于质检检测的测试环境和检测仪器。例如，利用热泵热水机控制器190自身的控制传感器，获取热泵热水机100的进水温度、出水温度、排气温度、吸气温度和翅片温度等变工况运行实测数据。

S3：将变工况运行实测数据与变工况运行数据库中的变工况运行基础数据进行比较，根据质量判断条件判定热泵热水机质量是否合格。

本发明的热泵热水机在线自诊断控制方法的一个实施例如图3所示，包括以下步骤：

S100：对热泵热水机的变工况运行状态进行分析和计算，通过焓差实验验证，获得热泵热水机变工况运行基础数据，构建热泵热水机变工况运行数据库；

S200：通过质检控制终端212输入被测热泵热水机的型号，扫描产品条形码读入条码信息；

S210：获取热泵热水机在线自诊断系统的运行环境数据，所述的运行环境数据包括被测热泵热水机运行环境的干球温度和湿球温度；

S220：根据被测热泵热水机的型号和运行环境数据，查询热泵热水机变工况运行数据库，调取被测热泵热水机当前运行环境下的变工况运行基础数据和质量判断条件；

S230：生成被测热泵热水机基础数据表，确定在线自诊断的检测项目；

S240：生成被测机组水流量设定值，通过热泵热水机接口单元220传送到热泵热水机控制器190；热泵热水机控制器190按照水流量设定值调节被测试热泵热水机的水流量；

S250：通过热泵热水机控制器190控制启动被测热泵热水机100；被测热泵热水机100按照设定时间进行质检诊断运行；质检诊断运行的时间通常设定为15至30分钟，优选设定时间为20分钟。

S260：通过热泵热水机接口单元220，访问热泵热水机控制器190，以及高压侧压力检测模块222、低压侧压力检测模块223、供电电能检测模块224和水量检测调节模块225，依照基础数据表确定的在线自诊断检测项目，逐项采集被测热泵热水机的运行实测数据；

S270：将各项运行实测数据与对应的变工况运行基础数据进行比较，判断是否满足质量判断条件；

S280：若某项运行实测数据不满足质量判断条件，则通过质检控制终端212显示故障原因和故障部位，为被测热泵热水机提供返修支持；

S290：若各项运行实测数据全部满足质量判断条件，则判定被测热泵热水机合格，质检诊断运行结束；

S300：将被测热泵热水机的质检结果数据存储到成品信息数据库。

在图3所示的实施例中，本发明的热泵热水机在线自诊断控制方法，所述的变工况运行数据库是根据以下步骤构建的：

S110：对定型的热泵热水机进行变工况运行状态分析和计算，获取变工况运行的设计理论数据；

S120：对热泵热水机定型小批量测试样机试产，对小批量测试样机进行变环境工况下的焓差实验；

S130：对焓差实验获得的变工况运行实验数据与变工况运行的设计理论数据进行比对分析验证；

S140：结合产品设计参数和产品质量标准，确定变工况运行的各项基础数据和质量判断条件；

S150：按照测试样机的产品型号，将变工况运行的各项基础数据和质量判断条件分组归类，建立热泵热水机定型新产品的变工况运行模型；

S160：通过数据库管理系统，将变工况运行模型添加到数据库，构建热泵热水机变工况运行数据库。

根据构建热泵热水机变工况运行数据库的一个实施例，同一型号的热泵热水机新产品小批量试产测试样机5台，全部送入焓差实验室进行变环境工况检测，进行小批生产一致性验证。通过将5台样机检测出来的5组实验数据与设计理论数据进行比对，如实验数据与理论数据吻合，则判定变工况下的理论数据有效，将此型号产品的理论数据作为判断该型号产品是否合格的基础数据。将经过实验验证的基础数据进行归类，结合产品的设计参数和热泵热水机国家标准中规定的偏差范围，确定上述各项基础数据的有效范围和质量判断条件，从而建立热泵热水机的变工况运行模型，通过数据库管理系统添加到数据库，构建热泵热水机变工况运行数据库。

图4是热泵热水机变工况运行数据库的基础数据表结构的一个实施例。根据该实施例，所述的变工况运行的基础数据和运行实测数据包括环境干球温度、环境湿球温度、进水温度、出水温度、水流量、排气温度、吸气温度和翅片温度，以及高压侧压力、低压侧压力、供电电压、电流和功率。在该实施例中，所述的质量判断条件包括以下各项：

①高压侧压力允差：±5％；

②低压侧压力允差：±5％；

③进出水温差允差：±0.25℃；

④翅片温度允差：±3℃，且吸气温度≥环境温度-8℃；

⑤排气温度允差：±10％，且排气温度≥水箱温度+15℃；

⑥吸气温度允差：±10％，且吸气温度≥环境温度-5℃；

⑦功率允差：±10％；

⑧电流允差：±10％，供电电压为220V/50Hz。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种热泵热水机在线自诊断系统，用于热泵热水机生产线的在线产品质检和产品售后服务的故障检测与判断，所述的热泵热水机包括压缩机、水冷冷凝器、蒸发器和连接到水冷冷凝器的水箱，以及用于控制机组运行的热泵热水机控制器，其特征在于：

所述的热泵热水机在线自诊断系统包括自诊断控制装置，高压侧压力检测模块，低压侧压力检测模块，供电电能检测模块，水量检测调节模块和数据库管理系统；所述的高压侧压力检测模块，低压侧压力检测模块，供电电能检测模块和/或水量检测调节模块是热泵热水机控制器的功能模块；所述的热泵热水机在线自诊断系统，利用热泵热水机控制器获取变工况运行实测数据，通过与数据库中的变工况运行基础数据进行对比，实现热泵热水机整机自动化在线质量检测；

所述的高压侧压力检测模块连接在压缩机的高压管路上，所述的低压侧压力检测模块连接在压缩机的低压管路上，所述的供电电能检测模块连接在热泵热水机的电源入口，所述的水量检测调节模块连接在热泵热水机的冷水进水口；

所述的自诊断控制装置包括数据分析单元、质检控制终端、环境温度检测模块和热泵热水机接口单元；

所述的质检控制终端和环境温度检测模块连接到数据分析单元；数据分析单元连接到数据库管理系统，通过数据库管理系统访问热泵热水机变工况运行数据库；

所述的热泵热水机控制器设有RS485接口模块；所述的数据分析单元通过热泵热水机接口单元，与所述热泵热水机控制器的RS485接口模块建立双向通讯连接；

所述的高压侧压力检测模块、低压侧压力检测模块、供电电能检测模块和水量检测调节模块，通过热泵热水机接口单元连接到所述的数据分析单元。

2.根据权利要求1所述的热泵热水机在线自诊断系统，其特征在于所述的自诊断控制装置设有网络接口模块，所述的自诊断控制装置通过所述的网络接口模块连接到位于本地或远程的数据库管理系统。

3.根据权利要求1所述的热泵热水机在线自诊断系统，其特征在于所述的数据分析单元通过与热泵热水机接口单元连接的RS485接口模块，连接到热泵热水机控制器对应的功能模块，获取相应的各项变工况运行实测数据。

4.一种用于权利要求1、2或3所述的热泵热水机在线自诊断系统的热泵热水机在线自诊断控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：对热泵热水机的运行工况进行分析和计算，通过焓差实验验证，确定热泵热水机的变工况运行基础数据和质量判断条件，构建热泵热水机变工况运行数据库；

S2：将自诊断控制装置连接到热泵热水机控制器，通过热泵热水机控制器获取热泵热水机的变工况运行实测数据；

S3：将变工况运行实测数据与变工况运行数据库中的变工况运行基础数据进行比较，根据质量判断条件判定热泵热水机质量是否合格。

5.根据权利要求4所述的热泵热水机在线自诊断控制方法，其特征在于所述的变工况运行数据库是根据以下步骤构建的：

S110：对定型的热泵热水机进行变工况运行状态分析和计算，获取变工况运行的设计理论数据；

S120：对热泵热水机定型小批量测试样机试产，对小批量测试样机进行变环境工况下的焓差实验；

S130：对焓差实验获得的变工况运行实验数据与变工况运行的设计理论数据进行比对分析验证；

S140：结合产品设计参数和产品质量标准，确定变工况运行的各项基础数据和质量判断条件；

S150：按照测试样机的产品型号，将变工况运行的各项基础数据和质量判断条件分组归类，建立热泵热水机定型新产品的变工况运行模型；

S160：通过数据库管理系统，将变工况运行模型添加到数据库，构建热泵热水机变工况运行数据库。

6.根据权利要求4所述的热泵热水机在线自诊断控制方法，其特征在于所述的变工况运行基础数据和变工况运行实测数据包括环境干球温度、环境湿球温度、进水温度、出水温度、水流量、排气温度、吸气温度和翅片温度，以及高压侧压力、低压侧压力、供电电压、电流和功率。

7.根据权利要求4或5所述的热泵热水机在线自诊断控制方法，其特征在于所述的质量判断条件包括以下各项：

①高压侧压力允差：±5％；

②低压侧压力允差：±5％；

③进出水温差允差：±0.25℃；

④翅片温度允差：±3℃，且吸气温度≥环境温度-8℃；

⑤排气温度允差：±10％，且排气温度≥水箱温度+15℃；

⑥吸气温度允差：±10％，且吸气温度≥环境温度-5℃；

⑦功率允差：±10％；

⑧电流允差：±10％，供电电压为220V/50Hz。