1 引言
门窗试验机应用于工厂、建筑工程质量检验站、建筑公司、产品质量检验所、科研院所等的生产检验、开发研究等，目前的门窗试验机普遍存在着效率低、能耗大、噪音大、生产工艺复杂等缺点。2002年4月国家质量监督局发布了新标准，gb/t 7106—2002《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》、gb/t 7107—2002《建筑外窗气密性能分级及检测方法》、gb/t 7108—2002《建筑外窗水密性能分级及检测方法》并于2002年12月1日开始实施。
针对门窗试验机要求, 采用高性能vacon变频器开发出专用软件。
我们研制的微机控制门窗试验机满足最新国家标准要求，具有动态风压控制功能，完成门窗的三性检验。成本低、控制精度高、简化生产调试过程、可靠性高、噪音低等优点。
本系统能自动完成门窗检测仪的风压控制:预备加正负压检测、气密性检测正负压检测、水密性稳定检测、水密性波动检测、抗风压正负压检测、重复检测正负压检测、定级检测正负压检测、位移检测、气密性检测及进行等级计算。并打印出检测数据。
2 门窗试验机的风压控制技术要求及工作原理
微机控制门窗试验机由微机、具有可编程功能的vacon变频器，交流电动机，鼓风机，静压箱，传感器等组成，配有风机压力控制专用软件。上位微机主要完成数据处理、图形处理、数据管理、控制试验过程。风压控制由vacon变频器直接控制风机转速达到控制风压。
国家标准要求:
预备加正负压检测 .要求每段保持±500pa压力时间为3秒。上升斜率为100pa/s。下降时间不小于1秒。
气密性检测正负压检测，压力分别为±10pa、±50pa、±100pa、±150pa、±100pa、±50pa、±10pa，每个台阶保持时间为10秒。
水密性稳定检测 压力分别为100pa、150pa、200pa、250pa、300pa、350pa、400pa、500pa、600pa、700pa、800pa、900pa每个台阶保持时间为5分钟。
水密性波动检测 压力分别为50pa~150pa、70pa~230pa、100pa~300pa、120pa~380pa、150pa~450pa、170pa~530pa、200pa~600pa、250pa~750pa、300pa~900pa、350pa~1050pa、400pa~1200pa、450pa--1350pa每个可变台阶保持时间为5分钟。在每个可变台阶保持时间5分钟内，压力在本台阶的上下限间波动周期为3~5s/每次。
抗风压正负压检测 压力分别为±250pa、±500pa、±750pa、±1000pa、±1250pa、±1500pa、±1750pa、±2000pa每个台阶保持时间为10秒。
3 变频器控制风压系统设计原理
由于控制系统要求多段风压控制，控制时必须采用闭环控制，普通变频器只有八段速控制，达不到要求，只能采用传统的风阀控制方法，缺点是噪音大、耗能。而vacon变频器具有可编程功能，可用模块化编程工具vacon nc1131-3 engineering, nc1131-3是一个符合iec1131-3标准的图形化的编程工具，它可以用来设计vacon nx特殊的控制逻辑和参数。i/o模块以及vacon 的高级软件为系统工程师提供了一个理想的平台。vacon nc1131-3结合了框图功能来定义功能模块图(fbd)梯形图(ld)和结构文本(st)。它包含了基本功能模块和高级功能模块，如各种滤波器，pi控制器和积分器。nc1131-3可以创建参数，故障信息和其他与应用相关的特性。开发其专用程序，用变频器直接控制风机，达到控制风压要求。系统控制模式通过编程实现，变频器具有两个标准模拟电流输入端，六个开关量输入端，一个模拟量输出端，两个继电器输出端，一个集电极开路输出端。变频器控制风压系统框图如图1。
图1 变频器控制系统框图
风压检测采用输出为4ma~20ma电流信号的压力传感器，为提高精度，选用±6000pa, 0~1500pa，±600pa三块压力传感器。预备加压正负压检测，气密性检测正负压检测采用±600pa压力传感器。水密性稳定检测和水密性波动检测采用0~1500pa压力传感器。抗风压正负压检测采用±6000pa压力传感器。风压设定通过变频器的din2，din4，din5，din6开关量输入端设定，四个开关量可确定16个工作模式，每种工作模式对应一种压力检测。每种压力检测的压力设定和工作时间由变频器编程实现。
3.1 变频器输入信号设置
如图2，变频器输入端子接线图，由变频器+24v电源给压力传感器供电，传感器输出电流4ma-20ma送给变频器的ai2+端子，ai2-端子接+24v的地，传感器输入电流构成回路。din1端子接变频器启动/停止开关start，控制变频器启动停止。din2 din6 din5 din4 端子分别接控制模式开关k8 k4 k2 k1，控制模式见表1。din3端子接开关k，用于在检测中跨过当前检测段。l1 l2 l3为交流三相380v电源输入端。r+，r- 连接制动电阻。u v w连接三相交流电动机。
图2 变频器输入端子接线图
3.2 变频器控制模式设计
把风压控制设置成12个控制模式，对应于风压控制要求。为检测变频器是否正常工作，设置控制模式12，开环固定频率输出。为对压力表校正设置控制模式15。各模式功能和采用压力表如下:
控制模式0:预备加正压检测 采用±600pa表(4~20ma)压力信号。
控制模式1:预备加负压检测 采用±600pa表(4~20ma)压力信号。
控制模式2:气密性检测正压检测 采用±600pa表(4~20ma)压力信号。
控制模式3:气密性检测负压检测 采用±600pa表(4~20ma)压力信号。
控制模式4:水密性稳定检测 采用1500pa表(4~20ma)压力信号。
控制模式5:水密性波动检测 采用1500pa表(4~20ma)压力信号。
控制模式6:抗风压正压检测 采用±6kpa表(4~20ma)压力信号。
控制模式7:抗风压负压检测 采用±6kpa表(4~20ma)压力信号。
控制模式8:重复检测正压检测 采用±6kpa表(4~20ma)压力信号。
控制模式9:重复检测负压检测 采用±6kpa表(4~20ma)压力信号。
控制模式10:定级检测正压检测 采用±6kpa表(4~20ma)压力信号。
控制模式11:定级检测负压检测 采用±6kpa表(4~20ma)压力信号。
控制模式12:固定频率输出。
控制模式15:压力表校正。
应用软件采用功能模块图(fbd)编程，实现各种风压控制模式，变频器风压控制控制系统软件框图如图3。
图3 变频器风压控制软件框图
图4 水密性稳定检测实际压力曲线
图5 预备加正压检测实际压力曲线
3.3 实验调试结果分析
水密性稳定检测实际压力曲线如图4, 压力稳定误差小于2%，
预备加正压检测实际压力曲线如图5,
门窗试验机系统运行实际数据如表2:
4 结论
本系统充分利用了vacon变频器具有可编程功能。实现了其它普通变频器无法实现的功能。本系统如下优点:
(1) 人机界面友好，生产安装方便，操作简单
试验机系统由微机控制，在控制界面上有各种控制运行按钮和显示指示灯，操作简单。风压控制采用变频器，大量减少了过去试验机上使用的继电器、接触器，简化了生产过程，提高了生产效率，系统成本低具有优良的性价比。同时具有良好的人机界面。
(2) 运行安全，性能可靠
试验机系统具有自动和手动两种控制方式，控制系统具有自检功能和传感器校正功能。增加了系统可靠性，控制精度高。
(3) 高效节能，减小噪音
采用变频器控制风压，缩短了工作周期，同时在需要小风压时，变频器输出频率低，控制系统节电效果明显，大大降低了风机的噪音。改善了工作环境。
参考文献
[1] 满永奎，吴成东,通用变频器及其应用[m]. 北京: 机械工业出版社 1996.
[2] 李永东. 交流电机数字控制系统[m]. 北京:机械工业出版社 2001.
作者简介
李 岩(1966-) 男 讲师/硕士 1999年毕业于北京理工大学自动控制系，在沈阳工业学院从事教学工作，研究方向交流调速系统、单片机应用。
