制冷考核柜是冷水机组系统、恒温恒湿系统与风冷冷库系统的电气故障考核设备。传统的制冷考核柜是把冷水机组、恒温恒湿、风冷冷库系统的电气控制设备安装在考核柜内并按控制逻辑接好线,这三种系统之间的切换靠三个中继器的通、断组合来完成。学生训练或考评时,先选择系统,再根据对应的电路图用仪表在考核柜内进行检测、诊断故障,最后排除故障。三种系统的电气设备例如压缩机、水泵、风机等都使用 380V 的三相电,考虑到使用安全和初期投资的问题,传统的制冷考核柜没有引入 380V 的三相电,也没有使用压缩机、水泵、风机等大功率设备,这些大功率设备是否正常工作,只能根据配套的控制继电器闭合或断开来判断,不够真实化。故采用辅助电路、51 单片机 IO 板、wifi 模块、智能手机及配套的仿真 APP 结合起来形成仿真系统,并能在 APP 界面查看机组的压缩机、水泵、风机、加热器等大功率设备的工作状态,加深学生对各设备的结构特点、运行控制的理解,增强教学效果。本文详细介绍了制冷考核柜电气设备仿真系统的硬件设计、软件设计、功能实现等。
1 硬件设计
1.1 仿真系统的结构
制冷考核柜电气设备仿真系统是在传统的制冷考核柜上增加电气设备仿真系统如图 1 所示。制冷考核柜辅助电路是用来连接考核柜相应的中继器触点、继电器触点、高温保护器、低温保护器、低压保护器、高压保护器、温控器、冷却水流开关、冷冻水流开关与航空插座端子,航空插座与航空插头对接,航空插头用线连接 51 单片机 IO 板, 用数据线把 51 单片机 IO 板与 wifi 模块连接起来,wifi 模块与智能手机通过无线网络连接, 构成仿真系统的硬件部分。
1.2 仿真系统的原理
制冷考核柜上相应的中继器触点、继电器触点、高温保护器、低温保护器、低压保护器、高压保护器、温控器、冷却水流开关、冷冻水流开关通过辅助电路连接到航空插座,航空插座与航空插头对接后,经航空插头连接到 51 单片机 IO 板,51 单片机采集这些元器件的数据, 通过 wifi 模块把数据传输给智能手机,智能手机配套的仿真 APP 根据这些数据在界面显示出相应设备的工作情况,界面用动画展示来加强效果。
2 软件设计
2.1 仿真 APP 功能
可实时监控制冷考核柜的“冷水机组”、“恒温恒湿”、“风冷冷库”等,能在软件界面显示出冷水机组、恒温恒湿、风冷冷库系统的模型, 并根据 51 单片机采集的数据来仿真机组的压缩机、水泵、风机、加热器等大功率设备的工作状态,可用于中央空调、小型冷库的制冷机组的结构原理教学。加深学生对各设备的结构特点、运行控制的理解,增强教学效果。
2.2 仿真 APP 与 wifi 模块连接
仿真 APP 作为客户端,wifi 模块作为服务端,连接页面如图 2 所示, 仿真 APP 与 WIFI 模块之间是基于 TCP 的 Socket 通信,仿真 APP 作为客户端的 Socket, 向 WIFI 模块发送请求或控制指令,然后接收 WIFI 模块返回的数据。