臺灣博碩士論文加值系統

“忽冷忽熱讓你受不了喔！”，耳熟能詳的廣告詞訴說著台灣人民在生活
品質上已再進一步前進，為了追求更高品質的生活，對於洗澡時的水溫控
制也要求更高，恆溫水龍頭是一種選擇；依美國機械工程師學會溫度控制
測試的法規，入水源於壓力上升或下降的情形下，恆溫水龍頭出水水溫需
保持於±2℃以內，故若使用恆溫式水龍頭即可不必花大錢換裝恆溫式熱水
器或加裝抽水馬達，即可改善忽冷忽熱情形。
在業界使用已久的水龍頭測試設備運作也有數年，近年來水龍頭產品發
展出高效率反應水溫調配的技術，水龍頭於溫度調控的同時，也影響系統
本身供壓系統，而現有的檢測系統係採用開迴路設計，在沒有數據回授比
對下，使供壓系統可能發生發散的情形，而導致測試結果不準確。本研究
將以加入PID 之閉迴路控制系統取代現有之開迴路設計，以穩定水壓供
應，降低測試誤差。

“Uncomfortable feeling exists if acute change of the temperature of bath water occurs”. This is a popular commercial in Taiwan, which implies that the quality of human life in Taiwan is high and therefore, the demand of the control of the temperature of bath water in steady state is increased. To reach the demand, the use of thermostatic faucet is a good choice. According to ASME regulations, the change of water temperature from the outlet of thermostatic faucet has to be within ±2℃ even if the variation of inlet water pressure occurs. Hence, it is not necessary to install an expensive digital water heater or water pump if thermostatic faucet is employed.
Thermostatic faucet testing equipments have been used in industry for many years. However, since the open loop monitoring techniques are applied on these devices, the variation of water pressure cannot be stabilized. This will cause the divergence of the system such that the testing accuracy will not be hold. The objective of this study is to setup a real time PID closed loop monitoring system for the testing device. The phenomena generated by the change of parameters are studied and analyzed.

摘 要 .........................................II
Abstract ....................................III
誌 謝 .........................................IV
目 錄 ..........................................V
表目錄 .......................................VII
圖目錄 ........................................IX
第一章 緒論 .....................................1
1-1 動機與目的 ..................................1
1-2 文獻探討 ....................................3
1-2-1 美國機械工程師學會相關法規探討 ...............3
1-2-2 圖控式程式語言人機介面 ......................7
1-3 論文架構 ....................................9
第二章 恆溫水龍頭做動原理與即時監控系統 ............11
2-1 壓力平衡閥 ..................................11
2-2 溫度控制閥 ..................................17
2-3 即時監控軟體 ................................24
第三章 檢測機台與控制器介紹 .......................26
3-1 即時監控檢測機台 .............................26
3-1-1 溫度 ......................................27
3-1-2 壓力.......................................28
3-1-3 流量 ......................................29
3-1-4 輸出輸入介面部分 ...........................29
3-2 現有檢測機台之控制模式-比例控制器 ..............35
3-3 改良型檢測機台之控制模式-PID控制器 .............36
第四章 實驗結果與討論 .............................39
4-1 前言 ........................................39
4-2 現有檢測機台即時監控系統之情形 .................42
4-2 改良型檢測機台即時監控系統之結果與討論 ..........45
第五章 結論與建議 ................................79
5-1 結論 ........................................79
5-2 建議 ........................................80
表目錄
表3-1 溫度感測器規格表........27
表3-2 溫度供應器規格表........27
表3-3 壓力感測器規格表........28
表3-4 壓力供應器規格表........28
表3-5 流量計規格表............29
表4-1 現有檢測機台之壓力變化值.................44
表4-2 kI =0.010、kD =0.000 之壓力變化值.......48
表4-3 kI =0.100、kD =0.000 之壓力變化值.......51
表4-4 kI =0.050、kD =0.000 之壓力變化值.......54
表4-5 kI =0.030、kD =0.000 之壓力變化值.......57
表4-6 kI =0.040、kD =0.000 之壓力變化值.......60
表4-7 kI =0.040、kD=0.005 之壓力變化值........64
表4-8 kI =0.040、kD=0.001 之壓力變化值........67
表4-9 kI =0.040、kD=0.002 之壓力變化值........70
表4-10 kI=0.030、kD=0.001 之壓力變化值........73
表4-11 kI=0.020、kD=0.001 之壓力變化值........76
表4-12 kI 參數設定比較表......................77
表4-13 kD 參數設定比較表.....................78
表4-14 最佳化參數設定比較表...............78
圖目錄
圖1-1 測試件安裝示意圖...............4
圖1-2 壓力平衡閥判定圖...............6
圖1-3 溫度控制閥判定圖...............7
圖2-1 壓力平衡閥...................12
圖2-2 壓力平衡閥-滑塊...............12
圖2-3 壓力平衡閥-固定塊.............13
圖2-4 壓力平衡閥-壓力穩定位置........14
圖2-5 壓力平衡閥-冷水壓力上升........14
圖2-6 壓力平衡閥-熱水壓力上升........15
圖2-7 壓力平衡閥-冷水壓力失效........16
圖2-8 溫度控制閥...................17
圖2-9 溫度控制閥元件-溫控棒.....18
圖2-10 溫度控制閥元件-彈簧.........18
圖2-11 溫度控制閥元件-底塊.........19
圖2-12 溫度控制閥-壓力穩定位置......20
圖2-13 溫度控制閥-冷水壓力上升......21
圖2-14 溫度控制閥-熱水壓力上升......22
圖2-15 溫度控制閥-冷水壓力失效.....23
圖2-16 恆溫式水龍頭即時監控系統....24
圖2-17 PID 控制參數設定頁面.......25
圖3-1 恆溫式水龍頭測試機台......26
圖3-2 NI PCI 6024E I/O 控制卡...30
圖3-3 SCB68 接線盒......................31
圖3-4 SH68-68-EP 連接排線.........32
圖3-5 即時監控系統流程圖..........33
圖3-6 PID 控制迴路圖..................34
圖3-7 比例控制-開迴路程式圖.....36
圖3-8 PID 控制器接腳圖..............37
圖3-9 PID 控制-閉迴路程式圖......38
圖4-1 壓力觀察時間示意圖........41
圖4-2 現有檢測機台之設定壓力上升圖............42
圖4-3 現有檢測機台之熱水壓力下降圖............42
圖4-4 現有檢測機台之熱水壓力上升圖............43
圖4-5 現有檢測機台之冷水壓力下降圖............43
圖4-6 現有檢測機台之冷水壓力上升圖............44
圖4-7 kI 值=0.010 之設定壓力上升圖...........45
圖4-8 kI 值=0.010 之熱水壓力下降圖...........46
圖4-9 kI 值=0.010 之熱水壓力上升圖...........46
圖4-10 kI 值=0.010 之冷水壓力下降圖..........47
圖4-11 kI 值=0.010 之冷水壓力上升圖..........47
圖4-12 kI 值=0.100 之設定壓力上升圖..........48
圖4-13 kI 值=0.100 之熱水壓力下降圖..........49
圖4-14 kI 值=0.100 之熱水壓力上升圖.........49
圖4-15 kI 值=0.100 之冷水壓力下降圖.........50
圖4-16 kI 值=0.100 之冷水壓力上升圖.........50
圖4-17 kI 值=0.050 之設定壓力上升圖.........51
圖4-18 kI 值=0.050 之熱水壓力下降圖.........52
圖4-19 kI 值=0.050 之熱水壓力上升圖.........52
圖4-20 kI 值=0.050 之冷水壓力下降圖.........53
圖4-21 kI 值=0.050 之冷水壓力上升圖.........53
圖4-22 kI 值=0.030 之設定壓力上升圖.........55
圖4-23 kI 值=0.030 之熱水壓力下降圖.........55
圖4-24 kI 值=0.030 之熱水壓力上升圖........56
圖4-25 kI 值=0.030 之冷水壓力下降圖........56
圖4-26 kI 值=0.030 之冷水壓力上升圖.......57
圖4-27 kI 值=0.040 之設定壓力上升圖.......58
圖4-28 kI 值=0.040 之熱水壓力下降圖.......58
圖4-29 kI 值=0.040 之熱水壓力上升圖.......59
圖4-30 kI 值=0.040 之冷水壓力下降圖.......59
圖4-31 kI 值=0.040 之冷水壓力上升圖.......60
圖4-32 kD 值=0.030 之設定壓力上升圖.......61
圖4-33 kD 值=0.010 之設定壓力上升圖.......61
圖4-34 kD 值=0.005 之設定壓力上升圖........62
圖4-35 kD 值=0.005 之熱水壓力下降圖........62
圖4-36 kD 值=0.005 之熱水壓力上升圖.........63
圖4-37 kD 值=0.005 之冷水壓力下降圖.........63
圖4-38 kD 值=0.005 之冷水壓力上升圖.......................................................64
圖4-39 kD 值=0.001 之設定壓力上升圖.......................................................65
圖4-40 kD 值=0.001 之熱水壓力下降圖.......................................................66
圖4-41 kD 值=0.001 之熱水壓力上升圖.......................................................66
圖4-42 kD 值=0.001 之冷水壓力下降圖.......................................................66
圖4-43 kD 值=0.001 之冷水壓力上升圖.......................................................67
圖4-44 kD 值=0.002 之設定壓力上升圖.......................................................68
圖4-45 kD 值=0.002 之熱水壓力下降圖.......................................................68
圖4-46 kD 值=0.002 之熱水壓力上升圖.......................................................69
圖4-47 kD 值=0.002 之冷水壓力下降圖.......................................................69
圖4-48 kD 值=0.002 之冷水壓力上升圖.......................................................70
圖4-49 kI=0.030, kD=0.001 之設定壓力上升圖...........................................71
圖4-50 kI=0.030, kD=0.001 之熱水壓力下降圖...........................................71
圖4-51 kI=0.030, kD=0.001 之熱水壓力上升圖...........................................72
圖4-52 kI=0.030, kD=0.001 之冷水壓力下降圖...........................................72
圖4-53 kI=0.030, kD=0.001 之冷水壓力上升圖...........................................73
圖4-54 kI=0.020, kD=0.001 之設定壓力上升圖...........................................74
圖4-55 kI=0.020, kD=0.001 之熱水壓力下降圖...........................................74
圖4-56 kI=0.020, kD=0.001 之熱水壓力上升圖...........................................75
圖4-57 kI=0.020, kD=0.001 之冷水壓力下降圖...........................................75
圖4-58 kI=0.020, kD=0.001 之冷水壓力上升圖...........................................76

[1] 張道弘, PID 控制理論與實務，全華科技圖書股份有限公司，
1995.
[2] ASME A112.18.1, “Plumbing supply fittings”, 2005.
[3] http://www.ni.com/labview/whatis/zht/ 何謂LabVIEW.
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[10] 蔡祥麟, 單/雙相流管路水槌之計算模擬研究, 碩士論文, 清華
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[11] 吳高峰, 給排水系統安全節能節水-應用技術及實施方案, 機
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[14] Dey, M., and Pujara, H.D., “Real-time acquisition and remote monitoring of steadystate tokamak (SST-1) diagnostics data”, Proceedings of the 24th Symposium on Fusion Technology, Vol. 82, pp.1198-1202, 2007.
[15] 蕭子健王智昱 儲昭偉, 虛擬儀控程式設計LabVIEW7X, 高
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[16] CSA B125.1, “Plumbing Material and Equipment”, 2005
83
[17] ANSI/ASSE-1016, “Performance Requirements for Automatic Compensating Valves for Individual Showers and Tub/Shower Combinations”, 2005.