動(dòng)車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試

潘洪坤（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，116035）

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動(dòng)車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試

潘洪坤
（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，116035）

摘要：基于動(dòng)車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)，提出來(lái)西門(mén)子CPU313、CPU226、CPU224、變頻器、觸摸屏及壓縮機(jī)、冷風(fēng)機(jī)和通風(fēng)機(jī)組成主從控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：空調(diào)制冷系統(tǒng)；電氣控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；調(diào)試

0 引言

動(dòng)車(chē)空調(diào)系統(tǒng)具有時(shí)變、非線性和大滯后等特點(diǎn)，隨季節(jié)不同，時(shí)間不同，乘客不同，車(chē)廂內(nèi)溫度是不一樣的。因此可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)廂內(nèi)溫度控制壓縮機(jī)運(yùn)行，最后穩(wěn)定在設(shè)定溫度，從而保證室內(nèi)溫度在舒適合理的范圍。

本文針對(duì)動(dòng)車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)提出了一套控制節(jié)能系統(tǒng)，將變頻器、觸摸屏嵌入主從站PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)車(chē)廂內(nèi)的溫度控制變頻器的頻率，從而控制壓縮機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車(chē)空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化，同時(shí)降低了壓縮機(jī)的振動(dòng)，既能節(jié)省動(dòng)車(chē)空調(diào)能耗又降低了空調(diào)系統(tǒng)噪聲。該系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)試后能運(yùn)行穩(wěn)定，輸出參數(shù)滿足要求，節(jié)省人力、物力和財(cái)力。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制原理

1.1 制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本動(dòng)車(chē)空調(diào)制冷控制節(jié)能系統(tǒng)由人機(jī)交互界面、空調(diào)系統(tǒng)和控制柜終端構(gòu)成?？照{(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)1臺(tái)、冷風(fēng)機(jī)2臺(tái)、通風(fēng)機(jī)1臺(tái)。其制冷系統(tǒng)控制回路，如圖1所示。

圖1 動(dòng)車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)控制

控制柜終端主要由表1的電氣元件構(gòu)成，PLC通過(guò)溫度傳感器及溫度模塊將車(chē)廂內(nèi)溫度讀入內(nèi)存，根據(jù)實(shí)際值與設(shè)定值的溫差，控制變頻器的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；同時(shí)控制冷風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)車(chē)廂內(nèi)降溫的目的。溫度傳感器數(shù)值則顯示在人機(jī)交互界面上，觸摸屏還可監(jiān)控壓縮機(jī)和冷風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，還設(shè)計(jì)了停止/停止按鈕，一鍵式控制動(dòng)車(chē)空調(diào)系統(tǒng)。方便管理人員的操控。

表1：動(dòng)車(chē)空調(diào)制冷控制系統(tǒng)的主要部件

1.2 控制原理

為了及時(shí)調(diào)整車(chē)廂內(nèi)溫度，對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制，該系統(tǒng)壓縮機(jī)采用變頻器三段速控制，其上限運(yùn)行頻率為50HZ，下限為30HZ。將車(chē)廂內(nèi)溫度設(shè)定為20℃，當(dāng)溫控器感溫元件測(cè)得溫度超過(guò)設(shè)定溫度4℃，壓縮機(jī)M1以30HZ運(yùn)行2min，再以40HZ運(yùn)行2min，最后以50HZ穩(wěn)定運(yùn)行冷風(fēng)機(jī)M2和M3同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)車(chē)廂內(nèi)溫度達(dá)到22℃時(shí)以下時(shí)，壓縮機(jī)M1以50HZ運(yùn)行2min，再以40HZ運(yùn)行2min，最后以30HZ穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)冷風(fēng)機(jī)M2運(yùn)行，當(dāng)溫度達(dá)到20℃時(shí)壓縮機(jī)和冷風(fēng)機(jī)同時(shí)停車(chē)，通風(fēng)機(jī)M4運(yùn)行。

整個(gè)控制系統(tǒng)中，高溫低頻起動(dòng)的目的是為了實(shí)現(xiàn)降低啟動(dòng)能耗，減小噪聲污染，同時(shí)2臺(tái)冷風(fēng)機(jī)全部運(yùn)行使車(chē)廂內(nèi)快速降溫。低溫部分采用高頻啟動(dòng)低頻運(yùn)行，使得車(chē)廂內(nèi)溫度場(chǎng)均勻，同時(shí)由于熱負(fù)荷小，壓縮機(jī)低頻運(yùn)行能夠節(jié)約能耗，提高溫度控制的穩(wěn)定性和精確性。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

將空調(diào)制冷控制系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行連接，其硬件連接系統(tǒng)示意圖如圖3所示。系統(tǒng)采用了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信，以s7-300作為主站，兩個(gè)s7-200作為從站與觸摸屏之間進(jìn)行通信。該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的使用效率，可靠性高，擴(kuò)展性強(qiáng)。

3 系統(tǒng)的元件設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

動(dòng)車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路：系統(tǒng)以水泵電機(jī)M1，冷風(fēng)機(jī)M2、M3，通風(fēng)機(jī)M4為主要控制對(duì)象，以車(chē)廂內(nèi)溫度為被控參數(shù)，以變頻器頻率為控制參數(shù)，以PLC為控制器，觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，組成了動(dòng)車(chē)空調(diào)制冷控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了PLC程序和人機(jī)交互界面，大大降低了噪音，節(jié)省空調(diào)耗能。

3.2 PLC硬件組態(tài)及網(wǎng)絡(luò)通信

在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，觸摸屏將信號(hào)傳給CPU224，CPU224將信號(hào)傳遞給主站CPU313，然后在按控制要求主站將信號(hào)傳給兩個(gè)從站。

3.3 變頻調(diào)速控制

動(dòng)車(chē)空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)廂內(nèi)溫度控制壓縮機(jī)頻率，最后穩(wěn)定在設(shè)定溫度，從而保證室內(nèi)溫度在舒適合理的范圍。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制和自動(dòng)運(yùn)行兩套程序，若進(jìn)行手動(dòng)子程序可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)設(shè)置變頻器頻率驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)車(chē)廂自動(dòng)降溫。該控制系統(tǒng)采用主程序調(diào)用子程序的方式實(shí)現(xiàn)。

3.4 觸摸屏設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)觸摸屏界面主要有操作界面和系統(tǒng)故障報(bào)警復(fù)位界面。主界面由壓縮機(jī)的啟?？刂?、溫度顯示、壓縮機(jī)等畫(huà)面。兩個(gè)界面之間可以隨時(shí)切換，通過(guò)整個(gè)觸摸屏系統(tǒng)，不但可以進(jìn)行組態(tài)，而且還能監(jiān)控下位機(jī)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)一體化的現(xiàn)場(chǎng)管理。觸摸屏操作界面設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

（1）該系統(tǒng)經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)調(diào)試，運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，較好的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)車(chē)廂內(nèi)溫度功能，提高溫度控制的穩(wěn)定性。

（2）該系統(tǒng)PLC主從站設(shè)計(jì)適用性強(qiáng)、兼容性好，擴(kuò)展性強(qiáng)，不僅可以完成空調(diào)系統(tǒng)的控制，還可以控制車(chē)輛電機(jī)等電動(dòng)機(jī)。

（3）該控制系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后，運(yùn)行穩(wěn)定，各個(gè)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）主機(jī)的變頻控制起到智能節(jié)能的作用，降低了管理費(fèi)用和空調(diào)耗能。

（5）系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程遙控啟停功能以及良好的人機(jī)交互界面，直觀便于操控。

Design and adjustment of electric control system of motor car air conditioning and refrigeration system

Pan Hongkun
（Dalian Vocational Technical College，116035）

Abstract：Based on the motor car air conditioning and refrigeration system，put forward the SIEMENS CPU313，CPU226，CPU224，inverter，touch screen and compressor， cold air fan and fan composed of master slave control system.

Keywords：air conditioning and refrigeration system；electrical control system；design；debugging