潘洪坤（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，116035）

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動車空調(diào)制冷系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試

潘洪坤
（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，116035）

摘要：基于動車空調(diào)制冷系統(tǒng)，提出來西門子CPU313、CPU226、CPU224、變頻器、觸摸屏及壓縮機、冷風(fēng)機和通風(fēng)機組成主從控制系統(tǒng)。

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

0 引言

動車空調(diào)系統(tǒng)具有時變、非線性和大滯后等特點，隨季節(jié)不同，時間不同，乘客不同，車廂內(nèi)溫度是不一樣的。因此可通過實時監(jiān)測車廂內(nèi)溫度控制壓縮機運行，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。

本文針對動車空調(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)車廂內(nèi)的溫度控制變頻器的頻率，從而控制壓縮機運行，實現(xiàn)動車空調(diào)系統(tǒng)自動化，同時降低了壓縮機的振動，既能節(jié)省動車空調(diào)能耗又降低了空調(diào)系統(tǒng)噪聲。該系統(tǒng)通過設(shè)計調(diào)試后能運行穩(wěn)定，輸出參數(shù)滿足要求，節(jié)省人力、物力和財力。

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)

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

圖1 動車空調(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通過溫度傳感器及溫度模塊將車廂內(nèi)溫度讀入內(nèi)存，根據(jù)實際值與設(shè)定值的溫差，控制變頻器的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整壓縮機的轉(zhuǎn)速；同時控制冷風(fēng)機的運行，實現(xiàn)車廂內(nèi)降溫的目的。溫度傳感器數(shù)值則顯示在人機交互界面上，觸摸屏還可監(jiān)控壓縮機和冷風(fēng)機的運行狀態(tài)，還設(shè)計了停止/停止按鈕，一鍵式控制動車空調(diào)系統(tǒng)。方便管理人員的操控。

表1：動車空調(diào)制冷控制系統(tǒng)的主要部件

1.2 控制原理

為了及時調(diào)整車廂內(nèi)溫度，對制冷系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制，該系統(tǒng)壓縮機采用變頻器三段速控制，其上限運行頻率為50HZ，下限為30HZ。將車廂內(nèi)溫度設(shè)定為20℃，當(dāng)溫控器感溫元件測得溫度超過設(shè)定溫度4℃，壓縮機M1以30HZ運行2min，再以40HZ運行2min，最后以50HZ穩(wěn)定運行冷風(fēng)機M2和M3同時運行。當(dāng)車廂內(nèi)溫度達(dá)到22℃時以下時，壓縮機M1以50HZ運行2min，再以40HZ運行2min，最后以30HZ穩(wěn)定運行，同時冷風(fēng)機M2運行，當(dāng)溫度達(dá)到20℃時壓縮機和冷風(fēng)機同時停車，通風(fēng)機M4運行。

整個控制系統(tǒng)中，高溫低頻起動的目的是為了實現(xiàn)降低啟動能耗，減小噪聲污染，同時2臺冷風(fēng)機全部運行使車廂內(nèi)快速降溫。低溫部分采用高頻啟動低頻運行，使得車廂內(nèi)溫度場均勻，同時由于熱負(fù)荷小，壓縮機低頻運行能夠節(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

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)計提高了系統(tǒng)的使用效率，可靠性高，擴(kuò)展性強。

3 系統(tǒng)的元件設(shè)計

3.1 設(shè)計思路

動車空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計的總體思路：系統(tǒng)以水泵電機M1，冷風(fēng)機M2、M3，通風(fēng)機M4為主要控制對象，以車廂內(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，觸摸屏實現(xiàn)人機交互，組成了動車空調(diào)制冷控制系統(tǒng)，設(shè)計了PLC程序和人機交互界面，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)計中，觸摸屏將信號傳給CPU224，CPU224將信號傳遞給主站CPU313，然后在按控制要求主站將信號傳給兩個從站。

3.3 變頻調(diào)速控制

動車空調(diào)系統(tǒng)通過實時監(jiān)測車廂內(nèi)溫度控制壓縮機頻率，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)計了手動控制和自動運行兩套程序，若進(jìn)行手動子程序可實現(xiàn)手動設(shè)置變頻器頻率驅(qū)動電動機；當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入自動運行可實現(xiàn)車廂自動降溫。該控制系統(tǒng)采用主程序調(diào)用子程序的方式實現(xiàn)。

3.4 觸摸屏設(shè)計

本系統(tǒng)觸摸屏界面主要有操作界面和系統(tǒng)故障報警復(fù)位界面。主界面由壓縮機的啟停控制、溫度顯示、壓縮機等畫面。兩個界面之間可以隨時切換，通過整個觸摸屏系統(tǒng)，不但可以進(jìn)行組態(tài)，而且還能監(jiān)控下位機的運行，實現(xiàn)一體化的現(xiàn)場管理。觸摸屏操作界面設(shè)計。

4 結(jié)論

（1）該系統(tǒng)經(jīng)反復(fù)試驗調(diào)試，運行穩(wěn)定，故障率低，較好的實現(xiàn)調(diào)節(jié)車廂內(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)計適用性強、兼容性好，擴(kuò)展性強，不僅可以完成空調(diào)系統(tǒng)的控制，還可以控制車輛電機等電動機。

（3）該控制系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后，運行穩(wěn)定，各個參數(shù)滿足設(shè)計要求。

（4）主機的變頻控制起到智能節(jié)能的作用，降低了管理費用和空調(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