動車空調制冷系統電氣控制系統的設計與調試

潘洪坤（大連職業技術學院，116035）

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動車空調制冷系統電氣控制系統的設計與調試

潘洪坤
（大連職業技術學院，116035）

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

關鍵詞：空調制冷系統；電氣控制系統；設計；調試

0 引言

動車空調系統具有時變、非線性和大滯后等特點，隨季節不同，時間不同，乘客不同，車廂內溫度是不一樣的。因此可通過實時監測車廂內溫度控制壓縮機運行，最后穩定在設定溫度，從而保證室內溫度在舒適合理的范圍。

本文針對動車空調制冷系統提出了一套控制節能系統，將變頻器、觸摸屏嵌入主從站PLC控制系統。該系統可根據車廂內的溫度控制變頻器的頻率，從而控制壓縮機運行，實現動車空調系統自動化，同時降低了壓縮機的振動，既能節省動車空調能耗又降低了空調系統噪聲。該系統通過設計調試后能運行穩定，輸出參數滿足要求，節省人力、物力和財力。

1 系統結構與控制原理

1.1 制冷系統和控制系統的結構

本動車空調制冷控制節能系統由人機交互界面、空調系統和控制柜終端構成。空調系統壓縮機1臺、冷風機2臺、通風機1臺。其制冷系統控制回路，如圖1所示。

圖1 動車空調制冷系統控制

控制柜終端主要由表1的電氣元件構成，PLC通過溫度傳感器及溫度模塊將車廂內溫度讀入內存，根據實際值與設定值的溫差，控制變頻器的轉速，從而調整壓縮機的轉速；同時控制冷風機的運行，實現車廂內降溫的目的。溫度傳感器數值則顯示在人機交互界面上，觸摸屏還可監控壓縮機和冷風機的運行狀態，還設計了停止/停止按鈕，一鍵式控制動車空調系統。方便管理人員的操控。

表1：動車空調制冷控制系統的主要部件

1.2 控制原理

為了及時調整車廂內溫度，對制冷系統進行節能控制，該系統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。將車廂內溫度設定為20℃，當溫控器感溫元件測得溫度超過設定溫度4℃，壓縮機M1以30HZ運行2min，再以40HZ運行2min，最后以50HZ穩定運行冷風機M2和M3同時運行。當車廂內溫度達到22℃時以下時，壓縮機M1以50HZ運行2min，再以40HZ運行2min，最后以30HZ穩定運行，同時冷風機M2運行，當溫度達到20℃時壓縮機和冷風機同時停車，通風機M4運行。

整個控制系統中，高溫低頻起動的目的是為了實現降低啟動能耗，減小噪聲污染，同時2臺冷風機全部運行使車廂內快速降溫。低溫部分采用高頻啟動低頻運行，使得車廂內溫度場均勻，同時由于熱負荷小，壓縮機低頻運行能夠節約能耗，提高溫度控制的穩定性和精確性。

2 系統的硬件設計

將空調制冷控制系統的主要部件進行連接，其硬件連接系統示意圖如圖3所示。系統采用了PROFIBUS網絡通信，以s7-300作為主站，兩個s7-200作為從站與觸摸屏之間進行通信。該系統硬件設計提高了系統的使用效率，可靠性高，擴展性強。

3 系統的元件設計

3.1 設計思路

動車空調制冷系統設計的總體思路：系統以水泵電機M1，冷風機M2、M3，通風機M4為主要控制對象，以車廂內溫度為被控參數，以變頻器頻率為控制參數，以PLC為控制器，觸摸屏實現人機交互，組成了動車空調制冷控制系統，設計了PLC程序和人機交互界面，大大降低了噪音，節省空調耗能。

3.2 PLC硬件組態及網絡通信

在該系統設計中，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 變頻調速控制

動車空調系統通過實時監測車廂內溫度控制壓縮機頻率，最后穩定在設定溫度，從而保證室內溫度在舒適合理的范圍。該系統設計了手動控制和自動運行兩套程序，若進行手動子程序可實現手動設置變頻器頻率驅動電動機；當系統進入自動運行可實現車廂自動降溫。該控制系統采用主程序調用子程序的方式實現。

3.4 觸摸屏設計

本系統觸摸屏界面主要有操作界面和系統故障報警復位界面。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，不但可以進行組態，而且還能監控下位機的運行，實現一體化的現場管理。觸摸屏操作界面設計。

4 結論

（1）該系統經反復試驗調試，運行穩定，故障率低，較好的實現調節車廂內溫度功能，提高溫度控制的穩定性。

（2）該系統PLC主從站設計適用性強、兼容性好，擴展性強，不僅可以完成空調系統的控制，還可以控制車輛電機等電動機。

（3）該控制系統經調試后，運行穩定，各個參數滿足設計要求。

（4）主機的變頻控制起到智能節能的作用，降低了管理費用和空調耗能。

（5）系統具有遠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