CRH5型動車組空氣壓縮機控制及邏輯原理

姜　航　康成偉　齊志新

（中車長春軌道客車股份有限公司高速動車組制造中心，130062，長春∥第一作者，高級技師）

CRH5型動車組的供風系統有別于其他普通軌道交通列車，其空氣壓縮機采用螺桿式電動空氣壓縮機，具有結構上簡單、振動和氣流脈動小、噪聲低等特點，且聯軸節和軸承動態負載較低，磨損較小。該空氣壓縮機從啟動到停止以及空氣壓縮機的報警保護都由網絡進行監控，邏輯控制合理。為了能更好地了解和分析CRH5型動車組空氣壓縮機的工作原理，本文從邏輯控制角度來研究空氣壓縮機的維護和故障排查問題。

1　空氣壓縮機分布與組成

1.1　空氣壓縮機分布

CRH5型動車組供風系統主要由分布在TP/TPB車的2臺空氣壓縮機來提供（見圖1），其中空氣壓縮機的電能由電網設備通過輔助變流器提供。當電網設備供電時，這2個主壓縮機各由1個輔助變流器供電。空氣壓縮機將壓縮空氣向儲存風缸充氣（每輛車中都有），然后通過總供風管路和列車供風管路向制動系統、外門系統、衛生間系統及頭車輔助系統等供風。

1.2　空氣壓縮機組成

（1）電動機：空氣制動系統的壓縮空氣由電動機－壓縮機裝置產生。電動機－壓縮機裝置包括1個螺桿式螺旋式壓縮機和1臺400 V、50 Hz的驅動電機。壓縮機通過彈性聯軸節由電機直接驅動，并與電機剛性安裝在一起。

（2）空氣干燥裝置：為滿足壓縮空氣濕度要求，供風裝置配有1套空氣干燥裝置。空氣干燥裝置主要由2個裝有吸附式干燥劑的缸、2個控制電磁閥、2個止回閥、1個集控旁通閥、1個再生縮孔、1個三通閥和1個排氣消聲器組成。空氣干燥裝置由集成式電子程序定時器控制，有2個工作階段（干燥和再生）。當主氣流在一個缸內干燥時，另一個缸內的干燥劑將會再生。每個缸都有1個顯示工作狀態的壓力指示器。

圖1　CRH5動車組車型圖

2　空氣壓縮機控制原理

CRH5型動車組空氣壓縮機由列車控制與管理系統（TCMS）控制。TCMS通過多功能車輛總線（MVB）上的網絡模塊接收發信號，同時由TP/TPB車制動控制單元（BCU）的總風壓力檢測傳感器將壓力信號轉化成電信號，再由BCU將信號通過網絡模塊傳給TCMS，經過信號判斷后控制空氣壓縮機的啟動與停止。

空氣壓縮機啟動控制原理如圖2所示，其控制過程如下：

（1）占用主控司機室，列車網絡正常，升起受電弓供電。當總風壓力低于0.75 MPa時，動車組TP和TPB車的空氣壓縮機都啟動，直到總風壓力達到1.00 MPa后，2個空氣壓縮機停止工作。

（2）占用主控司機室，列車網絡正常，升起受電弓供電。當總風壓力低于0.85 MPa時，只啟動1個主控單元TP或TPB車的空氣壓縮機，直到總風壓力達到1.00 MPa后，停止工作。

（3）占用主控司機室，列車網絡不正常，升起受電弓供電。開啟主控司機室的強泵開關（32S01），強迫啟動兩個空氣壓縮機，直到總風壓力達到1.00 MPa后，手動關閉強泵開關，2個空氣壓縮機停止工作。

圖2　空氣壓縮機總體控制邏輯

2.1　總風壓力低于0.75 MPa時啟動邏輯

圖3　空氣壓縮機啟動控制邏輯

如圖3所示，當動車組MC2或MC1車占用司機室，列車網絡正常時，升起受電弓供電。當動車組總風壓力低于0.75 MPa時，正常情況下TP/TPB兩車的空氣壓縮機都需要啟動。以TP車為例，TP車車下BCU內的壓力開關A16.04（0.75 MPa壓力檢測開關）與 A7、A9閉合，使總風壓力（0.75 MPa）檢測信號為高電平1（見圖4）。結合圖3可以看出：①在主控司機室占用時，主控司機室邏輯變量為1；②網絡啟動信號為0，一般情況下該變量都為低電平0；③空氣壓縮機沒有故障，故障變量為0；④當總風壓力低于0.75 MPa時，總風壓力主控端邏輯變量為1。

滿足上述條件后，本車空氣壓縮機啟動邏輯變量為1，空氣壓縮機啟動。直到總風壓力達到1.00 MPa時，總風壓力檢測信號為0。通過邏輯計算后，使本車空氣壓縮機啟動邏輯變量為0，空氣壓縮機停止啟動。TPB車空氣壓縮機啟動同TP車空氣壓縮機的啟動邏輯相同。

圖4　空氣壓縮機壓力開關電路

2.2　總風壓力低于0.85 MPa時啟動邏輯

當動車組MC2或MC1車占用司機室，列車網絡正常時，升起受電弓供電。當總風壓力為0.85 MPa時，只需啟動1個空氣壓縮機。啟動的空氣壓縮機需要進行邏輯判定主控單元的空壓機是否在工作。如圖1所示，MC2/M2S/TP/M2車為半列控制單元，T2/TPB/MH/MC1車為另半列控制單元。當MC2車司機室占用時，則MC2/M2S/TP/M2半列為主控單元，當風壓低于0.85 MPa時，TP車空氣壓縮機啟動；當MC1車司機室占用時，則T2/TPB/MH/MC1半列為主控單元，當風壓低于0.85 MPa時，TPB車空氣壓縮機啟動。

風壓低于0.85 MPa時，以TP車為例，車下BCU制動控制單元內的壓力開關A16.05（0.85 MPa壓力檢測開關）、A10及A12閉合，使總風壓力（0.85 MPa）檢測信號為高電平1（見圖4）。結合圖3可以看出：①在主控司機室占用時，主控司機室邏輯變量為1；②網絡啟動信號為0，一般情況下該變量都為低電平0；③空氣壓縮機沒有故障，故障變量為0；⑤當總風壓力低于0.85 MPa時，總風壓力主控端邏輯變量為1。

滿足上述條件后，本車空氣壓縮機啟動邏輯變量為1，空氣壓縮機啟動。直到總風壓力達到1.00 MPa時，總風壓力（0.85 MPa）檢測信號為0，通過邏輯計算后，使本車空氣壓縮機啟動邏輯變量為0，空氣壓縮機停止啟動。

2.3　空氣壓縮機強制啟動邏輯

CRH5型動車組設計了強行啟動空氣壓縮機的功能。該項功能是在列車網絡出現問題時，可使用該功能給車輛供風，同時，不再受TP或TPB兩車的壓力邏輯控制，即使在總風風壓達到了上限值1.00 MPa時，也仍然可以強制啟動。該功能是由MC2或MC1車占用司機室，升起受電弓供電后，將強泵開關32S01置于ON位時（使全列壓縮機都工作的開關），其輔助觸點 A3、A4和 B3、B4閉合導通（冗余設計），使強泵開關指令信號為1（見圖5）。該邏輯變量通過列車網絡模塊傳遞給TP/TPB兩車。

以TP車為例，空氣壓縮機的啟動條件及控制邏輯為：①占用主控司機室，是主控司機室占用邏輯為1；②強泵開關（32S01）置于NO位，使強泵開關指令信號為1；③經過邏輯運算模塊，使強泵啟動信號為 1（見圖 6）。

結合圖3可以看出，滿足上述條件后，使本車空氣壓縮機啟動邏輯變量為1，空氣壓縮機啟動。直到總風壓力達到1.00 MPa時，手動將強泵開關（32S01）置于OFF位，通過邏輯計算后，使本車空氣壓縮機啟動邏輯變量為0，空氣壓縮機停止啟動。

TPB車強泵啟動邏輯控制同上述TP車，參看上述邏輯。

圖5　空氣壓縮機壓力強泵開關電路

圖6　空氣壓縮機強泵邏輯簡圖

3　空氣壓縮機的內部保護

空氣壓縮機設有內部壓力保護和溫度保護，其保護邏輯電路如圖7所示。

圖7　空氣壓縮機保護電路

3.1　壓力保護

如圖7所示，空氣壓縮機內部壓力保護的壓力值為0.27 MPa。正常情況下，當空氣壓縮機內部壓力小于0.27 MPa時，空壓機內部壓力保護開關不動作，圖7中的1、2觸點為常閉，空壓機內部壓力開關信號為1，并通過網絡模塊傳送給TCMS；當空氣壓縮機內部壓力大于0.27 MPa時，空壓機內部壓力保護開關動作，1、2觸點變為常開，空壓機內部壓力開關信號為0，并通過網絡模塊傳送給TCMS，報警并使空氣壓縮機停止工作。

3.2　溫度保護

如圖7所示，空氣壓縮機設有溫度開關進行保護。當正常情況下，溫度低于設定值時，空壓機溫度感應開關不動作，圖7中的3、4觸點為常閉，空壓機溫度開關保護信號為1，空壓機正常工作；當溫度高于設定值時，空壓機溫度感應開關動作，3、4觸點變為常開，空壓機溫度開關保護信號為0，并通過網絡模塊傳送給TCMS，報警并使空氣壓縮機停止工作。

4　結語

本文主要對CRH5型動車組空氣壓縮機的控制邏輯進行了詳細分析，對CRH5型動車組空氣壓縮機邏輯控制的合理性、啟動順序以及內部保護和報警等功能進行了分析。分析結果對CRH5型動車組空氣壓縮機的日常維護和設計優化具有參考作用。

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