軌道車輛空調(diào)系統(tǒng)變頻器參數(shù)快速設(shè)置及分析平臺(tái)的設(shè)計(jì)

文/劉國慶

1 概述

隨著技術(shù)的發(fā)展，軌道車輛空調(diào)開始由定頻向變頻轉(zhuǎn)化,由于行業(yè)特殊性，需變頻器與壓縮機(jī)進(jìn)行參數(shù)匹配，增大了工作量及出錯(cuò)率，同時(shí)，運(yùn)營過程需對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和維護(hù)，而空調(diào)系統(tǒng)安裝在車輛頂部，基于此，探討并設(shè)計(jì)變頻器參數(shù)快速設(shè)置及分析平臺(tái)來解決以上問題。

2 變頻器與壓縮機(jī)基本工作原理

變頻器主要由整流、濾波、再次整流、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元微處理等組成的。目前，軌道車輛空調(diào)系統(tǒng)大多采用交—直—交方式，給變頻壓縮機(jī)供電，軌道車輛空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部單路負(fù)載供電情況如圖1。不同的壓縮機(jī)功率、電壓、電流等參數(shù)需要與變頻器匹配，控制方式如V/F、恒轉(zhuǎn)矩、矢量等不同的壓縮機(jī)也有不同的要求，對(duì)制冷效果和使用壽命都會(huì)產(chǎn)生不同的影響。

3 平臺(tái)的構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)需求，該平臺(tái)分上位機(jī)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)及邏輯處理、通信和執(zhí)行單元四部分設(shè)計(jì)，控制構(gòu)架如圖2。

3.1 上位機(jī)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)的主要作用：

圖1：空調(diào)系統(tǒng)負(fù)載供電示意圖

圖3：邏輯框架

圖4：軟件設(shè)置平臺(tái)

（1）廠內(nèi)對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行一鍵設(shè)置，一鍵上載，自動(dòng)校對(duì)，避免人工設(shè)置出錯(cuò)，提高效率，邏輯框架建立如圖3（左）。

（2）運(yùn)營維護(hù)監(jiān)控，設(shè)置相應(yīng)空調(diào)機(jī)組類型，選取監(jiān)控參數(shù)模板，一鍵上載，實(shí)時(shí)監(jiān)控；選取歷史故障模板，根據(jù)提前制定的解碼規(guī)則，自動(dòng)解碼。邏輯框架建立如圖3（右）。

軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)如圖4。

3.2 數(shù)據(jù)及邏輯處理的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)提前制定的控制邏輯對(duì)各個(gè)變頻器所屬的接觸器進(jìn)行控制，為變頻器參數(shù)讀、寫操作提前準(zhǔn)備。如數(shù)據(jù)及邏輯處理單元發(fā)指令給接觸器1，接觸器1工作，所屬變頻器可以讀寫參數(shù)；數(shù)據(jù)及邏輯處理單元發(fā)指令給所有接觸器，所有變頻器可以寫操作等。同時(shí)數(shù)據(jù)及邏輯處理單元讀取上位機(jī)參數(shù)及命令，并進(jìn)行解析，自動(dòng)對(duì)變頻器進(jìn)行處理。

3.3 通信

該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信由上位機(jī)與變頻器、上位機(jī)與數(shù)據(jù)及邏輯處理單元、數(shù)據(jù)及邏輯處理單元與變頻器三部分組成，組網(wǎng)形式采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議，基本構(gòu)成如圖5。

3.4 執(zhí)行單元

接觸器和變頻器為外部執(zhí)行單元，廠內(nèi)通過設(shè)計(jì)工裝和邏輯單元控制接觸器操作指定變頻器，此時(shí)，變頻器用于被動(dòng)接收數(shù)據(jù)寫入并對(duì)上位機(jī)、數(shù)據(jù)及邏輯處理單元請(qǐng)求的響應(yīng)。

4 平臺(tái)的工作流程

變頻器快速設(shè)置及分析平臺(tái)，具體執(zhí)行過程分為兩部分：

4.1 車間生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置

4.1.1 準(zhǔn)備工作

參數(shù)以表格的形式存儲(chǔ)到上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)制定的協(xié)議自動(dòng)生成模板，同時(shí)，數(shù)據(jù)處理單元以通信的形式連接好所需設(shè)置的變頻器組，并給系統(tǒng)供控制及動(dòng)力電源。

4.1.2 讀取寫入過程

根據(jù)不同的機(jī)組，選取相應(yīng)參數(shù)模板。進(jìn)行下載，上位機(jī)以網(wǎng)絡(luò)的形式下發(fā)給數(shù)據(jù)及邏輯處理單元，數(shù)據(jù)及邏輯處理單元依次吸合4個(gè)接觸器，分別對(duì)變頻器進(jìn)行寫入和讀取工作，寫入和讀取工作完成后，自動(dòng)斷開四個(gè)接觸器，5S后自動(dòng)全部吸合，進(jìn)入自動(dòng)校驗(yàn)工作。

4.1.3 報(bào)告生成

顯示要寫入變頻參數(shù)，同時(shí)生成實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)，自動(dòng)校驗(yàn)生成報(bào)告結(jié)果；自動(dòng)重新上電后，再次對(duì)寫入數(shù)據(jù)二次自動(dòng)校驗(yàn)，并生成最終報(bào)告。

4.2 運(yùn)營維護(hù)監(jiān)控與解析

4.2.1 準(zhǔn)備工作

參數(shù)以表格的形式存儲(chǔ)到上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)制定的協(xié)議自動(dòng)生成模板，同時(shí)，上位機(jī)以通信的形式連接好所需設(shè)置的變頻器組通信總線，給系統(tǒng)供控制電源。

4.2.2 讀取過程

根據(jù)不同的機(jī)組，選取相應(yīng)的參數(shù)模板。對(duì)變頻器進(jìn)行讀取工作，讀取工作完成后，根據(jù)相應(yīng)的算法填入模板,通過特定的設(shè)置，自動(dòng)對(duì)歷史故障進(jìn)行讀取，并根據(jù)協(xié)議自動(dòng)解析。

4.2.3 報(bào)告生成

顯示參數(shù)狀態(tài)及歷史故障解析并生成最終報(bào)告。

5 結(jié)論及展望

圖5：查詢與響應(yīng)指令構(gòu)成

變頻器參數(shù)快速設(shè)置及分析平臺(tái)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了變頻器參數(shù)的快速讀、寫，整個(gè)過程自動(dòng)處理，避免誤操作，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減少人員工時(shí)，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，該平臺(tái)通用于生產(chǎn)車間與售后維護(hù)，可對(duì)故障進(jìn)行解析，自動(dòng)生成報(bào)表。后續(xù)，在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯浚瑴p少現(xiàn)場人員的操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。