1、概述

　　在現(xiàn)在的大城市中地鐵作為一種快速、舒適、環(huán)保的交通工具，在我國(guó)各大城市迅速投入建設(shè)和使用，已成為城市居民不可缺少的交通工具。隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)乘坐地鐵的舒適性提出了更高的要求。地鐵列車空調(diào)西門子smart系列控制系統(tǒng)用于控制車廂內(nèi)空氣的溫度、濕度和風(fēng)速，控制車廂內(nèi)的舒適性。西門子plc根據(jù)地鐵空調(diào)系統(tǒng)的控制工藝，制作了plc控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和硬件配置，根據(jù)不同的控制功能編寫了空調(diào)機(jī)組的控制程序，能全方位地實(shí)現(xiàn)了各種控制功能。

　2、地鐵列車空調(diào)控制器的功能分析

　　地鐵列車的空調(diào)控制系統(tǒng)以空調(diào)西門子smart系列plc控制器為中心。通過斷路器，接觸器，繼電器，傳感器等相關(guān)電氣元件的配合，自動(dòng)完成地鐵列車空調(diào)機(jī)組的電機(jī)控制，運(yùn)行保護(hù)，故障診斷和故障錄波。每個(gè)plc控制系統(tǒng)都配有一個(gè)控制柜，每個(gè)列車控制兩個(gè)空調(diào)機(jī)組。每個(gè)空調(diào)機(jī)組包括2個(gè)風(fēng)扇，2個(gè)冷凝器風(fēng)扇，2個(gè)壓縮機(jī)，2套新風(fēng)預(yù)熱器，2個(gè)新風(fēng)閥和1個(gè)回風(fēng)閥。它可以通風(fēng)，半冷卻和完全冷卻。預(yù)冷，半溫，全溫，預(yù)熱，減載，緊急通風(fēng)和停機(jī)。

　　(1)控制方式

　　在正常情況下，列車的空調(diào)系統(tǒng)由駕駛室集中控制。因此，空調(diào)西門子smart系列控制器需要具有完整的通信能力，通過多功能車輛總線與列車管理系統(tǒng)交換信息，接收列車管理系統(tǒng)的指令，并報(bào)告地鐵列車。空調(diào)機(jī)組的工作狀態(tài)和故障信息。空調(diào)西門子smart系列控制器有兩種本地控制和遙控模式。本地控制模式主要用于空調(diào)機(jī)組的調(diào)試。空調(diào)機(jī)組的控制可以通過控制柜中的模式選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)，本地控制模式也可以用于列車網(wǎng)絡(luò)故障等緊急情況。在正常情況下，使用遠(yuǎn)程控制模式。空調(diào)控制器由駕駛室控制。每輛車的空調(diào)機(jī)組可單獨(dú)設(shè)置和操作，用于通風(fēng)，半冷卻，全冷卻，預(yù)冷，半溫，全加熱和加熱 ，減載，緊急通風(fēng)和停機(jī)。

　　(2)運(yùn)行模式

　　空調(diào)機(jī)組具有制冷、供暖功能，可滿足不同季節(jié)乘客的環(huán)境要求。地鐵空調(diào)為乘客提供了舒適的休息和乘坐環(huán)境。

　　當(dāng)機(jī)艙內(nèi)的溫度合適時(shí)，空調(diào)機(jī)組不需要開始冷卻或加熱，但是列車是封閉空間，并且空調(diào)機(jī)組需要通風(fēng)以使機(jī)艙內(nèi)的空氣循環(huán)。當(dāng)機(jī)艙需要冷卻但冷卻需求不是很大時(shí)，空調(diào)機(jī)組以半冷卻模式運(yùn)行。當(dāng)機(jī)艙中的冷卻需求增加時(shí)，空調(diào)機(jī)組以完全冷卻模式運(yùn)行，并且空調(diào)機(jī)組的制冷系統(tǒng)完全運(yùn)行。當(dāng)機(jī)艙內(nèi)的溫度較低時(shí)，空調(diào)機(jī)組以加熱模式運(yùn)行，包括半溫和全熱。在半溫時(shí)，打開空調(diào)機(jī)組加熱裝置的一半。暖和時(shí)，打開空調(diào)機(jī)組的所有加熱設(shè)備。

　　(3)保護(hù)功能

　　為了保護(hù)設(shè)備，需要遵循空調(diào)裝置的每個(gè)單元的啟動(dòng)和停止一段時(shí)間。例如，當(dāng)設(shè)備的呼吸機(jī)未被激活時(shí)，設(shè)備的冷凝風(fēng)扇不能被激活。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理空調(diào)控制器，以免造成進(jìn)一步的損壞。西門子plc空調(diào)控制器具有故障記錄功能，在發(fā)生故障后能詳細(xì)記錄任何時(shí)間 的詳細(xì)信息，可為列車維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)和分析。

　 3、地鐵3號(hào)線列車空調(diào)控制器的硬件設(shè)計(jì)

　　通過分析地鐵列車空調(diào)系統(tǒng)的功能，陜西容感電氣有限公司專門設(shè)計(jì)了一種新型的地鐵列車空調(diào)控制器，如圖1所示。

　    圖1地鐵列車空調(diào)控制器

　　圖1所示的地鐵列車空調(diào)控制器集成了62路的24伏直流輸入通道、44路的繼電器輸出通道和4路的RTD輸入通道。程序存儲(chǔ)器的最大容量為400K字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的最大容量為15K，硬件定時(shí)器的最小時(shí)間單位為0.1ms，軟件定時(shí)器為1ms，計(jì)數(shù)器的字長(zhǎng)為16位，布爾運(yùn)算速度為0.06mus，該西門子plc控制器具有集成度高、控制功能豐富、功耗低、實(shí)用性強(qiáng)、計(jì)算速度快、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

　　每節(jié)車廂都裝有空調(diào)控制柜，如果空調(diào)機(jī)組運(yùn)行正常，不需要經(jīng)常操作空調(diào)控制器，則不需要在每個(gè)控制柜內(nèi)設(shè)置觸摸屏等顯示裝置，而是顯示空氣的運(yùn)行狀態(tài)。調(diào)節(jié)單元通過西門子smart系列控制器本身的指示板。空調(diào)模式開關(guān)安裝在空調(diào)控制柜內(nèi)，用于設(shè)置空調(diào)控制器的工作模式。

　　圖2地鐵列車空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

     4、列地鐵列車空調(diào)控制器的程序設(shè)計(jì)

　　地鐵列車空調(diào)plc控制系統(tǒng)的主要功能是控制列車空調(diào)機(jī)組的各種設(shè)備，判斷各機(jī)組的工作狀態(tài)。由于西門子plc控制器的程序功能比較復(fù)雜，邏輯復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化程序，使結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護(hù)，程序根據(jù)不同的功能分為幾個(gè)子程序，每個(gè)子程序完成空調(diào)機(jī)組控制的一些功能。主程序調(diào)用子程序來控制整個(gè)系統(tǒng)。

　　4.1 本地控制程序

　　本地控制主要是指由空調(diào)模式選擇開關(guān)控制的單元的操作。駕駛室空調(diào)模式選擇開關(guān)根據(jù)BCD碼通過三個(gè)開關(guān)點(diǎn)在不同狀態(tài)之間切換。它分為七種工作模式：集中控制，停機(jī)，通風(fēng)，半冷卻，半溫，全冷卻和全溫 。在所有操作模式中，設(shè)備的新風(fēng)阻尼器和回風(fēng)風(fēng)門都是打開的。 (1)中央控制模式(2)停止模式(3)通風(fēng)模式(4)半冷卻模式(5)全冷卻模式(6)半溫模式(7)全戰(zhàn)模式

　　4.2 集中控制程序

　　當(dāng)司機(jī)室空調(diào)模式開關(guān)切換到集中控制位置時(shí)，西門子plc控制器的工作模式由司機(jī)室集中控制。集中控制分為三種狀態(tài)：停止、通風(fēng)和網(wǎng)絡(luò)控制。這三種狀態(tài)的開關(guān)都是硬線輸入信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)控制模式分為九種模式：停止、自動(dòng)冷卻、自動(dòng)加熱、通風(fēng)、緊急通風(fēng)、半冷、全冷、半溫、全溫。

　　以下介紹三種操作模式：自動(dòng)冷，自動(dòng)加熱和緊急通風(fēng)。

　　(1)網(wǎng)絡(luò)控制自動(dòng)冷卻模式和網(wǎng)絡(luò)控制自動(dòng)加熱模式

　　每輛車配備兩個(gè)新鮮空氣溫度傳感器和兩個(gè)回風(fēng)溫度傳感器。兩個(gè)回風(fēng)溫度傳感器的平均值是裝置的回風(fēng)溫度。空調(diào)西門子smart系列控制器在司機(jī)室內(nèi)設(shè)定每輛車的目標(biāo)溫度后，通過比較回風(fēng)溫度和目標(biāo)溫度，自動(dòng)調(diào)整每輛車的工作狀態(tài)。

　　(2)網(wǎng)絡(luò)控制自動(dòng)緊急通風(fēng)模式

　　網(wǎng)絡(luò)控制的自動(dòng)緊急通風(fēng)模式是指在地鐵列車在地下運(yùn)行時(shí)，在發(fā)生停電等緊急情況時(shí)，使用備用電源來減少列車內(nèi)的空氣流通。當(dāng)設(shè)備收到緊急通風(fēng)命令或網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到主電源故障。延遲2分鐘后，機(jī)艙空調(diào)機(jī)組冷卻和加熱系統(tǒng)，房間振幅風(fēng)扇，房間電加熱器，駕駛室供氣單元都停止。工作。延遲5s后，機(jī)組的應(yīng)急通風(fēng)接觸器，駕駛室供氣單元的應(yīng)急通風(fēng)接觸器，室內(nèi)風(fēng)機(jī)的應(yīng)急通風(fēng)接觸器，以及緊急啟動(dòng)的硬線信號(hào)通風(fēng)被送到應(yīng)急通風(fēng)變頻器。該系統(tǒng)在緊急通風(fēng)模式下工作。在緊急通風(fēng)模式下，裝置的回流閥完全關(guān)閉，新鮮空氣閥完全打開。

　　4.3 機(jī)組保護(hù)程序

　　地鐵列車空調(diào)控制系統(tǒng)具有故障處理功能。對(duì)于plc控制系統(tǒng)來說，不僅可以控制各裝置的運(yùn)行，而且當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，也可以迅速作出反應(yīng)，將故障的影響降到最低。

　　(1)風(fēng)機(jī)過載保護(hù)

　　該裝置的風(fēng)機(jī)包括通風(fēng)機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)和室內(nèi)螺旋風(fēng)機(jī)。當(dāng)設(shè)備的通風(fēng)機(jī)不能過載時(shí)，設(shè)備的冷凝器風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)停止工作，但另一臺(tái)通風(fēng)機(jī)必須保持工作。如果設(shè)備的兩個(gè)風(fēng)扇過載，空調(diào)機(jī)組將完全關(guān)閉，不會(huì)影響其他空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行。

　　當(dāng)設(shè)備的冷凝風(fēng)扇出現(xiàn)過載故障時(shí)，冷凝風(fēng)扇停止工作，壓縮機(jī)停止工作。如果故障信號(hào)在5分鐘后沒有恢復(fù)，則故障被鎖定，即在故障信號(hào)恢復(fù)后，冷凝器風(fēng)扇將不再啟動(dòng)，只有設(shè)備重新啟動(dòng)或停止解鎖。當(dāng)一個(gè)冷凝風(fēng)扇無法鎖定時(shí)，另一個(gè)冷凝器風(fēng)扇也需要停止工作。該設(shè)備只能保持通風(fēng)。

　　當(dāng)設(shè)備客室發(fā)生過載故障時(shí)，只有客室散熱器風(fēng)扇停止工作。

　　(2)壓縮機(jī)保護(hù)

　　壓縮機(jī)保護(hù)包括壓力保護(hù)、排氣溫度保護(hù)和過載保護(hù)。壓縮機(jī)的壓力保護(hù)分為低壓保護(hù)和高壓保護(hù)。兩者的保護(hù)原則是相似的。它們都由常閉開關(guān)信號(hào)判斷。當(dāng)產(chǎn)生壓力故障信號(hào)時(shí)，壓縮機(jī)停止2分鐘。

　　常閉開關(guān)信號(hào)還用于判斷壓縮機(jī)排氣溫度保護(hù)。

　　4.4 網(wǎng)絡(luò)通訊程序

　　由于列車空調(diào)系統(tǒng)由列車管理系統(tǒng)集中控制，空調(diào)控制器應(yīng)根據(jù)列車管理系統(tǒng)的多功能車輛總線協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)空調(diào)控制器為從站，列車管理系統(tǒng)為主站。從站接收主站命令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

　　4.5 故障記錄程序

　　空調(diào)控制器具有記錄故障信息的功能。空調(diào)控制器通過堆疊將故障信息保存在自己的斷電保持區(qū)域，可以為空調(diào)機(jī)組維修人員存儲(chǔ)多達(dá)500個(gè)故障記錄，對(duì)列車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析。

　　地鐵列車空調(diào)控制器的應(yīng)用

　　圖3地鐵列車空調(diào)機(jī)組

       西門子smart系列新型空調(diào)控制器的成功開發(fā)不僅是對(duì)空調(diào)控制器產(chǎn)品的超越，也是對(duì)空調(diào)行業(yè)國(guó)內(nèi)控制器的超越。該應(yīng)用程序邁出了新的一步。以陜西容感電氣有限公司為代表的行業(yè)控制器越來越成熟和完善，為自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)用帶來了新的面貌。