PJ0947TS002 空调控制方案E.docx

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PJ0947TS002空调控制方案E

空调控制方案

1、概述

空调机组采用空调控制器控制方式。

每辆车配备一台安装于车厢内的客室空调控制柜，一台控制柜控制两台客室空调机组。

控制柜的基本配置如下：

控制器：

使用CRPC11控制器，具有CANOPEN通讯功能。

低压控制元件：

包括断路器、热继电器、过流保护器、万能旋转开关、接线端子及触摸屏等元件。

空调控制设有如下四类指令：

●手动

●自动

●通风

●停止

可通过本车触摸屏上的工况命令对本车空调机组进行单独控制，也可通过司机室内显示屏上的工况命令对整列车空调机组进行集中控制；在网控自动工况时，空调机组可根据外界环境温度所获得的目标温度或手动设定的目标温度自动对客室内温度进行调节。

2、具体控制方式

2.1操作模式

通过空调控制器及执行器的动作、传感器的温度检测，空调可实现通风、预冷、半冷、全冷、预热、半暖、全暖、减载、紧急通风及停机等功能。

（1）空调系统设集控和本控两种方式。

各车厢空调控制柜的“工作模式选择开关”（以下简称SA），分集控、本控两档。

当列车正常运行时，各车厢的SA置于“集控”位，空调机组的工作模式由司机室集中控制，为集控方式。

当列车检修或进行测试时，可将控制柜内的SA置于“本控”位，从而实现对本车厢空调机组单独控制，为本控方式。

各编码对应的模式如下：

表1：

DI57

DI58

定义

集控

1

1

整列车空调机组由司机室空调控制指令集中控制

本控

0

1

本车空调机组由本控屏的指令单独控制

（2）安装于司机室的“空调模式开关”（以下简称SAAC），分通风、网控、停止三档。

当SA置于“集控”位时，SAAC才有效。

表2：

DI38

DI39

DI40

空调停止

1

0

0

空调通风

0

1

0

空调网控

0

0

1

拔钥匙

0

0

0

当SAAC置于空调通风位时，强制整列车的空调机组工作在通风状态，此时每车仅有机组通风机运行。

当SAAC置于空调停止位时，强制整车的空调机组停止运行。

当SAAC置于网控位时，司机在司机室显示屏进行参数设定后，通过列车管理系统（以下简称TMS）对空调机组进行控制。

司机室显示屏通过TMS控制空调机组运行于自动、半暖、全暖、半冷、全冷、通风、停机等模式。

司机室钥匙在投入状态下，且SAAC置于网控位时，空调机组受TMS指令控制。

SAAC采用上升沿加保持电平判定，当高电平消失时，机组保持最新的工作状态。

-司机室钥匙处于拔钥匙状态时，空调机组保持原有工况，不受集控指令控制。

2.2工作模式介绍

空调系统设集控和本控两种方式，可通过各车厢空调控制柜SA的集控和本控档位切换实现。

2.2.1本车控制方式

当列车检修或进行测试时，通过各车厢空调控制柜的本控屏对本车厢空调机组单独控制。

本控屏上设有“通风”、“半冷”、“全冷”、“半暖”、“全暖”或“停机”等操作指令，空调控制器按照这些指令控制本车厢的空调机组执行相应工况。

本控时不受设定的目标温度影响。

空调机组设置在“半冷”或“全冷”模式时，压缩机的启动不受TMS“A/C启动命令”限制。

通过本控屏可对本车两台机组的运行状态进行查询。

（1）本控停止

此时本车厢的机组停止。

注：

如为制暖工况，先停止预热器，60S后再停止通风机。

（2）本控通风

此时仅本车通风机运行。

（3）本控全冷

此时强制启动全冷，本车通风机运行，冷凝风机运行，每个机组两台压缩机运行。

（4）本控半冷

此时强制启动半冷，本车通风机运行，冷凝风机运行，每个机组启动运行时间短的压缩机。

（5）本控全暖

此时强制启动全暖，本车通风机运行，两组预热器和两组客室电加热器运行。

（6）本控半暖

此时强制启动半暖，本车通风机运行，每个机组启动运行时间较短的预热器及一组客室电加热器运行。

（7）本控测试

此时PTU可以通过串口访问空调控制系统。

2.2.2网络控制方式

以下命令仅在SA置于“集控”位，且接受到SAAC“网控”位的触发信号后才有效。

●停机:

此时可在司机室显示屏上停止整列车的空调机组。

注：

如为制暖工况，先停止预热器，60S后再停止通风机。

●通风：

点击通风位，空调机组进入通风状态。

●全冷：

点击全冷位，空调机组进入全冷状态。

●半冷：

点击半冷位，空调机组进入半冷状态。

●全暖：

点击全暖位，空调机组进入全暖状态。

●半暖：

点击半暖位，空调机组进入半暖状态。

●自动：

自动工况，ACU利用目标温度与回风温度相比较控制空调工作在通风、半冷、全冷、半暖、全暖工况。

接收到自动命令后，当新风温度（Tf）大于等于19℃时，空调机组按制冷工况运行。

机组在制冷工况的运行情况与制冷目标温度的关系见下图1：

将目标温度（Td）与平均回风温度（Tr）比较，使空调机组在通风，半冷，全冷之间进行转换。

图中制冷偏差默认值cooloffset为1.5℃。

图1自动冷工况温度曲线

接收到自动命令后，当新风温度（Tf）小于等于15℃时，空调机组按制暖工况运行。

当在制暖工况的运行情况与制暖目标温度的关系见下图2：

目标温度（Td）与平均回风温度（Tr）比较，使空调机组在通风，半暖，全暖之间进行转换。

图中制暖偏差默认值cooloffset为1.5℃。

图2：

制暖自动曲线

接收到自动命令后，当新风温度（Tf）大于15℃、小于19℃时，空调机组按通风工况运行。

2.2.2.1网控自动工况目标温度设置

目标温度的获取有以下两种方式：

Ø自动设定：

制冷时，空调控制器按UIC553要求根据新风温度自动选择目标工作温度，司机可以进行±2℃调节。

Td=22℃+（Tf-19℃）/4；

Td为设置温度，Tf为平均新风温度。

Tf=（Tf1+Tf2）/2；

Tf1HVAC机组1新风温度；

Tf2HVAC机组2新风温度。

如果Tf1故障，则Tf只等于Tf2；

如果Tf2故障，则Tf只等于Tf1。

温度传感器开路、短路、温度范围高于80℃或低于-40℃均视为故障。

图3：

UIC553温度曲线

制热时，按照国际标准UIC553（国际铁路联盟）目标温度默认为19℃，此时可以有±2℃调整。

Ø人工设定

手动设定目标温度是司机在司机室触摸屏上设定空调工作目标温度，通过TMS传送给空调控制器，控制器根据该设定温度再按照制冷工况压缩机调节原则或制热工况电加热调节原则驱动空调工作于通风、半冷、全冷、半暖、全暖。

手动设定温度范围15℃-30℃。

在加热模式时设定温度不能超过19ºC，如果超过19ºC控制器将默认为19ºC。

在制冷模式时设定温度不能低于19ºC，如果低于19ºC控制器将默认为19ºC。

2.2.2.2网控运行模式

TMS初上电时，如果打到网控，TMS将把其记忆的前一次的网控下自动模式时设定温度的相应信息：

UIC553设定方式、±2ºC温度调节值，或司机手动设定方式、设定温度值，发给各个机组控制器。

机组送风机是不受到启动信号控制的，而冷凝风机、压缩机、电加热的启动都是要受到TMS发送的启动允许信号。

只有在送风机工作后，冷凝风机和压缩机才能工作。

同样只有当送风机开启后，电加热才能工作。

不仅在硬件上实现送风机与冷凝风机、压缩机的顺序控制，送风机与电加热的顺序控制，而且在软件中也实现上述功能。

只有SAAC开关打在网控位才能接受网络控制信号。

但是紧急通风信号、扩展供电信号、网络故障信号的接受是不需要SAAC开关在网控位的前提。

在任何状态下点击停机位空调机组都将停机。

2.2.3特殊模式

（1）预冷模式

预冷模式为集控自动的一种特殊情况。

只有符合以下两个条件才进入预冷模式：

-模式为集控自动；

-空调控制系统刚上电。

进入预冷：

参看以下图4制冷曲线（与自动冷曲线一样），如Tr的值大于或等于点A的值时，启动预冷工况，空调机组在全冷工况下运行。

退出预冷：

如果满足以下条件之一，退出预冷模式：

-如预冷工况启动不到30分钟，回风温度达到点B的值时，预冷工况结束，恢复到正常工作状态。

-如预冷工况启动超过30分钟，回风温度达不到点B的值时，预冷工况结束，恢复到正常工作状态。

图4：

预冷曲线

（2）预热模式

预暖模式为集控自动的一种特殊情况。

只有符合以下两个条件才进入预暖模式：

-模式为集控自动；

-空调控制系统刚上电。

进入预热：

参看以下图5的制暖曲线（与自动暖曲线一样），如Tr的值小于或等于点A的值时，启动预暖工况，空调机组在全暖工况下运行。

退出预热：

-如满足以下条件之一，退出预暖模式：

如预暖工况启动不到30分钟，回风温度达到点B的值时，预暖工况结束，恢复到正常工作状态。

-如预暖工况启动超过30分钟，回风温度达不到点B的值时，预暖工况结束，恢复到正常工作状态。

图5：

预暖曲线

2.2.4扩展供电

如两台机组工作在全冷/全暖状态，控制器收到TMS扩展供电指令或本车的硬线扩展供电指令（DI45）后应转为半冷/半暖状态。

如机组工作在其它工况下（如半冷，半暖，通风等）则无需动作。

下边以SIV1故障情况为例，SIV2故障情况类似。

对于SIV1供电的空调机组，如空调控制柜内的“Q1辅助触点”接通且“OVLV继电器”（三相相序检测器）检测AC380V故障，则此时应马上停止由SIV1供电的空调机组的运行，并进行15s的延时。

15s后，“Q1辅助触点”接通且“OVLV继电器”（三相相序检测器）检查AC380V正常，并且“扩展供电指令”（本车硬线命令或TMS网路指令）持续到现在，此时进入扩展供电模式，两个机组进入半冷/半暖工况。

-对于SIV2供电的机组，由于三相电源始终正常，收到“扩展供电指令”（本车硬线命令或TMS网路指令），由SIV2供电的机组运行在半冷/半暖工况下。

-在扩展供电模式中哪台压缩机运行，遵从均衡控制。

退出扩展供电模式：

-如“扩展供电指令”撤销，且“OVLV继电器”（三相相序检测器）检查AC380V正常，则空调机组会退出扩展供电模式。

等待10S后，检测AC380V仍然正常，则整列车空调恢复到正常运行模式。

2.2.5紧急通风

如AC380V电源故障，此时开始延时，15S后，“Q1辅助触点”接通且“OVLV继电器”（三相相序检测器）仍然检测不到AC380V，则紧急通风工况被激活。

控制器激活紧急通风中间继电器，通风机由紧急通风逆变器供电。

此时空调机组的通风机及司机室送回风单元工作在降频降压状态。

回风口全关，新风口全开，向客室输送新鲜空气。

注意:

如果（OVLV）断开而（Q1）断开则不激活紧急通风。

假定当前系统工作在紧急通风状态，如果Q1断开则停止紧急通风。

即：

不论什么时候Q1断开空调机组都停机。

（2010.9.8）

控制器检测到AC380V电源恢复正常，等待10S后，AC380V仍然正常，则停止紧急通风，转入正常操作模式。

控制器刚开机启动，且当SA置于“集控”档时，如司机室SAAC开关为“拔钥匙”状态，空调不启动，直到插上钥匙后控制器调用上次工况，如上次工况为停止，则不启动紧急通风。

当空调控制器未接收到车辆SIV硬线启动信息（DI46）或接收到停止空调指令（集控或本控）时，空调机组不允许启动紧急通风。

注：

如果紧急通风的条件满足了，先启动DO02，DO18，DO19，然后延时之后再判断DI37。

如果此时DI37是没有输入的话，证明逆变器出现故障，此时再断开紧急通风。

3、风阀控制

新风量、回风量的调节通过空调控制器控制新风阀、回风阀及废排风阀的开度实现。

空调机组在不同工况下的风阀状态如下表所示：

表3：

模式

回风调节风门

新风调节风门

预冷工作

全开

全闭

制冷工作

全开

全开

正常工况

全开

全开

紧急通风

全闭

全开

停机工况

全开

全闭

控制方式为：

控制器上电开机，控制器给风阀开启信号（90S），风阀全开启后应反馈信号到控制器（高电平），在110S时检测反馈信号，如没有检测到反馈信号，报风阀故障。

4、压缩机启动

SAAC置于网控且SA开关置于集控位置。

先统一启动整列车通风机；压缩机和冷凝风机、电加热启动均受TMS启动允许信号的控制，本车空调机组启动的顺序由本车空调控制器控制，具体时序见图6及图7描述。

车与车之间空调机组的启动由列车总线网络进行协调控制,具体时序参见通讯协议。

4.1本控制冷启动顺序

接到空调启动命令后，先启动本车的通风机，如为制冷工况，5秒后启动机组1及机组2的冷凝风机，10秒后启动机组1的运行时间较短的压缩机，4秒后启动机组2的运行时间较短的压缩机，如为全冷工况，4秒后启动机组1的运行时间较长的压缩机，4秒后启动机组2的运行时间较长的压缩机。

如其中一个压缩机因为故障不能启动，则在2s启动时间后不再启动，不影响下一个压缩机的启动。

如故障排除后，则故障恢复后的压缩机可以再次启动。

图6本车机组制冷启动时序图

5制暖启动顺序

接到空调启动命令后，先启动本车的通风机，如为制暖工况，5秒钟后启动机组1运行时间较短的一组预热器，再过4秒后启动机组2运行时间较短的一组预热器，4秒钟后启动运行时间较短一组客室电热器。

对于全暖工况，过5秒钟后启动机组1运行时间较长的一组预热器，再过4秒钟启动机组2的运行时间较长的一组预热器，4秒钟后启动运行时间较长的一组客室电加热。

图7本车机组制暖启动时序图

6、控制要求

6.1均衡控制

空调系统运行在半冷（半暖）时，只运行一个压缩机（预热器），控制器要记录每台压缩机及预热器的运行时间，为了使负载运行均匀，如进入半冷（半暖）时，应先启动运行时间短的压缩机（电加热）；全冷（全暖）转入半冷（半暖）时，应先停止运行时间长的压缩机（预热器）。

6.2控制及保护

（1）电机连锁保护

制冷工况各电机均应顺序连锁，前级设备未启动，后级设备不允许启动。

空调机组内一台通风机不运行，则两台冷凝风机，两台压缩机均不许启动；

机组内有一台冷凝风机不运行，则两台压缩机均不允许启动；

机组一台通风机不运行，则机组内两组预热器均不许运行。

（2）正常通风机紧急通风互锁，制冷与制暖互锁。

（3）电机过载保护处理

任何一台通风机过载保护，断开机组的所有通风机、冷凝风机、压缩机。

任何一台通风机过载保护，断开机组的所有预热器。

任何一台冷凝风机过载保护，断开机组的所有冷凝风机和压缩机，仅两台通风机运行。

任何一台压缩机过载保护，该机组通风机、冷凝风机和另一台压缩机正常运行。

当两台压缩机均故障，仅机组通风机运行。

当一台预热器故障，该机组通风机和另一台预热器正常运行。

6.3压缩机启动及停止最短时间

压缩机正常启动后，如没有故障则需要至少运行2分钟，压缩机如停止后，则需要至少等待3分钟后才能再次启动。

7、空调机组保护

7.1压缩机保护

如压缩机发生故障后，此时控制器记录故障并将故障上传到TMS；控制器停止压缩机后，在3分钟内不能再启动压缩机。

且在故障消除后可再次启动。

如压缩机故障次数超过3次/小时，此时压缩机将禁止启动。

此时要将故障排除并重启控制器后方可再次启动压缩机。

在集控状态下，如压缩机因故障复位而需要重新启动时，必须接收到“A/C启动指令”时，方可再次启动。

如TMS发生故障，机组保持现有状态，但要禁止压缩机再次启动。

当外界温度低于19℃时，空调机组压缩机不允许启动。

当回风温度低于19℃时，空调机组压缩机不允许启动。

7.2预热器保护

每个空调机组内两组预热器都设有温度保护开关。

当制暖需求时，先开启机组电热器后，再开始判断预热器故障反馈信息输入点（DI13、DI17、DI18、DI33）。

温度保护开关故障次数超过6次/小时，此时此机组预热器将禁止启动。

此时要将故障排除并重启控制器后方可再次启动预热器。

当环境温度高于15℃时，禁止机组预热器启动。

8、司机室送回风单元功能描述

司机室送风单元设有风量和风向的调节装置，位于司机室送风单元底部。

司机室送风单元的SAF，分高速、中速、低速、停止四档。

可实现对司机室送回风单元的运行控制。

司机室回风单元内设电动风阀和通风机，司机室回风单元通风机与司机室送风单元通风机联动，均由司机室送风单元的控制开关控制，从而实现司机室的风量平衡。

司机室回风单元带有一个风阀，当发生火灾时可关闭风阀，从而把司机室与客室隔离开。

当送风单元关闭后，电动风阀关闭。

当在停止位时，DI_42得电，控制器停止DO_17和DO_18的输出。

（2010.10.11）

应急通风模式下，司机室送风单元和回风单元风机工作在降频降压状态。

9、PTU描述

空调控制器有一个RS232接口，用于和PTU连接。

PTU通过此接口可访问本车空调控制系统，读取空调各部件运行时间，各部件故障信息，新风温度、回风温度等信息。

PTU可以设定空调控制器时间。

10、故障处理

控制器将记录空调机组所发生的故障，记录并将故障通过网络传输给TMS。

表4：

故障描述

等级

备注

通风机1-1过热

1

机组1重故障

通风机1-2过热

1

机组1重故障

冷凝风机1-1过热

2

冷凝风机1-2过热

2

压缩机1-1过流

1

机组1重故障

压缩机1-1高压故障

1

机组1重故障

压缩机1-1低压故障

1

机组1重故障

压缩机1-1排气故障

1

机组1重故障

压缩机1-2过流

1

机组1重故障

压缩机1-2高压故障

1

机组1重故障

压缩机1-2低压故障

1

机组1重故障

压缩机1-2排气故障

1

机组1重故障

通风机2-1过热

1

机组2重故障

通风机2-2过热

1

机组2重故障

冷凝风机2-1过热

2

冷凝风机2-2过热

2

压缩机2-1过流

1

机组2重故障

压缩机2-1高压故障

1

机组2重故障

压缩机2-1低压故障

1

机组2重故障

压缩机2-1排气故障

1

机组2重故障

压缩机2-2过流

1

机组2重故障

压缩机2-2高压故障

1

机组2重故障

压缩机2-2低压故障

1

机组2重故障

压缩机2-2排气故障

1

机组2重故障

机组1新风阀故障

3

机组2新风阀故障

3

机组1回风阀故障

3

机组2回风阀故障

3

机组1预热器故障

2

机组2预热器故障

2

紧急通风逆变器故障

2

当机组1中的器件发生上表中1级故障时，置位DO12；当机组2中的器件发生1级故障时，置位DO32。

附件：

I/O定义

1数字量输入

如无特别注明，均为DC24V数字量输入。

表5：

X1

X2

Pin

I/O

连接器件

定义

数值

×

DI01

U1EF1thermal

机组1通风机1过热

0:

OK

1:

Fault

×

DI02

U1EF2thermal

机组1通风机2过热

0:

OK

1:

Fault

×

DI03

U1CF2thermal

机组1冷凝风机1过热

0:

OK

1:

Fault

×

DI04

U1CF1thermal

机组1冷凝风机2过热

0:

OK

1:

Fault

×

DI05

U1CP1overcurrent

机组1压缩机1过流

0:

Fault

1:

OK

×

DI06

U1CP1HP

机组1压缩机1高压

0:

Fault

1:

OK

×

DI07

U1CP1LP

机组1压缩机1低压

0:

Fault

1:

OK

×

DI08

U1CP1thermal

机组1压缩机1排气

0:

Fault

1:

OK

×

DI09

U1CP2overcurrent

机组1压缩机2过流

0:

Fault

1:

OK

×

DI10

U1CP2HP

机组1压缩机2高压

0:

Fault

1:

OK

×

DI11

U1CP2LP

机组1压缩机2低压

0:

Fault

1:

OK

×

DI12

U1CP2thermal

机组1压缩机2排气

0:

Fault

1:

OK

×

DI13

U1HT1thermal

机组1电加热1过热

0:

Fault（仅当DO06为1时有效）

1:

OK

×

DI14

U1FADFBK

机组1新风阀反馈

0:

OK

1:

Fault

×

DI15

U1RADFBK

机组1回风阀反馈

0:

OK

1:

Fault

×

DI16

×

DI17

U1HT2thermal

机组1电加热2过热

0:

Fault（仅当DO07为1时有效）

1:

OK

×

DI18

U2HT1thermal

机组2电加热1过热

0:

Fault（仅当DO26为1时有效）

1:

OK

×

DI19

×

DI20

×

DI21

U2EF1thermal

机组2通风机1过热

0:

OK

1:

Fault

×

DI22

U2EF2thermal

机组2通风机2过热

0:

OK

1:

Fault

×

DI23

U2CF1thermal

机组2冷凝风机1过热

0:

OK

1:

Fault

×

DI24

U2CF2thermal

机组2冷凝风机2过热

0:

OK

1:

Fault

×

DI25

U2CP1overcurrent

机组2压缩机1过流

0:

Fault

1:

OK

×

DI26

U2CP1HP

机组2压缩机1高压

0:

Fault

1:

OK

×

DI27

U2CP1LP

机组2压缩机1低压

0:

Fault

1:

OK

×

DI28

U2CP1thermal

机组2压缩机1排气

0:

Fault

1:

OK

×

DI29

U2CP2overcurrent

机组2压缩机2过流

0:

Fault

1:

OK

×

DI30

U2CP2HP

机组2压缩机2高压

0:

Fault

1:

OK

×

DI31

U2CP2LP

机组2压缩机2低压

0:

Fault

1:

OK

×

DI32

U2CP2thermal

机组2压缩机2排气

0:

Fault

1:

OK

×

DI33

U2HT2thermal

机组2电加热2过热

0:

Fault（仅当DO27为1时有效）

1:

OK

×

DI34

U2FADFBK

机组2新风阀反馈

0:

OK

1:

Fault

×

DI35

U2RADFBK

机组2回风阀反馈

0:

OK

1:

Fault

×

DI36

Inverterisrunning

逆变器运行

0:

stop

1:

running

×

DI37