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。隨著社會的進步，人們對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)計和硬件配置，根據(jù)不同的控制功能編寫了空調(diào)機組的控制程序，能全方位地實現(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，自動完成地鐵列車空調(diào)機組的電機控制，運行保護，故障診斷和故障錄波。每個plc控制系統(tǒng)都配有一個控制柜，每個列車控制兩個空調(diào)機組。每個空調(diào)機組包括2個風扇，2個冷凝器風扇，2個壓縮機，2套新風預(yù)熱器，2個新風閥和1個回風閥。它可以通風，半冷卻和完全冷卻。預(yù)冷，半溫，全溫，預(yù)熱，減載，緊急通風和停機。

　　(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，并報告地鐵列車。空調(diào)機組的工作狀態(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)機組的調(diào)試。空調(diào)機組的控制可以通過控制柜中的模式選擇開關(guān)實現(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)機組可單獨設(shè)置和操作，用于通風，半冷卻，全冷卻，預(yù)冷，半溫，全加熱和加熱 ，減載，緊急通風和停機。

　　(2)運行模式

　　空調(diào)機組具有制冷、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。

　　當機艙內(nèi)的溫度合適時，空調(diào)機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)機組需要通風以使機艙內(nèi)的空氣循環(huán)。當機艙需要冷卻但冷卻需求不是很大時，空調(diào)機組以半冷卻模式運行。當機艙中的冷卻需求增加時，空調(diào)機組以完全冷卻模式運行，并且空調(diào)機組的制冷系統(tǒng)完全運行。當機艙內(nèi)的溫度較低時，空調(diào)機組以加熱模式運行，包括半溫和全熱。在半溫時，打開空調(diào)機組加熱裝置的一半。暖和時，打開空調(diào)機組的所有加熱設(shè)備。

　　(3)保護功能

　　為了保護設(shè)備，需要遵循空調(diào)裝置的每個單元的啟動和停止一段時間。例如，當設(shè)備的呼吸機未被激活時，設(shè)備的冷凝風扇不能被激活。當設(shè)備發(fā)生故障時，應(yīng)及時處理空調(diào)控制器，以免造成進一步的損壞。西門子plc空調(diào)控制器具有故障記錄功能，在發(fā)生故障后能詳細記錄任何時間 的詳細信息，可為列車維護人員進行維護和分析。

　 3、地鐵3號線列車空調(diào)控制器的硬件設(shè)計

　　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。程序存儲器的最大容量為400K字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲器的最大容量為15K，硬件定時器的最小時間單位為0.1ms，軟件定時器為1ms，計數(shù)器的字長為16位，布爾運算速度為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、實用性強、計算速度快、穩(wěn)定可靠等特點。

　　每節(jié)車廂都裝有空調(diào)控制柜，如果空調(diào)機組運行正常，不需要經(jīng)常操作空調(diào)控制器，則不需要在每個控制柜內(nèi)設(shè)置觸摸屏等顯示裝置，而是顯示空氣的運行狀態(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

　　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)機組的各種設(shè)備，判斷各機組的工作狀態(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，為了簡化程序，使結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護，程序根據(jù)不同的功能分為幾個子程序，每個子程序完成空調(diào)機組控制的一些功能。主程序調(diào)用子程序來控制整個系統(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碼通過三個開關(guān)點在不同狀態(tài)之間切換。它分為七種工作模式：集中控制，停機，通風，半冷卻，半溫，全冷卻和全溫 。在所有操作模式中，設(shè)備的新風阻尼器和回風風門都是打開的。 (1)中央控制模式(2)停止模式(3)通風模式(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

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

　　以下介紹三種操作模式：自動冷，自動加熱和緊急通風。

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

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

　　(2)網(wǎng)絡(luò)控制自動緊急通風模式

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

　　4.3 機組保護程序

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

　　(1)風機過載保護

　　該裝置的風機包括通風機、冷凝風機和室內(nèi)螺旋風機。當設(shè)備的通風機不能過載時，設(shè)備的冷凝器風機和壓縮機停止工作，但另一臺通風機必須保持工作。如果設(shè)備的兩個風扇過載，空調(diào)機組將完全關(guān)閉，不會影響其他空調(diào)機組的運行。

　　當設(shè)備的冷凝風扇出現(xiàn)過載故障時，冷凝風扇停止工作，壓縮機停止工作。如果故障信號在5分鐘后沒有恢復(fù)，則故障被鎖定，即在故障信號恢復(fù)后，冷凝器風扇將不再啟動，只有設(shè)備重新啟動或停止解鎖。當一個冷凝風扇無法鎖定時，另一個冷凝器風扇也需要停止工作。該設(shè)備只能保持通風。

　　當設(shè)備客室發(fā)生過載故障時，只有客室散熱器風扇停止工作。

　　(2)壓縮機保護

　　壓縮機保護包括壓力保護、排氣溫度保護和過載保護。壓縮機的壓力保護分為低壓保護和高壓保護。兩者的保護原則是相似的。它們都由常閉開關(guān)信號判斷。當產(chǎn)生壓力故障信號時，壓縮機停止2分鐘。

　　常閉開關(guān)信號還用于判斷壓縮機排氣溫度保護。

　　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)機組維修人員存儲多達500個故障記錄，對列車空調(diào)系統(tǒng)進行綜合分析。

　　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)不僅是對空調(diào)控制器產(chǎn)品的超越，也是對空調(diào)行業(yè)國內(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，為自動化行業(yè)應(yīng)用帶來了新的面貌。