1 引言

作為一種快速、舒適和環(huán)保的交通工具，地鐵在我國(guó)的各大城市開(kāi)始迅速地投入建設(shè)和使用，已經(jīng)成為城市居民生活必不可少的交通工具。社會(huì)的進(jìn)步，使人們對(duì)于乘坐地鐵時(shí)的舒適度提出了更高的要求，地鐵列車空調(diào)控制系統(tǒng)作為車廂空氣的溫度、濕度和氣流速度等參數(shù)的控制系統(tǒng)，對(duì)車廂內(nèi)的舒適度控制起著至關(guān)重要的作用。本文分析了地鐵列車空調(diào)系統(tǒng)的控制要求，進(jìn)行了控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和硬件配置，根據(jù)不同的控制功能開(kāi)發(fā)了空調(diào)機(jī)組的控制程序，較好地實(shí)現(xiàn)了多種控制功能。 2 地鐵列車空調(diào)控制器的功能分析

地鐵列車空調(diào)控制系統(tǒng)以空調(diào)控制器為核心，在斷路器、接觸器、繼電器和傳感器等相關(guān)電氣組件的配合下，自動(dòng)完成地鐵列車空調(diào)機(jī)組的動(dòng)作控制、運(yùn)行保護(hù)、故障診斷和故障記錄等功能。地鐵列車空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式為控制柜形式。每節(jié)列車安裝一臺(tái)控制柜，負(fù)責(zé)控制每節(jié)列車的兩臺(tái)空調(diào)機(jī)組。每臺(tái)空調(diào)機(jī)組包括2臺(tái)通風(fēng)機(jī)、2臺(tái)冷凝風(fēng)機(jī)、2臺(tái)壓縮機(jī)、2組新風(fēng)預(yù)熱器、2個(gè)新風(fēng)閥和1個(gè)回風(fēng)閥等設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)、半冷、全冷、預(yù)冷、半暖、全暖、預(yù)暖、減載、緊急通風(fēng)和停機(jī)等功能。

（1）控制方式

地鐵列車空調(diào)控制系統(tǒng)主要通過(guò)空調(diào)控制器實(shí)現(xiàn)每節(jié)車廂內(nèi)的環(huán)境調(diào)節(jié)，達(dá)到乘客所需的舒適性要求。在一般情況下，列車的空調(diào)系統(tǒng)由司機(jī)室集中控制，因此空調(diào)控制器需要具有完備的通訊能力，通過(guò)多功能車輛總線與列車管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，接收來(lái)自列車管理系統(tǒng)的指令，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)控制器具有本地控制和遠(yuǎn)程控制兩種模式。本地控制模式主要用于空調(diào)機(jī)組的調(diào)試，可以通過(guò)控制柜內(nèi)的模式選擇開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)機(jī)組的控制，在列車網(wǎng)絡(luò)故障等緊急情況下也使用本地控制模式。在一般情況下使用遠(yuǎn)程控制模式，空調(diào)控制器由司機(jī)室控制，可以單獨(dú)設(shè)定和操作每節(jié)車廂的空調(diào)機(jī)組，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)、半冷、全冷、預(yù)冷、半暖、全暖、預(yù)暖、減載、緊急通風(fēng)和停機(jī)等功能。

（2）運(yùn)行模式

空調(diào)機(jī)組具有制冷和制暖功能，以適應(yīng)不同季節(jié)乘客的乘車環(huán)境需求。為了更好地為乘客提供舒適的環(huán)境，空調(diào)機(jī)組具有多種工作模式，主要包括通風(fēng)、半冷、全冷、半暖和全暖等工作模式。

當(dāng)車廂內(nèi)溫度適宜時(shí)，空調(diào)機(jī)組并不需要啟動(dòng)制冷或制暖，但列車是一個(gè)封閉空間，空調(diào)機(jī)組需要通風(fēng)運(yùn)行，以使車廂內(nèi)空氣流通。當(dāng)車廂內(nèi)需要制冷，但制冷需求不是很大時(shí)，空調(diào)機(jī)組運(yùn)行半冷模式。當(dāng)車廂內(nèi)的制冷需求增大時(shí)，空調(diào)機(jī)組運(yùn)行全冷模式，空調(diào)機(jī)組的制冷系統(tǒng)全部運(yùn)行。當(dāng)車廂內(nèi)溫度較低時(shí)，空調(diào)機(jī)組運(yùn)行制暖模式，包括半暖和全暖。半暖時(shí)，開(kāi)啟空調(diào)機(jī)組的一半制熱設(shè)備。全暖時(shí)，開(kāi)啟空調(diào)機(jī)組的全部制熱設(shè)備。

（3）保護(hù)功能

為了保護(hù)機(jī)組，空調(diào)機(jī)組每個(gè)設(shè)備的啟動(dòng)和停止需要遵循一定的時(shí)序。例如，機(jī)組的通風(fēng)機(jī)未啟動(dòng)時(shí)，該機(jī)組的冷凝風(fēng)機(jī)不能啟動(dòng)。機(jī)組的各個(gè)設(shè)備需要相應(yīng)的保護(hù)，例如過(guò)載保護(hù)。當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，空調(diào)控制器應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行處理，以免造成更大損壞。空調(diào)控制器還應(yīng)有故障記錄功能，記錄故障發(fā)生時(shí)的詳細(xì)信息，以供列車維護(hù)人員和空調(diào)廠家進(jìn)行維護(hù)分析。 3 地鐵列車空調(diào)控制器的硬件設(shè)計(jì)

通過(guò)分析地鐵列車空調(diào)系統(tǒng)的功能，北京藍(lán)普鋒科技有限公司專門設(shè)計(jì)了一種新型的地鐵列車空調(diào)控制器，外觀如圖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24VDC輸入通道、44路繼電器輸出通道和4路熱電阻輸入通道，程序存儲(chǔ)區(qū)的最大容量為400K字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的最大容量為15K字節(jié)，硬件定時(shí)器的最小時(shí)間單位為0.1ms，軟件定時(shí)器的最小時(shí)間單位為1ms，計(jì)數(shù)器的字長(zhǎng)為16位，布爾量的運(yùn)算速度為0.06μs。這種控制器具有集成度高、控制功能豐富、功耗低、實(shí)用性強(qiáng)、運(yùn)算速度快、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

空調(diào)控制器安裝在每節(jié)車廂的控制柜內(nèi)。如果空調(diào)機(jī)組運(yùn)行正常，并不需要經(jīng)常操作空調(diào)的控制器，因此無(wú)須在每個(gè)控制柜內(nèi)設(shè)置觸摸屏等顯示設(shè)備，而是通過(guò)控制器本身的指示燈面板顯示空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。在空調(diào)控制柜內(nèi)安裝有空調(diào)模式開(kāi)關(guān)，可以對(duì)空調(diào)控制器的工作模式進(jìn)行設(shè)置。在正常情況下，列車管理系統(tǒng)通過(guò)多功能車輛總線與列車空調(diào)控制器進(jìn)行通訊，再輔以模式開(kāi)關(guān)和控制器指示燈，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)機(jī)組的控制和維護(hù)。 根據(jù)地鐵列車空調(diào)系統(tǒng)的工作原理和控制要求，基于北京藍(lán)普鋒科技有限公司新型空調(diào)控制器的地鐵列車空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

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

4地鐵列車空調(diào)控制器的程序設(shè)計(jì)

地鐵列車空調(diào)控制系統(tǒng)的主要的功能是對(duì)列車空調(diào)機(jī)組的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制，并判斷各個(gè)機(jī)組的工作狀態(tài)。根據(jù)地鐵列車空調(diào)控制系統(tǒng)的功能，將控制器的程序分為本地控制程序、集中控制程序、機(jī)組保護(hù)程序、網(wǎng)絡(luò)通訊程序和故障記錄程序等部分。由于控制器的程序功能較多且邏輯復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化程序，使其結(jié)構(gòu)清晰、便于調(diào)試和維護(hù)，將程序按照不同的功能分為若干個(gè)子程序，每個(gè)子程序完成空調(diào)機(jī)組控制的一部分功能，通過(guò)主程序調(diào)用子程序，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制。 4.1 本地控制程序

本地控制主要指由空調(diào)模式選擇開(kāi)關(guān)控制機(jī)組的運(yùn)行。司機(jī)室的空調(diào)模式選擇開(kāi)關(guān)通過(guò)三個(gè)開(kāi)關(guān)量點(diǎn)，按照BCD編碼的形式切換其中不同的狀態(tài)，分別是集控、停機(jī)、通風(fēng)、半冷、半暖、全冷和全暖等7種工作模式。在各種工作模式下，機(jī)組的新風(fēng)閥和回風(fēng)閥均為打開(kāi)狀態(tài)。 （1）集控模式 （2）停機(jī)模式 （3）通風(fēng)模式 （4）半冷模式 （5）全冷模式 （6）半暖模式 （7）全暖模式 4.2 集中控制程序

當(dāng)司機(jī)室的空調(diào)模式選擇開(kāi)關(guān)切換到集控位時(shí)，控制器工作模式由司機(jī)室集中控制。集中控制分為停止、通風(fēng)和網(wǎng)控等3種狀態(tài)，這3種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)為硬線輸入信號(hào)。 （1）當(dāng)控制器檢測(cè)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)為停止時(shí)，空調(diào)機(jī)組不工作。 （2）當(dāng)控制器檢測(cè)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)為通風(fēng)時(shí)，空調(diào)機(jī)組工作在通風(fēng)模式下，運(yùn)行狀態(tài)與本地控制下的通風(fēng)模式相同。 （3）當(dāng)控制器檢測(cè)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)為網(wǎng)控時(shí)，空調(diào)機(jī)組由列車運(yùn)行管理系統(tǒng)控制，列車司機(jī)通過(guò)觸摸屏來(lái)設(shè)置空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。網(wǎng)控的模式分為停止、自動(dòng)冷、自動(dòng)暖、通風(fēng)、應(yīng)急通風(fēng)、半冷、全冷、半暖和全暖等9種模式。其中停止、通風(fēng)、半暖、全暖、半冷、全冷的工作模式與本地控制下的停機(jī)、通風(fēng)、半暖、全暖、半冷、全冷的工作模式相同。在網(wǎng)控的模式下，壓縮機(jī)的啟動(dòng)需由列車運(yùn)行管理系統(tǒng)發(fā)送的啟動(dòng)命令來(lái)啟動(dòng)。如果空調(diào)機(jī)組運(yùn)行制冷需要啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)，只有接收到列車運(yùn)行管理系統(tǒng)給本車廂發(fā)送的壓縮機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，才會(huì)啟動(dòng)該壓縮機(jī)。

下面介紹網(wǎng)控的自動(dòng)冷、自動(dòng)暖和應(yīng)急通風(fēng)等3種工作模式。 （1）網(wǎng)控自動(dòng)制冷模式和網(wǎng)控自動(dòng)供暖模式

在每節(jié)車廂內(nèi)設(shè)置2個(gè)新風(fēng)溫度傳感器和2個(gè)回風(fēng)溫度傳感器，將2個(gè)回風(fēng)溫度傳感器的數(shù)值平均后作為機(jī)組的回風(fēng)溫度。在司機(jī)室設(shè)定每節(jié)車廂的目標(biāo)溫度后，空調(diào)控制器通過(guò)比較回風(fēng)溫度和目標(biāo)溫度，自動(dòng)調(diào)整每節(jié)車廂的空調(diào)工作狀態(tài)。當(dāng)每節(jié)車廂的乘客數(shù)量不同時(shí)，所需的制冷量或供暖量不同，機(jī)組可以自動(dòng)改變工作模式，使本節(jié)車廂的空氣環(huán)境自動(dòng)適應(yīng)乘客的需求。 （2）網(wǎng)控自動(dòng)應(yīng)急通風(fēng)模式

網(wǎng)控自動(dòng)應(yīng)急通風(fēng)模式是指當(dāng)?shù)罔F列車在地下運(yùn)行時(shí)，遇到停電等緊急情況時(shí)，為了保證列車內(nèi)的空氣流通，使用備用電源，機(jī)組的通風(fēng)機(jī)降壓運(yùn)行。緊急通風(fēng)模式主要受列車管理系統(tǒng)控制。當(dāng)機(jī)組收到應(yīng)急通風(fēng)指令后，或當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)檢測(cè)到主電源故障，延時(shí)2分鐘后，客室空調(diào)機(jī)組制冷和制暖系統(tǒng)、客室幅流風(fēng)機(jī)、客室電加熱器、司機(jī)室送風(fēng)單元停止工作。再延時(shí)5s后，接通機(jī)組緊急通風(fēng)接觸器、司機(jī)室送風(fēng)單元緊急通風(fēng)接觸器、客室幅流風(fēng)機(jī)緊急通風(fēng)接觸器，然后向緊急通風(fēng)逆變器發(fā)送啟動(dòng)緊急通風(fēng)的硬線信號(hào)，使系統(tǒng)工作在應(yīng)急通風(fēng)模式。在緊急通風(fēng)模式下，機(jī)組的回風(fēng)閥全部關(guān)閉，新風(fēng)閥全部打開(kāi)。 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)于控制系統(tǒng)，不僅要求能夠控制各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，而且要求當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)非正常情況時(shí)，能夠迅速做出應(yīng)對(duì)措施，將故障的影響降低到到最小。 （1）風(fēng)機(jī)過(guò)載保護(hù)

機(jī)組的風(fēng)機(jī)包括通風(fēng)機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)和客室幅流風(fēng)機(jī)。 當(dāng)機(jī)組的某臺(tái)通風(fēng)機(jī)發(fā)生過(guò)載故障后，該機(jī)組的冷凝風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)停止工作，但需要保持另一臺(tái)通風(fēng)機(jī)工作。如果該機(jī)組的兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)都過(guò)載，則該空調(diào)機(jī)組全部停機(jī)，不影響另一臺(tái)空調(diào)機(jī)組的工作。

當(dāng)機(jī)組的某臺(tái)冷凝風(fēng)機(jī)發(fā)生過(guò)載故障后，該臺(tái)冷凝風(fēng)機(jī)停止工作，同時(shí)壓縮機(jī)也停止工作。如果持續(xù)5分鐘后，故障信號(hào)仍未恢復(fù)，則鎖死故障，即故障信號(hào)恢復(fù)后，也不會(huì)再啟動(dòng)該臺(tái)冷凝風(fēng)機(jī)，只有機(jī)組重啟或停機(jī)才能解鎖。當(dāng)某臺(tái)冷凝風(fēng)機(jī)故障鎖死后，另一臺(tái)冷凝風(fēng)機(jī)也需停止工作，該機(jī)組僅保持通風(fēng)運(yùn)行。

當(dāng)機(jī)組的客室幅流風(fēng)機(jī)發(fā)生過(guò)載故障后，僅停止該客室幅流風(fēng)機(jī)的工作。 （2）壓縮機(jī)保護(hù)

壓縮機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)中最重要的設(shè)備，壓縮機(jī)的保護(hù)包括壓力保護(hù)、排氣溫度保護(hù)和過(guò)載保護(hù)等。

壓縮機(jī)的壓力保護(hù)分為低壓保護(hù)和高壓保護(hù)，二者的保護(hù)原理相似，均采用常閉的開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行判斷。當(dāng)壓力故障信號(hào)產(chǎn)生后，壓縮機(jī)先停機(jī)2分鐘。如果2分鐘后壓力故障信號(hào)恢復(fù)，則壓縮機(jī)正常運(yùn)行。如果仍未恢復(fù)，則鎖死故障。如果故障恢復(fù)正常，壓縮機(jī)運(yùn)行2分鐘內(nèi)再次發(fā)生故障，則鎖死故障。如果2分鐘內(nèi)未發(fā)生故障，但是2至15分鐘內(nèi)又發(fā)生故障，則故障次數(shù)增1并重新檢測(cè)故障。如果此種情況使故障次數(shù)超過(guò)3，則鎖死故障。

壓縮機(jī)排氣溫度保護(hù)也采用常閉的開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行判斷。當(dāng)排氣溫度過(guò)高導(dǎo)致開(kāi)關(guān)量斷開(kāi)后，壓縮機(jī)停止工作并鎖死故障。 4.4 網(wǎng)絡(luò)通訊程序

由于列車空調(diào)系統(tǒng)要接受列車管理系統(tǒng)的集中控制，因此空調(diào)控制器應(yīng)當(dāng)按照列車管理系統(tǒng)的多功能車輛總線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在本系統(tǒng)中，空調(diào)控制器是從站，列車管理系統(tǒng)是主站，從站接受主站命令，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。當(dāng)列車空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，控制器便會(huì)記錄下故障發(fā)生的類型和時(shí)間等信息。空調(diào)控制器將故障信息利用堆棧的方式保存在本身的掉電保持區(qū)，最大可以存儲(chǔ)500條故障記錄，用于空調(diào)機(jī)組維護(hù)人員對(duì)列車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析。 5 地鐵列車空調(diào)控制器的應(yīng)用

基于北京藍(lán)普鋒科技有限公司新型空調(diào)控制器的地鐵列車空調(diào)機(jī)組如圖3所示。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)配套與聯(lián)調(diào)測(cè)試，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，完全滿足地鐵列車空調(diào)系統(tǒng)的要求，取得了非常好的效果，得到了用戶的好評(píng)。本新型空調(diào)控制器具有下列優(yōu)點(diǎn)： （1）空調(diào)控制器運(yùn)行穩(wěn)定，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，給地鐵列車空調(diào)系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)保障。 （2）空調(diào)控制器具有模塊化的結(jié)構(gòu)，使用簡(jiǎn)單方便。 （3）各種保護(hù)迅速可靠，并且具備故障記錄功能，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能夠及時(shí)解決，給用戶的使用帶來(lái)極大方便。

圖3地鐵列車空調(diào)機(jī)組

該新型空調(diào)控制器的成功研發(fā)，不僅是空調(diào)控制器產(chǎn)品的一次超越，更體現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)控制器在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用中邁上了新臺(tái)階。以北京藍(lán)普鋒科技有限公司為代表的國(guó)產(chǎn)控制器越來(lái)越成熟和完善，為我國(guó)各行各業(yè)的自動(dòng)化應(yīng)用帶來(lái)了一個(gè)全新的面貌。 參考文獻(xiàn) [1] 歐陽(yáng)仲志，苗彥英．地鐵交通系統(tǒng)的環(huán)境控制和車輛空氣調(diào)節(jié)[J]．鐵道學(xué)報(bào)，1999(4):87~91． [2] 徐向彬，龍靜．地鐵車輛空調(diào)溫度控制模型研究[J]．制冷與空調(diào)，2016(6):83~86． [3] RPC2000系列可編程控制器硬件手冊(cè)[M]．北京藍(lán)普鋒科技有限公司，2016． [4] RPC2000系列可編程控制器軟件手冊(cè)[M]．北京藍(lán)普鋒科技有限公司，2016． [5] RPC2000系列可編程控制器指令手冊(cè)[M]．北京藍(lán)普鋒科技有限公司，2016．