基于PLC的动车空调系统设计

基于PLC的动车空调系统设计

罗浩文

身份证：440182199308301815

摘 要

为进一步提高我国动车组空调系统的安全性和舒适性，针对我国特有的空调系统，开展了一系列创新设计和技术研究，这其中有变频技术在动车空调中的实践，节能与降耗等，提高温度控制精度；增加空气净化和病毒激活装置，解决车辆异味问题，满足环保要求；降低列车运行成本；为了优化减振降噪设计，提高行车舒适性，完善单节动车组智能气候系统，进一步改善乘客体验，采用PLC设计了动车组交通交互式温控系统。采用PLC作为控制器、温度传感器和变频器，设计了一种独立的人机交互温度控制器。系统运行稳定，控温舒适快捷，具有良好的使用价值。西门子PLC利用该系统设计了电动汽车空调系 统的自动控制。实现了牵引空调系统的自动运行和监控。通过模拟运行试验，该空调运行稳定，功能齐全，自动化程度高，操作维护方便，可以满足用户的其他需求。

关键词：标准动车组；空调系统；PLC

1.绪论

随着全国的经济蓬勃发展和人民生活水平的不断提高，动车的空调系统已经扩展到各种宾馆、酒店、办公楼、购物中心、工厂等工业和民用建筑，保持整个建筑的温度恒定，已经成为人们生活中不可缺少的工具。

当前，全球能源短缺已经是不争的事实，节能问题自然就是世界关注的焦点。从全球能源总体上来看，我国虽然是资源与能源大国，但由于长期开发和随意的利用资源，所以导致我国资源总量急剧下降。因此，随着社会再往更好的方向发展，节能早就变为我国亟待解决的大问题了。许多国家开始制定节能措施，节能被认为是评价建筑是否符合要求、研究建筑质量和标准的重要内容。积极发展高新技术和节能新技术是节约能源最有效的途径。降低空调能耗、节约资源不仅仅对环境保护具有重要的积极作用。而且还促进了自然资源的可持续发展和经济正增长。

2.设计思路

动车的自动温度控制的硬件方面的构成如下图中所示。动车有2个温度传感器。车内的温度将会由它们确定的平均温度而确定好，并且会用A/D转换模块传送给PLC。再由PLC来比较触摸屏原本确定好的温度，从而来让空调的工作模式和控制装置的工作频率得以确定。

3.硬件设计部分

3.1温度传感器

本系统设计选用PT100三线制热电阻，是一种根据温度的变化，通过测量金属或金属氧化物的电阻来测量温度的传感器。测温电阻的选择应注意量程的限制。

3.2 A/D转换模块

A/D转换模块方面，我将由PLC的选取类型而确定。本系统PLC以FX3U为控制核心，所以选择FX3U-4AD-PT-AD模块要更加的理想一点。

3.3 PLC控制单元

该系统涉及的I/O点少，触摸屏的通信方面，仅只能控制四个电机。在性价比方面、技术性能方面和维护方便等方面，可使用FX3U-16MR/ES-A，内置8进8出（继电器）和交流电源。输入一般是要与MCGS、FX3U-4AD-PT-ADP端口相连，而输出部分方面要与冷凝风机等设备链接好。PLC的模拟量输出与变频器的模拟量输入端一起链接起来，从而能够完成电机的0～50Hz变频调速功能。

3.4 触摸屏

触摸屏这一块我选择的是北京昆仑公司的通用MCGS触摸屏，通过数据线来和PLC控制器进行链接交流。使我们能够通过触摸屏来设置温控系统的工作模式和他的车内温度，当然了，也能在线监控车内的温度和驱动电机状态。

3.5变频器

在课堂上我们学习还需要用到变频器来完成控制，所以变频器我选择三菱的E740变频器，因为它的频率控制范围为是0～50Hz，它也能用于调节压缩机的转速，并且也能过控制好变频器信号和来自PLC的输出模块。

4.软件设计部分

4.1设计思路

动车温度是温度传感器和模拟量模块共同来作出处理，用PLC在屏上显示，触摸屏对乘务员和检修员组态有不同的模式。根据乘务员的等级登录“正常模式”，在正常模式下可进行20℃～29℃范围内的温度设定，PLC据输入值与当前值相比较，开启对应的模式。根据检修员的等级登录“维护模式”，在该模式下，检修人员可对空调系统电机的运行状态可以对单台电机完成检修。

4.2组态王界面设计

在组态王的首页界面内容如下图２所示。如果点击“正常模式”按钮的话“主界面”窗口就会自动弹出。然后点击菜单，选择用户登录选择“乘务员”。输入预设的密码就可以正常点击升温降温处理。如果密码错误，就不能进入。其中包括设定温度的加减按钮、车内温度显示框、运行状态的指示灯，模式选择有通风条件和加热条件，而“维护模式”的界面进入和前面的“正常模式”差不多其中包括选择电机调试的列表对话框，因为不能做出实物，所以我并未做出维护模式的画面及仿真。

4.3PLC设计部分

本文设计的动车空调程序可通过三菱编程软件或西门子PLC编程软件来实现，主程序如图3。通电后，先初始化复位状态、用继电器和寄存器来辅助执行模块处理程序，然后就是等待正常的模式选择等待状态。

5.结论

5.1毕业设计成果特点

本文基本阐明基于PLC

及变频器列车空调控制原理和过程。如下：

（1）研究了列车空调系统的现状、列车空调系统的工作过程和工作原理。

（2）提出了一种与传统PLC控制相结合的稳定温度控制系统。

（3）使用PLC与变频器一起控制的硬件系统来实现上述摘要的功能与要求。

（4）经过最终的软件和组态设计，系统完成。

5.2设计成果的实用价值或应用前景

对于列车空调用PLC和变频器的控制系统，随着应用数量的增加，PLC具有的种种优点，诸如体积小、可读性高或抗干扰能力强等，在未来能体现其强大的功能和价格优势，俗称性价比很高。以PLC为核心硬件的自动运行控制与监控系统将使动车空调更加灵活、智能化，使人们更加舒适。

参考文献

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