潘洪坤（大连职业技术学院，116035）



动车空调制冷系统电气控制系统的设计与调试

潘洪坤
（大连职业技术学院，116035）

摘要：基于动车空调制冷系统，提出来西门子CPU313、CPU226、CPU224、变频器、触摸屏及压缩机、冷风机和通风机组成主从控制系统。

关键词：空调制冷系统；电气控制系统；设计；调试

0 引言

动车空调系统具有时变、非线性和大滞后等特点，随季节不同，时间不同，乘客不同，车厢内温度是不一样的。因此可通过实时监测车厢内温度控制压缩机运行，最后稳定在设定温度，从而保证室内温度在舒适合理的范围。

本文针对动车空调制冷系统提出了一套控制节能系统，将变频器、触摸屏嵌入主从站PLC控制系统。该系统可根据车厢内的温度控制变频器的频率，从而控制压缩机运行，实现动车空调系统自动化，同时降低了压缩机的振动，既能节省动车空调能耗又降低了空调系统噪声。该系统通过设计调试后能运行稳定，输出参数满足要求，节省人力、物力和财力。

1 系统结构与控制原理

1.1 制冷系统和控制系统的结构

本动车空调制冷控制节能系统由人机交互界面、空调系统和控制柜终端构成。空调系统压缩机1台、冷风机2台、通风机1台。其制冷系统控制回路，如图1所示。

图1 动车空调制冷系统控制

控制柜终端主要由表1的电气元件构成，PLC通过温度传感器及温度模块将车厢内温度读入内存，根据实际值与设定值的温差，控制变频器的转速，从而调整压缩机的转速；同时控制冷风机的运行，实现车厢内降温的目的。温度传感器数值则显示在人机交互界面上，触摸屏还可监控压缩机和冷风机的运行状态，还设计了停止/停止按钮，一键式控制动车空调系统。方便管理人员的操控。

表1：动车空调制冷控制系统的主要部件

1.2 控制原理

为了及时调整车厢内温度，对制冷系统进行节能控制，该系统压缩机采用变频器三段速控制，其上限运行频率为50HZ，下限为30HZ。将车厢内温度设定为20℃，当温控器感温元件测得温度超过设定温度4℃，压缩机M1以30HZ运行2min，再以40HZ运行2min，最后以50HZ稳定运行冷风机M2和M3同时运行。当车厢内温度达到22℃时以下时，压缩机M1以50HZ运行2min，再以40HZ运行2min，最后以30HZ稳定运行，同时冷风机M2运行，当温度达到20℃时压缩机和冷风机同时停车，通风机M4运行。

整个控制系统中，高温低频起动的目的是为了实现降低启动能耗，减小噪声污染，同时2台冷风机全部运行使车厢内快速降温。低温部分采用高频启动低频运行，使得车厢内温度场均匀，同时由于热负荷小，压缩机低频运行能够节约能耗，提高温度控制的稳定性和精确性。

2 系统的硬件设计

将空调制冷控制系统的主要部件进行连接，其硬件连接系统示意图如图3所示。系统采用了PROFIBUS网络通信，以s7-300作为主站，两个s7-200作为从站与触摸屏之间进行通信。该系统硬件设计提高了系统的使用效率，可靠性高，扩展性强。

3 系统的元件设计

3.1 设计思路

动车空调制冷系统设计的总体思路：系统以水泵电机M1，冷风机M2、M3，通风机M4为主要控制对象，以车厢内温度为被控参数，以变频器频率为控制参数，以PLC为控制器，触摸屏实现人机交互，组成了动车空调制冷控制系统，设计了PLC程序和人机交互界面，大大降低了噪音，节省空调耗能。

3.2 PLC硬件组态及网络通信

在该系统设计中，触摸屏将信号传给CPU224，CPU224将信号传递给主站CPU313，然后在按控制要求主站将信号传给两个从站。

3.3 变频调速控制

动车空调系统通过实时监测车厢内温度控制压缩机频率，最后稳定在设定温度，从而保证室内温度在舒适合理的范围。该系统设计了手动控制和自动运行两套程序，若进行手动子程序可实现手动设置变频器频率驱动电动机；当系统进入自动运行可实现车厢自动降温。该控制系统采用主程序调用子程序的方式实现。

3.4 触摸屏设计

本系统触摸屏界面主要有操作界面和系统故障报警复位界面。主界面由压缩机的启停控制、温度显示、压缩机等画面。两个界面之间可以随时切换，通过整个触摸屏系统，不但可以进行组态，而且还能监控下位机的运行，实现一体化的现场管理。触摸屏操作界面设计。

4 结论

（1）该系统经反复试验调试，运行稳定，故障率低，较好的实现调节车厢内温度功能，提高温度控制的稳定性。

（2）该系统PLC主从站设计适用性强、兼容性好，扩展性强，不仅可以完成空调系统的控制，还可以控制车辆电机等电动机。

（3）该控制系统经调试后，运行稳定，各个参数满足设计要求。

（4）主机的变频控制起到智能节能的作用，降低了管理费用和空调耗能。

（5）系统具有远程遥控启停功能以及良好的人机交互界面，直观便于操控。

Design and adjustment of electric control system of motor car air conditioning and refrigeration system

Pan Hongkun
（Dalian Vocational Technical College，116035）

Abstract：Based on the motor car air conditioning and refrigeration system，put forward the SIEMENS CPU313，CPU226，CPU224，inverter，touch screen and compressor， cold air fan and fan composed of master slave control system.

Keywords：air conditioning and refrigeration system；electrical control system；design；debugging