西门子smart系列plc和mcgs触摸屏在地铁列车空调控制系统中的解决方案

　1、概述

　　在现在的大城市中地铁作为一种快速、舒适、环保的交通工具，在我国各大城市迅速投入建设和使用，已成为城市居民不可缺少的交通工具。随着社会的进步，人们对乘坐地铁的舒适性提出了更高的要求。地铁列车空调西门子smart系列控制系统用于控制车厢内空气的温度、湿度和风速，控制车厢内的舒适性。西门子plc根据地铁空调系统的控制工艺，制作了plc控制系统的方案设计和硬件配置，根据不同的控制功能编写了空调机组的控制程序，能全方位地实现了各种控制功能。

　2、地铁列车空调控制器的功能分析

　　地铁列车的空调控制系统以空调西门子smart系列plc控制器为中心。通过断路器，接触器，继电器，传感器等相关电气元件的配合，自动完成地铁列车空调机组的电机控制，运行保护，故障诊断和故障录波。每个plc控制系统都配有一个控制柜，每个列车控制两个空调机组。每个空调机组包括2个风扇，2个冷凝器风扇，2个压缩机，2套新风预热器，2个新风阀和1个回风阀。它可以通风，半冷却和完全冷却。预冷，半温，全温，预热，减载，紧急通风和停机。

　　(1)控制方式

　　在正常情况下，列车的空调系统由驾驶室集中控制。因此，空调西门子smart系列控制器需要具有完整的通信能力，通过多功能车辆总线与列车管理系统交换信息，接收列车管理系统的指令，并报告地铁列车。空调机组的工作状态和故障信息。空调西门子smart系列控制器有两种本地控制和遥控模式。本地控制模式主要用于空调机组的调试。空调机组的控制可以通过控制柜中的模式选择开关实现，本地控制模式也可以用于列车网络故障等紧急情况。在正常情况下，使用远程控制模式。空调控制器由驾驶室控制。每辆车的空调机组可单独设置和操作，用于通风，半冷却，全冷却，预冷，半温，全加热和加热 ，减载，紧急通风和停机。

　　(2)运行模式

　　空调机组具有制冷、供暖功能，可满足不同季节乘客的环境要求。地铁空调为乘客提供了舒适的休息和乘坐环境。

　　当机舱内的温度合适时，空调机组不需要开始冷却或加热，但是列车是封闭空间，并且空调机组需要通风以使机舱内的空气循环。当机舱需要冷却但冷却需求不是很大时，空调机组以半冷却模式运行。当机舱中的冷却需求增加时，空调机组以完全冷却模式运行，并且空调机组的制冷系统完全运行。当机舱内的温度较低时，空调机组以加热模式运行，包括半温和全热。在半温时，打开空调机组加热装置的一半。暖和时，打开空调机组的所有加热设备。

　　(3)保护功能

　　为了保护设备，需要遵循空调装置的每个单元的启动和停止一段时间。例如，当设备的呼吸机未被激活时，设备的冷凝风扇不能被激活。当设备发生故障时，应及时处理空调控制器，以免造成进一步的损坏。西门子plc空调控制器具有故障记录功能，在发生故障后能详细记录任何时间 的详细信息，可为列车维护人员进行维护和分析。

　 3、地铁3号线列车空调控制器的硬件设计

　　通过分析地铁列车空调系统的功能，陕西容感电气有限公司专门设计了一种新型的地铁列车空调控制器，如图1所示。

　    图1地铁列车空调控制器

　　图1所示的地铁列车空调控制器集成了62路的24伏直流输入通道、44路的继电器输出通道和4路的RTD输入通道。程序存储器的最大容量为400K字节，数据存储器的最大容量为15K，硬件定时器的最小时间单位为0.1ms，软件定时器为1ms，计数器的字长为16位，布尔运算速度为0.06mus，该西门子plc控制器具有集成度高、控制功能丰富、功耗低、实用性强、计算速度快、稳定可靠等特点。

　　每节车厢都装有空调控制柜，如果空调机组运行正常，不需要经常操作空调控制器，则不需要在每个控制柜内设置触摸屏等显示装置，而是显示空气的运行状态。调节单元通过西门子smart系列控制器本身的指示板。空调模式开关安装在空调控制柜内，用于设置空调控制器的工作模式。

　　图2地铁列车空调控制系统的结构

     4、列地铁列车空调控制器的程序设计

　　地铁列车空调plc控制系统的主要功能是控制列车空调机组的各种设备，判断各机组的工作状态。由于西门子plc控制器的程序功能比较复杂，逻辑复杂，为了简化程序，使结构清晰，易于调试和维护，程序根据不同的功能分为几个子程序，每个子程序完成空调机组控制的一些功能。主程序调用子程序来控制整个系统。

　　4.1 本地控制程序

　　本地控制主要是指由空调模式选择开关控制的单元的操作。驾驶室空调模式选择开关根据BCD码通过三个开关点在不同状态之间切换。它分为七种工作模式：集中控制，停机，通风，半冷却，半温，全冷却和全温 。在所有操作模式中，设备的新风阻尼器和回风风门都是打开的。 (1)中央控制模式(2)停止模式(3)通风模式(4)半冷却模式(5)全冷却模式(6)半温模式(7)全战模式

　　4.2 集中控制程序

　　当司机室空调模式开关切换到集中控制位置时，西门子plc控制器的工作模式由司机室集中控制。集中控制分为三种状态：停止、通风和网络控制。这三种状态的开关都是硬线输入信号。网络控制模式分为九种模式：停止、自动冷却、自动加热、通风、紧急通风、半冷、全冷、半温、全温。

　　以下介绍三种操作模式：自动冷，自动加热和紧急通风。

　　(1)网络控制自动冷却模式和网络控制自动加热模式

　　每辆车配备两个新鲜空气温度传感器和两个回风温度传感器。两个回风温度传感器的平均值是装置的回风温度。空调西门子smart系列控制器在司机室内设定每辆车的目标温度后，通过比较回风温度和目标温度，自动调整每辆车的工作状态。

　　(2)网络控制自动紧急通风模式

　　网络控制的自动紧急通风模式是指在地铁列车在地下运行时，在发生停电等紧急情况时，使用备用电源来减少列车内的空气流通。当设备收到紧急通风命令或网络出现故障时，空调系统会检测到主电源故障。延迟2分钟后，机舱空调机组冷却和加热系统，房间振幅风扇，房间电加热器，驾驶室供气单元都停止。工作。延迟5s后，机组的应急通风接触器，驾驶室供气单元的应急通风接触器，室内风机的应急通风接触器，以及紧急启动的硬线信号通风被送到应急通风变频器。该系统在紧急通风模式下工作。在紧急通风模式下，装置的回流阀完全关闭，新鲜空气阀完全打开。

　　4.3 机组保护程序

　　地铁列车空调控制系统具有故障处理功能。对于plc控制系统来说，不仅可以控制各装置的运行，而且当设备出现异常时，也可以迅速作出反应，将故障的影响降到最低。

　　(1)风机过载保护

　　该装置的风机包括通风机、冷凝风机和室内螺旋风机。当设备的通风机不能过载时，设备的冷凝器风机和压缩机停止工作，但另一台通风机必须保持工作。如果设备的两个风扇过载，空调机组将完全关闭，不会影响其他空调机组的运行。

　　当设备的冷凝风扇出现过载故障时，冷凝风扇停止工作，压缩机停止工作。如果故障信号在5分钟后没有恢复，则故障被锁定，即在故障信号恢复后，冷凝器风扇将不再启动，只有设备重新启动或停止解锁。当一个冷凝风扇无法锁定时，另一个冷凝器风扇也需要停止工作。该设备只能保持通风。

　　当设备客室发生过载故障时，只有客室散热器风扇停止工作。

　　(2)压缩机保护

　　压缩机保护包括压力保护、排气温度保护和过载保护。压缩机的压力保护分为低压保护和高压保护。两者的保护原则是相似的。它们都由常闭开关信号判断。当产生压力故障信号时，压缩机停止2分钟。

　　常闭开关信号还用于判断压缩机排气温度保护。

　　4.4 网络通讯程序

　　由于列车空调系统由列车管理系统集中控制，空调控制器应根据列车管理系统的多功能车辆总线协议传输数据。本系统空调控制器为从站，列车管理系统为主站。从站接收主站命令，实现数据传输。

　　4.5 故障记录程序

　　空调控制器具有记录故障信息的功能。空调控制器通过堆叠将故障信息保存在自己的断电保持区域，可以为空调机组维修人员存储多达500个故障记录，对列车空调系统进行综合分析。

　　地铁列车空调控制器的应用

　　图3地铁列车空调机组

       西门子smart系列新型空调控制器的成功开发不仅是对空调控制器产品的超越，也是对空调行业国内控制器的超越。该应用程序迈出了新的一步。以陕西容感电气有限公司为代表的行业控制器越来越成熟和完善，为自动化行业应用带来了新的面貌。