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  • 力控ForceControl在列車空調實驗臺 監控系統中的應用



    一、系統概述


    我國幅員遼闊,人口眾多,鐵路客車是我國旅客的主要客運工具。隨著我國人民生活水平的提高和旅游事業的迅速發展,人們對鐵路客運條件的要求越來越高?,F代客車不但要保證安全高速地運行,而且還要為旅客和車上工作人員盡可能地創造舒適衛生的環境,因此,我國鐵路的各大干線上相繼開出了全列空調客車,取得了良好的社會效益。自鐵路列車普遍實現提速,更加促進了鐵路的發展,列車空調裝備及其技術將經受更大的考驗,對其設計制造與運行管理提出了更高的要求。同時還要適應更高目標,為滿足準高速與高速鐵路的需要,積極作好技術準備。

    近年來隨著計算機技術的不斷發展,計算機在暖通空調領域有了廣泛的應用,其應用的一個重要方面,就是利用計算機系統對暖通空調進行智能化監測、控制和管理。計算機技術應用于暖通空調系統的控制管理中,可以有效地改善系統運行品質,節省運行能耗,提高管理水平,并減少運行管理勞動強度,取得良好的經濟效益和社會效益,這在國內許多工程中都已得到了證實。經驗表明,只有根據暖通空調工藝過程要求,結合實際的需求情況,充分發揮先進計算機技術的特點,恰當地確定系統功能,明確主要需解決的問題,才能收到投資少、效益高的效果。

    建立列車空調模擬實驗臺的目的是為了檢測列車空調的性能和質量,模擬實際列車空調的工況,記錄實驗的測定值,為暖通專業人員提供實驗記錄,最后根據實驗的工況,設計實際列車空調的運行狀態,以提高列車的舒適度。



    二、業務需求


    1、 鐵路客車實際運行參數

    鐵路旅客列車空調參數要求為:夏季室外氣溫35℃時,車內應為23℃~27℃,最高不超過29℃,相對濕度為60%~70%,冬季室外氣溫-15℃時,車內應為18℃~20℃,相對濕度30%~40%。要求每位旅客應有20~25m3/h新鮮空氣,風速在0.2m/h左右,含塵量不大于1mg/m3,還要求盡量降低噪聲,振動等有害因素。

    2、 實驗室簡介

    本實驗室由車廂模擬間,控制室,設備間組成。車廂模擬間為一模擬實際運動火車車廂的鋼板箱體。鋼板厚度為3 mm;箱體尺寸:30×3.3×3.3(米)。模擬列車工況為:冬季室外溫度-20℃,車廂內溫度18℃,相對濕度30%。夏季室外溫度35℃,車廂內溫度25℃,相對濕度60%。車廂內的工況通過室外冷熱水機組和室內空調箱來保證。

    實驗室所處實驗室內車廂與周圍墻體之間的空間為夾套部分,這部分相當于火車實際運行時的室外環境。在實驗中如果模擬真實室外工況,難度很大,而且能耗大;另外由于鋼板傳熱系數很大,我們可近似認為車廂內外壁溫度一致。所以這時我們可以通過控制夾套溫度,使實驗室車廂內壁溫度與實際火車運行時的內壁溫度一致,從而達到我們模擬火車車廂內空氣實際工況的目的。夾套內的工況通過室外機組和風管機室內機組來保證。為了防止夾套通過墻壁傳熱,夾套內壁全部貼有苯板。

    控制室在實驗臺相鄰房間,放置各種采樣測量設備。設備間主要放置列車實驗臺和夾套中所使用的風機盤管、室內空調箱、表冷器、水泵、電加熱器、Defensor MK5型加濕器、分水器、集水器等,并安裝攝像頭以監視設備間的運行情況。電氣設備主要有ABB變頻器系列 ACS400型和ACSl40型變頻器、KANOMAX公司的Model 1550多通道氣流分析儀、Modell504型模板、惠普HP34970A數據采集器、CHINT變壓器等。實驗臺平面布置如下圖所示:




    3、 實驗臺的主要設備選擇

    1) 測量部分

    本實驗臺的測量設備包括溫度、風速和壓力等參數的測量,主要儀器選擇KANOMAX公司的Model 1550多通道氣流分析儀、Model 1504型模板、惠普HP34970A數據采集器。





    2) 控制部分

    ●  ABB變頻器

    本實驗室采用ABB變頻器系列的ACS400型和ACS140型的變頻器控制風機的旋轉速度,進而實現對風道風量的控制。ACS400型控制風道的送風風量,ACS140型控制風道的回風風量。

    ACS400型變頻器用于2.2-37KW鼠籠式電機的速度和轉矩控制。在本課題中利用變頻器控制電機的旋轉速度,再根據電機速度與風道風量的關系,實現對風量的控制。

    ●  電加熱器

    本課題中采用WP系列PID自整定控制儀控制電加熱器動作。它適用于需要進行精度測量控制的系統,可根據被控對象自動演算出最佳的PID控制參數。也可選用手動控制方式,由用戶根據實際需要,自行設定PID控制參數。

    儀表的輸入信號為Pt100熱電阻傳感器輸出的4-20mA的電流信號,輸出量同樣為4-20mA的電流信號。測量范圍為-1999~9999字;測量精度為0.2%FS±1字或0.5%FS±1字。該儀表具有多種標準串行通訊功能,可通過RS-485串行通訊端口實現與上位機的通訊;通訊波特率300~9600bps。

    ●   電極式加濕器

    加濕器專門用于房間的直接或間接加濕。本實驗室用Defensor MK5型加濕器控制車廂內的溫度。

    Defensor MK5是一種產生非高壓蒸汽的加濕器,控制電壓380V/50~60HZ。加濕器在工作時將自來水或去離子水電離產生蒸汽,增加車廂內的空氣濕度。加濕器可以用RS-232或RS-485通訊接口與上位機進行通訊。




    三、系統設計



    系統采用力控科技ForceControl軟件,主要模擬列車車廂和夾套的空調工況,以及設計完全針對實驗臺的溫度、風速的實時檢測和報表系統。

    1) 設計列車實驗臺車廂部分的空調送風,溫度,濕度,壓力,風機轉動,冷、熱水盤管,加濕,排水及閥門開度的控制和檢測系統。

    2) 設計列車實驗臺車廂部分的空調送風,溫度,濕度,壓力,風機轉動,冷、熱水盤管,加濕,排水及閥門開度的控制和檢測系統。

    3) 設計實驗用溫度、風速的實時監測和報表系統。




    四、系統架構



    1、 車廂內空調監控系統

    監控參數包括:1)總開關的啟/停;2)根據送風溫度,調節冷/熱水的流量,使室內溫度保持在設定的范圍內;3)自動監測過濾網壓差,堵塞時報警,提示清洗過濾網,提高過濾效率;4)進行節能控制:當空氣質量在許可的情況下即在保證必要的新風量的前提下,充分利用回風冷/熱量,對室內溫度進行調節;當室外溫度與室內溫度的設定值相近時,利用新風對室內溫度進行調節,這樣可以大大降低能源的消耗;5)空調機各設備進行連鎖控制,當總開關關閉時,關閉各閥、風機;6)每一個設備通過彩色圖形顯示顯示不同的狀態,顯示每個參數的值,可通過控制器修改設定值,以求達到最佳工況;7)達到最佳的節能效果和營運環境。

    未運行的車廂監控系統如下圖所示:



          已運行的車廂監控系統如下圖所示:



    2、 夾套內空調監控系統

    監控參數包括:1)總開關的啟/停;2)根據送風溫度,調節冷/熱水的流量,使室內溫度保持在設定的范圍內;3)自動監測過濾網壓差,堵塞時報警,提示清洗過濾網,提高過濾效率;4)進行節能控制:當空氣質量在許可的情況下即在保證必要的新風量的前提下,充分利用回風冷/熱量,對室內溫度進行調節;當室外溫度與室內溫度的設定值相近時,利用新風對室內溫度進行調節,這樣可以大大降低能源的消耗;5)空調機各設備進行連鎖控制,當總開關關閉時,關閉各閥、風機;6)每一個設備通過彩色圖形顯示顯示不同的狀態,顯示每個參數的值,可通過控制器修改設定值,以求達到最佳工況;7)達到最佳的節能效果和營運環境。

    未運行的夾套監控系統如下圖所示:



    已運行的夾套監控系統如下圖所示:




    3、 溫度測試系統

    采集的溫度參數包括:1)水銀溫度計:該試驗中水銀溫度計主要用于熱電偶的標定。精度0.1℃,測量范圍-1℃至51℃;2)測風儀可以測量溫度、速度及壓力,測量溫度的精度為0.1℃,測量范圍為1到100℃;3)熱電偶溫度計是本實驗中主要的溫度測量儀器,用于設備間、夾套、車廂內各點溫度的測量,其溫度測試系統包括溫度傳感器、數據采集∕開關單元、插入式模塊、計算機、打印機。

    測溫實時系統如下圖所示:




    測溫歷史數據報表如下圖所示:





    4、 風速測試系統

    風速測試系統由多通道氣流分析儀、傳感器、Model1504型模板、計算機打印機組成。另外測風儀也具有測風速的功能,主要用于風道風速的測定。

    風速測試系統如下圖所示:




    風速測試歷史數據報表如下圖所示:





    五、應用總結



    通過力控產品的應用,實時監控并掌握列車空調的運行狀態和運行參數,不但提高了列出的舒適度,改善了系統運行品質,而且提高了管理水平,節省了列車運行能耗,取得了良好的社會效益和經濟效益。


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