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前 言
　　概況
　　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(yè)的迅速發(fā)展，人們對鐵路客運條件的要求越來越高?，F(xiàn)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(chuàng)造舒適衛(wèi)生的環(huán)境，因此，我國鐵路的各大干線上相繼開出了全列空調(diào)客車，取得了良好的社會效益。自鐵路列車普遍實現(xiàn)提速，更加促進了鐵路的發(fā)展，列車空調(diào)裝備及其技術(shù)將經(jīng)受更大的考驗，對其設(shè)計制造與運行管理提出了更高的要求。同時還要適應(yīng)更高目標，為滿足準高速與高速鐵路的需要，積極作好技術(shù)準備。
　　近年來隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機在暖通空調(diào)領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。其應(yīng)用的一個重要方面，就是利用計算機系統(tǒng)對暖通空調(diào)進行智能化監(jiān)測、控制和管理。妥善地運用計算機技術(shù)于暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制管理中，可以有效地改善系統(tǒng)運行品質(zhì)，節(jié)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(jīng)濟效益和社會效益，這在國內(nèi)許多工程中都已得到證實。經(jīng)驗表明，只有根據(jù)暖通空調(diào)工藝過程要求，結(jié)合實際的需求情況，充分發(fā)揮計算機技術(shù)的特點，恰當?shù)卮_定系統(tǒng)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。
　　課題來源
　　本課題為鐵道部四方車輛研究所與青島建筑工程學院共同承擔的鐵道部重點課題。青島建筑工程學院暖通專業(yè)實驗室已針對該課題為青島南車四方機車車輛股份有限公司設(shè)計了一整套列車空調(diào)模擬實驗臺，本論文即針對其中的監(jiān)控系統(tǒng)做主要研究，從而建立起實驗與實踐的橋梁。
　　設(shè)計的目的
　　建立本列車空調(diào)模擬實驗臺的目的是為了檢測列車空調(diào)的性能和質(zhì)量，模擬實際列車空調(diào)的工況，記錄實驗的測定值，為暖通專業(yè)人員提供實驗記錄，最后根據(jù)實驗的工況，設(shè)計實際列車空調(diào)的運行狀態(tài)，以提高列車的舒適度。
　　作者的主要工作
　　這套系統(tǒng)所用軟件為北京三維力控科技股份有限公司的ForceControl 2.6版，主要模擬列車車廂和夾套的空調(diào)工況，以及設(shè)計完全針對實驗臺的溫度、風速的實時檢測和報表系統(tǒng)。
　　1. 設(shè)計列車實驗臺車廂部分的空調(diào)送風，溫度，濕度，壓力，風機轉(zhuǎn)動，冷、熱水盤管，加濕，排水及閥門開度的控制和檢測系統(tǒng)；
　　2. 設(shè)計列車實驗臺夾套部分的空調(diào)送風，溫度，風機轉(zhuǎn)動，冷、熱水盤管的控制和檢測系統(tǒng)；
　　3. 設(shè)計實驗用溫度、風速的實時監(jiān)測和報表系統(tǒng)。
　　
　　第一章 實驗室簡介
　　
　　1.1鐵路客車實際運行參數(shù)
　　鐵路旅客列車空調(diào)參數(shù)要求為：夏季室外氣溫35℃時，車內(nèi)應(yīng)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(nèi)應(yīng)為18℃~20℃，相對濕度30%~40%。要求每位旅客應(yīng)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。
　　
　　1.2實驗室簡介
　　本實驗室由車廂模擬間，控制室，設(shè)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(nèi)溫度18℃，相對濕度30％。夏季室外溫度35℃，車廂內(nèi)溫度25℃，相對濕度60％。車廂內(nèi)的工況通過室外冷熱水機組和室內(nèi)空調(diào)箱來保證。
　　實驗室所處實驗室內(nèi)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(huán)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(shù)很大，我們可近似認為車廂內(nèi)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(nèi)壁溫度與實際火車運行時的內(nèi)壁溫度一致，從而達到我們模擬火車車廂內(nèi)空氣實際工況的目的。夾套內(nèi)的工況通過室外機組和風管機室內(nèi)機組來保證。為了防止夾套通過墻壁傳熱，夾套內(nèi)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(shè)備。設(shè)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(nèi)空調(diào)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(jiān)視設(shè)備間的運行情況。電氣設(shè)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(shù)據(jù)采集器、CHINT變壓器等。
　　實驗臺平面布置參見圖1-1

1.3實驗臺的主要設(shè)備選擇
　　1.3.1測量部分
　　本實驗臺的測量設(shè)備包括溫度、風速和壓力等參數(shù)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(shù)據(jù)采集器。


　　1.3.2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(zhuǎn)速度，進而實現(xiàn)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(zhuǎn)矩控制。在本課題中利用變頻器控制電機的旋轉(zhuǎn)速度，再根據(jù)電機速度與風道風量的關(guān)系，實現(xiàn)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(tǒng)，可根據(jù)被控對象自動演算出最佳的PID控制參數(shù)。也可選用手動控制方式，由用戶根據(jù)實際需要，自行設(shè)定PID控制參數(shù)。
　　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(xiàn)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(nèi)的溫度。
　　Defensor MK5是一種產(chǎn)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(chǎn)生蒸汽，增加車廂內(nèi)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。
　　
　　第二章 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
　　
　　2.1概述
　　空調(diào)系統(tǒng)可以分為兩部分：車廂內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)和夾套內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)。其中車廂內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)是為了保證其要求工況。由于車廂外冬夏季模擬難度較大，而且?guī)跒橐槐′摪?，傳熱系?shù)大。所以本實驗采用模擬車廂內(nèi)壁溫度的方法，在夾套內(nèi)設(shè)置空調(diào)送風系統(tǒng)。從而保證車廂內(nèi)壁溫度與列車實際運行時的內(nèi)壁溫度相同。
　　
　　2.2車廂內(nèi)空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
　　
　　2.2.1監(jiān)控要求：
　　1.總開關(guān)的啟／停
　　2.根據(jù)送風溫度，調(diào)節(jié)冷／熱水的流量，使室內(nèi)溫度保持在設(shè)定的范圍內(nèi)。
　　3.自動監(jiān)測過濾網(wǎng)壓差，堵塞時報警，提示清洗過濾網(wǎng)，提高過濾效率。
　　4.進行節(jié)能控制：當空氣質(zhì)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(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)；當室外溫度與室內(nèi)溫度的設(shè)定值相近時，利用新風對室內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)，這樣可以大大降低能源的消耗。
　　5.空調(diào)機各設(shè)備進行連鎖控制，當總開關(guān)關(guān)閉時，關(guān)閉各閥、風機。
　　6.每一個設(shè)備通過彩色圖形顯示顯示不同的狀態(tài)，顯示每個參數(shù)的值，可通過控制器修改設(shè)定值，以求達到最佳工況。
　　7.達到最佳的節(jié)能效果和營運環(huán)境。
　　2.2.2空調(diào)機組
　　冷熱水機組選用三菱重工海爾RCU50(B)型機組兩臺。其部分參數(shù)如下：


　　選用TRNAE廠家0805空調(diào)箱，參數(shù)如下：


　　空調(diào)箱組成：回風段、新風段、表冷段、加濕段、電加熱段、送風段。注：機組使用回風機和送風機兩臺風機，在送風段之后裝有噴嘴流量計。空調(diào)箱使用的冷媒為冷熱水機組提供的冷熱水。
　　2.2.3 監(jiān)控界面
　　下面是各個模擬點的名稱和內(nèi)容，共146個



　　下面是各個數(shù)字點的名稱和內(nèi)容，共12個


　下面就是車廂監(jiān)控系統(tǒng)圖，見圖2-2




　　2.3夾套內(nèi)空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
　　
　　2.3.1監(jiān)控要求
　　1.總開關(guān)的啟／停
　　2.根據(jù)送風溫度，調(diào)節(jié)冷／熱水的流量，使室內(nèi)溫度保持在設(shè)定的范圍內(nèi)。
　　3.自動監(jiān)測過濾網(wǎng)壓差，堵塞時報警，提示清洗過濾網(wǎng)，提高過濾效率。
　　4.進行節(jié)能控制：當空氣質(zhì)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(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)；當室外溫度與室內(nèi)溫度的設(shè)定值相近時，利用新風對室內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)，這樣可以大大降低能源的消耗。
　　5.空調(diào)機各設(shè)備進行連鎖控制，當總開關(guān)關(guān)閉時，關(guān)閉各閥、風機。
　　6.每一個設(shè)備通過彩色圖形顯示顯示不同的狀態(tài)，顯示每個參數(shù)的值，可通過控制器修改設(shè)定值，以求達到最佳工況。
　　7.達到最佳的節(jié)能效果和營運環(huán)境
　　
　　2.3.2空調(diào)機組
　　選用三菱重工海爾RFU25WD型風管機兩臺，室內(nèi)機組的冷媒為室外機組的制冷劑 。