铁路客车空调机组的PLC控制

摘要：铁路客车空调机组应用普遍，文章首先介绍了机组控制的基本原理，通过PLC改造试验后，对比了改造之后的优点。本次实验采用了KLC40C[2]-1T1型号的空调机组作为改造对象，通过PLC可编程程序控制器进行改造，大大优化了系统性能。

关键词：空调机组；PLC；控制器改造；铁路客车

中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0106-03

通过实验发现KLC40C[2]-1T1型号的空调机组系统存在一些弊端，为了改善机组的主令控制，简化主令控制的操作步骤，加强空调机组的故障保护机制，减少机组硬件线路，以提高系统的稳定性，同时为下一步的PLC改造作好基础工作，本文选取了PLC可编程序控制器进行了基于PLC技术的系统优化。

1 机组控制概述

铁路客车空调机组中的电气控制柜为KLC40C[2]-1T1空调机组，主要功能有自动采暖、手动采暖、自动制冷、手动制冷和通风等。电源控制开关为1Q和2Q两个自动空气开关，控制着控制电路、主电路的电源。接触器KM8、KM9控制着第一、第二组电热器1DR、2DR，主电路与自动空气开关之间用3Q、4Q连接。在电热器的控制线路上有两只串联的保护开关FT3和FT4，用以保护火灾等事故时，自动断开线路，保护电热器安全；同时电容器的控制线路上还有保险丝，当温度超过140℃时会自动熔断；6M、7M为第一、二台压缩机电动机，由接触器KM6、KM7控制，H1、H2为制冷工作计时器，FT1、FT2为制冷低温保护接点，FP1、FP2为压缩机压力保护接点。过电流继电器FA6、FA7为电动机6M、7M提供过电流保护；4M、5M为制冷1、2的冷凝器风机，共同由接触器KM4控制。FR4、FR5为其过载保护热继电器，1M为通风机，通风有强风（高速）和弱风（低速）两种，分别由FR2、FR1提供过载保护，对于各种工况运行状态或故障均有指示灯显示。

集控、全暖、半暖、全冷、半冷和停止等操作由开关SA1控制；而强通风、弱通风等选择功能由开关SA2控制；手动、自动冷、自动暖等功能由开关SA3控制，三个开关灵活使用；转换继电器的线圈通电时，线圈转动一次的同时实现触点状态的转换，当线圈断电状态下，触点状态不发生变化。通过控制继电器线圈的转速，可以调节工作转换时间，使两台压缩机和两台电热器按照设定的时间相互交替工作。为了保证这两台压缩机的寿命、性能等保持相同，电气控制柜设有压缩机交替工作电路。通过设定温度控制仪ATC的高温触头和低温触头，可以实现制暖和制冷功能的转换。

2 机组PLC设计改造

原来的机组控制中，三个开关的控制功能繁琐，改造设计中，不采用原来的三个开关，只选用两个主令开关，第一个开关用于选择手动控制和自动控制；第二个开关用于控制具体的制暖、制冷、通风等功能。为了减少以后设备更换造成的麻烦，本操作系统的控制程序采用PLC基本的语言指令进行编程。

图1 PLC端子接线

表1 1SA工程选择开关接点信号组合表

1SA工作状态位 PLC输入接口状态 工况状态名称

X3 X2 X1 X0

5 0 0 0 0 停止

1 0 0 0 1 全暖

2 0 0 1 0 半暖

3 0 0 1 1 强通风

4 0 1 0 0 弱通风

6 0 1 0 1 半冷强风

7 0 1 1 0 半冷弱风

8 0 1 1 1 全冷

9 1 0 0 0 集控

由于原来的机组中通风、制暖和制冷等功能涉及了9个接口，为了减少输入接口，在进行PLC改造时，只使用了4个输入接口，通过组合控制来完成这9种功能。具体的连接组合情况在图1和表1中有介绍。将开关1SA打到工作位6时，开关的2、4触点断开，1、3触点闭合，这样后面的X1、X3两个输入接口就没有信号，而X0和X4两个接口有信号传入，通过这四个触点的串联控制，可以实现系统的强通风、半冷功能。在编写PLC控制程序时，必选先分配好PLC的输入元件信号、输出执行信号的接口，确定控制系统的信号种类。在图1的输入、输出接口接线图中，可以看出在整个控制系统中有11个输出接口和14个输入接口。值得注意的问题是，当开关1SA打到工作位9时，只有电源控制信号闭合时，PLC才能够检测到集控信号，否则PLC只能检测到停止信号。

总而言之，将铁路列车空调机组进行PLC改造，能够大大提高系统稳定性，优化系统性能，但是这也只是第一步改造。接下来还可以通过将制冷、制暖的信号存储到PLC模块中，实现对温度的连续控制，大大提高温度控制的精确度。实现了每一台空调机组的PLC改造之后，还可以建立计算机控制主站，通过通讯接口对各个铁路的空调机组进行集中控制。

3 改造效果比较

通过多次的模拟实验和教学演示，发现对铁路客车空调机组KLC40C[2]-1T1型机组进行PLC控制改造后，比改造前的效果优化了很多，控制效果很好，相比之下有很多优点：

（1）控制的操作更简单：改造之前的开关操作需要三个手动开关的相互配合，才能完成暖通各项功能，经过改造之后，只需要一个开关就能完成全冷、全暖、弱暖、集控、强通风、弱通风、停止等一系列操作。在改造之前，要开启制冷功能，必须保证在上一次打开制冷开关三分钟以后才能再次开启，这样容易产生人为的操作失误，影响压缩机和制冷机组的功能。经过了PLC改造之后，在关闭制冷开关之后，设备会自动控制开关，使其制冷机组在三分钟之内无法再次启动。改造之前要关闭制暖开关时，由于设备制暖电热器长时间工作，需要将设备进行通风，即打开通风开关，才能选择关闭制暖，这样才能保证设备的正常运行。而经过了PLC改造之后，关闭制暖开关的同时，程序会自动开启两分钟的通风功能，这样就可以直接关闭制暖开关而不用担心设备受损。

（2）制暖制冷控制无需延时：在改造之前，控制柜使用同一个转换继电器进行制暖和制冷控制，为了保护机组的正常运行，所以控制柜制暖和制冷都需要延时操作。经过PLC改造之后，使用两组电热器交替工作，完成制冷和制暖功能的相互转换，控制操作不必延时更加快捷。

（3）机组出现故障时得到及时保护：经过PLC改造后的控制程序中设定了故障显示输出和锁定程序，因此当设备发生了故障时，程序会自动搜索出故障信号并及时停止故障。为了确保自动复位等物理故障的出现，一旦出现操作故障，相关的保护负载的执行元件也会断开，这样就保证了故障范围不会再扩大，采取手动停止之后设备恢复正常，这样就有效地保护了设备。

（4）压缩了控制柜的体积：进过PLC改造之后，控制程序就相当于一根连接线路，把各种控制、转换线路连接起来，这样就不需要原来设备中的定时继电器、控制继电器和转换继电器，省去了很多物理线路，既压缩了控制柜的体积，又经济合算。

（5）控制系统的稳定性提高：经过改造后的控制系统工作方式为集中输出和集中采样，程序运行与外部设备相对隔离，这样系统的运行不再受到设备运行状况的影响，稳定性更高。同时，由于控制机组中使用的连接线路减少了很多，这样由于线路故障引起的系统故障也就少了很多，提高了系统性能。

（6）改变控制要求更简单：改造之前的控制系统的控制电路之间存在着一定的逻辑关系，通过实际的硬接线相连接。当改变控制操作时，系统必须改变相应的控制线路，这样不仅操作繁琐，而且容易出现故障。而经过了PLC改造之后，所有的控制要求都以程序的形式存储在系统工作区的模块当中，直接通过程序运行来实现转换操作。要更改控制要求时，只需要打开相应的控制程序即可，操作更简单。

综上所述，本次实验采用了KLC40C[2]-1T1型号的空调机组作为改造对象，通过PLC可编程程序控制器进行改造，大大优化了系统性能。

参考文献

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作者简介：王超群（1985—），男，陕西西安人，西安铁路局西安客车车辆段助理工程师，研究方向：客车电气控制。

（责任编辑：叶小坚）