HXD2型机车生活间空调自动温度控制功能的实现

张杰

摘 要：HXD2型机车生活间空调无自动温度控制功能，不符合大秦铁路重载运输单司机、值乘乘务员的休息和睡眠需要，对安全行车构成了一定的威胁。对原机车生活间空调的自动温度控制显示功能进行了相关改进。

关键词：自动温度控制；空调；HXD2型机车；生活间

中图分类号：U268.4 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）15-0024-02

1 存在的问题

1.1 影响工作人员休息和睡眠

从2008年开始，运用于大秦铁路的180台HXD2型机车生活间空调无温度自动控制和显示功能。制冷时，生活间温度太低，容易将乘务员从睡梦中冻醒；制热时，生活间温度太高，也严重影响了乘务员的正常休息，同时，还存在一定的火灾隐患，给安全行车构成了一定的威胁。

1.2 夏天空调蒸发器出现结霜故障

由于新造车在设计时没有设计生活间空调温度自动控制功能，所以，只要给出制冷命令，它就会长期制冷，除非工作人员人为关闭。因此，在这样的条件下，室内温度很快就会降到18 ℃以下。这时，空调低温保护开关断开，机组停止制冷，待低温保护开关自动复位后，机组又恢复制冷。18 ℃低温保护开关的设计是为了防止压缩机低温启动，而不是用于控制室内温度。该温度开关比较简陋，采用机械式设计，精度误差小，使得机组长期在低温下工作，进而造成蒸发器结霜，影响制冷效果，影响压缩机的正常运行及其使用寿命，严重时还会损坏压缩机液击。通过调查空调蒸发器的实际使用情况可知，夏天制冷时，因为车内温度偏低，司乘人员一般将部分出风格栅关闭或将其方向打到回风口侧，造成冷风短路循环，这样就会频繁发生空调蒸发器结霜故障。

1.3 冬天生活间出现的问题

由于新造车在设计时没有设计生活间空调温度自动控制功能，导致制热时就会长期制热，除非工作人员人为关断。而且在该系统中，没有设计停止制热后延时3 min关断通风机的保护功能，所以，使得工作人员无法有效控制生活间内的温度。这样的设计不利于停机后将电加热器的余热吹出，就会造成冬天生活间空调频繁出现139 ℃加热器过热、熔断器开路保护不制热等故障。这不仅会影响工作人员的正常休息，还增加了上车顶处理故障的作业难度，也延长了机车的库停时间。虽然有部分机车有温度控制功能，但是，制热温度保护的设计范围为50～70 ℃。

1.4 生活间没有温度显示功能

由于对工作人员休息环境的温度并没有量化标准，所以，只能跟着感觉设置相应的温度值；对制冷、制热效果也没有量化标准，所以，经常会导致检修人员与使用人员发生争执。在高科技发展的今天，这种设计问题属于人性化设计不足的范畴。

2 改进的目的及设计原则

改进HXD2型机车生活间空调温度自动控制功能的目的是：使该系统具有较高的精度，并且可调节温度值，具有实时显示温度的功能。而设计该系统的原则是：要确保工作具有较高的可靠性，降低故障率；设计方案要简单，维护方便；成本低；外形美观；工作电压范围广；具有人性化，操作方便；面板具有实时温度采样和显示功能；温度采样冗余设计；面板上有温度设定选择开关；改造简单，使用方便。

3 解决方案

3.1 功能要求

转动温度设定选择开关，将温度值设置在18～26 ℃时，该温度控制显示器可自动控制空调的加热温度或制冷温度，以达到目标值。

3.2 设备要求

3.2.1 逻辑控制功能

模式选择开关为制热，设定温度为18 ℃：当生活间的温度小于18 ℃时，J2继电器闭合，控制空调加热；当生活间温度大于18 ℃时，J2继电器断开，控制空调停止加热。

模式选择开关为制热，设定温度为26 ℃：当生活间温度小于26 ℃时，J2继电器闭合，控制空调加热；当生活间温度大于26 ℃时，J2继电器断开，控制空调停止加热。

模式选择开关为通风：生活间空调不受设定温度选择开关控制。

模式选择开关为停止：温度控制显示器停止工作。

模式选择开关为制冷，设定温度为26 ℃：当生活间温度大于26 ℃时，J1继电器闭合，控制空调制冷；当生活间温度小于26 ℃时，J1继电器断开，控制空调停止制冷。

模式选择开关为制冷，设定温度为18 ℃：当生活间温度大于18 ℃时，J1继电器闭合，控制空调制冷；当生活间温度小于18 ℃时，J1继电器断开，控制空调停止制冷。

3.2.2 显示功能

采用高亮度8段LED数码管组成3位温度显示单元，可以实时、准确地显示当前生活间的温度。

3.2.3 温度设定功能

可通过显示器面板上的设定温度选择相应的开关设置目标温度值。温度设置步长为2 ℃，设置范围为18～26 ℃，并且有绿色指示灯指示当前设定温度的档位。

3.2.4 温度采样功能

采用可靠性高、精度高的温度探头实时检测生活间的温度。温度探头和采样电路采用冗余设计，自动切换，以提高系统的可靠性。

3.2.5 状态指示功能

当模式选择开关为通风时，温度控制显示器通风指示灯亮；当模式选择开关为制冷时，温度控制显示器制冷指示灯亮；当模式选择开关为制热时，温度控制显示器制热指示灯亮；当温度控制显示器J1、J2继电器发生故障时，故障指示灯亮。

3.2.6 故障切除功能

当温度控制显示器发生故障，导致生活间的空调系统无法正常工作时，可将温度控制显示器制冷或制热继电器输出插头拔出后下移一格，即可方便切除该装置，使空调系统迅速恢复到工作状态。

4 实现方案

4.1 温度控制显示器工作原理

温度控制显示器原理框图如图1所示。

温度控制显示器安装在生活间空调控制柜门的中间位置，它主要是由外壳、显示面板、输出接口和主电路板组成。面板上主要有温度设定旋钮、工作状态指示灯、温度显示单元和温度传感器。温度控制显示器面板如图2所示。

摘 要：HXD2型机车生活间空调无自动温度控制功能，不符合大秦铁路重载运输单司机、值乘乘务员的休息和睡眠需要，对安全行车构成了一定的威胁。对原机车生活间空调的自动温度控制显示功能进行了相关改进。

关键词：自动温度控制；空调；HXD2型机车；生活间

中图分类号：U268.4 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）15-0024-02

1 存在的问题

1.1 影响工作人员休息和睡眠

从2008年开始，运用于大秦铁路的180台HXD2型机车生活间空调无温度自动控制和显示功能。制冷时，生活间温度太低，容易将乘务员从睡梦中冻醒；制热时，生活间温度太高，也严重影响了乘务员的正常休息，同时，还存在一定的火灾隐患，给安全行车构成了一定的威胁。

1.2 夏天空调蒸发器出现结霜故障

由于新造车在设计时没有设计生活间空调温度自动控制功能，所以，只要给出制冷命令，它就会长期制冷，除非工作人员人为关闭。因此，在这样的条件下，室内温度很快就会降到18 ℃以下。这时，空调低温保护开关断开，机组停止制冷，待低温保护开关自动复位后，机组又恢复制冷。18 ℃低温保护开关的设计是为了防止压缩机低温启动，而不是用于控制室内温度。该温度开关比较简陋，采用机械式设计，精度误差小，使得机组长期在低温下工作，进而造成蒸发器结霜，影响制冷效果，影响压缩机的正常运行及其使用寿命，严重时还会损坏压缩机液击。通过调查空调蒸发器的实际使用情况可知，夏天制冷时，因为车内温度偏低，司乘人员一般将部分出风格栅关闭或将其方向打到回风口侧，造成冷风短路循环，这样就会频繁发生空调蒸发器结霜故障。

1.3 冬天生活间出现的问题

由于新造车在设计时没有设计生活间空调温度自动控制功能，导致制热时就会长期制热，除非工作人员人为关断。而且在该系统中，没有设计停止制热后延时3 min关断通风机的保护功能，所以，使得工作人员无法有效控制生活间内的温度。这样的设计不利于停机后将电加热器的余热吹出，就会造成冬天生活间空调频繁出现139 ℃加热器过热、熔断器开路保护不制热等故障。这不仅会影响工作人员的正常休息，还增加了上车顶处理故障的作业难度，也延长了机车的库停时间。虽然有部分机车有温度控制功能，但是，制热温度保护的设计范围为50～70 ℃。

1.4 生活间没有温度显示功能

由于对工作人员休息环境的温度并没有量化标准，所以，只能跟着感觉设置相应的温度值；对制冷、制热效果也没有量化标准，所以，经常会导致检修人员与使用人员发生争执。在高科技发展的今天，这种设计问题属于人性化设计不足的范畴。

2 改进的目的及设计原则

改进HXD2型机车生活间空调温度自动控制功能的目的是：使该系统具有较高的精度，并且可调节温度值，具有实时显示温度的功能。而设计该系统的原则是：要确保工作具有较高的可靠性，降低故障率；设计方案要简单，维护方便；成本低；外形美观；工作电压范围广；具有人性化，操作方便；面板具有实时温度采样和显示功能；温度采样冗余设计；面板上有温度设定选择开关；改造简单，使用方便。

3 解决方案

3.1 功能要求

转动温度设定选择开关，将温度值设置在18～26 ℃时，该温度控制显示器可自动控制空调的加热温度或制冷温度，以达到目标值。

3.2 设备要求

3.2.1 逻辑控制功能

模式选择开关为制热，设定温度为18 ℃：当生活间的温度小于18 ℃时，J2继电器闭合，控制空调加热；当生活间温度大于18 ℃时，J2继电器断开，控制空调停止加热。

模式选择开关为制热，设定温度为26 ℃：当生活间温度小于26 ℃时，J2继电器闭合，控制空调加热；当生活间温度大于26 ℃时，J2继电器断开，控制空调停止加热。

模式选择开关为通风：生活间空调不受设定温度选择开关控制。

模式选择开关为停止：温度控制显示器停止工作。

模式选择开关为制冷，设定温度为26 ℃：当生活间温度大于26 ℃时，J1继电器闭合，控制空调制冷；当生活间温度小于26 ℃时，J1继电器断开，控制空调停止制冷。

模式选择开关为制冷，设定温度为18 ℃：当生活间温度大于18 ℃时，J1继电器闭合，控制空调制冷；当生活间温度小于18 ℃时，J1继电器断开，控制空调停止制冷。

3.2.2 显示功能

采用高亮度8段LED数码管组成3位温度显示单元，可以实时、准确地显示当前生活间的温度。

3.2.3 温度设定功能

可通过显示器面板上的设定温度选择相应的开关设置目标温度值。温度设置步长为2 ℃，设置范围为18～26 ℃，并且有绿色指示灯指示当前设定温度的档位。

3.2.4 温度采样功能

采用可靠性高、精度高的温度探头实时检测生活间的温度。温度探头和采样电路采用冗余设计，自动切换，以提高系统的可靠性。

3.2.5 状态指示功能

当模式选择开关为通风时，温度控制显示器通风指示灯亮；当模式选择开关为制冷时，温度控制显示器制冷指示灯亮；当模式选择开关为制热时，温度控制显示器制热指示灯亮；当温度控制显示器J1、J2继电器发生故障时，故障指示灯亮。

3.2.6 故障切除功能

当温度控制显示器发生故障，导致生活间的空调系统无法正常工作时，可将温度控制显示器制冷或制热继电器输出插头拔出后下移一格，即可方便切除该装置，使空调系统迅速恢复到工作状态。

4 实现方案

4.1 温度控制显示器工作原理

温度控制显示器原理框图如图1所示。

温度控制显示器安装在生活间空调控制柜门的中间位置，它主要是由外壳、显示面板、输出接口和主电路板组成。面板上主要有温度设定旋钮、工作状态指示灯、温度显示单元和温度传感器。温度控制显示器面板如图2所示。

摘 要：HXD2型机车生活间空调无自动温度控制功能，不符合大秦铁路重载运输单司机、值乘乘务员的休息和睡眠需要，对安全行车构成了一定的威胁。对原机车生活间空调的自动温度控制显示功能进行了相关改进。

关键词：自动温度控制；空调；HXD2型机车；生活间

中图分类号：U268.4 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）15-0024-02

1 存在的问题

1.1 影响工作人员休息和睡眠

从2008年开始，运用于大秦铁路的180台HXD2型机车生活间空调无温度自动控制和显示功能。制冷时，生活间温度太低，容易将乘务员从睡梦中冻醒；制热时，生活间温度太高，也严重影响了乘务员的正常休息，同时，还存在一定的火灾隐患，给安全行车构成了一定的威胁。

1.2 夏天空调蒸发器出现结霜故障

由于新造车在设计时没有设计生活间空调温度自动控制功能，所以，只要给出制冷命令，它就会长期制冷，除非工作人员人为关闭。因此，在这样的条件下，室内温度很快就会降到18 ℃以下。这时，空调低温保护开关断开，机组停止制冷，待低温保护开关自动复位后，机组又恢复制冷。18 ℃低温保护开关的设计是为了防止压缩机低温启动，而不是用于控制室内温度。该温度开关比较简陋，采用机械式设计，精度误差小，使得机组长期在低温下工作，进而造成蒸发器结霜，影响制冷效果，影响压缩机的正常运行及其使用寿命，严重时还会损坏压缩机液击。通过调查空调蒸发器的实际使用情况可知，夏天制冷时，因为车内温度偏低，司乘人员一般将部分出风格栅关闭或将其方向打到回风口侧，造成冷风短路循环，这样就会频繁发生空调蒸发器结霜故障。

1.3 冬天生活间出现的问题

由于新造车在设计时没有设计生活间空调温度自动控制功能，导致制热时就会长期制热，除非工作人员人为关断。而且在该系统中，没有设计停止制热后延时3 min关断通风机的保护功能，所以，使得工作人员无法有效控制生活间内的温度。这样的设计不利于停机后将电加热器的余热吹出，就会造成冬天生活间空调频繁出现139 ℃加热器过热、熔断器开路保护不制热等故障。这不仅会影响工作人员的正常休息，还增加了上车顶处理故障的作业难度，也延长了机车的库停时间。虽然有部分机车有温度控制功能，但是，制热温度保护的设计范围为50～70 ℃。

1.4 生活间没有温度显示功能

由于对工作人员休息环境的温度并没有量化标准，所以，只能跟着感觉设置相应的温度值；对制冷、制热效果也没有量化标准，所以，经常会导致检修人员与使用人员发生争执。在高科技发展的今天，这种设计问题属于人性化设计不足的范畴。

2 改进的目的及设计原则

改进HXD2型机车生活间空调温度自动控制功能的目的是：使该系统具有较高的精度，并且可调节温度值，具有实时显示温度的功能。而设计该系统的原则是：要确保工作具有较高的可靠性，降低故障率；设计方案要简单，维护方便；成本低；外形美观；工作电压范围广；具有人性化，操作方便；面板具有实时温度采样和显示功能；温度采样冗余设计；面板上有温度设定选择开关；改造简单，使用方便。

3 解决方案

3.1 功能要求

转动温度设定选择开关，将温度值设置在18～26 ℃时，该温度控制显示器可自动控制空调的加热温度或制冷温度，以达到目标值。

3.2 设备要求

3.2.1 逻辑控制功能

模式选择开关为制热，设定温度为18 ℃：当生活间的温度小于18 ℃时，J2继电器闭合，控制空调加热；当生活间温度大于18 ℃时，J2继电器断开，控制空调停止加热。

模式选择开关为制热，设定温度为26 ℃：当生活间温度小于26 ℃时，J2继电器闭合，控制空调加热；当生活间温度大于26 ℃时，J2继电器断开，控制空调停止加热。

模式选择开关为通风：生活间空调不受设定温度选择开关控制。

模式选择开关为停止：温度控制显示器停止工作。

模式选择开关为制冷，设定温度为26 ℃：当生活间温度大于26 ℃时，J1继电器闭合，控制空调制冷；当生活间温度小于26 ℃时，J1继电器断开，控制空调停止制冷。

模式选择开关为制冷，设定温度为18 ℃：当生活间温度大于18 ℃时，J1继电器闭合，控制空调制冷；当生活间温度小于18 ℃时，J1继电器断开，控制空调停止制冷。

3.2.2 显示功能

采用高亮度8段LED数码管组成3位温度显示单元，可以实时、准确地显示当前生活间的温度。

3.2.3 温度设定功能

可通过显示器面板上的设定温度选择相应的开关设置目标温度值。温度设置步长为2 ℃，设置范围为18～26 ℃，并且有绿色指示灯指示当前设定温度的档位。

3.2.4 温度采样功能

采用可靠性高、精度高的温度探头实时检测生活间的温度。温度探头和采样电路采用冗余设计，自动切换，以提高系统的可靠性。

3.2.5 状态指示功能

当模式选择开关为通风时，温度控制显示器通风指示灯亮；当模式选择开关为制冷时，温度控制显示器制冷指示灯亮；当模式选择开关为制热时，温度控制显示器制热指示灯亮；当温度控制显示器J1、J2继电器发生故障时，故障指示灯亮。

3.2.6 故障切除功能

当温度控制显示器发生故障，导致生活间的空调系统无法正常工作时，可将温度控制显示器制冷或制热继电器输出插头拔出后下移一格，即可方便切除该装置，使空调系统迅速恢复到工作状态。

4 实现方案

4.1 温度控制显示器工作原理

温度控制显示器原理框图如图1所示。

温度控制显示器安装在生活间空调控制柜门的中间位置，它主要是由外壳、显示面板、输出接口和主电路板组成。面板上主要有温度设定旋钮、工作状态指示灯、温度显示单元和温度传感器。温度控制显示器面板如图2所示。