轨道空调控制半实物仿真平台建设

仲启端 马丽丽 熊文欢

摘要

轨道空调控制半实物防止平台，通过建立1列车8节车厢为目标的整车网络，实现网络通讯、空调控制、动作器件模拟等功能，实现工况环境下的持续功能和性能测试，对空调控制功能测试和试验有很大帮助。

【关键词】轨道空调 实验室建设 空调控制单调 列调 工况模拟

1 课题的背景

我国轨道交通行业的发展有目共睹，已经成功是既往史最大的轨道交通市场。过去5年，高速铁路运营里程从9000多公里增加到2万5千公里、占世界三分之二。根据国家发改委发布的《中长期铁路网规划》指出，到2020年，中国铁路网规模达到15万公里，行业继续保持高速增长。

轨道空调方面，目前市场上主要供应商为新誉、美莱克、法维莱、国祥等。轨道交通行业对产品可靠性较高，特别在空调控制及逻辑验证方面，有着较高的要求。一般情况下，空调厂商在产品出厂前都会进行例行试验;在产品装车后都需要进行单调、列调试验，以确保列车空调通讯系统及控制逻辑在真实环境下得到验证。业务需求如下：

（1）现场单调、列调一般存在现场工作量大、技术人员出差时间长。一旦出现较大问题，修改影响交期及客户满意度。不充分的控制验证可能直接影响到订单。需要一套完善的仿真调试环境，以加强厂内调试、减少现场调试工作量。

（2）厂内的调试及现场的单调、列调为一定时间内的例行试验。产品缺乏多工况情况下，组合逻辑的、长期连续运行的试验条件，即低概率问题。目前这些问题的解决往往是市场问题发生后解决。若能够模拟真实工况情况下，对控制策略和控制器软件可靠性的市场同步验证，有利于提前发现问题、提升产品质量。

2 行业的发展现状

在铁路高速发展以及鼓励民间资本参与的强有力信号形式下，轨道交通行（包括轨道空调）正处于蓬勃发展期，并将在较长一段时间高速增长。大的方向给予了我们坚定的信心，大有“撸起袖子加油干”的意志和做大做强的趋势。挑战方面，良好的环境背景可能导致未来大量社会资源的投入，产品竞争压力逐步扩大。优质的产品是在未来激烈竞争中脱颖而出的利器伴随着国内轨道交通行业的快速发展，轨道交通系统和设备对可靠性、安全性的要求越来越高，加强规范开发的同时，具有较高能力的研发测试和验证是“最后一道防线”，显得尤为重要。为了满足轨道交通行业可靠性需求，国内的各个主机厂、科研院所等纷纷建立了相关的专业实验室。其中国家级重点实验平台如：

（1）机车和动车组牵引与控制国家重点实验室：是依托铁科院、中车（南车、北车）的国家级实验基地而建设的，可进行轨道交通装备牵引与控制的各种实验。

（2）西南交大轨道交通实验室：高速列车服役性能研究实验平台、基础研究实验平台、数字仿真平台等三个研究平台。

（3）高速列车系统集成国家工程实验室 （南车）：综合实验平台全部完成建设，形成了系统集成、结构强度与可靠性、旅客舒适度、动力学等四个方向的专业实验室并投入使用。

在轨道交通空调控制方面，目前还缺少系统的专业实验室。结合空调控制测试和试验需求，建立空调控制和软件实验室，主要以满足自身研发项目的测试和验证使用，包括空调控制的整体和各子功能，实现列调和长期可靠性验证，有助于提升产品质量和创造能力，有利于轨道交通空调行业的发展。

3 课题的研究内容

3.1 试验平台化

研究内容是将项目开发和测试进行有效结合。使得开发者通过原因的开管理服务器，可实现对测试系统的代码部署、数据访问和配置设定，以满足快速适配不同项目、不同软件版本的需要。平台通过测试实验系统进行控制及数据采集，可进行单一功能测试及整体性能测试，实现人性化操作。

3.2 工况模拟和连续运行策略

过对运行环境的温度、压力、风量等的模拟，建立空调控制接入、空调控制器件进行软硬件模拟，形成从列车控制到空调逻辑部件的自上而下的控制环境，满足空调控制逻辑验证、可靠性验证、设定模式下长时间运行模拟。基于进行策略和算法测试，结合实际运行数据对比分析，优化工况模拟及验证控制策略，形成持续改进和性能闭环。

3.3 整车网络技术

利用TCMS相关设备搭建列车级空调展示和控制系统，实现列车级WTB网络、列车级MVB网络接入技术掌握，实现网络功能验证和测试能力。从整车角度实现数据对空调的输入和采集。

3.4 模块化及测试集成

搭建控制器软件、硬件、仿真功能可模块化配置，针对不通项目可较快调整;新板块、新功能可预留加入;针对新技术、新产品可改造部署。

3.5 人机界面技术

数据实时展示、动态调节，一键运行等功能。

4 课题的研究难点

4.1 空调部件的模拟

使用PLC（或控制器）和PC模拟空调设备，进行信号采集，动作执行和信息反馈，包括：压缩机、风门、风机、温度信息、加热器、压力調节等。对空调器件的模拟不仅包括其逻辑接口，还应包括如何让这些部件能够运行起来，接近真实环境。

4.2 工况模拟及策略编辑

实验室最终要实现环境搭建完成后，可通过上位机配置运行方式、模拟环境进行连续测试，以实现列调功能。涉及到各种工况的模拟，如以运行速度、到站启停、压力变化（隧道）、温度调节风量等，这些逻辑上位机可编排并下发各控制器运行，这种策略及执行判断是比较复杂的功能。

4.3 TRDP网络技术

TRDP网络是新型的列车网络技术，技术相对并不成熟，如何能够完成整列车的TRDP网络搭建，需要可否技术协议难点，实现可配置的网络通讯协议，满足不同主机厂的需求。

4.4 模块化和可移植

实验室应该是一个通用平台，如何能够保证不同项目间有效切换，需要对软件、硬件、连接接口等进行模块化设计，软件形成多套库配置方式，实现软硬件均模块化和可移植。

5 总结

课题以完善空调控制及软件的试验能力、提升空调产品控制方面质量、减少市场问题为基本目标;以服务开发为主，进行生产验证为辅。提升产品可靠性，直接增加客户满意度、间接提升产品竞争力及企业在业内形象，形成品牌效应，赢取更多市场订单。

参考文献

[1]李晨骁.浅谈城市轨道交通车辆空调系统架修维护[J].科技经济市场，2018（05）.

[2]陈帅.轨道车辆空调机组性能检测设备的研制[D].重庆大学，2015.