CRH3型动车组空调控制系统的研究与改进
2013-05-12肖淑梅何石磊
杨 超 肖淑梅 何石磊
（中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司产品研发中心，河北 唐山 063035）
1 概述
CRH3型动车组是在中国铁路装备“技术引进、联合设计和生产”的形势下，由德国西门子和中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司联合设计和生产的。CRH3型动车组空调系统是按照国际铁路联盟标准UIC553和UIC 651的要求和中国铁路的特殊运用要求进行设计的。CRH3型动车组空调系统设置目的是为动车组获得适宜的温度、微风速、车内压力波动、含氧量、洁净度等环境因素，以满足动车组上乘客、司机和乘务人员的正常生理需求，同时为车内工作的电气设备提供适宜的工作环境。
空调控制系统作为空调系统的核心部分，在对车内温度、风量、压力等因素调节时起到至关重要的作用。
2 空调控制系统简介
CRH3型动车组空调控制系统主要由以下几部分组成:
图1 CRH3型动车组编组图
图2 空调控制系统拓扑图
●空调控制器
●温度传感器、压力传感器
●看门狗模块
●断路器
2.1 空调控制器
CRH3型动车组为8辆编组，如图1所示:
整列车可以分为两个单元，前4个车为单元1，后4个车为单元2。每辆车安装一台空调机组，并且每台空调机组配备一个空调控制器，其中，EC01车和EC08车的空调控制器为主控制器，其余各车的控制器为从控制器。
主控制器的作用为:1.通过MVB总线与CCU(动车组中央控制单元)和HMI（人机接口）进行通讯;2.向本单元的从控制器发送命令；3.控制本车的空调机组运行；4.通过WTB总线实现两个主控制器之间的通讯。
从控制器的作用为:1.向主控制器反馈本车的空调机组状态;2.控制本车的空调机组运行;3.在主控制器发生故障时，自动转换成主控制器 (只有相邻的控制器可以转换)。
CRH3型动车组空调控制系统拓扑图如图2所示:
2.2 传感器
图3 空调启动控制逻辑
图4 改进后的控制逻辑
空调系统的传感器主要有温度传感器和压力传感器两种。温度传感器均匀布置在车厢各处，主要用于实时反馈车厢各处的温度，便于控制器进行整车的温度调节。压力传感器布置在EC01车和EC08车，主要用于过隧道时检测动车内外的压差，以便于及时关闭风门，防止车内产生较大的正压或负压，影响旅客的舒适度。
2.2.1 温度传感器
温度传感器采用NTC型热敏电阻，其阻值与温度的关系可由下述公式计算:
其中，RNTC=NTC电阻值，A=1.471388*10-3，B=2.376138*10-4，C=1.051058*10-7
2.2.2 压力传感器
压力传感器为电流反馈型传感器，反馈值为4～20mA。
2.3 看门狗模块
看门狗模块用于监视空调控制器的运行状态。控制器正常工作时，以3秒的间隔时间向看门狗输出幅值为10V的电压交变信号。如果看门狗没有接收到该信号，则会判断控制器故障。
2.4 断路器
断路器在空调控制系统中起保护作用，避免因短路等原因对电子器件造成损坏。
3 空调启动逻辑分析与改进
CRH3型动车组空调启动的控制逻辑如图3所示:
从图3中可以看出，影响空调启动的直接因素有三个:CCU允许命令、HMI开启命令和空调控制器正常工作。只有当这三个条件都成立的前提下，空调才可以启动。而在列车实际运营中，空调控制器有时工作不稳定，这直接影响了空调系统的正常启动，尤其是在夏天，空调停止工作将严重影响乘车的舒适度。基于以上原因，我们对原有系统进行了改进，加入了应急手动控制功能。其逻辑控制如图4所示:
表1
4 改进系统的功能测试
此次系统改进增加了一个5级档位的选择开关S，5级档位分别设置为半冷、全冷、自动、半热、全热。调节开关S，并检测空调各部件的运行状态，具体如表1所示。
经过现场调试，手动控制的各选择模式运行正常，测试结果也符合要求，可以在应急情况下替代空调控制器完成相应工作。
结语
CRH3型动车组主要在武广线运营，夏季炎热的气候条件对动车组空调系统是一个严峻的考验，为了给旅客提供一个舒适轻松的乘车环境，空调系统的不断优化是必要的。通过测试结果可以发现，增加的手动控制功能可以有效的替代空调自动控制系统来完成相应的工作，这将最大限度的缓解因空调控制器故障而带来的负面影响，不仅提高了空调系统的可靠性和实用性，更重要的是为良好的乘车秩序奠定了坚实的基础。
[1]UIC 553:2003-07-01 Heating，ventilation and air-conditioning in coaches
[2]UIC 651:2002-07-01 Layout of driver's cabs in locomotives，railcars，multiple unit trains and driving trailers
[3]爱平.空气调节工程.北京:科学出版社，2002.
