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多功能鐵路空調控制器的研制

2013-06-28 16:42:40來源:用戶投稿作者: 甘正佳 成新明,曾亞波,姜彥軍3(1.長沙電力學院,長沙4

????[摘??要]本文介紹了以89C51單片機為主控制器,用CW一2000電力載波通訊模塊實現多機通信的新型鐵路空調客車空調控制器的組成及工作原理。

????[關鍵詞]單片機;客車空調控制系統;載波通訊

1??前??言

????鐵路空調車大都采用集中供電式,即在一整列車中掛一輛發電車,車上備有3臺康明斯或MTU柴油發電機組負責整列車供電,其作用相當于一個列車電站??照{客車中的主要用電器是空氣調節器,由兩臺壓縮機電機、兩臺冷凝風機電機、一臺雙速通風機電機、兩組電加熱器等組成,采用傳統的統一型空調控制柜KLC一1T1控制客車空調系統工作,它以繼電器、接觸器為主進行邏輯控制,其缺點是體積大、功能少,并且其功能的可擴展性不強;自動控制采用了“歐姆龍”溫控儀,不僅價格貴,而且其大部分功能沒有充分利用。對鐵路運輸部門而言,安全、可靠是其基本要求,由于我國幅員遼闊,列車營運時間長,特別是在夜間運行,給機組設備的監測、維護帶來很大的不便。

????因此,我們采用89C51單片機開發了新的控制裝置,和以前的控制裝置相比,基于89C51單片機為核心的空調控制系統具有控制、監測、管理一體化的特點,可實現集中控制,并且還具有體積小、功能全、功能可擴展性好、價格便宜等優點。減輕了乘務員的工作量。

2系統原理圖

圖2—1是采用89C51單片機為主控器的空調控制系統原理圖。

??系統的主要組成部分有鍵盤、顯示器、模擬量信號處理部分、機組故障檢測部分、參數設置保存芯片,以及控制機組工作的固態繼電器和CW一2000電力載波通訊模塊組成。為了防止當單片機控制電路出現故障時,系統處于癱瘓狀態,控制電路中設置了簡單的手動控制,此時單片機控制被鎖定,只有手動控制釋放后才可以再次進入自動控制狀態,手動部分包括“通風”、“制冷”、“制暖”和“釋放’,4個控制按鈕。在自動方式下各模塊功能如下:

2.1方式選擇與參數設置

????鍵盤用于系統工作方式及溫度參數的設定,在實際工作中空調控制系統有“停機位”、“強通風位”、“弱通風位”、“全暖位”、“半暖位”、“全冷位”、“半冷位”和“網控位”等8種工況,輸入的溫度參數有高溫、低溫和動差。為了簡化鍵的數量,系統中只設置了5個鍵,工作方式由一個鍵來管理,溫度參數的輸入占了3個鍵,其中2個為增、減鍵,步距為0.5℃。

????串行E2PROM芯片93c46用于保存設定的工作方式和參數值,系統默認初始方式為半冷弱風狀態,控制器上電時,單片機讀93c46芯片,以默認的方式和參數值控制機組工作。避免了乘務員的重復操作。

2.2??網控功能

采用CW一2000電力線載波模塊實現通訊功能,這種電力線載波模塊可直接與單片機相聯,半雙工收發工作,采用數據包的格式與單片機進行數據交換,具有極強的抗干擾能力和衰減調節能力,通訊距離可達2000?m,整列車按18節車廂計算,全長在500?m之內可滿足要求。該模塊直接耦合于發電車輸電電纜220V或380V電力線,利用現有的電力線遠距離傳送數據。整列車各車箱的空調控制機組可組成一個局域網,系統便于集中控制,這樣乘務員可在發電車內監控其它機組的工作,系統的組成如圖2—2所示。

2.3參數測量與控制

用鉑電阻傳感器門100檢測車廂內溫度,經放大電路后變為0~5?V電壓信號送A/D轉換器,單片機根據鍵盤設定的方式和檢測到的車箱內溫度控制機組工作。在制冷時,推薦低溫、高溫和動差分別設定為24℃、26℃、1.5℃;取暖時,推薦低溫、高溫和動差分別設定為16℃、18℃、1.5℃,這樣可避免機組的頻繁起動,乘客也感到舒服。圖2—3是機組工作在自動半冷和自動全冷工況時感溫元件測到的溫度和機組的工作狀態,取暖時,兩組電加熱器工作狀況與溫度之間的關系與此類同。從圖2—3可知,在自動半冷工況,通風機可工作于弱風或強風狀態,當溫度高于設定點25.5℃時,1號或2號機組工作,溫度下降,溫度低于24℃時,壓縮機停止工作;溫度又開始緩慢回升,高于設定點25.5℃時,應換一臺壓縮機工作,以避免一臺壓縮機過度疲勞,以后過程重復,兩臺機組交替工作。在自動全冷工況,當溫度高于27.5℃時,兩臺壓縮機同時投入工作,溫度下降,當溫度低于26℃時,停止一臺壓縮機工作,此時有兩種可能,一種可能是一臺機組制冷量不夠,溫度會回升,當升至27.5℃時,另一臺又投入工作,溫度下降,當溫度低于26℃時,第二臺壓縮機停止工作,以后過程反復,兩臺機組仍處于均衡工作狀態;另一種可能是一臺機組制冷量足夠,則溫度會繼續下降,到低于24℃時,第二臺也停止工作,以后過程同自動半冷工況。自動半暖、自動全暖工況,兩臺電加熱器工作類同,不再復述。表2—1列出了在不同工況下機組的工作情況。

?圖2—3??自動制冷時通風機與J土縮機工作模式

????電網電壓經過電壓變送器變為0~5?V電壓信號送A/D轉換器,單片機定時檢測電壓值,判斷電壓是否在正常范圍內(187~253?V),當電壓不正常時,單片機報警,向主機發送系統出錯信息,實現控制中心的實時監控功能,并使固態繼電器斷開,機組處于停機狀態,防止因過壓、欠壓對系統的損壞。

2.4機組狀態檢則

空調控制系統是車輛電氣裝置中的一個重要組成部分,鐵路客運部門要求可靠性高,出現故障時,乘務員要能迅速處理故障,因此在本裝置中加設了

一個機組故障狀態檢測模塊,通過監測控制系統中最可能出現故障點的狀態(通斷),來指示故障位置,檢測電路如圖2—4所示。

3軟件設計流程

????軟件部分由初始化、定時器中斷、數據采集、數值計算、鍵盤掃描處理、顯示、數據通訊等模塊組成。初始化分為單片機資源的初始化和載波通訊模塊的初始化兩個部分,單片機串口初始化必須依Cw一2000串行接口協議而定,規定為8位UART方式,數據格式為10位,一個起始位,8個數據位,一個停止位。Cw一2000初始化主要是選擇載波通訊速度:1.501)ps、450[)ps、1350[,ps。用戶可發命令數據包來選擇通訊速率。

????產品出廠時設置為1501,Ds,此時傳輸距離遠,誤碼率低。CW一2000與單片機數據交換是以數據包的形式進行的,其數據包結構如圖3—1所示。單片機發數據時,控制碼為88?h,接數據時,控制碼為c8h,長度表示信息個數,取值范圍為1~16之間。部分流程圖如圖3—2所示。

4結??論

????本文介紹的新型鐵路空調客車空調控制器具有體積小、價格便宜,特別是具有集中控制的優點,可取代現有的空調控制柜,應用前景廣闊。

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