列車空調(diào)系統(tǒng)研究 翻譯稿

1、2009年能源與環(huán)境技術(shù)國際峰會列車空調(diào)性能測試系統(tǒng)的設(shè)計張良, 劉建華, 吳若飛,龔小兵(上?？萍即髮W(xué) 動力工程學(xué)院 中國上海 200093)郵箱: 摘要 列車空調(diào)性能測試系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)國標(biāo) TB / T 1804 2003而進(jìn)行的。 根據(jù)空氣焓差法測定系統(tǒng)的冷卻量。該測試系統(tǒng)硬件部分由數(shù)據(jù)采集單元和測試儀器組成,而軟件部分是由Visual Basic 6.0聯(lián)合Microsoft Access database編輯而成?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）和觸摸屏利用粗糙集理論對系統(tǒng)局部控制的調(diào)整,可實現(xiàn)精確的溫度和濕度調(diào)節(jié),精確調(diào)節(jié)流動空氣的流速。針對復(fù)雜非線性系統(tǒng)的特點和很難被精確控制的特點，測

2、試系統(tǒng)采用一個基于可編程序控制器(plc)的模糊PID控制方法來控制實驗參數(shù)，如溫度和濕度。關(guān)鍵字 列車空調(diào)；性能測試系統(tǒng)；模糊控制；數(shù)據(jù)采集I. 測試系統(tǒng)的總體設(shè)計方案測試系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)： (1) 該測試系統(tǒng)的設(shè)計目的是依據(jù)國標(biāo)TB/T 1804-2003測試列車空調(diào)系統(tǒng)的性能，并確保測試結(jié)果準(zhǔn)確、可信。 (2)列車空調(diào)系統(tǒng)的運行參數(shù)應(yīng)該被準(zhǔn)確檢測并控制。同時該測試系統(tǒng)應(yīng)具備獲取、存儲,查詢實驗數(shù)據(jù)的功能。測試要求如表1所示。 (3) 測試條件須快速并穩(wěn)定實現(xiàn),操作也要符合效率高,自動化程度高,可靠性高的要求。II. 測試系統(tǒng)的設(shè)計方案目前列車空調(diào)的散熱能力測試的解決方案主要包括:空氣焓差法

3、、風(fēng)管熱平衡方法,房間熱平衡方法和典型環(huán)境量熱儀等。在所有的方法中空氣焓差法具有高測試精度和較低的操作環(huán)境的要求, 這也是通常用于大制冷量空調(diào)系統(tǒng)的測試系統(tǒng)。這一理念也是一種通過計算空調(diào)機組進(jìn)出口風(fēng)量和焓差來測定制冷量的方法。 1 圖1顯示列車空調(diào)測試系統(tǒng)的測試原理實驗操作條件允許誤差實驗測試條件允許誤差室內(nèi)空氣溫度干球溫度進(jìn)口士 1士 0.5出口/濕球溫度進(jìn)口士 0.5士 0.25出口/室外空氣溫度干球溫度進(jìn)口士 1士 0.5噴口壓降%2/外部壓降Pa12.55電壓%2/圖1 列車空調(diào)的測試原理圖制冷量是計算公式如下:Q0 制冷量(W)hc 空氣極限焓值 (J/kg)Vp 噴嘴處空氣比密度,

4、(m3/kg)Xp噴嘴處空氣含濕量,(kg/kg) E總輸入能量,(kW) Q1顯熱散熱 (W) Q2潛熱制冷量,(W) W0脫水量,(kg/h)根據(jù)系統(tǒng)控制功能、運作模式和管理模式的要求，,測試系統(tǒng)采用歐姆龍可編程序控制器（PLC）和HP 34970A數(shù)據(jù)采集儀對復(fù)合分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合。系統(tǒng)進(jìn)行控制的一般原理和測試系統(tǒng)說明見圖2。圖2 控制的一般原理和試驗系統(tǒng)圖示 操作條件的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性將直接影響到列車空調(diào)系統(tǒng)的測試結(jié)果。作為兩個重要的控制參數(shù),溫度和濕度有強耦合、強干擾和長期延誤等特點。（因此）常規(guī)PID控制不能滿足實驗要求。基于以上原因,模糊PID控制常用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的溫度（濕度）的

5、PID控制器。模糊PID控制是由兩部分組成:可調(diào)參數(shù)- PID和模糊控制系統(tǒng)。可調(diào)參數(shù)- PID控制器主要是用于控制被測試房間的溫度、濕度，,而模糊PID控制是用于自動調(diào)節(jié)PID的三個參數(shù)(K p、K i 、K d)。電加熱器是控制系統(tǒng)中的被控對象。通過調(diào)節(jié)控制硅片的輸出電壓來控制電加熱器的釋放熱量最終實現(xiàn)對溫度、濕度的控制。圖3顯示了模糊PID控制溫度、濕度的原理圖。R代表被測室溫度、濕度的期望值(設(shè)定值)。Y為被測室的實際溫度、濕度 (反饋值)。該系統(tǒng)的二維模糊控制器是由PLC實現(xiàn)的。控制器的輸入是溫度濕度差 (e = r-y)和溫度/濕度的變化率的差 (e =en-en-1)，控制器的輸

6、出控制值(u)。溫度、濕度的期望值（）和實際值（）通過A / D模塊傳送到數(shù)據(jù)采集模塊。A/D模塊將電流傳輸?shù)娇刂乒杵?，控制硅片調(diào)節(jié)電加熱器的輸出電壓，而電加熱器根據(jù)電流信號調(diào)節(jié)被控室的溫度、濕度。這種控制方法在大慣性、純滯后系統(tǒng)中具有良好的控制效果，這點已經(jīng)得到證實。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求,變頻器被應(yīng)用于該系統(tǒng)以控制被測室的空氣流速,確保測試點周圍溫度、濕度分布的均勻性。圖圖3模糊PID控制溫度濕度的原理圖IV參數(shù)測量實測數(shù)據(jù)的測量精度與測量儀器的精密度是密切相關(guān)的,例如傳感器數(shù)據(jù)采集單元?；谶@個原因,我們所有的測試儀器應(yīng)該有高精度要求。附表2顯示系統(tǒng)中的傳感器和儀器。V測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計為了確保

7、測試系統(tǒng)的安全、可靠性，系統(tǒng)硬件正確的設(shè)計和控制方法對于系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，同時一個強大的功能性軟件也起著至關(guān)重要的作用。該系統(tǒng)軟件的主要包括E-View觸摸屏操作系統(tǒng)、PLC控制程序和數(shù)據(jù)采集軟件。根據(jù)以上軟件的優(yōu)點，強大的功能，大多數(shù)的操作可自動在控制房間完成。A. E-View觸摸屏軟件E-View觸摸屏操作界面是利用Easybuilder 500設(shè)計而成。 所有的操作都能通過people-computer界面實現(xiàn)。2B. PLC控制程序PLC編程的主要任務(wù)是實現(xiàn)模糊PID控制算法。它采用可編程序控制器的PID控制方法實現(xiàn)PID控制。其中具有兩個自由度的目標(biāo)值PID控制方法被運用,另

8、一方面，該過程不會控制過渡，并同時加快目標(biāo)值的反應(yīng)和擾動的穩(wěn)定過程。當(dāng)執(zhí)行的條件是開啟時， PID可根據(jù)參數(shù)指定值C（ 設(shè)定值，PID常數(shù)等 ）進(jìn)行過濾有兩個自由度的PID控制。它需要將輸入字母S的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成指定的系列二進(jìn)制數(shù)據(jù)然后根據(jù)設(shè)定參數(shù)實現(xiàn)PID的控制行為。結(jié)果則是被作為操作變量儲存在輸出字母D中。當(dāng)執(zhí)行條件有關(guān)閉轉(zhuǎn)到開啟時這些參數(shù)就會被獲取，當(dāng)設(shè)置偏離允許值的范圍時Error Flag就會開啟。3如果設(shè)置在允許范圍內(nèi)，PID控制過程將使用初始值。此時擾動操作時不運行的，它將用于操縱變量在隨后的PID處理中執(zhí)行。當(dāng)執(zhí)行條件開啟時，系統(tǒng)將進(jìn)入規(guī)定的采樣周期PV并且處理指令將被執(zhí)行 。4帶

9、有模糊控制規(guī)則和模糊推理功能的模糊控制表被存入記憶數(shù)據(jù)庫。該控制表可以在實時控制時調(diào)節(jié)PID參數(shù)。通過查詢該模糊控制表還可以獲得PID常數(shù)P，Tik，Tdk。C. 數(shù)據(jù)采集軟件為了分析、保存試驗數(shù)據(jù)、繪制實時曲線，數(shù)據(jù)采集器常被用與PC機協(xié)同工作。數(shù)據(jù)可以通過軟件實時獲取并給予處理，而在這些軟件內(nèi)部可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、打印和保存等操作。軟件程序包括主界面、溫度和濕度參數(shù)主采集界面、第二參數(shù)和歷史查詢界面。56附表二 傳感器和儀器設(shè)備規(guī)格金額范圍精度y應(yīng)用溫度傳感器sensorPT10020-100-630A 級溫度測試溫度傳感器sensorT-type thermocouple20-50-15

10、00.5溫度測試濕度傳感器sensorVISALA60%-100%0.2級空氣濕度測試三相電能表electricquantity meterYokogawa6/0.5級電參數(shù)測量 ParameterMeasurement精密變壓器transformers/6/0.1級/數(shù)據(jù)采集單元acquisition unitHP 34970A1/0.2%數(shù)據(jù)采集溫度采集模塊collectmoduleOMRONTS1011-200-6500.5級模擬-數(shù)字信號傳輸 signaltransferVI結(jié)論該列車空調(diào)性能測試系統(tǒng)融合了高精度的溫度、相對濕度、壓力、流量和電氣參數(shù)的測試設(shè)備，同時具有I / O串接口模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊。該系統(tǒng)也具有實驗操作說明、配置操作界面、仿真和實時顯示實驗過程、故障報警及診斷系統(tǒng)等系列功能。通過people-computer操作界面可實現(xiàn)各功能間的穩(wěn)定協(xié)同工作。該控制系統(tǒng)的產(chǎn)生迎合了列車空調(diào)性能研究的要求。所有的參數(shù)能夠在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，而且能夠根據(jù)實驗需求做出相應(yīng)調(diào)整。因此它將為關(guān)于列車空調(diào)系統(tǒng)性能的研究提供更多便利。致謝本文得益于劉建華教授和吳志敏教授的富有建設(shè)性的批評與指正。參考文獻(xiàn)【1】 Hong dandan等 觸摸屏程序和PLC控制系統(tǒng)在熱水器中的應(yīng)用 制冷與空調(diào)新