广州地铁车辆空气压缩机控制原理总结及比较.doc

广州地铁车辆空气压缩机控制原理总结及比较广州地铁四条线车辆都是采用了克诺尔VV120空气压缩机，每列车上都配备了两台空压机，且都是由三相AC380V供电。但是由于使用控制系统不同，各条线车辆空压机控制与监测有所不一样，以下具体结合电路图及控制逻辑图分析空气压缩机控制及检测原理。一、 一号线车辆空压机控制原理1空压机控制一号线车辆空压机控制全部由硬线110V回路实现的，并且两台空压机通过同一回路控制起停，只要列车主风气压低于7.5bar，压力开关动作，两台空压机同时起动；直到气压大于9bar后，两台空压机同时停止工作。正常工作时，当列车主风压力低于7.5bar时，压力开关A13动作，3B01触点1-2闭合，3111线得电，空压机使能接触器3K19得电，三相回路触点01-02，03-04，05-06闭合。同时43-44闭合，空压机使能继电器3K17得电，继电器触点43-44闭合，空压机使能时间继电器3K18得电，延时2秒后触点15-18闭合，31211线得电，空压机起动限制继电器3K15得电，触点15-18闭合（延时2秒后断开），起动接触器3K22得电，空压机三相回路接通，电流通过3R01后接通空压机，空压机保护起动。此时3K22触点13-14闭合，起动时间继电器3K16得电，延时1.5秒后闭合15-18触头，3K23得电，触头21-22断开，此时3K22接触器被断开，3K23三相回路触点闭合，直接接通空压机，空压机正常工作。电路图见图（1）和（2），空压机正常的起动控制流程如下：3B01得电 3K19得电 3K17得电 3K18得电3K15得电3K22得电3K16得电3K23得电3M01（空压机）得电在110V控制回路中，空压机实现冗余控制，配备了两个空压机使能控制接触器，3K19和3K20，当B车DC/AC供电故障时，3K19失电，3K20得电代替3K19，使得空压机能够正常起动。图1 一号线空压机控制电路图2 一号线空压机控制电路2空压机检测当控制回路微动开关3F10或3F11跳闸，或者三相回路微动开关3F31或3F30任何一个跳闸，CFSU就输出空压机故障信号，并在MMI显示。二、 二号线车辆空压机控制原理二号线空压机控制由VCU执行。三相回路由空压机接触器3K19和3K20控制， 3K19和3K20通过互锁回路输入到VCU，用来控制空压机启停的主风压力传感器和压力开关A01.09信号都直接送入到VCU。电路控制图见图（3）。图3 二号线空压机控制电路1空压机启停控制VCU通过软件逻辑控制空压机起停。正常情况下，当主风压力传感器检测到主风压力低于7.5bar，主控端VCU发出空压机起动指令1，使3K19得电，本端空压机起动；压力传感器检测到主风压力大于9bar，VCU撤消空压机起动指令1，使3K19失电，本端空压机停止工作。当主风压力传感器检测到主风压力低于6.5bar，两台空压机同时工作直到主风压力大于9bar，两台空压机停止工作。压力开关A01.09作为后备控制，当压力低于6bar，两个压力开关A01.09动作，VCU检测到压力开关断开后，就发指令起动两台空压机。VCU的空压机控制逻辑图如下：图4 空压机控制逻辑注：VCU_AscOw3cuOcc1 代表空压机起动指令1 VCU_Comct1FI 代表接触器3K19故障 VCU_AscOw3cuOcc2 代表空压机起动指令2 VCU _Comct2FI代表接触器3K20故障VCU _ComFI 代表空压机故障空压机起动指令1发出的要符合以下条件：空压机无故障、车间供气塞门打在空压机供气位、接触器3K19无故障及动作反馈、没有发出空压机起动指令2、接触器3K20没有动作、本端辅助供电正常。如果以上条件不能同时满足，VCU就尝试发出空压机起动指令2, 使3K20得电，起动本端空压机。2故障情况下的空压机起动控制当主端VCU检测到接触器3K19故障，或本端辅助供电故障时，就发出空压机起动指令2，使3K20得电，起动本端空压机。如果两个接触器3K19和3K20故障或无反馈，或者一台空压机模式下主风压力1分钟内维持在6.5bar，VCU就认为是空压机故障。如果本端空压机故障，VCU就发指令要求另外半列车空压机起动。如果实际压力小于6.5bar长达10分钟以上，同时VCU已经发出空压机起动信号，接触器反馈没有故障，VCU就认为主风压力故障。三、 三号线空压机控制原理三号线空压机控制是由VCU实现的，A车三相回路由接触器K202控制，而接触器K202接入VCU，由VCU控制。空压机起停受到供风系统两个压力开关A01.08（7.59bar）和A01.09（67bar）控制，压力开关信号直接送入到VCU。当主风压力低于7.5bar时，压力开关动作，本端空压机起动；当压力达到9bar，压力开关复位，本端停止空压机。当主风压力一直下降到6bar时，压力开关A01.09动作，两台空压机同时工作，一直到压力升到9bar，压力开关A01.08动作，两台空压机停止工作。空压机工作是由奇数或偶数天控制的，若一台空压机是以奇数天工作，那么另外一台空压机就是偶数天工作，故障情况下，VCU能够切换空压机满足供风要求。1空压机起停控制车辆满足以下任一条件，本端空压机起动：l 主风压力7.5bar，压力开关A01.08动作，本端空压机为当天工作的空压机，三相供电正常；l 主风压力6bar，压力开关A01.09动作，三相供电正常；（此时另一空压机也起动）l 本端空压机为非当天工作的空压机，VCU已发出另一端空压机起动指令，且检测到另一端空压机故障不能起动；l 本端空压机为非当天工作的空压机，但另一端三相供电故障，本端正常，主风压力9bar，任意一端压力开关A01.08复位，且没有7.5bar压力开关故障；l 主风压力9.6bar，且列车两端7.5bar压力开关有故障反馈。图6 空压机停止控制逻辑2.故障诊断当车辆起动，VCU已发出空压机起动指令，VCU检测到空压机没有起动但通讯正常，VCU就发出空压机故障指令，并在显示屏上显示故障。当主风压力9.6bar，而压力开关A01.08没有复位，持续5后，VCU就认为7.5bar压力开关故障。当主风压力主风压力7.5bar，而压力开关A01.09没有复位，持续5后，VCU就认为6bar压力开关故障。任何一个压力开关故障，显示屏就显示空压机故障，压力开关和空压机是列车两端都各自检测，显示屏也显示各自的空压机故障。图7 空压机故障显示逻辑四、 四号线空压机控制原理空压机380V供电回路由CPPS电源开关和CMC接触器控制。在110V控制回路中，CMC继电器受到CPR继电器、及SC6模式控制开关控制。而CPR继电器是由EP2002制动系统网关阀控制的。图8 四号线空压机控制电路图1空压机工作模式控制SC6SC6有两个位置：强制打风和自动打风。如果SC6打在强制打风档，接触器CMC得电，本端空压机将一直工作。当SC6在自动档时，CMC接触器控制回路受CPR继电器控制，继电器CPR通过177线和173线接入制动系统网关阀，空压机的起停由EP2002阀控制。2空压机起停控制四号线空压机起停控制是由制动系统网关阀控制的。网关阀对空压机的控制：每个网关阀内部都有传感器检测主风压力，当主风压力降到设定值时，网关阀内部空压机控制继电器闭合或断开，使得CPR继电器得电或失电来控制空压机启停。主风压力三个设定值为：9bar、7.5bar、6.8bar。当主风压力低于7.5bar时，网关阀的压力传感器检测到压力低于7.5bar，网关阀内部空压机控制继电器闭合，使得CPR继电器得电，空压机起动；当主风压力升到9bar，网关阀发出信号断开指令，使得CPR继电器失电，空压机就停止；如果主风压力低于7.5bar后，压力继续下降，另一端网关阀压力传感器检测到压力降到6.8bar后，就发出指令闭合另一端内部空压机控制继电器，使得另一端空压机起动，此时两台空压机同时工作。3两台空压机工作轮换控制为了平衡空压机工作时间及使工作周期最大化，主网关阀通过奇数/偶数天来控制两台空压机轮换工作。网关阀利用TMS的时间和时钟信息以及阀本身的网关阀位置码来确定空压机在奇数或偶数日工作。一旦指定后，空压机工作日期就不会改变。若一台空压机是以奇数天工作，那么另外一台空压机就以偶数天工作。3故障情况下的空压机工作控制网关阀故障：如果一个网关阀故障，网关阀内部的空压机控制继电器就断开，但是由于四号线制动系统网关阀有备份功能，当一个主网关阀故障时，同一单元车的另外一个网关阀接替为主控网关阀，空压机控制不受影响。但是当一个单元的EP2002阀故障，本端的空压机将不能起动，如果本端空压机正好为当天工作的空压机，网关阀及TMS都没有切换功能，另外一端空压机不会起动，直到主风压力低于6.8bar，另外一端的网关阀才发出指令闭合另一端内部空压机控制继电器，使得本端177线得另一端电空压机起动。空压机故障；如果一台空压机故障，且为当天工作的空压机，当主风压力低于7.5bar，网关阀及TMS没有切换功能，另外一端空压机不会起动，直到主风压力低于6.8bar，另外一端的网关阀才发出指令闭合另一端内部空压机控制继电器，另一端空压机起动。110V控制回路故障：如果一端110V控制微动开关CPCB跳闸，由于173线贯通整列车，空压机工作不受影响，但是本端空压机强制打风功能失效，只能使用自动挡。4空压机状态检测空压机检测通过将CMC继电器和空压机微动开关CPCB串入检测回路，直接送入中央控制单元（CCU）。CCU通过检测CPCB和CMC状态来显示空压机状态。当CMC接触器得电动作，CCU就接收到空压机起动的信号，显示屏上维修界面可以看到空压机状态。一端微动开关CPCB跳闸，显示屏也有故障显示。五、总结广州地铁四条线车辆空压机控制及监测方法不一样，但各有优点。一号线车辆空压机控制完全使用继电器控制，并且是唯一同时两台空压机同时供风的，其优点就是打气时间短，气压上升快，但这也可能是由与一号线列车各系统用气量决定。由于使用的多个继电器控制，故障点多，一旦某一个继电器故障就可以导致一台空压机无法工作。控制回路中有三个时间继电器，从压力开关闭合到空压机起动有一定的时间延迟，控制回路中还并入了A车和B车DC/AC工作继电器，如果一台空压机故障时，且只有一个DC/AC正常工作，而另一个时好时坏，导致3K19和3K20频繁交替，可造成空压机频繁起动，供风量不足。监测回路只有监测电源控制的微动开关状态，无法监控控制回路继电器工作状态。二号线车辆空压机控制完全通过VCU控制，所有与空压机有关的信号都被VCU监控，对一台空压机有冗余控制，空压机可以实现故障监控和故障时切换工作。空压机的起停控制使用压力传感器取代了压力开关，并在逻辑中设定了6.5bar两台空压机低压起动逻辑，同时还配备了6bar7bar动作的压力开关作为后备控制，极大减少了主风低于7bar后，空压机不能及时正常供风打气导致车辆牵引封锁的风险。可是目前CBRC提供的逻辑控制图并不详细和准确而且很多信号我们无法从PTU监测，故障检测和反馈也不能详细了解，对空压机控制还有很多未知因素，现场模拟过程中发现，当一台空压机三相电源被切断，显示屏上没有任何故障和切除信息，VCU监测还存在问题。但就目前使用情况来看，二号线车辆空压机工作情况良好。三号线车辆空压机控制也是通过VCU控制，主要起停控制信号采自两个压力快关，主风压力低于6bar两台空压机才能起动，并且由于人为增大了干燥塔的排气量，车辆供风量减少，可能会出现用气量大及泄漏情况下气压低于7bar，列车牵引封锁，必须等到主风压力低于6bar才能起动另一台空压机打风。三号车辆三节编组，车辆用气量少，为了避免空压机油乳化，提高空压机使用率，空压机控制使用奇数或偶数日工作法，在故障情况下可以切换，不用担心另一台空压机不能起动。空压机控制逻辑也很详细，并且可以通过PTU监测。但是，由于三号线现在VCU软件不是很稳定，经常导致车辆设备不能正常工作。这一点较为令人担忧。四号线车辆空压机控制是由制动系统控制的，这是广州地铁车辆空压机首次使用制动系统来控制。供风系统用来控制空压机起动的压力开关及压力传感器都被集成到EP2002阀网关阀里，压力开关的故障点转移到网关阀故障，由于技术保密，我们对EP2002阀了解不多，不能分解维修，如果因为网关阀内部控制空压机的元件故障导致整