列车空调系统研究 翻译稿

1、2009年能源与环境技术国际峰会列车空调性能测试系统的设计张良, 刘建华, 吴若飞,龚小兵(上海科技大学 动力工程学院 中国上海 200093)邮箱: 摘要 列车空调性能测试系统的设计是根据国标 TB / T 1804 2003而进行的。 根据空气焓差法测定系统的冷却量。该测试系统硬件部分由数据采集单元和测试仪器组成,而软件部分是由Visual Basic 6.0联合Microsoft Access database编辑而成。可编程序控制器（PLC）和触摸屏利用粗糙集理论对系统局部控制的调整,可实现精确的温度和湿度调节,精确调节流动空气的流速。针对复杂非线性系统的特点和很难被精确控制的特点，测

2、试系统采用一个基于可编程序控制器(plc)的模糊PID控制方法来控制实验参数，如温度和湿度。关键字 列车空调；性能测试系统；模糊控制；数据采集I. 测试系统的总体设计方案测试系统的设计任务： (1) 该测试系统的设计目的是依据国标TB/T 1804-2003测试列车空调系统的性能，并确保测试结果准确、可信。 (2)列车空调系统的运行参数应该被准确检测并控制。同时该测试系统应具备获取、存储,查询实验数据的功能。测试要求如表1所示。 (3) 测试条件须快速并稳定实现,操作也要符合效率高,自动化程度高,可靠性高的要求。II. 测试系统的设计方案目前列车空调的散热能力测试的解决方案主要包括:空气焓差法

3、、风管热平衡方法,房间热平衡方法和典型环境量热仪等。在所有的方法中空气焓差法具有高测试精度和较低的操作环境的要求, 这也是通常用于大制冷量空调系统的测试系统。这一理念也是一种通过计算空调机组进出口风量和焓差来测定制冷量的方法。 1 图1显示列车空调测试系统的测试原理实验操作条件允许误差实验测试条件允许误差室内空气温度干球温度进口士 1士 0.5出口/湿球温度进口士 0.5士 0.25出口/室外空气温度干球温度进口士 1士 0.5喷口压降%2/外部压降Pa12.55电压%2/图1 列车空调的测试原理图制冷量是计算公式如下:Q0 制冷量(W)hc 空气极限焓值 (J/kg)Vp 喷嘴处空气比密度,

4、(m3/kg)Xp喷嘴处空气含湿量,(kg/kg) E总输入能量,(kW) Q1显热散热 (W) Q2潜热制冷量,(W) W0脱水量,(kg/h)根据系统控制功能、运作模式和管理模式的要求，,测试系统采用欧姆龙可编程序控制器（PLC）和HP 34970A数据采集仪对复合分布式控制系统进行复合。系统进行控制的一般原理和测试系统说明见图2。图2 控制的一般原理和试验系统图示 操作条件的准确性和稳定性将直接影响到列车空调系统的测试结果。作为两个重要的控制参数,温度和湿度有强耦合、强干扰和长期延误等特点。（因此）常规PID控制不能满足实验要求。基于以上原因,模糊PID控制常用来代替传统的温度（湿度）的

5、PID控制器。模糊PID控制是由两部分组成:可调参数- PID和模糊控制系统。可调参数- PID控制器主要是用于控制被测试房间的温度、湿度，,而模糊PID控制是用于自动调节PID的三个参数(K p、K i 、K d)。电加热器是控制系统中的被控对象。通过调节控制硅片的输出电压来控制电加热器的释放热量最终实现对温度、湿度的控制。图3显示了模糊PID控制温度、湿度的原理图。R代表被测室温度、湿度的期望值(设定值)。Y为被测室的实际温度、湿度 (反馈值)。该系统的二维模糊控制器是由PLC实现的。控制器的输入是温度湿度差 (e = r-y)和温度/湿度的变化率的差 (e =en-en-1)，控制器的输

6、出控制值(u)。温度、湿度的期望值（）和实际值（）通过A / D模块传送到数据采集模块。A/D模块将电流传输到控制硅片，控制硅片调节电加热器的输出电压，而电加热器根据电流信号调节被控室的温度、湿度。这种控制方法在大惯性、纯滞后系统中具有良好的控制效果，这点已经得到证实。根据标准的要求,变频器被应用于该系统以控制被测室的空气流速,确保测试点周围温度、湿度分布的均匀性。图图3模糊PID控制温度湿度的原理图IV参数测量实测数据的测量精度与测量仪器的精密度是密切相关的,例如传感器数据采集单元。基于这个原因,我们所有的测试仪器应该有高精度要求。附表2显示系统中的传感器和仪器。V测试系统的软件设计为了确保

7、测试系统的安全、可靠性，系统硬件正确的设计和控制方法对于系统起着至关重要的作用，同时一个强大的功能性软件也起着至关重要的作用。该系统软件的主要包括E-View触摸屏操作系统、PLC控制程序和数据采集软件。根据以上软件的优点，强大的功能，大多数的操作可自动在控制房间完成。A. E-View触摸屏软件E-View触摸屏操作界面是利用Easybuilder 500设计而成。 所有的操作都能通过people-computer界面实现。2B. PLC控制程序PLC编程的主要任务是实现模糊PID控制算法。它采用可编程序控制器的PID控制方法实现PID控制。其中具有两个自由度的目标值PID控制方法被运用,另

8、一方面，该过程不会控制过渡，并同时加快目标值的反应和扰动的稳定过程。当执行的条件是开启时， PID可根据参数指定值C（ 设定值，PID常数等 ）进行过滤有两个自由度的PID控制。它需要将输入字母S的内容转换成指定的系列二进制数据然后根据设定参数实现PID的控制行为。结果则是被作为操作变量储存在输出字母D中。当执行条件有关闭转到开启时这些参数就会被获取，当设置偏离允许值的范围时Error Flag就会开启。3如果设置在允许范围内，PID控制过程将使用初始值。此时扰动操作时不运行的，它将用于操纵变量在随后的PID处理中执行。当执行条件开启时，系统将进入规定的采样周期PV并且处理指令将被执行 。4带

9、有模糊控制规则和模糊推理功能的模糊控制表被存入记忆数据库。该控制表可以在实时控制时调节PID参数。通过查询该模糊控制表还可以获得PID常数P，Tik，Tdk。C. 数据采集软件为了分析、保存试验数据、绘制实时曲线，数据采集器常被用与PC机协同工作。数据可以通过软件实时获取并给予处理，而在这些软件内部可以进行数据的显示、打印和保存等操作。软件程序包括主界面、温度和湿度参数主采集界面、第二参数和历史查询界面。56附表二 传感器和仪器设备规格金额范围精度y应用温度传感器sensorPT10020-100-630A 级温度测试温度传感器sensorT-type thermocouple20-50-15

10、00.5温度测试湿度传感器sensorVISALA60%-100%0.2级空气湿度测试三相电能表electricquantity meterYokogawa6/0.5级电参数测量 ParameterMeasurement精密变压器transformers/6/0.1级/数据采集单元acquisition unitHP 34970A1/0.2%数据采集温度采集模块collectmoduleOMRONTS1011-200-6500.5级模拟-数字信号传输 signaltransferVI结论该列车空调性能测试系统融合了高精度的温度、相对湿度、压力、流量和电气参数的测试设备，同时具有I / O串接口模块和A/D转换模块。该系统也具有实验操作说明、配置操作界面、仿真和实时显示实验过程、故障报警及诊断系统等系列功能。通过people-computer操作界面可实现各功能间的稳定协同工作。该控制系统的产生迎合了列车空调性能研究的要求。所有的参数能够在一定范围内保持稳定，而且能够根据实验需求做出相应调整。因此它将为关于列车空调系统性能的研究提供更多便利。致谢本文得益于刘建华教授和吴志敏教授的富有建设性的批评与指正。参考文献【1】 Hong dandan等 触摸屏程序和PLC控制系统在热水器中的应用 制冷与空调新