摘要：电力机车空调安装于机车头两端，为了能给机车司机提供舒适的驾驶环境，机车空调系统的主要作用就是在任何气候和行驶条件下，通过通风、制冷、采暖等方法调节车内的温度、新风量等参数指标[1]。所以空调好坏会对机车司机工作环境产生很大影响，从而影响驾驶安全。电力机车空调的故障反馈只是一个继电器的触点导通信号，在TCMS显示屏上只会显示一位端或二位端空调故障，并不会显示具体的故障类型。空调系统一旦出现故障，空调的售后人员需要在机车进入机务段内有限的时间内迅速排查出故障，并及时进行故障处理，保证车辆能按时上线运行。本文结合空调控制系统对故障处理和故障诊断系统进行了设计，此系统包含空调状态显示、历史故障记录、当前故障报警等功能，为售后服务人员快速判定故障类型，及时处理相关问题带来极大的方便。
关键词：电力机车；空调故障；处理；诊断
为了能让售后服务人员在机车进入机务段的时间内快速检测空调系统的故障，结合目前电力机车空调的控制系统对故障处理及诊断系统进行了设计。此系统包含空调状态显示、历史故障记录、当前故障报警等功能，给售后人员工作带来极大的便利性。
1机车空调系统组成
机车空调主要由4部分组成，即空调机组、控制盘、操作旋钮、温度传感器。空调机组包含压缩机、换热器、管路系统、离心风机、轴流风机、加热器、压力开关等部件组成。控制盘由PLC、接触器、继电器、断路器、直流电源等部件组成。控制盘通过PLC采集温度传感器的环境温度与操作面板设定的目标温度进行比较，根据温差的大小控制空调机组工作在通风、制冷、制暖等模式，达到调节司机室温度的目的。
2机车空调故障类型
为了让空调更好的运行，必要的故障保护是非常必要的。当空调系统或部件出现异常时，及时报警并进行保护，能减少部件损坏的概率，延长整个空调系统的使用寿命。
3故障处理说明
以上列出的故障都有相关的反馈信号接到PLC的CPU数字量输入接口，当故障触发时相应的反馈开关闭合将信号送入CPU中，CPU根据判断输出报警信号使状态继电器吸合并通过硬线反馈信号发送给TCMS。下面将具体的故障处理过程进行说明。压力故障是通过高低压力开关的反馈信号触发的。当压力开关闭合后，压缩机停止运行2min并记录故障1次，2min后，压力故障未消除，锁死压缩机，并将故障发送给TCMS；2min后，压力开关断开，则允许压缩机启动；如果压缩机因压力故障停止后，从故障恢复压缩机再次运行开始计时，2分钟内压力开关闭合，压缩机停止并锁死，将故障发送给TCMS；2min到15min内再次压力故障，则故障记录增加1次，如15min内未再发生压力故障，压力故障记录次数清零，压缩机可以正常运行，如果故障累计3次，压缩机停止运行并锁死，将故障发送给TCMS。温度保护故障是由各部件的温度保护开关反馈的信号触发的。当温度保护开关闭合后，PLC应断掉相应部件的输出信号，停止部件的运行并将硬线触点闭合信号发送给TCMS。如果轴流风机或电加热发生温度保护，控制盘停止轴流风机或电加热运行，同时系统不会停机并将工作模式转为通风模式。如果是离心风机发生温度保护，则空调系统应立即停止运行。过流保护故障是由控制盘中热磁短路器反馈信号触发的。如果在制冷模式下，压缩机或轴流风机发生过流保护时，系统应停止相应的部件的输出信号，将系统运行模式转为通风模式，离心风机发生过流则整个系统立即停止运行并将故障信号发送给TCMS。断路器配有信号反馈触点，当断路器未闭合时会给PLC一个闭合的反馈信号，系统会处于停机模式，并将故障信号发送给TCMS。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆温度传感器开路、短路、超量程都会触发传感器故障。新风温度传感器发生故障，系统会忽略新风传感器采集的温度对系统运行的限制，空调会继续工作在当前的工作模式；回风温度传感器发生故障，空调系统会将工作模式转为通风模式，并将故障信号发送给TCMS。风阀是调节新风量的关键部件，内部配备位置反馈的开关。当操作面板对开度进行设定时，如风阀在规定的时间内未达到指定位置发送反馈信号则认为风阀故障。当风阀发生故障时，PLC会让风阀转向全开位置，并将故障记录但不会影响空调系统的运行。
4故障诊断系统设计
由于电力机车空调的控制盘安装在司机室操纵台内，空间过于狭小，很难观察控制盘内PLC及电器件的工作状态。如果出现故障，只能看见故障继电器的指示灯亮起。根据目前PLC的型号，可以设计将故障的报警组态到兼容此PLC的TD400C显示屏中，此显示屏可以显示4行文本，每行可显示12个小的中文字符，而且在通讯距离小于2.5m，显示屏不需要单独供电，只需将通讯线插入PLC的485通讯端口即可，从而实现故障报警的实时显示。首先，在控制盘PLC的CPU的控制逻辑中，对工作状态显示进行设计。控制程序中每个工作模式的子程序里将具体的模式名称存入指定的V寄存器中。温度传感器接入控制盘模拟量输入模块，温度采集的子程序对4~20mA的信号进行处理最后输出对应的温度数值，转换后的数值要存入指定的V寄存器中。空调的设定温度通过一个旋钮开关对接入控制盘的模拟量输入模块，控制程序通过对各档位的阻值进行范围限定确定最后的温度值，且温度为整数。空调故障诊断软件写入控制盘的PLC的CPU模块中，软件处理流程为通过上文提到的各种保护开关信号接入PLC的数字量输入端口，通过反馈值来判断输出具体的故障类型，达到故障诊断的目的，系统同时对各故障发生进行相应的保护动作，保证系统安全。然后，在文本显示的导向中选择TD400C显示屏，对显示屏的界面进行组态。通过点击插入PLC数据按钮，将温度和状态的数据与控制程序中指定的V寄存器地址一一对应。故障报警的设计在各种故障经过逻辑判断后触发时将对应的故障名称存储在报警指定的数据存储区内。在显示屏中对报警的组态可以先设定报警的个数，在将故障的具体名称输入每个报警序号中并与报警的寄存器地址相对应。可以通过导航按键翻看实时的故障名称。历史故障记录需要包含故障的名称和故障触发的时间。控制程序中需要加入实时时钟，故障触发时将实时时钟对应寄存器中的年月日时分秒存入故障记录的数据存储区内，而且存储区的地址应该设定在掉电保持区内，这样即使控制盘断电一段时间，内部的故障记录信息也不会丢失。由于每个故障记录都需要对时间进行存储，对寄存器的使用会占用较多。
5结论
控制程序对空调故障的处理保证机车空调系统更稳定的运行，同时故障诊断系统的设计使机车空调的功能更加完备。TD400C显示屏体积较小携带方便、即插即用，可以迅速看出空调系统的运行状态和当前的故障报警，为售后人员快速锁定故障类型和故障点提供了便捷的手段，缩短了故障修复时间。另外，历史故障记录也提供了空调系统运行状态的分析，为后续的部件维护和故障分析提供了有效的依据。机车空调故障诊断的开发具有很大的推广价值。
参考文献：
[1]王鹏，张敬乾.电力机车网络化电气控制系统设计[J].科技风，2017（22）：182.
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[4]邢涛，陈安俊，李顺.南非窄轨双流制六轴电力机车概述[J].电力机车与城轨车辆，2017，40（01）：11-15.
论文作者:魏鹤
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/27
标签：故障论文; 空调论文; 电力机车论文; 信号论文; 机车论文; 温度论文; 压缩机论文; 《电力设备》2018年第29期论文;