中车大同电力机车有限公司 山西大同 037038
摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，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。
关键词：电力机车空调；故障处理；故障诊断；售后服务
引言
RAMS工程技术首先应用于民航、核电、军工等领域，自20世纪80年代被引入到轨道交通行业。我国铁路借鉴国外先进国家的铁路经验，结合自身发展需要，也制定了部分RAMS铁路相关标准，如GB/T21562—2008等。随着我国铁路大提速，铁路运营速度和高速铁路里程的提高，对轨道交通产品的RAMS水平也提出了更高的要求。RAMS工程技术在我国轨道交通领域发展很快，目前已经形成了一套比较成熟且实用的RAMS技术体系。但是从科学性和系统性来讲，我国铁路行业的RAMS工程在企业中尚未达到全面系统应用水平，在行业内没有形成完善的标准体系，缺乏相应的规范和指导。空调制冷系统是轨道车辆十大配套零部件之一，对空调产品进行相关的RAMS工程分析是十分必要的。本文通过对以往运行数据的收集和研究，针对电力机车司机室空调的维修性要求和预计进行分析和说明。
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故障的分析及改进
从2011年8月起，针对这个问题，维修人员认真分析研究了各种电源箱的工作原理，找出了它们的共同点和不同点。经查证，机车空调制冷机组里面的压缩机及室内风机和室外风机都采用的是三相380V交流电机，由于我们的电力机车（除HXD2C机车外，该型机车直接给主机供电）和内燃机车上只有单相交流220V和直流110V两种电源，无法直接驱动制冷机组里的压缩机和电机，这就需要把机车上的直流110V和单相交流220V两种电源通过空调电源箱转换成三相380V的电源提供给制冷机组。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时，对每个电机和制冷系统进行必要的电机保护和制冷系统的高低压保护，以保证机车空调的正常运行。机车空调电源是如何做到把机车上的直流110V和单相交流220V两种电源转换成三相380V的电源的呢？对于电力机车而言，一是把单相的220V交流电进行整流和滤波变成310V的直流电压，二是通过斩波升压电路把它变成540V的直流高压，三是通过三相逆变电路把540V的直流高压变成三相380V的交流电压；对于内燃机车而言，则是直接把110V的直流电压斩波成540V的直流高压后再逆变成三相380V交流电。各厂家的任何一种产品的工作原理基本上是一样的，只是在控制方式和电路上有所不同。在这些电路结构中，由于通过斩波电路把低压直流电转换成高压直流电，其中的斩波模块工作在高频率的开关状态，工作电流很大，控制电路中微小的故障就能使斩波模块彻底烧毁，使其成为了故障多发的地方。同时，由于斩波电压是系统的关键电压，如果斩波模块性能不正常，其后的各种电路都无法正常工作，也会给故障判断造成麻烦。根据以上的分析，维修人员自行设计出一种新的机车空调电源箱的维修方法，利用废旧的调压器和变压器自行制作了试验设备。该方法主要是模拟各种电源箱的全压工作条件，同时，采用逐步升压和不间断检测斩波电压电流法及时发现斩波控制的故障，也可以检测出保护电路是否正常。在确认主电路和保护电路都正常的情况下，再给电源箱施加额定的电压，这样就可以有效地避免斩波模块因瞬间过压过流烧损，同时也避免了在维修检测控制电路中因电源箱内的高压造成次生的不安全环境。
3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。ESC和ENTER按键可以进行界面的进入和退出操作。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。所以故障记录不能设置太多，机车空调系统并不复杂，一般故障记录在20条左右较为合理。
结语
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
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论文作者:孟祥宇,崔宾,张茂,王君强,王君杰,丁旸
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/8/28
标签：故障论文; 空调论文; 机车论文; 电力机车论文; 电源论文; 电路论文; 控制程序论文; 《建筑学研究前沿》2019年11期论文;