随着空调客车的普及应用，各段空调客车配属量迅速增加，空调控制系统的故障越来越普遍，已成为危及行车安全的突出问题。现场统计表明：空调系统故障80%系空调电气控制系统引起的。
目前，客车空调控制系统均采用继电器逻辑控制，大量的机械触点在使用中经常发生粘连、烧损、抖动及误动作等情况，从而引发空调系统的故障。另外，对因缺相引起的烧毁电机， 以及单一故障状态下不能及时停机，从而引发联锁故障等情况，没有任何保护措施。
“新型客车空调控制柜” 即为从根本上解决空调控制系统的问题而研制的。该控制柜采用了国际上先进的电子式控制方式， 有效地解决了老控制柜存在的诸多问题；实现了无触点化；增强了对机组的保护功能;提高了控制柜的可靠性；细化了故障报警。现场运用试验结果表明， 其技术性能指标达到设计要求，显示出较强的生命力， 是现有空调控制柜较为理想的更新换代产品。
一、技术方案
新型客车空调控制柜无触点化包括二层含义：①继电器逻辑控制电路无触点化。②执行回路控制开关无触点化。市场调研结果表明：可编程序控制器（PLC）作为一种通用的工业自动化装置，已广泛应用于各种生产过程控制领域。 它与继电器控制系统相比，控制方式由硬件接线改为软件控制，方便了设计和维护； 控制功能由简单的逻辑控制改为能完成复杂运算的直接数字控制系统， 增强了系统的控制能力。另外，可编程序控制器在设计时采用了屏蔽、滤波、隔离、 故障诊断和自动恢复等措施，故具有很强的抗干扰能力，其平均无故障时间， 达到3－5万小时。因此，采用PLC替代客车空调控制柜原有的继电器逻辑控制电路是可行的，其软件编程也有利于控制功能的不断完善和扩大。
交流固态继电器（SSR）是近年来国际上新出现的一种新型电力电子开关器件，实现了以毫安级的直流或脉冲信号， 对几安培到几百安培的交流负载的无触点开关控制。该器件开关迅速、可靠、无声响、无火花； 开关次数可达10.9次以上，另外由于其内部设有阻容吸收，因此不会产生电磁干扰，开关动作准确。 用它替代交流接触器作空调控制柜执行回路中的控制开关可彻底避免机械触点在使用中所存在的一系列问题 。
原有空调控制柜中对电机的保护采用的是热过流继电器， 其过流发热元件是双金属片，属于机械传感形式，响应速度较慢， 使用中经常发生电机已烧毁，而热过流继电器尚未动作，难以实现对电机的可靠保护。电流传感器是非接触式的无源器件， 它可对三相电流的每一相分别检测。和 PLC 配合使用可及时将缺相、过流等故障信号送入PLC， 从而切断故障支路，保证电机安全。
根据以上分析，确定无触点空调控制柜技术方案如下：
1、将继电器逻辑控制电路改为可编程序控制器。
2、将执行回路中的控制开关交流接触器替换成固态继电器。
3、利用电流传感器替代热过流继电器实施对电机的保护。
4、利用PLC强大的软件编辑功能，完善空调系统的控制功能，增强对空调系统的保护。
二、方案实施
客车空调控制柜的主要作用是使列车空调机组正常运转， 并在列车车厢内实现通风，产生制冷和采暖。 其电气线路主要分为二部分：一是执行机构电气线路；二是逻辑控制电气线路。除此之外， 新型客车空调控制柜为满足设计要求，增加了一些辅助电气线路，包括直流电源电路、 故障检测电路。
1、执行机构电气线路
该部分电气线路主要包括对通风机（双速电机）、冷凝风机、 压缩机（二组）及取暖器（二组）三相电源的开关控制。
其中，通风机、冷凝风机由于电机功率低， 使用交流接触器作开关，不容易出现粘连、烧损等故障，故继续保留。 压缩机及取暖器控制开关，由于控制对象功率较大，采用交流接触器作控制开关故障率较高，故替换成固态继电器。
压缩机的温保、压保及取暖器的温保继续保留。
2、逻辑控制电气线路及控制要求：
用可编程序控制器（PLC）取代原有的继电器逻辑控制电路，通过软件编程实现对空调系统的控制。客车空调控制柜的控制功能分三部分，即通风操作，取暖操作及制冷操作。具体控制功能详见系统流程图（图1）。
新型客车空调控制柜除满足以上基本的控制功能外，新增加了一些控制功能。
（1）与老控制柜相比，新型无触点控制柜增强了对系统的保护。其一，是利用电流传感器实施对电机的缺相检测。电机包括通风机、冷凝风机及压缩机。其二，对交流接触器实施故障检测。 方法是将这些交流接触器的辅助接点信号送入PLC，当交流接触器出现故障时，PLC 将及时输出报警信号并切断电源。其三，增加了故障停机功能。 即当任一控制支路发生故障时除了切断相应支路电源外，PLC还将输出一信号给主回路空开2Q的辅助控制开关，用以切断主回路电源从而起到双重保护的作用。
（2）在制冷及取暖工况下，为保证二台压缩机及二组取暖器均衡工作，新型客车空调控制柜充分利用PLC内部强大的计时、计数功能对二台压缩机及二组暖器的工作时间进行采集、 比较、运算，根据其结果确定下次起机对象。该方式较传统的轮换继电器更精确。
（3）设置了压缩机停机、起机时间间隔， 防止了压缩机因起机电流过大而烧毁。
根据以上分析，确定可编程序控制器配置如下：
输入：直流 24V，40点；输出：直流 24V，24点；交流 220V，8点；
根据该配置，我们选用了LG可编程序控制器MASTER-K200，该程序控制器属模块化结构，可自由选配。模块选用情况如下：
可编程序控制器的控制功能是通过软件编程实现的， 为此我们编制了应用程序。整个程序分6 段，分别是①选择开关处理程序。 该程序段的主要作用是保证每一开关状态经必要延时处理后唯一确定。②空气开关2Q 自动跳闸及人工恢复控制程序。③通风控制程序。取暖控制程序。 ⑤制冷控制程序。⑥故障处理程序。 该程序段的主要作用是保证在故障状态下及时报警以提示故障支路，同时切断故障支路电源。待故障排除后， 能恢复正常控制功能。
3、辅助电气线路
（1）故障检测电路
该电路工作原理是将电流传感器采集的每一相电流信号经一整流滤波电路处理后，输出一电压信号到比较器与反相端基准电压进行比较。然后，将三个比较器信号与PLC相对应的输出信号进行逻辑运算，结果送入PLC 用以进行故障判断及处理。
新型客车空调控制柜细化了故障显示及报警功能， 故障显示分七个支路，即通风机支路、冷凝风机支路、制冷1支路、制冷2支路、取暖1支路、取暖2支路、过欠压保护支路。其中通风机，冷凝风机支路故障种类有缺相、交流接触器动作异常。制冷1及制冷2支路，故障种类有缺相、温保、压保。暖1及暖2支路故障种类有温保。过欠压保护是对动力电源进行监测， 当出现过欠压现象时，过欠压报警电路输出一信号给PLC，由PLC 输出故障报警信号并停机，防止机组损坏。
（2）辅助电源电路
新型客车空调柜控制电路所需电源有交流220V、125V、直流24V、 12V等。为使控制系统免受电网干扰，需采取隔离措施。为此， 专门订制了隔离变压器，该变压器采用近年来刚刚出现的Ｒ型铁芯制作，其漏磁小、 效率高、体积小、安装方便。所有工作电源均取自隔离变压器副边， 其中直流部分采用了开关电源方式既可提高效率，又可缩小体积。
三、总体设计及技术指标
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