应用案例

涵盖各行业的生产监控与管理、数字化车间、智能工厂、集团决策等多层次的智能管控,在工业、市政冶化重工、轻工制造、智能建筑、农业养殖、水务环保、交通管廊、热网燃气等诸多行业领域进行了大量的实践和应用,协助企业推动从智能生产到运营管理的创新 。

力控ForceControl在列车空调实验台 监控系统中的应用

一、系统概述

我国幅员辽阔,人口众多,铁路客车是我国旅客的主要客运工具。随着我国人民生活水平的提高和旅游事业的迅速发展,人们对铁路客运条件的要求越来越高。现代客车不但要保证安全高速地运行,而且还要为旅客和车上工作人员尽可能地创造舒适卫生的环境,因此,我国铁路的各大干线上相继开出了全列空调客车,取得了良好的社会效益。自铁路列车普遍实现提速,更加促进了铁路的发展,列车空调装备及其技术将经受更大的考验,对其设计制造与运行管理提出了更高的要求。同时还要适应更高目标,为满足准高速与高速铁路的需要,积极作好技术准备。

近年来随着计算机技术的不断发展,计算机在暖通空调领域有了广泛的应用,其应用的一个重要方面,就是利用计算机系统对暖通空调进行智能化监测、控制和管理。计算机技术应用于暖通空调系统的控制管理中,可以有效地改善系统运行品质,节省运行能耗,提高管理水平,并减少运行管理劳动强度,取得良好的经济效益和社会效益,这在国内许多工程中都已得到了证实。经验表明,只有根据暖通空调工艺过程要求,结合实际的需求情况,充分发挥先进计算机技术的特点,恰当地确定系统功能,明确主要需解决的问题,才能收到投资少、效益高的效果。

建立列车空调模拟实验台的目的是为了检测列车空调的性能和质量,模拟实际列车空调的工况,记录实验的测定值,为暖通专业人员提供实验记录,最后根据实验的工况,设计实际列车空调的运行状态,以提高列车的舒适度。

二、业务需求

1、 铁路客车实际运行参数

铁路旅客列车空调参数要求为:夏季室外气温35℃时,车内应为23℃~27℃,最高不超过29℃,相对湿度为60%~70%,冬季室外气温-15℃时,车内应为18℃~20℃,相对湿度30%~40%。要求每位旅客应有20~25m3/h新鲜空气,风速在0.2m/h左右,含尘量不大于1mg/m3,还要求尽量降低噪声,振动等有害因素。

2、 实验室简介

本实验室由车厢模拟间,控制室,设备间组成。车厢模拟间为一模拟实际运动火车车厢的钢板箱体。钢板厚度为3 mm;箱体尺寸:30×3.3×3.3(米)。模拟列车工况为:冬季室外温度-20℃,车厢内温度18℃,相对湿度30%。夏季室外温度35℃,车厢内温度25℃,相对湿度60%。车厢内的工况通过室外冷热水机组和室内空调箱来保证。

实验室所处实验室内车厢与周围墙体之间的空间为夹套部分,这部分相当于火车实际运行时的室外环境。在实验中如果模拟真实室外工况,难度很大,而且能耗大;另外由于钢板传热系数很大,我们可近似认为车厢内外壁温度一致。所以这时我们可以通过控制夹套温度,使实验室车厢内壁温度与实际火车运行时的内壁温度一致,从而达到我们模拟火车车厢内空气实际工况的目的。夹套内的工况通过室外机组和风管机室内机组来保证。为了防止夹套通过墙壁传热,夹套内壁全部贴有苯板。

控制室在实验台相邻房间,放置各种采样测量设备。设备间主要放置列车实验台和夹套中所使用的风机盘管、室内空调箱、表冷器、水泵、电加热器、Defensor MK5型加湿器、分水器、集水器等,并安装摄像头以监视设备间的运行情况。电气设备主要有ABB变频器系列 ACS400型和ACSl40型变频器、KANOMAX公司的Model 1550多通道气流分析仪、Modell504型模板、惠普HP34970A数据采集器、CHINT变压器等。实验台平面布置如下图所示:

3、 实验台的主要设备选择

1) 测量部分

本实验台的测量设备包括温度、风速和压力等参数的测量,主要仪器选择KANOMAX公司的Model 1550多通道气流分析仪、Model 1504型模板、惠普HP34970A数据采集器。

2) 控制部分

  • ABB变频器

本实验室采用ABB变频器系列的ACS400型和ACS140型的变频器控制风机的旋转速度,进而实现对风道风量的控制。ACS400型控制风道的送风风量,ACS140型控制风道的回风风量。

ACS400型变频器用于2.2-37KW鼠笼式电机的速度和转矩控制。在本课题中利用变频器控制电机的旋转速度,再根据电机速度与风道风量的关系,实现对风量的控制。

  • 电加热器

本课题中采用WP系列PID自整定控制仪控制电加热器动作。它适用于需要进行精度测量控制的系统,可根据被控对象自动演算出最佳的PID控制参数。也可选用手动控制方式,由用户根据实际需要,自行设定PID控制参数。

仪表的输入信号为Pt100热电阻传感器输出的4-20mA的电流信号,输出量同样为4-20mA的电流信号。测量范围为-1999~9999字;测量精度为0.2%FS±1字或0.5%FS±1字。该仪表具有多种标准串行通讯功能,可通过RS-485串行通讯端口实现与上位机的通讯;通讯波特率300~9600bps。

  • 电极式加湿器

加湿器专门用于房间的直接或间接加湿。本实验室用Defensor MK5型加湿器控制车厢内的温度。

Defensor MK5是一种产生非高压蒸汽的加湿器,控制电压380V/50~60HZ。加湿器在工作时将自来水或去离子水电离产生蒸汽,增加车厢内的空气湿度。加湿器可以用RS-232或RS-485通讯接口与上位机进行通讯。

三、系统设计

系统采用力控科技ForceControl软件,主要模拟列车车厢和夹套的空调工况,以及设计完全针对实验台的温度、风速的实时检测和报表系统。

1) 设计列车实验台车厢部分的空调送风,温度,湿度,压力,风机转动,冷、热水盘管,加湿,排水及阀门开度的控制和检测系统。

2) 设计列车实验台车厢部分的空调送风,温度,湿度,压力,风机转动,冷、热水盘管,加湿,排水及阀门开度的控制和检测系统。

3) 设计实验用温度、风速的实时监测和报表系统。

四、系统架构

1、 车厢内空调监控系统

监控参数包括:1)总开关的启/停;2)根据送风温度,调节冷/热水的流量,使室内温度保持在设定的范围内;3)自动监测过滤网压差,堵塞时报警,提示清洗过滤网,提高过滤效率;4)进行节能控制:当空气质量在许可的情况下即在保证必要的新风量的前提下,充分利用回风冷/热量,对室内温度进行调节;当室外温度与室内温度的设定值相近时,利用新风对室内温度进行调节,这样可以大大降低能源的消耗;5)空调机各设备进行连锁控制,当总开关关闭时,关闭各阀、风机;6)每一个设备通过彩色图形显示显示不同的状态,显示每个参数的值,可通过控制器修改设定值,以求达到最佳工况;7)达到最佳的节能效果和营运环境。

未运行的车厢监控系统如下图所示:

已运行的车厢监控系统如下图所示:

2、 夹套内空调监控系统

监控参数包括:1)总开关的启/停;2)根据送风温度,调节冷/热水的流量,使室内温度保持在设定的范围内;3)自动监测过滤网压差,堵塞时报警,提示清洗过滤网,提高过滤效率;4)进行节能控制:当空气质量在许可的情况下即在保证必要的新风量的前提下,充分利用回风冷/热量,对室内温度进行调节;当室外温度与室内温度的设定值相近时,利用新风对室内温度进行调节,这样可以大大降低能源的消耗;5)空调机各设备进行连锁控制,当总开关关闭时,关闭各阀、风机;6)每一个设备通过彩色图形显示显示不同的状态,显示每个参数的值,可通过控制器修改设定值,以求达到最佳工况;7)达到最佳的节能效果和营运环境。

未运行的夹套监控系统如下图所示:

已运行的夹套监控系统如下图所示:

3、 温度测试系统

采集的温度参数包括:1)水银温度计:该试验中水银温度计主要用于热电偶的标定。精度0.1℃,测量范围-1℃至51℃;2)测风仪可以测量温度、速度及压力,测量温度的精度为0.1℃,测量范围为1到100℃;3)热电偶温度计是本实验中主要的温度测量仪器,用于设备间、夹套、车厢内各点温度的测量,其温度测试系统包括温度传感器、数据采集∕开关单元、插入式模块、计算机、打印机。

测温实时系统如下图所示:

测温历史数据报表如下图所示:

4、 风速测试系统

风速测试系统由多通道气流分析仪、传感器、Model1504型模板、计算机打印机组成。另外测风仪也具有测风速的功能,主要用于风道风速的测定。

风速测试系统如下图所示:

风速测试历史数据报表如下图所示:

五、应用总结

通过力控产品的应用,实时监控并掌握列车空调的运行状态和运行参数,不但提高了列出的舒适度,改善了系统运行品质,而且提高了管理水平,节省了列车运行能耗,取得了良好的社会效益和经济效益。