1、47第二章 TKDT 型客车电气综合控制柜厂家：温州兰普电器有限公司1 概述TKDT 型铁路客车电气综合控制柜(以下简称综合控制柜)用于 DC600V 供电的客车，是集电源转换控制、空调机组控制、蓄电池欠压保护、照明控制等功能单元于一体的智能型综合控制柜。综合控制柜的控制核心采用可编程控制器(以下简称 PLC)， PLC 通过微型可编程序终端(以下简称显示触摸屏)接受各种指令并自动执行相应的操作步骤，对电气系统运行中出现的各种故障及时进行诊断、指示并保护。综合控制柜具有检测、控制、诊断保护、信息提示、联网通讯功能，实现供电及控制系统的综合控制，可进行车对车通信，并逐步实现车对地、地对车的计算机
2、联网通讯。2 主要特点2.1 综合控制柜实现了客车电气控制系统的小型化、智能化、集成化和系统化。2. 2 综合控制柜根据预设参数实现自动控制，减轻了操作人员的工作强度，避免由于人为误操作引起的事故，便于操作和维护。2.3 综合控制柜对整车电气系统参数进行实时监测，出现故障时及时进行保护动作，避免了由于保护不及时而引起的严重后果。2.4 综合控制柜可对轴温、防滑器、烟火报警器、车门的状态进行监视和显示。2.5 综合控制柜充分考虑了整车各个电气功能部件的协调工作，整个电气系统工作更加安全可靠。2.6 根据电气系统布线的有关规范和实际存在的问题，不同系统、不同电压等级、不同电流类别的导线尽量相互隔离
3、，结构设计上尽量减少相互间的电磁干扰。2.7 综合控制柜的控制方案以自动为主，同时考虑控制系统故障的应急措施，包括极端情况下的手动应急措施。2.8 综合控制柜主要具备六大部分功能：1电源转换控制功能；2空调机组控制功能；3蓄电池欠压保护功能； 4照明供电功能；5轴温、防滑器、烟火报警器、车门及车下电源箱状态监视功能；6联网通讯功能。3 产品型号：TKDT-1T1-40、TKDT-1T1-35484 技术规格4.1 结构参数控制柜外形尺寸：2000mm1300mm350mm(高宽厚)上柜外形尺寸：850mm1300mm350mm(高宽厚)下柜外形尺寸：1150mm1300mm350mm(高宽厚)
4、。4.2 主要技术参数及功能综合控制柜控制单元由 PLC 主机单元(CPM2A-CPU61)、128 点的 IO 扩展模块(CPMlA-20EDRl)、信息显示触摸屏(NT31-STl21-EV2)组成。4.2.1PLC 功能PLC 是可编程逻辑控制器的缩写，对整个电气系统进行自动控制，实时监测电气系统运行过程中的参数并进行分析，对出现故障自动处理，通过显示触摸屏实现人机对话，响应显示触摸屏输入的命令、参数，将故障信息、运行记录通过显示触摸屏显示等。模拟量输入点： 17 点(O10V)温度输入点： 1 点(PTl00)开关量输入点： 24 点(直流 24V，8mA)，开关量输出点： 24 点(
5、继电器输出)输出端最大开关能力：2A，250VAC(COS=1)；2A，24V输出端最小开关能力：10mA，5VDC4.2.2 显示触摸屏功能显示触摸屏是一种微型可编程终端，采用全中文液晶显示触摸屏(带背光)，具有字符类型和图象类型显示，由通讯接口和 PLC 的外设接口进行通讯。主要功能是现场参数设定，电源转换、空调机组等功能单元运行工况的人为控制，运行工况参数的显示，实时显示各功能单元的运行状态及实时报告故障现象。字符、图象类型显示：2015 个汉字液晶显示器规格： 320240 点有效显示面积： 12292mm4.2.3 交、直流电源规格：主电路由两路电源母线中的其中一路提供电源，向温水箱
6、、逆变器、充电器供电，并由逆变器 I、逆变器 II 变换成 AC380V50Hz，向车内空调、伴热等交流负载供电。直流主电源 DC600V 额定工作电压：DC600V49电压波动范围：DC500VDC660V交流主电源：AC380V额定工作电压： 三相交流 380V电压波动范围： 三相交流 323V437V额定工作频率： 50Hz1Hz424 蓄电池DCll0V 电源全列贯通，各车厢蓄电池及充电器通过逆流二极管与 DCll0V 干线并联。蓄电池在充电机停止或故障时，向本车照明、水位显示、塞拉门、车下电源箱控制、温水箱开水炉控制等负载供电。电池欠压保护动作值： 91V1V 恢复值：971V425
7、 直流控制电源应急灯、轴温报警器、防滑器、PLC 等重要负载由列车直流 110V 母线供电；照明、车下电源箱、温水箱、开水炉、水位显示等负载的控制电源由本车直流 110V 电源提供；控制柜内的 DC-DC 电源模块将 DCl10V 电源转换成直流 24V 电源向 PLC、显示触摸屏、网关、安全用电记录仪供电；转换成直流 12V 向传感器供电；DCll0VDC48V 电源将DCll0V 转换成直流 48V 电源向尾灯、电话插供电。4.2.5.1 直流电器控制电路：额定工作电压：DCll0V，电压波动范围：DC77V135V。4.2.5.2 PLC、触摸屏电路：额定工作电压：直流 24V，电压波动
8、范围： 直流 204V264V。信号采集电路(传感器)：额定工作电压：直流 12V，电压波动范围：直流 114V126V。输出电压范围： 直流 010V：O5V4.2.5.3 PLC、触摸屏及传感器供电电源额定输入电压： 直流 110v输入电压波动范围： 直流 77135V额定输出电压： 直流 24v(5)：直流 12V(5)额定输出电流：DC24V 不小于 3A；DCl2V 不小于 1A电压调整率： 不大于 150电流调整率： 不大于 1输出电压纹波峰-谷值(V PP)： 不大于 10V变换效率： 大于 804.2.5.4 尾灯、电话插座供电电源额定输入电压： 直流 11OV输入电压波动范围
9、： 直流 77135V额定输出电压： 直流 48v(5)：额定输出电流： 不小于 1A电压调整率： 不大于 1电流调整率： 不大于 1输出电压纹波峰一谷值(VPP)： 不大于 10V变换效率： 大于 80426 WG 型网关规格WG 型网关用于铁路客车 TKDT-1T1 型配电柜。其中包括 PLC 网关、轴温报警器网关、防滑器网关、烟火报警器网关。这些网关一方面通过各种通信接口实现 PLC 到安全记录仪之间、轴温报警器到 PLC 之间、防滑器到 PLC 之间、烟火报警器到 PLC 之间的数据传递，另一方面通过 Lonworks 接口及列车总线实现车辆间的信息和命令传递。额定输入电压：直流 24
10、V输入电压波动范围：20V27V接线端子：WAG0232-209026-000，25mm。外形尺寸：160mm 90mm42mm安装尺寸：145mm63mm，安装螺丝：M4427 DL-II 代理节点代理节点是联接列车网和车厢网的桥梁，有 2 个独立的 Lonworks 通讯接口。上行Lonworks 通讯接口负责列车级网络通信，接收列车主机的信息，并将信息转发给下行Lonworks 通讯模块。下行 Lonworks 通讯接口负责车厢级网络通信，转发集中控制命令，接收车厢级各应用节点传输的参数、工作状态等信息。额定输入电压：直流 24V输入电压波动范围：20V27V接线端子：WAG0232-2
11、09026-000，25mm。51外形尺寸：160mm90mm56mm。安装尺寸：145mm63mm，安装螺丝：M4428 环境条件工作环境温度：0+50存储温度：-25+75相对湿度：最湿月月平均最大相对湿度不大于 90(该月月平均最低温度为 25)。海拔高度：2500m。振动：相对于客车的垂向、横向和纵向存在着频率 f 为 150Hz 的正弦振动，其振动加速度在频率 f 为 1 10Hz 时等于 O1g(g 为重力加速度，可以减化为 10ms计算)，当频率 f 为 1050Hz 时等于 lg。因机车连挂时的冲击，沿机车纵向激起的加速度不大于 3g。5 系统功能说明51 电源供电转换功能综合
12、控制柜的电源有两路供电，通过转换开关 SAl 分“自动”和“试验 I 路” 、 “试验 II 路” 。5.1.1 正常情况下，转换开关置于“自动”位，自动控制流程见第一章图 24。5111 I 路、II 路均有电，设定车厢号后，PLC 按照均衡供电原则，奇数号车厢选择 I 路供电、偶数号车厢选择 II 路供电，I 路和 II 路互锁，显示屏显示相应信息，电源指示灯亮。5112 如果 I 路有电、II 路无电，所有车厢 PLC 通过检测可自动选择 I 路供电，负载减半运行，同时在显示屏上提示相应信息。此时如果 II 路重新供电，则偶数车厢PLC 通过检测可重新选择 II 路供电。5113 如果
13、II 路有电、I 路无电，所有车厢 PLC 通过检测可自动选择 II 路供电，负载减半运行，同时在显示屏上提示相应信息。此时如果 I 路重新供电，则奇数车厢PLC 通过检测可重新选择 I 路供电。5114 可以通过触摸屏的电源控制菜单和提示选择或转换供电回路。5115 在 I 路、II 路都有电，奇数号车厢 I 路供电、偶数号车厢 II 路供电的情况下，如果 I 路(II 路)电源出现过压故障，PLC 自动转换到另一路电源供电，同时负载减半运行。当电源电压值恢复正常，通过触摸屏操作解除故障保护或电源重新供电，通过52PLC 检测后，PLC 自动转换回原供电回路，负载恢复全载运行。两路供电回路重
14、新供电时，PLC 将自动解除保护，转换到原供电回路。5116 在一路有电，另一路无电，所有车厢都是同一路供电的情况下，如果供电回路出现故障，则 PLC 停止供电，不进行转换。5117 在一路正常，另一路存在故障未消除，车厢供电已经进行了一次转换的情况下，如果供电回路再出现故障，则 PLC 停止供电，不进行转换。5118 故障排除后，可以通过触摸屏上的“电源控制”菜单，按下“停止供电，或“自动供电”触摸开关解除故障保护。通过 PLC 检测后，PLC 自动转换回原供电回路，负载恢复全载运行。5119 故障排除后也可以通过转换开关由“停止“位转换到“自动”位，PLC 自动解除保护，转换回原供电回路，
15、通过 PLC 检测后，负载恢复全载运行。出现过压故障，恢复正常后，两路供电回路重新供电时，PLC 将自动解除保护转换到原供电回路，恢复全载运行。512 试验时，可将转换开关置于“试验 I 路”或“试验 II 路” ，人为选择 I 路供电或 II 路供电，此时 PLC 只进行检测报警，不能进行电源回路的转换。513 主电路中接有电流传感器、电压传感器，并设在线绝缘检测装置(6150mA 可调)，显示触摸屏上可显示主电路的电压、电流、DC110V 母线电压、本车蓄电池电压、电源状态、逆变器输出电压等信息，当某路电源出现过压、绝缘等故障时，显示触摸屏显示故障提示，相应电源故障灯亮，可以按下“回主画面
16、”触摸开关返回主画面，此时画面上出现“XX 故障”文字，且背景变为闪烁提示。514 正常供电时，DC600V 电源给温水箱、车下电源箱、客室电热供电，逆变器为空调机组、开水炉、伴热等负载供电，DCll0V 电源向照明、车下电源箱控制、轴温报警器、防滑器、水位显示仪等供电。52 空调机组控制功能空调机组控制功能通过转换开关 SA2 分为“自动” 、 “试验暖” 、 “试验冷” 。521 正常情况下，转换开关 SA2 置于“自动”位5211 电源供电开始后，PLC 控制空调机组自动进入“自动”运行，PLC 根据当前逆变器状态以及车厢里温度传感器检出值与预先设定的“制冷” 、 “制暖”温度值进行比较
17、后，进行空调机组的“自动”运转，空调机组有六种工况“弱风” 、 “强风” 、 “半冷” 、“半暖” 、 “全冷” 、 “全暖” 。 “制冷”温度设定值为空调机组从“强风”工况转入“半冷”53工况时的临界温度；“制暖”温度设定值为空调机组从“弱风”工况转入“半暖 工况时的临界温度。5212 可以根据显示触摸屏上的菜单和提示，选择“强风” 、 “半冷” 、 “全冷” 、 “弱风” 、 “半暖” 、 “全暖”等运行方式，此时空调机组不受温度控制，按下“全自动”触摸开关可以返回受温度控制“自动”状态，按下“停止”触摸开关，空调停止运行。5213 制冷时，强风机发生故障，对应冷凝风机、压缩机停止工作；冷
18、凝风机发生故障时，对应压缩机停止工作；制暖时，弱风机发生故障，对应空气预热器停止工作。5214 在“半冷”或“半暖”工况下，压缩机或空气预热器运行时发生故障，有故障的压缩机或空气预热器将停止运行，并自动切换到另一组压缩机或空气预热器启动运行；在“全冷” 、 “全暖”工况下，运行发生故障，有故障的压缩机或空气预热器停止运行，保持无故障压缩机或空气预热器继续运行。5215 空调机组有故障时，通过按下显示触摸屏上的“停空调”停止空调运行，故障排除后，再按下“启空调”空调机组重新运行后，PLC 通过检测可以重新启动空调机组。5116 故障排除后也可以通过转换开关由“停止”位转换到“自动”位，空调机组自
19、动转换到“自动”运行状态，通过 PLC 检测后，空调机组恢复运行。5217 空调“全自动”运行时，空气预热器与客室电热器连动，按下“停电热”可取消连动。连动取消后，客室电热的启停靠手动控制。522 当空调在“自动”位运行时，PLC 根据逆变器输出电压和逆变器自身给出的信号判断其工作状态。如果根据输出电压判断逆变器 I 发生故障，风机、压缩机或预热器停止工作，相应故障指示灯亮，触摸屏显示相应信息；如果根据输出电压判断逆变器发生故障，则相应故障指示灯亮，空调控制部分动作不变。(建议用户将供电和空调转换开关拨到“自动”位运行。)两台逆变器相互热备，当其中一台逆变器自身检测出有故障时(此时逆变器给 P
20、LC 一个故障信号)，另一台逆变器负责本车供电，这时逆变器给出半载信号，当逆变器给出半载信号时，空调自动减载运行，触摸屏显示相应信息。当逆变器故障恢复以后空调自动重新启动。523 试验时，可将转换开关置于“试验冷”或“试验暖” ，人为选择制冷工况，启动强风、冷凝风机或制暖工况启动弱风。此时 PLC 只能对空调机组进行监测，不进行保护动作。524 机组主回路中接有电流传感器，显示触摸屏上可以显示空调机组的运行工况、54压缩机或空气预热器运行状况、累计运行时间及电流值，可以显示“制冷” 、 “制暖”设定温度值。当机组出现过载、过流、缺相及三相不平衡故障时，显示触摸屏显示故障提示状态，空调故障灯亮，
21、可以按下“回主画面”触摸开关返回主画面。525 空调机组的压缩机及空气预热器按照累计时间运行，半冷或半暖时累计时间少的机组启动运行，运行 2 小时后自动转换到另一机组交替运行。累计运行时间多的机组达到 9997 小时后，同一空调两台机组运行时间同时减去一定时间，保证两台机组累计时间差不变。526 保护与故障诊断综合控制柜具有完善的故障诊断、保护功能；热继电器、过流继电器与电子保护并存。由于 PLC 的模拟量输入点有限，并考虑到空调机组中通风机、冷凝风机负载较小，重点保护压缩机(空气预热器)负载，因此通风机、冷凝风机负载只用热继电器保护；压缩机(空气预热器)负载除了电子保护外，压缩机还有过流继电
22、器保护，空气预热器还有熔断器保护，形成两级保护。由于空调机组的制暖工况和制冷工况不会同时存在，因此空调机组中的压缩机和空气预热器共用三个单相电流传感器，对压缩机 12(空气预热器 12)的三相工作电流进行实时采样，分别送入 PLC 的模拟量输入点，实时与 PLC 中预先设定的压缩机(空气预热器)额定电流值进行比较、判断，对压缩机(空气预热器)的工作实时进行报警或保护。PLC 对空调机组的保护功能有：压缩机(空气预热器)过载保护、过流保护、三相电流不平衡保护、缺相保护。保护原理如下：半冷(半热)工况空调机组主回路中三相电流传感器所测得的是压缩机 1 或压缩机2(预热器 1 或预热器 2)的三相电
23、流值(即单台压缩机或单台空气预热器的电流值)；综合控制柜上触摸显示屏显示的电流为空调机组中单台压缩机或单台空气预热器的电流值。526.1 压缩机(预热器)过载保护电流传感器检测的压缩机(预热器)三相工作电流中某相电流为 PLC 中设定的压缩机(预热器)电流值的 15 倍并持续 lmin，将对压缩机(预热器)进行过载保护，切断相应负载电源，触摸屏将显示相应压缩机(预热器)过载的故障信息并记录。526.2 压缩机(预热器)过流保护当检测到压缩机(预热器)某相电流为 PLC 中设定电流值的 20 倍并持续 2s，将对压缩机(预热器)进行过流保护，切断相应负载电源，触摸屏将显示相应压缩机(预热器)过流
24、的故障信息并记录。55526.3 压缩机(预热器)三相电流不平衡保护当检测到压缩机三相电流值最大(或最小)值与平均值的偏差大于 15时，将在 10s左右切断压缩机电源进行保护，触摸屏显示相应压缩机三相电流不平衡的故障信息并记录。当检测到空气预热器三相电流值最大(或最小)值与平均值的偏差大于 20时，触摸显示屏显示出相应空气预热器三相电流偏载的报警提示，但空气预热器仍可继续工作；当偏差大于等于 30时，将在 10s 内切断相应空气预热器电源进行保护，触摸显示屏显示出三相电流不平衡的故障信息并记录。526.4 压缩机(空气预热器)缺相保护当实时监测的压缩机(空气预热器)三相工作电流中某一相电流小于
25、 2A，将在 25s 内切断压缩机(空气预热器)电源进行缺相保护，触摸显示屏显示出相应压缩机(空气预热器)某相缺相的故障信息并记录。压缩机(空气预热器)在启动时，启动电流较大且电流稳定时间较长(尤其是空气预热器)， 如果在机组启动时 PLC 将采集的工作电流与设定电流值进行比较判断，会造成PLC 误报警，因此 PLC 在采集压缩机(空气预热器)工作电流进行故障判断时，避开了启动电流这段时间。压缩机(空气预热器)启动时，延时 3min 左右再进行过载、过流、三相电流不平衡故障判断。527 压缩机(空气预热器)额定工作电流的设定综合控制柜中，PLC 对压缩机(空气预热器)的过载、过流、三相电流不平
26、衡和缺相的判断及保护电流动作值与压缩机(空气预热器)正常工作时的额定值是相关联的。由于空调硬卧车、软卧车、餐车配套使用的空调机组型号不同；另外，由于压缩机受机组压力、环境温度以及空气预热器(PTC 元件)受通风量大小等多方面因数的影响，空调机组压缩机、空气预热器工作电流值是在一定范围内变化的。综合控制柜上的触摸显示屏在出厂时，已对压缩机、空气预热器工作电流进行了缺省设置。为保证综合控制柜及时、准确、有效的对压缩机、空气预热器出现的各种故障进行判断、保护，避免产生误报警，综合控制柜装车使用时，必须根据空调机组压缩机、空气预热器的实际工作电流值，在触摸显示屏上重新进行设定。需要注意的是，在触摸显示
27、屏上进行的“制暖/制冷电流设定值”均为单台压缩机、空气预热器的电流值。一般来说，在实际运用中可以这样进行设定压缩机(空气预热器)电流值：(以压缩机56电流设定为例)5271 将空调状况转换开关置于“试验冷” ，合上试验空气开关多功能 1，使得空调机组置于试验半冷工况，此时空调机组中压缩机 I 工作，待压缩机电流稳定后(3min 左右)，记录压缩机 I 的三相电流值。5272 断开试验空气开关 l，合上试验空气开关 2，此时机组中压缩 II 工作，待压缩机电流稳定后(3min 左右)，记录压缩机 II 的三相电流值。5273 兼顾各压缩机的三相电流值，可大概取各压缩机三相电流的平均值作为压缩机电
28、流设定值。5274 考虑到春秋季其间，北方地区环境温度一般低于南方地区的环境温度，客车从北方地区驶往南方地区运行时，空调压缩机的工作电流会逐渐变大。硬座车、硬卧车、软卧车、餐车的空调机组压缩机电流设定值可在上述第点的情况下往上浮动 1A 左右进行设定，行李车的空调机组压缩机电流设定值可在上述第点的情况下往上浮动0608A 左右进行设定。528 压缩机(空气预热器)故障误报警分析、处理从综合控制柜运用的反馈情况来看，有时发生压缩机、空气预热器三相电流不平衡或负载某相缺相等误报警现象，通过现场检查、分析和维护发现，一般存在以下几方面原因。5281 压缩机、空气预热器的电流设定值设置不当。虽然同一型
29、号的空调机组的压缩机、空气预热器额定标称电流值是一样的，但实际工作电流存在差异，因此必须根据每一具体车辆现场设定参数。5282 车辆运行一段时间后，由于空调风道口灰尘较多，过滤网堵塞，造成空调风量减小使得负载电流发生变化，尤其是空气预热器(PTC)电流变化受风量影响较大，应及时清洗过滤网或重新设定电流值。5283 电流传感器(为三个单相电流传感器)输出电压不一致或损坏，造成 PLC 模拟量输入偏差较大。应及时检查电流传感器的输出是否一致(量程为：DC010V)。53 蓄电池欠压保护功能为保护蓄电池，综合控制柜设蓄电池欠压提示功能，当 PLC 检测到本车蓄电池电压低于欠压保护设定值时，触摸屏应显示相应故障信息，提示用户。 (蓄电池欠压保护功能判断信号有车下电源给出，当蓄电池欠压时，车下电源给出信号切断相应负载)。54 照明控制功能
