CRH5型動(dòng)車(chē)組空氣壓縮機(jī)控制及邏輯原理

姜　航　康成偉　齊志新

（中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司高速動(dòng)車(chē)組制造中心，130062，長(zhǎng)春∥第一作者，高級(jí)技師）

CRH5型動(dòng)車(chē)組的供風(fēng)系統(tǒng)有別于其他普通軌道交通列車(chē)，其空氣壓縮機(jī)采用螺桿式電動(dòng)空氣壓縮機(jī)，具有結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單、振動(dòng)和氣流脈動(dòng)小、噪聲低等特點(diǎn)，且聯(lián)軸節(jié)和軸承動(dòng)態(tài)負(fù)載較低，磨損較小。該空氣壓縮機(jī)從啟動(dòng)到停止以及空氣壓縮機(jī)的報(bào)警保護(hù)都由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，邏輯控制合理。為了能更好地了解和分析CRH5型動(dòng)車(chē)組空氣壓縮機(jī)的工作原理，本文從邏輯控制角度來(lái)研究空氣壓縮機(jī)的維護(hù)和故障排查問(wèn)題。

1　空氣壓縮機(jī)分布與組成

1.1　空氣壓縮機(jī)分布

CRH5型動(dòng)車(chē)組供風(fēng)系統(tǒng)主要由分布在TP/TPB車(chē)的2臺(tái)空氣壓縮機(jī)來(lái)提供（見(jiàn)圖1），其中空氣壓縮機(jī)的電能由電網(wǎng)設(shè)備通過(guò)輔助變流器提供。當(dāng)電網(wǎng)設(shè)備供電時(shí)，這2個(gè)主壓縮機(jī)各由1個(gè)輔助變流器供電?？諝鈮嚎s機(jī)將壓縮空氣向儲(chǔ)存風(fēng)缸充氣（每輛車(chē)中都有），然后通過(guò)總供風(fēng)管路和列車(chē)供風(fēng)管路向制動(dòng)系統(tǒng)、外門(mén)系統(tǒng)、衛(wèi)生間系統(tǒng)及頭車(chē)輔助系統(tǒng)等供風(fēng)。

1.2　空氣壓縮機(jī)組成

（1）電動(dòng)機(jī)：空氣制動(dòng)系統(tǒng)的壓縮空氣由電動(dòng)機(jī)－壓縮機(jī)裝置產(chǎn)生。電動(dòng)機(jī)－壓縮機(jī)裝置包括1個(gè)螺桿式螺旋式壓縮機(jī)和1臺(tái)400 V、50 Hz的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。壓縮機(jī)通過(guò)彈性聯(lián)軸節(jié)由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，并與電機(jī)剛性安裝在一起。

（2）空氣干燥裝置：為滿足壓縮空氣濕度要求，供風(fēng)裝置配有1套空氣干燥裝置?？諝飧稍镅b置主要由2個(gè)裝有吸附式干燥劑的缸、2個(gè)控制電磁閥、2個(gè)止回閥、1個(gè)集控旁通閥、1個(gè)再生縮孔、1個(gè)三通閥和1個(gè)排氣消聲器組成?？諝飧稍镅b置由集成式電子程序定時(shí)器控制，有2個(gè)工作階段（干燥和再生）。當(dāng)主氣流在一個(gè)缸內(nèi)干燥時(shí)，另一個(gè)缸內(nèi)的干燥劑將會(huì)再生。每個(gè)缸都有1個(gè)顯示工作狀態(tài)的壓力指示器。

圖1　CRH5動(dòng)車(chē)組車(chē)型圖

2　空氣壓縮機(jī)控制原理

CRH5型動(dòng)車(chē)組空氣壓縮機(jī)由列車(chē)控制與管理系統(tǒng)（TCMS）控制。TCMS通過(guò)多功能車(chē)輛總線（MVB）上的網(wǎng)絡(luò)模塊接收發(fā)信號(hào)，同時(shí)由TP/TPB車(chē)制動(dòng)控制單元（BCU）的總風(fēng)壓力檢測(cè)傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再由BCU將信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊傳給TCMS，經(jīng)過(guò)信號(hào)判斷后控制空氣壓縮機(jī)的啟動(dòng)與停止。

空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)控制原理如圖2所示，其控制過(guò)程如下：

（1）占用主控司機(jī)室，列車(chē)網(wǎng)絡(luò)正常，升起受電弓供電。當(dāng)總風(fēng)壓力低于0.75 MPa時(shí)，動(dòng)車(chē)組TP和TPB車(chē)的空氣壓縮機(jī)都啟動(dòng)，直到總風(fēng)壓力達(dá)到1.00 MPa后，2個(gè)空氣壓縮機(jī)停止工作。

（2）占用主控司機(jī)室，列車(chē)網(wǎng)絡(luò)正常，升起受電弓供電。當(dāng)總風(fēng)壓力低于0.85 MPa時(shí)，只啟動(dòng)1個(gè)主控單元TP或TPB車(chē)的空氣壓縮機(jī)，直到總風(fēng)壓力達(dá)到1.00 MPa后，停止工作。

（3）占用主控司機(jī)室，列車(chē)網(wǎng)絡(luò)不正常，升起受電弓供電。開(kāi)啟主控司機(jī)室的強(qiáng)泵開(kāi)關(guān)（32S01），強(qiáng)迫啟動(dòng)兩個(gè)空氣壓縮機(jī)，直到總風(fēng)壓力達(dá)到1.00 MPa后，手動(dòng)關(guān)閉強(qiáng)泵開(kāi)關(guān)，2個(gè)空氣壓縮機(jī)停止工作。

圖2　空氣壓縮機(jī)總體控制邏輯

2.1　總風(fēng)壓力低于0.75 MPa時(shí)啟動(dòng)邏輯

圖3　空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)控制邏輯

如圖3所示，當(dāng)動(dòng)車(chē)組MC2或MC1車(chē)占用司機(jī)室，列車(chē)網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)，升起受電弓供電。當(dāng)動(dòng)車(chē)組總風(fēng)壓力低于0.75 MPa時(shí)，正常情況下TP/TPB兩車(chē)的空氣壓縮機(jī)都需要啟動(dòng)。以TP車(chē)為例，TP車(chē)車(chē)下BCU內(nèi)的壓力開(kāi)關(guān)A16.04（0.75 MPa壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)）與 A7、A9閉合，使總風(fēng)壓力（0.75 MPa）檢測(cè)信號(hào)為高電平1（見(jiàn)圖4）。結(jié)合圖3可以看出：①在主控司機(jī)室占用時(shí)，主控司機(jī)室邏輯變量為1；②網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)信號(hào)為0，一般情況下該變量都為低電平0；③空氣壓縮機(jī)沒(méi)有故障，故障變量為0；④當(dāng)總風(fēng)壓力低于0.75 MPa時(shí)，總風(fēng)壓力主控端邏輯變量為1。

滿足上述條件后，本車(chē)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)邏輯變量為1，空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)。直到總風(fēng)壓力達(dá)到1.00 MPa時(shí)，總風(fēng)壓力檢測(cè)信號(hào)為0。通過(guò)邏輯計(jì)算后，使本車(chē)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)邏輯變量為0，空氣壓縮機(jī)停止啟動(dòng)。TPB車(chē)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)同TP車(chē)空氣壓縮機(jī)的啟動(dòng)邏輯相同。

圖4　空氣壓縮機(jī)壓力開(kāi)關(guān)電路

2.2　總風(fēng)壓力低于0.85 MPa時(shí)啟動(dòng)邏輯

當(dāng)動(dòng)車(chē)組MC2或MC1車(chē)占用司機(jī)室，列車(chē)網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)，升起受電弓供電。當(dāng)總風(fēng)壓力為0.85 MPa時(shí)，只需啟動(dòng)1個(gè)空氣壓縮機(jī)。啟動(dòng)的空氣壓縮機(jī)需要進(jìn)行邏輯判定主控單元的空壓機(jī)是否在工作。如圖1所示，MC2/M2S/TP/M2車(chē)為半列控制單元，T2/TPB/MH/MC1車(chē)為另半列控制單元。當(dāng)MC2車(chē)司機(jī)室占用時(shí)，則MC2/M2S/TP/M2半列為主控單元，當(dāng)風(fēng)壓低于0.85 MPa時(shí)，TP車(chē)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)MC1車(chē)司機(jī)室占用時(shí)，則T2/TPB/MH/MC1半列為主控單元，當(dāng)風(fēng)壓低于0.85 MPa時(shí)，TPB車(chē)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)。

風(fēng)壓低于0.85 MPa時(shí)，以TP車(chē)為例，車(chē)下BCU制動(dòng)控制單元內(nèi)的壓力開(kāi)關(guān)A16.05（0.85 MPa壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)）、A10及A12閉合，使總風(fēng)壓力（0.85 MPa）檢測(cè)信號(hào)為高電平1（見(jiàn)圖4）。結(jié)合圖3可以看出：①在主控司機(jī)室占用時(shí)，主控司機(jī)室邏輯變量為1；②網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)信號(hào)為0，一般情況下該變量都為低電平0；③空氣壓縮機(jī)沒(méi)有故障，故障變量為0；⑤當(dāng)總風(fēng)壓力低于0.85 MPa時(shí)，總風(fēng)壓力主控端邏輯變量為1。

滿足上述條件后，本車(chē)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)邏輯變量為1，空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)。直到總風(fēng)壓力達(dá)到1.00 MPa時(shí)，總風(fēng)壓力（0.85 MPa）檢測(cè)信號(hào)為0，通過(guò)邏輯計(jì)算后，使本車(chē)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)邏輯變量為0，空氣壓縮機(jī)停止啟動(dòng)。

2.3　空氣壓縮機(jī)強(qiáng)制啟動(dòng)邏輯

CRH5型動(dòng)車(chē)組設(shè)計(jì)了強(qiáng)行啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)的功能。該項(xiàng)功能是在列車(chē)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可使用該功能給車(chē)輛供風(fēng)，同時(shí)，不再受TP或TPB兩車(chē)的壓力邏輯控制，即使在總風(fēng)風(fēng)壓達(dá)到了上限值1.00 MPa時(shí)，也仍然可以強(qiáng)制啟動(dòng)。該功能是由MC2或MC1車(chē)占用司機(jī)室，升起受電弓供電后，將強(qiáng)泵開(kāi)關(guān)32S01置于ON位時(shí)（使全列壓縮機(jī)都工作的開(kāi)關(guān)），其輔助觸點(diǎn) A3、A4和 B3、B4閉合導(dǎo)通（冗余設(shè)計(jì)），使強(qiáng)泵開(kāi)關(guān)指令信號(hào)為1（見(jiàn)圖5）。該邏輯變量通過(guò)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)模塊傳遞給TP/TPB兩車(chē)。

以TP車(chē)為例，空氣壓縮機(jī)的啟動(dòng)條件及控制邏輯為：①占用主控司機(jī)室，是主控司機(jī)室占用邏輯為1；②強(qiáng)泵開(kāi)關(guān)（32S01）置于NO位，使強(qiáng)泵開(kāi)關(guān)指令信號(hào)為1；③經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算模塊，使強(qiáng)泵啟動(dòng)信號(hào)為 1（見(jiàn)圖 6）。

結(jié)合圖3可以看出，滿足上述條件后，使本車(chē)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)邏輯變量為1，空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)。直到總風(fēng)壓力達(dá)到1.00 MPa時(shí)，手動(dòng)將強(qiáng)泵開(kāi)關(guān)（32S01）置于OFF位，通過(guò)邏輯計(jì)算后，使本車(chē)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)邏輯變量為0，空氣壓縮機(jī)停止啟動(dòng)。

TPB車(chē)強(qiáng)泵啟動(dòng)邏輯控制同上述TP車(chē)，參看上述邏輯。

圖5　空氣壓縮機(jī)壓力強(qiáng)泵開(kāi)關(guān)電路

圖6　空氣壓縮機(jī)強(qiáng)泵邏輯簡(jiǎn)圖

3　空氣壓縮機(jī)的內(nèi)部保護(hù)

空氣壓縮機(jī)設(shè)有內(nèi)部壓力保護(hù)和溫度保護(hù)，其保護(hù)邏輯電路如圖7所示。

圖7　空氣壓縮機(jī)保護(hù)電路

3.1　壓力保護(hù)

如圖7所示，空氣壓縮機(jī)內(nèi)部壓力保護(hù)的壓力值為0.27 MPa。正常情況下，當(dāng)空氣壓縮機(jī)內(nèi)部壓力小于0.27 MPa時(shí)，空壓機(jī)內(nèi)部壓力保護(hù)開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，圖7中的1、2觸點(diǎn)為常閉，空壓機(jī)內(nèi)部壓力開(kāi)關(guān)信號(hào)為1，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊傳送給TCMS；當(dāng)空氣壓縮機(jī)內(nèi)部壓力大于0.27 MPa時(shí)，空壓機(jī)內(nèi)部壓力保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，1、2觸點(diǎn)變?yōu)槌ｉ_(kāi)，空壓機(jī)內(nèi)部壓力開(kāi)關(guān)信號(hào)為0，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊傳送給TCMS，報(bào)警并使空氣壓縮機(jī)停止工作。

3.2　溫度保護(hù)

如圖7所示，空氣壓縮機(jī)設(shè)有溫度開(kāi)關(guān)進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)正常情況下，溫度低于設(shè)定值時(shí)，空壓機(jī)溫度感應(yīng)開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，圖7中的3、4觸點(diǎn)為常閉，空壓機(jī)溫度開(kāi)關(guān)保護(hù)信號(hào)為1，空壓機(jī)正常工作；當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，空壓機(jī)溫度感應(yīng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，3、4觸點(diǎn)變?yōu)槌ｉ_(kāi)，空壓機(jī)溫度開(kāi)關(guān)保護(hù)信號(hào)為0，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊傳送給TCMS，報(bào)警并使空氣壓縮機(jī)停止工作。

4　結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)CRH5型動(dòng)車(chē)組空氣壓縮機(jī)的控制邏輯進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)CRH5型動(dòng)車(chē)組空氣壓縮機(jī)邏輯控制的合理性、啟動(dòng)順序以及內(nèi)部保護(hù)和報(bào)警等功能進(jìn)行了分析。分析結(jié)果對(duì)CRH5型動(dòng)車(chē)組空氣壓縮機(jī)的日常維護(hù)和設(shè)計(jì)優(yōu)化具有參考作用。

［1］于建功.某型動(dòng)車(chē)組空氣壓縮機(jī)保護(hù)電路優(yōu)化設(shè)計(jì)探討［J］.鐵道車(chē)輛，2012，50（60）：31.

［2］黃超.CRH2型動(dòng)車(chē)組空氣壓縮機(jī)故障分析及處理［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2014，26（7）：197.

［3］王林.CRH3型動(dòng)車(chē)組主空壓機(jī)典型故障分析［J］.城市建設(shè)理論研究，2015，5（13）：23.