動車廚房智能供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

卜茂興 趙日出 李昌奇

摘要：文章介紹了動車廚房智能供水系統(tǒng)的組成，技術(shù)參數(shù)、工作原理及控制策略。該動車廚房系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但可以實(shí)施自動上水儲水，智能分配水源，自動在線故障檢測、故障信號輸出、自動保護(hù)，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，而且具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上高度集成化，是一種通用性高、智能化程度高供水管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：動車廚房;智能供水系統(tǒng);智能化;設(shè)計(jì)

Abstract：This paper introduces the composition， technical parameters， working principle and control strategy of intelligent water supply system.The design of the kitchen system can not only implement automatic water storage， intelligent distribution of water， automatic online fault detection， fault signal output， automatic protection， real-time display of the current state of the system， but also has a highly integrated structural design， is a high degree of versatility， intelligent water supply management system.

Key words： Bullet train kitchen;Intelligent water supply systems;Intelligent;design.

0? 引言

目前在國內(nèi)高鐵動車廚房系統(tǒng)配備的供水系統(tǒng)還多處于利用整車管路供水的原始的階段。傳統(tǒng)供水系統(tǒng)存在水源分配不合理、故障的檢測簡單、體積笨重不便更換、多采用閥門、按鈕等控制開關(guān)操作繁瑣，可靠性、安全性低等問題。

動車廚房智能供水系統(tǒng)不但可以實(shí)施自動上水儲水，智能分配水源，自動在線故障檢測、故障信號輸出、自動保護(hù)，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高度集成，是一種通用性高、智能化程度高供水管理系統(tǒng)。

1? 動車廚房智能供水系統(tǒng)組成

其系統(tǒng)組成見圖1，由集成水路模塊、穩(wěn)壓罐、安全閥、排氣閥、常開電磁閥、壓力傳感器、清水箱、污水箱、控制系統(tǒng)等組成?？刂葡到y(tǒng)由觸摸屏、PLC控制模塊及內(nèi)置軟件、按鈕指示燈等組成。集成水路模塊安裝在動車廚房的臺面下方儲物柜中;控制系統(tǒng)、按鈕、指示燈集成安裝在動車廚房的電控箱上;清水箱、污水箱安裝在車體下方的設(shè)備倉中，并集成有液位傳感器、開關(guān)電磁閥。

該系統(tǒng)核心部件之一為集成水路模塊，其3D模型見圖2，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成見標(biāo)注，將泵、真空壓力罐、水路分配閥塊、壓力傳感器部件集成在一起。具有體積小，可靠性高，維護(hù)方便等特點(diǎn)。

2? 技術(shù)參數(shù)

本方案設(shè)計(jì)的動車廚房智能供水系統(tǒng)吸程大于2米、流量不小于5L/min，抽水工作壓力為0.2Mpa，停止進(jìn)水壓力為0.25Mpa，系統(tǒng)泄壓壓力為0.4Mpa，控制系統(tǒng)系功率約300W，加熱功率約3kW。

主要技術(shù)參數(shù)如下：

增壓泵：帶自吸功能，吸程大于2米;增壓上限為0.25Mpa，流量不低于5L/min。

壓力罐：罐體采用304不銹鋼，預(yù)充壓補(bǔ)償工作方式，總?cè)莘e19L。

壓力傳感器：工作方式為模擬量4-10mA，量程為0-1Mpa，DC24V電源供電。

漏水傳感器：工作方式為開關(guān)量，DC24V電源供電。

水路分配模塊：1個(gè)進(jìn)水口，接口尺寸為G1/2;4個(gè)出水口，接口尺寸G1/2;一個(gè)排水口，接口尺寸G3/4。

清水箱：容積為200L，伴熱功率1kW。

污水箱：容積為300L，伴熱功率2kW。

3? 系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)控原理框圖見圖3，通過相應(yīng)傳感器監(jiān)控系統(tǒng)壓力、漏水、水溫等參數(shù)，收集至PLC信息采集模塊，水壓和水位都通過人機(jī)界面顯示在控制屏柜上。當(dāng)系統(tǒng)水壓低于設(shè)定壓力（0.2Mpa）時(shí)水泵自動啟動抽水，達(dá)到上限壓力（0.5Mpa）時(shí)水泵停止。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有漏水情況，系統(tǒng)自動檢測報(bào)警，如果水泵正在運(yùn)行，水泵自動停止，同時(shí)系統(tǒng)中的常開電磁閥關(guān)閉，切斷供水管路;如果水泵未運(yùn)行時(shí)，切斷水泵啟動信號，同時(shí)系中的常開電磁閥關(guān)閉，切斷供水管路。當(dāng)清水箱液位過低時(shí)，系統(tǒng)停止從水箱抽水，并發(fā)出清水箱水位低報(bào)警信號，提示清水箱加水操作。當(dāng)廢水箱液位過高時(shí)，系統(tǒng)將會停止所有用水單元供水，防止產(chǎn)生廢水，并發(fā)出廢水箱液位過高報(bào)警信號，提示需進(jìn)行排水操作。當(dāng)需要檢修時(shí)或長期停運(yùn)時(shí)，可對手動排空閥排空水箱或者通過排空控制按鈕，發(fā)送排空指令，系統(tǒng)控制排空電磁閥進(jìn)行排空。當(dāng)溫度低于零度時(shí)，系統(tǒng)自動啟動伴熱控制，對管路及水箱進(jìn)行伴熱熱，防止結(jié)冰。

4.觸摸屏操作界面介紹

界面由系統(tǒng)模擬畫面、系統(tǒng)監(jiān)控畫面、手動操作畫面、參數(shù)設(shè)置畫面、報(bào)警查詢畫面。

4.1系統(tǒng)模擬畫面

整個(gè)系統(tǒng)的組成由洗手盆、手動閥、電磁閥、安全閥、排氣閥、單向閥、開水爐、清水箱、廢水箱、液位傳感器、漏水傳感器等組成。 實(shí)時(shí)顯示廢水箱、凈水箱的水位以及當(dāng)前的水壓值。

4.2系統(tǒng)監(jiān)控畫面

在各個(gè)畫面下方均有一排選項(xiàng)按鈕，可以根據(jù)需要來選擇。點(diǎn)擊系統(tǒng)監(jiān)控畫面系統(tǒng)會進(jìn)入到如下界面：

用戶可對水箱液位、廢水箱液位、實(shí)時(shí)壓力、水增壓泵的工作狀態(tài)、常開電磁閥工作狀態(tài)、水箱排空閥工作狀態(tài)、廢水箱排空閥工作狀態(tài)、漏水傳感器工作狀態(tài)及水增壓泵的運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行次數(shù)的觀測。

4.3手動操作畫面

當(dāng)用戶需要對系統(tǒng)進(jìn)行手動操作時(shí)，可點(diǎn)擊屏幕下方的手動操作畫面進(jìn)行操作，如下圖6所示：

當(dāng)按下手/自動切換按鈕時(shí)，顯示手動模式，即可對水路系統(tǒng)進(jìn)行手動操作。當(dāng)按下水增壓泵下方的啟動按鈕時(shí)，在無報(bào)警，系統(tǒng)正常的情況下水增壓泵正常啟動，當(dāng)?shù)竭_(dá)壓力下限時(shí)停止，或按下停止按鈕時(shí)，水增壓泵立刻停止運(yùn)行。其余還可以依次的對常開電磁閥的啟停，水箱排空電磁閥的啟停，廢水箱排空電磁閥的啟停，進(jìn)行操作。

4.4參數(shù)設(shè)置畫面

用戶可以通過觸摸屏下方的參數(shù)設(shè)置畫面來根據(jù)實(shí)際情況對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修改，如下圖7所示：

4.6報(bào)警查詢畫面

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警，停止運(yùn)行的時(shí)候，用戶可以通過報(bào)警查詢畫面來查看報(bào)警故障。如下圖8所示：

5 主要控制策略

5.1 水泵控制：

通過讀取正壓傳感器的數(shù)據(jù)控制水泵啟停，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于0.2Mpa時(shí)，水泵自動啟動，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到0.25Mpa時(shí)，水泵自動停止，此時(shí)水路中的儲壓罐中水量為10L。

5.2清水箱：

清水箱水位，通過液位傳感器傳送到上位機(jī)觸摸屏中顯示，當(dāng)水箱中液位低于25%時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，觸摸屏報(bào)警窗口顯示”低液位“報(bào)警，當(dāng)液位低于10%時(shí)，觸摸屏報(bào)警窗口顯示”極低液位“報(bào)警，并切斷水泵控制。

當(dāng)水溫低于零度時(shí)，系統(tǒng)自動啟動伴熱控制，對管路及水箱中的水進(jìn)行加熱，防止結(jié)冰。

5.3污水箱：

污水箱中水位，通過液位傳感器傳送到上位機(jī)觸摸屏中顯示，當(dāng)污箱中液位高于80%時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，觸摸屏報(bào)警窗口顯示”高液位“報(bào)警，當(dāng)液位高95%時(shí)，觸摸屏報(bào)警窗口顯示”警戒高液位“報(bào)警，并切斷水泵控制，關(guān)閉供水管路。

當(dāng)水溫低于零度時(shí)，系統(tǒng)自動啟動伴熱控制，對管路及水箱中的水進(jìn)行加熱，防止結(jié)冰。

5.4漏水控制：

當(dāng)漏水傳感器檢測到漏水時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。

當(dāng)水泵運(yùn)行時(shí)，水泵自動停止，同時(shí)系統(tǒng)中的常開電磁閥關(guān)閉，切斷公司管路。

水泵未運(yùn)行時(shí)，切斷水泵啟動信號，同時(shí)系統(tǒng)中常開電磁閥關(guān)閉，切斷供水管路。

5.5安全保護(hù)控制：

安全閥設(shè)定壓力值為0.4Mpa，當(dāng)系統(tǒng)中水壓高于0.4Mpa時(shí)，安全閥啟動，泄流壓力。

5.6水箱、污箱排空電磁閥：

觸摸屏上設(shè)置按鈕，便于進(jìn)行水箱、污箱排空使用。

5.7管路防凍排空控制：

觸摸屏上設(shè)置防凍排空按鈕，當(dāng)需要進(jìn)行防凍排空管路和水箱中的水時(shí)，按鈕下防凍排空按鈕，水泵啟動，系統(tǒng)將自動進(jìn)行排空，當(dāng)水箱液位顯示為0%時(shí)，水泵停止，防凍排空完畢。

6 結(jié)束語

動車廚房智能供水系統(tǒng)是動車組廚房單元中一個(gè)重要的組成部分。本系統(tǒng)對廚房中用水進(jìn)行智能分配，實(shí)時(shí)監(jiān)視水系統(tǒng)工作情況，并能針對相應(yīng)信息作出對應(yīng)的功能調(diào)節(jié)，具有簡單明了的人機(jī)對話界面。另外。結(jié)構(gòu)簡單，部件模塊化，維護(hù)方便。本方案所設(shè)計(jì)的動車廚房智能供水系統(tǒng)部件均采用了行業(yè)內(nèi)成熟、可靠的零部件，同時(shí)，優(yōu)化的系統(tǒng)配置和控制策略提高了系統(tǒng)的可靠性和控制精度，進(jìn)而提高了整個(gè)廚房系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]TB/T 2725—1996 鐵路機(jī)車用水技術(shù)條件

[2]譚浩強(qiáng). C語言程序設(shè)計(jì)教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分[M]. 北京：高等教育出版社，2013.

作者簡介：卜茂興，2003年畢業(yè)于華中科技大學(xué)電氣工程及自動化專業(yè)，從事電氣系統(tǒng)和電氣部件設(shè)計(jì)

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趙日出：工程師 湖南聯(lián)誠軌道裝備有限公司技術(shù)中心

李昌奇：高級工程師 湖南聯(lián)誠軌道裝備有限公司技術(shù)中心