CN101832620B - 一种用于列车环境的空调控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于列车环境的空调控制器，包括：电源电路，中央逻辑处理电路，开关量输出电路；所述空调控制器还包括用于连接具有DC110V输出电压的列车空调部件并接收所述列车空调部件状态信号的一个或者多个DC110V开关量输入电路，所述DC110V开关量输入电路由所述电源电路供电并将所接收的列车空调部件状态信号转发给中央逻辑处理电路；所述中央逻辑处理电路根据所述列车空调部件状态信号和用户指令，通过开关量输出电路输出DC110V控制信号到列车空调部件。通过应用本发明，使得应用具有单个控制电路的空调控制器，可以调节整个列车环境的控制信号的电平和车内供电电压，极大地节约了有限的车内空间和减少了列车成本。

Description

一种用于列车环境的空调控制器

技术领域

本发明涉及功率转换技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于列车环境的空调控制器。

背景技术

目前空调已成为客运列车标准配置的设备，图1示出现有列车环境中的空调控制系统，通常，如图1所示，列车的控制电压采用DC 110V，而传统的空调控制器的开关量输入端口只能处理DC 24V的信号，因此对于空调的各个部件需要大量的中间继电器进行电平转换。同时传统的空调控制器采用DC24V或者AC 220V供电，而应用于控制列车空调时，需要增加额外的电源转换模块。因此传统的空调控制器在列车环境应用时，需要大量的额外中间转换器件，既占用了大量设备空间也增加了设备成本。

发明内容

为克服现有列车环境中大量中间转换模块造成的空间占用和成本增大的缺陷，本发明提出一种用于列车环境的空调控制器。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于列车环境的空调控制器，包括：电源电路，中央逻辑处理电路，开关量输出电路；

其特征在于，所述空调控制器还包括用于连接具有DC 110V输出电压的列车空调部件并接收所述列车空调部件状态信号的DC110V开关量输入电路，所述DC110V开关量输入电路由所述电源电路供电并将所接收的列车空调部件状态信号转发给中央逻辑处理电路；

所述中央逻辑处理电路根据所述列车空调部件状态信号和用户指令，通过开关量输出电路输出DC 110V控制信号到列车空调部件。

所述DC110V开关量输入电路包括：

连接所述列车空调部件的并联的第一支路和第二支路，所述第一支路和第二支路的输出连接到光耦的激励电流输入端；所述第一支路包括稳压二极管，所述第二支路包括电阻和基极与所述电阻相连的三极管，所述三极管的基极还连接并联接地的稳压管和滤波电容，所述三极管的集电极连接所述光耦的激励电流输入端；

其中，所述光偶在所述列车空调部件输出电压为70V-140V时输出低电平，所述光偶在所述列车空调部件电压为0-24V时输出高电平。

所述DC110V开关量输入电路还包括连接在所述第一支路和第二支路与所述DC 110V电压的列车空调部件之间的防反接二极管。

所述DC110V开关量输入电路还包括连接在所述第一支路和第二支路与所述DC 110V电压的列车空调部件之间的限流电阻。

所述三极管的发射极连接并联接地的电阻。

所述第二支路中的所述电阻用于限制电流，所述滤波电容用于过滤高频脉冲。

所述稳压管和所述第二支路中的电阻值被调节，以调节所述光偶正常导通时的激励电流值。

所述第一支路的所述稳压二极管的输出电压比输入电压低12V，调节所述稳压二极管的稳压值来调节所述光偶的激励电流的低电平阈值。

所述列车空调部件状态信号包括压缩机、冷凝机、通风机、电热器、电磁阀、风阀部件的启停状态以及诸如压差保护、过热保护、过流保护的机组保护开关状态信号。

所述DC110V开关量输入电路将输入的开关量信号转发到中央逻辑处理电路，所述中央逻辑处理电路接收由人机界面电路输入的操作指令，进行各种空调控制逻辑判决，生成空调部件的控制指令，输出到所述开关量输出电路，所述开关量输出电路输出开关量信号来控制空调部件的运行。

通过应用本发明，使得应用具有单个控制电路的空调控制器，可以调节整个列车环境的控制信号的电平和车内供电电压，极大地节约了有限的车内空间和减少了列车成本。

附图说明

图1为现有列车环境中的空调控制系统示意图；

图2为根据本发明实施例的空调控制器的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的空调控制器的DC110V开关量输入电路示意图；

图4为空调控制器的开关量输出电路示意图；

图5为空调控制器的电源电路示意图；

图6为空调控制器的人机界面电路示意图；

图7为空调控制器的中央逻辑处理电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种用于列车环境的空调控制器进行详细描述。

图2示出根据本发明实施例的具有DC 110V供电和DC 110V开关量输入的用于列车环境的空调控制器。如图2所示，空调控制器包括：人机界面电路、一个或者多个DC110V开关量输入电路、开关量输出电路、中央逻辑处理电路和电源电路。

每一个DC110V开关量输入电路用于接收列车空调部件的状态信号，并将状态信号的信息传输给中央逻辑处理电路。其中，这些状态信号均为DC 110V电平信号，包括压缩机、冷凝机、通风机、电热器、电磁阀、风阀等部件的启停状态，这类状态信号用于指示各个空调部件是否按照控制要求正常运转；还包括压差保护、过热保护、过流保护之类的机组保护开关状态信号，用于指示机组内部以及各个部件的运行环境是否出现异常。

中央逻辑处理电路，通过DC110V开关量输入电路，接收空调机组各个部件的工作状态，将空调部件启停状态数据、空调部件运行环境状态数据、各种传感器采集到的环境参数数据以及人机界面的指令数据进行综合处理后，实时得出当前时刻各个空调部件的启停方案，并通过开关量输出电路输出DC 110V电平信号来控制各个部件的启停并执行中央逻辑处理电路发出的控制逻辑指令。

开关量输出电路，用于输出开关量控制信号到空调部件，该信号为DC 110V电平信号，控制列车空调部件的启动和停止。

电源电路，用于接收外部DC 110V电源供给，为整个控制系统的各部分电路提供所需的电源功率。

人机界面电路，用于接收操作指令并指示设备工作状态。

图3示出本发明的实施例的空调控制器的一个DC110V开关量输入电路。在铁路列车系统应用中，输入点电压满足在标称值的0.7-1.25倍范围内变化时，电路工作正常，即如果输入标称电压为110V，那么就是输入电压在77V-137.5V这个范围内时正常工作。如图3所示，在输入70V-140V电压时，光偶U20输出端E点输出低电平(小于0.1V)，在输入0-24V电压时输出高电平(大于4.5V)，即小于24V的信号或干扰光偶不会产生动作。

光偶U20为电流激励型器件，在允许范围内，激励电流越大光偶输出导通越彻底，输出状态越稳定，但考虑到输入点电压很高，电流太大的话在三极管Q25上损耗的功率很大发热厉害，所以光偶的激励电流IF设置为5mA，当电流小于3mA时，光偶U20无法稳定导通。

在图3所示电路中，提供占用空间小，直接在PCB板上可靠地将DC 110V开关量信号转换成DC 5V的低压开关信号的电路，成功地实现了DC 110V开关量信号直接接入控制器设备。假设输入电压为DC 110V，二极管D26为防反接二极管，防止输入点电压接反后损坏后面电路。电阻R46为限流电阻，经过D26和R46后A点电压为101.2V。从A点，电流分两路走，一路流经电阻R47、R48到C点，C点电流一部分经稳压管D73到地，另一部分给三极管Q25提供基极电流；另一路电流经过稳压二极管D11给光偶U20提供激励电流IF。R47、R48用来限制流过稳压二极管D73的电流，C35用来滤掉高频脉冲。

在该电路中，加入两个稳压二极管D73和D11，使电压在高电平有效范围内变化时(70-140V)流过光偶的激励电流基本维持恒定不变，在低电平有效范围内变化时(0-24V)光偶不会误导通。其中，输入高电平时，D73将C点的电压稳在24V左右，三极管Q25工作在放大区，经过PN结0.6V的压降后，三极管发射极电压为23.4V，即电压在70V-140V范围内变化时，D点电压维持23.4V不变，所以流经光偶的激励电流IF＝4.68mA不变，变化的电压反映在Q25的集电极-发射极电压Vce上。调节D73的稳压值和电阻R47、R48的阻值，可以调节光偶正常导通时的激励电流值IF。

其中，输入低电平时，最大值为24V，因D11的稳压作用，使B点电压比A点低12V，大约为9V，此时流过光偶的激励电流为1.5mA，不足以使光偶导通。调节D11的稳压值，可以调节低电平输入的阈值。

表1示出不同输入电压时的激励电流值。

表1

VIN(输入电压：V)	IF(激励电流：mA)	光偶是否导通
			140	4.679	是
110	4.675	是
			70	4.668	是
24	1.524	否
			12	0.2	否

0

0

否

DC 110V开关量输入电路将输入的开关量信号转化成INPUT信号后输入到中央逻辑处理电路中，中央逻辑处理电路同时接收由人机界面电路输入的操作指令，进行各种空调控制逻辑判决(如PID逻辑判决等)，生成空调部件的启停指令，输出到开关量输出电路中，由开关量输出电路输出开关量信号来控制各种空调部件(如压缩机、冷凝机、电磁阀等)的启停，以达到空调智能控制的目的。在本发明中，中央逻辑处理电路、人机界面电路、电源电路和开关量电路属于通用电路，可以和OMRON、SIEMENS等各种主流PLC产品的相关电路相同。

图4示出了空调控制器的开关量输出电路，电路的输入信号OUTPUT来自中央逻辑处理电路。当OUTPUT信号为高时，三极管Q8导通，继电器JR8吸合，OUT和COM引脚导通，由于COM连接电源电路输出的DC 110V，则开关量输出电路输出DC110V电平，启动所连接的空调部件；当OUTPUT信号为低时，三极管Q8截止，继电器JR8断开，OUT和COM引脚断开，开关量输出电路输出0V电平，停止所连接的空调部件。

图5示出了空调控制器的电源电路，电路包括压敏电阻RV1、RV2用于吸收浪涌，NTC电阻用于减小启动电流冲击，共模变压器T1用于消除共模干扰，二极管D8-D11组成桥式电路，起到防反接作用，F1自恢复保险用于防止短路，DC/DC电源模块用于转换电压。

图6示出了空调控制器的人机界面电路，包括U4CAN总线收发器MCP2551，U2 CAN总线控制器MCP2515，CPU通过SPI总线访问CAN控制器MCP2515；R7总线匹配电阻。在电路中，各种人机界面设备通过CAN总线将设备信息数据输入到U4，经过U4的接口电平转换后，变换成CAN数据收发信号TXCAN，RXCAN和U2相连，经过U2转换成SPI总线数据通过SEN_MOSI，SEN_MISO，SEN_SCLK，CS_2515，2515_INT和中央逻辑处理电路相连。数据输入到中央逻辑处理电路中进行逻辑处理。

图7示出了空调控制器的中央逻辑处理电路，中央逻辑处理电路包括CPU单片机U3，晶体O2。CPU单片机U3采用STC12C5410AD芯片，连接人机界面电路的输入输出信号CAN总线的SPI接口，人机界面电路的SPI主发从收数据信号SEN_MISO和单片机U3的P1.6相连，人机界面电路的SPI主收从发数据信号SEN_MOSI和单片机U3的P1.5相连，人机界面电路的SPI时钟信号SEN_SCLK和单片机U3的P1.7相连，人机界面电路的输出信号2515_INT和单片机U3的中断口P3.2相连。U3的RST引脚是复位信号脚，当系统需要复位或者在软件出现故障跑飞时，由看门狗将系统重新启动，恢复正常状态。STC_RXD和STC_TXD是U3的串行通讯接口的收发信号，可以和其他设备进行串行通讯，同时可以通过该接口对U3的软件程序进行更新。XTAL1和XTAL2引脚是U3的时钟晶振信号，用以提供U3工作所需的时钟。2515_INT为U3的外部中断信号，当人机界面电路发送状态数据给U3时，2515_INT会产生中断，U3运行中断服务子程序，接收由SEN_MISO和SEN_MOSI引脚传送过来的数据。INPUT引脚连接U3的GPIO接口，用于接收DC110V开关量输入电路发送来的输入状态电平。OUTPUT引脚连接U3的GPIO接口，用于输出到开关量输出电路，控制空调部件的启停。FEED_DOG为看门狗喂狗信号，用于定时喂狗，当软件运行发生故障时，看门狗会将U3重新启动，自动恢复到正常状态。SCL_AD和SDA_AD为I2C接口信号，用于连接环境传感器，接收环境传感器的数据。U3运行空调控制逻辑，综合处理INPUT硬件的状态电平数据、SEN_MISO和SEN_MOSI传送过来的人机界面数据以及SCL_AD和SDA_AD传送过来的环境传感器数据，运行空调控制逻辑，做出空调部件的启停判决，通过OUTPUT信号输出指令，执行判决。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (7)

1.一种用于列车环境的空调控制器，包括：电源电路，中央逻辑处理电路，开关量输出电路；

其特征在于，所述空调控制器还包括用于连接具有DC 110V输出电压的列车空调部件并接收所述列车空调部件状态信号的一个或者多个DC110V开关量输入电路，所述一个或者多个DC110V开关量输入电路由所述电源电路供电并分别将所接收的列车空调部件状态信号转发给中央逻辑处理电路；

所述中央逻辑处理电路根据所述列车空调部件状态信号和用户指令，产生空调部件的启停方案，并通过开关量输出电路输出DC 110V控制信号到列车空调部件，

其中，所述DC110V开关量输入电路包括：

连接所述列车空调部件的并联的第一支路和第二支路，所述第一支路和第二支路的输出连接到光耦的激励电流输入端；所述第一支路包括稳压二极管，所述第二支路包括基极电阻和基极与所述基极电阻相连的三极管，所述三极管的基极还连接并联接地的稳压管和滤波电容，所述三极管的集电极连接所述光耦的激励电流输入端；

其中，所述光耦在所述列车空调部件输出电压为70V－140V时输出低电平，所述光耦在所述列车空调部件输出电压为0－24V时输出高电平。

2.根据权利要求1所述的空调控制器，其特征在于，所述DC110V开关量输入电路还包括连接在所述第一支路和第二支路与所述DC 110V输出电压的列车空调部件之间的防反接二极管。

3.根据权利要求1所述的空调控制器，其特征在于，所述DC110V开关量输入电路还包括连接在所述第一支路和第二支路与所述具有DC 110V输出电压的列车空调部件之间的限流电阻。

4.根据权利要求1所述的空调控制器，其特征在于，所述三极管的发射极连接并联接地的发射极电阻。

5.根据权利要求1所述的空调控制器，其特征在于，所述第二支路中的所述电阻用于限制电流，所述滤波电容用于过滤高频脉冲。

6.根据权利要求1所述的空调控制器，其特征在于，所述稳压管和所述第二支路中的电阻值被调节，以调节所述光耦正常导通时的激励电流值。

7.根据权利要求1所述的空调控制器，其特征在于，所述第一支路的所述稳压二极管的输出电压比输入电压低12V，调节所述稳压二极管的稳压值来调节所述光耦的激励电流的低电平阈值。

Images