CN104608785A - 高速列车空调系统智能化管控方法 - Google Patents

高速列车空调系统智能化管控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高速列车空调系统智能化管控方法，本方法基于智能化管控系统，包括以下步骤：1）初始化处理：列车启动后，根据现场采集到的车厢内外空气参数、选定经验数据表中对应条件下新风比例数值M0、设定在车厢进风通道中的可调流量的保护阀状态为新风量XF0和空调主机的内循环风量NF0；2）随机参数的采集：按照设定的时间间隔△t将车厢内外空气参数采集模块采集的相关参数存入中间存储器并形成与经验数据模块中相同结构的数列；3）初始化参数的随机调节：对比例电磁阀发出调控指令实现对新风量XFt和空调主机的内循环风量NFt设定；4）环境监测和应急调控。采用本发明的方法可以实现车厢内空气质量的提升，系统的简化和运行过程的能源节约。

Description

高速列车空调系统智能化管控方法
技术领域
本发明属于高速列车空调系统的管控方法，涉及高速列车车厢中的高质量空气标准和高舒适度环境的保持。
背景技术
高速运行的列车通过车厢空调系统的管控来保证高质量的环境指标。这是高速列车的发展趋势。为了高质量的环境指标，需要动用大量的设备、就需要耗费一定的能源。车厢又是一个较大空间的公共场所，处在一个高速密闭的环境之下。造成了具体的条件限制。为了节约能耗，在内、外温差大时，需要将进入车厢内的新风量降低，减少能量空排。降低新风量的结果是导致空气整体指标的降低，提高形成内循环加速，则又增大了能耗。这两者不是简单的线性关系，并根据每一个箱体结构的变化和设备装配的具体条件有较大的差异。所以，单单在空调系统进风道上设有新风阀装置并不能获得质量上的根本改进，用以简单调节车厢内的新风量方法的设计思想并没有取得重大的明显进步。
高速行进的列车在通过隧道或交会时，车厢两侧因贝努利效应会引起进气口压力较大的波动，其气压变化率与列车速度的平方成正比，列车速度越高、压力变化值就越大。高速列车其压力变化速率在1秒内可高达数千帕。加上高速列车的车体、门、窗具有良好的气密性，外部气压的急剧变化会通过换气通道传到车内，造成短时间内出现的气压变低使乘员耳朵内的压力与外界的气压无法达到平衡，耳膜内外的压力差会引起听觉器官的不适感。因此，在车速高于160KM/h时，需要采用专用设备压力波保护系统来控制车内压力的波动，减少压力波的影响，以保证乘员的舒适度。压力波保护阀可通过压力波控制器控制，在列车内外压差满足触发条件时进行关闭，隔绝车内外空气流动，从而抑制车内空气的压力波动。十分明显压力波控制体统的设置十分必要，但在实际中的利用价值并不高、并与改进后的结构会产生功能性的重叠，形成实际上的浪费。
目前高速列车为控制新风风量控制急需重大改进，列车内部的空气的该质量控制也面临升级，同时兼顾多方面的改进是空调系统一个急迫的课题。
发明内容
本发明的目的是设计一种高速列车空调系统智能化管控方法，为空调系统、包括改造后压力波保护阀在内的空气质量提升设备、提供一种智能化的统一控制管理方法、并付诸于计算机实时控制，最终实现车厢内空气质量高标准的提升，系统的简化和运行过程的能源节约。
为实现以上发明目的，所采取的具体的技术方案是：高速列车空调系统智能化管控方法，本方法基于智能化管控系统，该系统具有以CPU为核心的管理单元、借助A/D转换模块连接在CPU数据总线上的车厢内外空气参数采集模块、装有空气质量管理程序的EPROM模块、存储有经验数据的只读存储器模块和配套的存储中间数据的数据暂存模块、监测比较模块，还包括空调主机在内的空气质量调控设备和配套的数控伺服机构，其关键在于列车运行中的智能化管控方法包括以下步骤：
1）初始化处理：列车启动后，根据现场采集到的车厢内外空气参数、选定经验数据表中对应条件下新风比例数值M0、设定在车厢进风通道中的可调流量的保护阀状态为新风量XF0和空调主机的内循环风量NF0；
2）随机参数的采集：按照设定的时间间隔△t将车厢内外空气参数采集模块采集的相关参数存入中间存储器、并形成与经验数据模块中相同结构的数列；
3）初始化参数的随机调节：调出经验数据模块中的与即时外温和内温相同条件下的新风比例数值Mt、借助对比例电磁阀发出的调控指令实现对新风量XFt和空调主机的内循环风量NFt设定；
4）环境监测和应急调控：借助设置在车厢两端、双侧面的压力传感器组采集到的压力变化率：(P0－Pt)/△t，经比较超出经验数据模块列表中的上限值时发出紧急调控指令、启动截止阀封闭进气通道，直至外压恢复正常值；
5）重复步骤2-4。
以上的技术措施可以保证：尽管列车的行进途中有可能面临外界温度和压力的明显变化，空气的更新比例和进气阀门的设置总处于最高效率和最舒适的温度、压力状态。
进一步采取的措施是：空气质量参数的调控设备在改进的系统中包括设置在车厢排风口通道上的逆止阀和引风机，并在配套伺服机构中包括有逆止阀的受控风门调节装置和引风机受控开关电路；在CPU 发出紧急调控指令或启动截止阀封闭进气通道的同时，相同指令也送至伺服机构的触发端指令风门关闭。
以上的辅助配套设施和方法进一步保证了上述主体技术手段执行的效果和力度。
本发明的有益效果是：通过车厢进风通道中的可调流量的保护阀的设置，当空气需要调节时，在调控电路作用下通过比例电磁阀实现调整气源压力达到调整新风量达到XFt和空调主机的内循环风量实现NFt的设定，同时对排风口的风门的大小进行调节，使排风口的风门大小与XFt相匹配；当紧急状态发生需要可调流量的保护阀实现快速关断时，CPU发出直接关断指令不经过比较电路使截断阀直接打开，膜片式气缸直接与气源连通，柱面阀板快速与阀口配合实现进气口关断，CPU发出直接关断指令的同时发出排风口风门关闭，使失压状态不能从排气口产生对车厢产生影响；整个调整的过程和依据均来自于经验数据表，所以本方法的借助以上步骤实现了最高效率和最舒适的温度、压力状态的及时调整。
下面结合附图和实施例中对本发明进一步技术手段的补充，进一步说明进本发明的效果是如何实现的。
附图说明
图1是本发明空调系统智能化管控方法配套的逻辑框图。
图2是只读存储器中经验数据的温差进风比例（Mt）表的具体结构。
在附图中：1是膜片式气缸，2是柱面阀板，3是阀口。
具体实施方式
本发明的方法在具体执行之前，应当首先在只读存储器中装入标准的列车运行中需要参考的经验数据表。参见图2，这是一个标准车厢温度下，对于不同的外温条件下管理程序应当选定的、对于比例电磁阀的调控PWM波的占空比最佳数据值，是根据具体的试验中调整确定的。当车厢外的温度与车厢内的标准温度相差越大，进风越少；相反，温度差越小则进风越大。在此数据指令下，调整可调流量的保护阀使进风量控制在最佳比例。只读存储器中还有压力变化率数据，当瞬间的压力变化超过一定数值时，可调流量的保护阀直接关闭，保证车厢内压力的平稳。此外，只读存储器中还存储有厢内空气在不同室温下的参数的标准值范围。如相对湿度，氧气含量、粉尘浓度等的室内标准范围。以供在调整空气质量调控设备，启动或关闭相关设备时作比对参考，使厢内空气总保持在一定的管控水平且节省能源。
参看附图1，本发明是基于智能化管控系统实现的，该智能化管控系统包括车厢内外空气参数采集模块、厢内气体样本采集模块、空气质量调控设备、可调流量的保护阀等。
车厢内外空气参数采集模块包括温度传感器、压力传感器、进气压力和温度采集模块和排气压力和温度采集模块。通过以上各传感器及模块对车厢内外的压力、温度等数据进行监控以为可调流量的保护阀、排风阀等的调节提供基础数据。
在车厢的内部设有空气的湿度、氧气含量和PM2.5等含量采集的厢内气体样本采集模块，同时配套设置有包括湿度、氧含量和PM2.5含量的气体综合分析仪。经过气体综合分析仪的分析，车厢内的空气质量由空气质量调控设备来进行调节。空气质量调控设备包括空调主机、引风机、氧气发生器、雾化器、PM2.5过滤装置、加湿机、负氧离子发生器、静电离子除尘器等，配套的数控伺服机构为电子开关。空气质量参数的调控设备中的加湿机、负氧离子发生器、静电离子除尘器设置在内循环通道中，启动、转换以CPU发出的指令为准。空调主机对车厢内的空气进行内循环，以将从进风口进来的新风调节成设定值。
空气质量调控设备还包括设置在车厢排风口通道上的逆止阀和引风机，并配套伺服机构包括有逆止阀的受控风门调节装置和引风机受控开关电路；在CPU 发出紧急调控指令或启动截止阀封闭进气通道的同时，相同指令也送至伺服机构的触发端指令风门关闭。
车厢内湿度、氧含量和PM2.5含量等数据与经验数据模块中的对应数据进行比对，超出标准范围时对相关调控设备配套的数控伺服机构发出调控指令，直至达到对应标准为止。
车厢进风通道中的可调流量的保护阀的结构中包括一个与压缩气源连接的比例电磁阀、与比例电磁阀出气口连通的膜片式气缸1、和连接在气缸推杆上的柱面阀板2、与柱面阀板2形成密封配合的阀口3，其所形成的是一个通气量可以受程序调控的压力波保护阀。膜片式气缸1借助比例调节阀或截断阀与气源连接，柱面阀板2分别借助比例调节阀和膜片式气缸1、截断阀和膜片式气缸1与阀中3形成风量调节配合和快速关闭配合。当膜片式气缸1通过比例调节阀与气源连接时，通过与经验数据模块中的相应比较数据，在PWM调控电路作用下，通过控制比例调节阀的电压或电流达到调节给入膜片式气缸1的气体压力的目的，进而调整柱面阀板2与阀口3的距离达到调节风量的目的；当压力变化较大需要快速关闭时，不经监测过比较模块，CPU直接发出关闭信号，膜片式气缸1通过截断阀直接与气源连接，柱面阀板2快速与阀口3贴合实现密闭。
与CPU连接的还包括系统管理软件、经验数据模块、数据暂存模块、监测比较模块、开关电路等。当车厢内的有挥发性气体或者异味需要排除时，开关电路给与其相连接的引风机发出强排信号，使得车厢内的气体在最短的时间内排出。
具体实施时：本发明的高速列车空调系统智能化管控方法，基于上述的智能化管控系统，该系统具有以CPU为核心的管理单元、借助A/D转换模块连接在CPU数据总线上的车厢内外空气参数采集模块、装有空气质量管理程序的EPROM模块、存储有经验数据的只读存储器模块和配套的存储中间数据的数据暂存模块、监测比较模块，还包括空调主机在内的空气质量调控设备和配套的数控伺服机构，其关键在于列车运行中的智能化管控方法包括以下步骤：1）初始化处理：列车启动后，根据现场采集到的车厢内外空气参数、选定经验数据表中对应条件下新风比例数值M0、设定在车厢进风通道中的可调流量的保护阀状态为新风量XF0和空调主机的内循环风量NF0；2）随机参数的采集：按照设定的时间间隔△t将车厢内外空气参数采集模块采集的相关参数存入中间存储器、并形成与经验数据模块中相同结构的数列；3）初始化参数的随机调节：调出经验数据模块中的与即时外温和内温相同条件下的新风比例数值Mt、借助对比例电磁阀发出的调控指令实现对新风量XFt和空调主机的内循环风量NFt设定；4）环境监测和应急调控：借助设置在车厢两端、双侧面的压力传感器组采集到的压力变化率：(P0－Pt)/△t，经比较超出经验数据模块列表中的上限值时发出紧急调控指令、启动截止阀封闭进气通道，直至外压恢复正常值；5）重复步骤2-4。
 采用上述的管控方法，可以使车厢内的温度、空气质量保持在最佳的状态，能够最大程度地保证车厢内乘客的舒适性。

Claims (8)

1.高速列车空调系统智能化管控方法，本方法基于智能化管控系统，该系统具有以CPU为核心的管理单元、借助A/D转换模块连接在CPU数据总线上的车厢内外空气参数采集模块、装有空气质量管理程序的EPROM模块、存储有经验数据的只读存储器模块和配套的存储中间数据的数据暂存模块、监测比较模块，还包括空调主机在内的空气质量调控设备和配套的数控伺服机构，其特征在于列车运行中的智能化管控方法包括以下步骤：
1）初始化处理：列车启动后，根据现场采集到的车厢内外空气参数、选定经验数据表中对应条件下新风比例数值M0、设定在车厢进风通道中的可调流量的保护阀状态为新风量XF0和空调主机的内循环风量NF0；
2）随机参数的采集：按照设定的时间间隔△t将车厢内外空气参数采集模块采集的相关参数存入中间存储器、并形成与经验数据模块中相同结构的数列；
3）初始化参数的随机调节：调出经验数据模块中的与即时外温和内温相同条件下的新风比例数值Mt、借助对比例电磁阀发出的调控指令实现对新风量XFt和空调主机的内循环风量NFt设定；
4）环境监测和应急调控：借助设置在车厢两端、双侧面的压力传感器组采集到的压力变化率：(P0－Pt)/△t，经比较超出经验数据模块列表中的上限值时发出紧急调控指令、启动截止阀封闭进气通道，直至外压恢复正常值；
5）重复步骤2-4。
2.根据权利要求1所述的高速列车空调系统智能化管控方法，其特征在于空气质量调控设备包括设置在车厢排风口通道上的逆止阀和引风机，并配套伺服机构包括有逆止阀的受控风门调节装置和引风机受控开关电路；在CPU 发出紧急调控指令或启动截止阀封闭进气通道的同时，相同指令也送至伺服机构的触发端指令风门关闭。
3.根据权利要求1或2所述的高速列车空调系统智能化管控方法，其特征在于所述智能化管控系统还设置有与空气质量调控设备配套的空气的湿度、氧气含量和PM2.5含量采集的厢内气体样本采集模块，同时配套设置有包括湿度、氧含量和PM2.5含量的气体综合分析仪；在步骤2）中同时进行的步骤中也包括对以上相关样品的采集、借助气体综合分析仪和模数转换模块并存入中间存储器。
4.根据权利要求3所述的高速列车空调系统智能化管控方法，其特征在于在步骤4）中增加对厢内湿度、氧含量和PM2.5含量所采集数据与经验数据模块中的对应数据进行比对，超出标准范围时由CPU对相关调控设备配套的数控伺服机构发出调控指令，直至达到对应标准为止。
5.根据权利要求1或4所述的高速列车空调系统智能化管控方法，其特征在于空气质量调控设备包括加湿机、负氧离子发生器、静电离子除尘器，配套的数控伺服机构为电子开关。
6.根据权利要求5所述的高速列车空调系统智能化管控方法，其特征在于空气质量参数的调控设备中的加湿机、负氧离子发生器、静电离子除尘器设置在内循环通道中，启动、转换以CPU发出的指令为准。
7.根据权利要求1所述的高速列车空调系统智能化管控方法，其特征在于车厢进风通道中的可调流量的保护阀的结构中包括一个与压缩气源连接的比例电磁阀、与比例电磁阀出气口连通的膜片式气缸（1）、和连接在气缸推杆上的柱面阀板（2）、与柱面阀板（2）形成密封配合的阀口（3），所形成的是一个通气量可以受程序调控的压力波保护阀。
8.根据权利要求1所述的高速列车空调系统智能化管控方法，其特征在于只读存储器中经验数据的温差进风比例（Mt）表的具体结构为：
。
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