我國的鐵路客車空調(diào)自1958年投入使用，經(jīng)過40多年的發(fā)展，技術(shù)不斷進(jìn)步，設(shè)備日益完善，取得了很大的進(jìn)展。但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，旅游業(yè)的繁榮，列車空調(diào)作為一種舒適性空調(diào)的要求越來越高。其空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)在送風(fēng)量、送風(fēng)均勻性、氣流組織、管道的靜壓等技術(shù)方面，均需要通過測試臺測控系統(tǒng)進(jìn)行實驗測試，以便進(jìn)行設(shè)計前期驗證、實驗調(diào)試、改進(jìn)，使設(shè)計制造的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計要求。

　　對于投產(chǎn)前的新車型，通過本測試臺自帶的空調(diào)、風(fēng)機(jī)機(jī)組來對新型車廂內(nèi)各項設(shè)計要求進(jìn)行前期的設(shè)計、調(diào)試來確定新車型的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計。對于在用的車型，本測試臺通過連接車廂內(nèi)已有的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)來檢測車廂內(nèi)的各項指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)，通過對檢測結(jié)果的分析對在用車型中的系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)提高。

　　1 系統(tǒng)主要功能及技術(shù)參數(shù)

　　1.1 系統(tǒng)的主要功能

　　該系統(tǒng)的功能主要是對列車空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行試驗研究及設(shè)計前期驗證。對于新車型，系統(tǒng)可利用自帶的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)完成對其各參數(shù)的檢測，通過測量參數(shù)對新車型進(jìn)行設(shè)計、驗證、改進(jìn)，使其空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計要求。對于自帶空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的在用車型，系統(tǒng)可直接連接到車廂已有系統(tǒng)，實現(xiàn)對在用車型空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的指標(biāo)檢測。系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：（1）車內(nèi)基本空氣參數(shù)測定；（2）空調(diào)系統(tǒng)集成和優(yōu)化研究；（3）風(fēng)道系統(tǒng)均勻性測試和研究；（4）空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)降噪研究；（5）車內(nèi)氣流組織和舒適性研究；（6）高速列車空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)研究；（7）新型通風(fēng)系統(tǒng)研究（如誘導(dǎo)通風(fēng)，變流量分區(qū)控制系統(tǒng)等）。

　　1.2 系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)

　?。?）實驗臺總制冷量：25~90 kW（可調(diào)）；

　　（2）模擬空調(diào)系統(tǒng)的總風(fēng)量：2 000 m3/h~10 000 m3/h（可調(diào)）；

　　（3）供電容量：100 kVA；

　?。?）溫度測量：±0.5℃；

　?。?）送風(fēng)溫度控制：±1℃；

　?。?）相對濕度測量：±3%；

　?。?）風(fēng)速測量：量程的±3%；

　?。?）風(fēng)量的測量：±2%；

　?。?）風(fēng)量的控制：±3%；

　?。?0）壓差的測量：±2 Pa，量程（-1 000 Pa~1 000 Pa）；

　　（11）具有可視化功能：集中發(fā)煙裝置；

　?。?2）具有視頻錄制、截圖功能；

　?。?3）數(shù)據(jù)分析綜合軟件：具有自動的數(shù)據(jù)分析功能和反演云圖功能。

　　2 系統(tǒng)的組成和硬件結(jié)構(gòu)

　　2.1 系統(tǒng)的組成

　　列車空調(diào)系統(tǒng)一般由空調(diào)機(jī)組、通風(fēng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。目前，我國的列車空調(diào)機(jī)組大部分采用的是單元式空調(diào)機(jī)組。單元式空調(diào)機(jī)組是指將壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器、通風(fēng)機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)以及空氣預(yù)熱器等安裝在一個箱內(nèi)，組成一個完整的單元后安裝在車頂。每輛車根據(jù)車型不同可安裝一臺或兩臺。機(jī)組中的蒸發(fā)器（夏天制冷）與電加熱器（冬天采暖）組成空氣處理室，它所處理的空氣由回風(fēng)與新風(fēng)組成，經(jīng)處理后的空氣由通風(fēng)機(jī)組經(jīng)風(fēng)道送入車廂，從而構(gòu)成了通風(fēng)系統(tǒng)。列車空調(diào)的控制系統(tǒng)比較簡單，在每輛車上安裝有一個控制柜，實現(xiàn)的功能包括兩個方面，即通過控制機(jī)組的開停對機(jī)組進(jìn)行安全保護(hù)和對客車車廂內(nèi)的溫度進(jìn)行控制

　　2.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)要求，對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行配置。為達(dá)到可測定車廂內(nèi)任意點的溫度、風(fēng)速、壓差及流型的相應(yīng)參數(shù)，其測定均采用可移動式測量方式，即所有測量儀器均可在車內(nèi)移動，每個傳感器測試線的長度在車廂內(nèi)需達(dá)到20 m，以便于對溫度場、速度場及流型的測定。風(fēng)量的測試擬采用噴嘴流量計和微風(fēng)速儀相結(jié)合的方式。在總風(fēng)道中使用較高的噴嘴流量計，并作為風(fēng)量調(diào)節(jié)控制的基準(zhǔn)傳感器，在風(fēng)道內(nèi)及末端風(fēng)口處采用微風(fēng)速儀。相對濕度與噪音的測試僅作為一般性測定，考慮對降噪技術(shù)的研究所用，采用分頻聲級計。測試臺視頻部分承擔(dān)實驗過程的聲像記錄功能，其是可視化的終圖像手段之一。對于控制用風(fēng)壓的測定，不論是車內(nèi)正壓還是風(fēng)道資用壓力的測定，其傳感器和變送器均可與實驗臺、壓差傳感器公用。

　　系統(tǒng)的硬件設(shè)置具有結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)行可靠的特點。系統(tǒng)的運(yùn)行過程采用多種方式實現(xiàn)，既可采用手動方式實現(xiàn)，又可使用自動方式完成。在手動方式下，測試員通過手動設(shè)置參數(shù)、控制按鍵、旋鈕等控制各種設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測單元等對象完成實驗過程。在自動方式下，操作員可通過預(yù)先設(shè)置存儲的實驗流程通過啟動鍵由測試系統(tǒng)自動完成測試過程。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)控制部分以可靠性高、處理速度快、數(shù)據(jù)分析能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好的高性能工業(yè)控制計算機(jī)為，配以A/D、D/A采集板、通訊模塊及開關(guān)量輸出模塊等組成。通過車廂內(nèi)可移動的60點溫度傳感器和60點風(fēng)速傳感器對車廂內(nèi)的每一部分進(jìn)行的溫度和風(fēng)速的測量。20點的壓力傳感器和4點濕度傳感器的數(shù)據(jù)直接由工控機(jī)上的A/D采集板進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由于要求數(shù)據(jù)的比較高，所以工控機(jī)的A/D、D/A采集板都選用12位隔離型采集板。系統(tǒng)通過對采集的溫度、風(fēng)速、壓力、濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過與設(shè)定值的比較，根據(jù)指定的運(yùn)行策略控制風(fēng)機(jī)風(fēng)速和風(fēng)量的大小、空調(diào)機(jī)組溫度、風(fēng)量的調(diào)節(jié)和風(fēng)口的開關(guān)，使車廂內(nèi)的各項指標(biāo)達(dá)到設(shè)定值。同時采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析得出車廂內(nèi)溫度場、速度場的云圖，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果調(diào)整送風(fēng)溫度、速度及車廂內(nèi)各風(fēng)口的開口位置及大小。

　　3 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　3.1 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

　　利用Web Access組態(tài)軟件設(shè)計開發(fā)的軟件程序能很好地完成對車廂的各項指標(biāo)的檢測以及對各控制量的自動控制。系統(tǒng)在工作時其工況調(diào)節(jié)與數(shù)據(jù)采集、顯示及輸出均可并行進(jìn)行。

　　測試系統(tǒng)包括測量控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)三個子系統(tǒng)（以下簡稱：測控系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)）。三個子系統(tǒng)既可獨立實現(xiàn)各自的功能，又可相互實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享完成實驗系統(tǒng)的全部功能。

　　對應(yīng)測控系統(tǒng)的運(yùn)行配備以下主要功能：

　　（1）測控系統(tǒng)設(shè)置：設(shè)置測控系統(tǒng)的預(yù)置運(yùn)行參數(shù)。

　?。?）測控系統(tǒng)信息匯總：顯示測控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的各種檢測參數(shù)、分析結(jié)果、各個測點的變化曲線等信息。

　　對應(yīng)視頻系統(tǒng)的運(yùn)行配備以下主要功能：

　?。?）視頻系統(tǒng)設(shè)置：設(shè)置視頻系統(tǒng)的工作方式、調(diào)整視頻攝像參數(shù)、選擇視頻錄像操作等。

　?。?）視頻系統(tǒng)信息處理：對視頻系統(tǒng)的存儲信息進(jìn)行處理，如：錄制信息的選擇，裁圖操作等。

　　主畫面中還配備了系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的操作按鍵。用以設(shè)置系統(tǒng)的修正參數(shù)、系統(tǒng)工作參數(shù)等。

　?。?）修正參數(shù)為測控系統(tǒng)的各個測點設(shè)置修正參數(shù)、比例參數(shù)、量程參數(shù)等，以保證參數(shù)測量的準(zhǔn)確性。

　?。?）系統(tǒng)參數(shù)為各個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作設(shè)置參數(shù)，包括數(shù)據(jù)庫參數(shù)、系統(tǒng)自動運(yùn)行參數(shù)、操作員信息參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)參數(shù)等。

　　（3）手動操作為系統(tǒng)的運(yùn)行配備了手動操作方式，可由實驗員手動操作測試實驗的各個步驟，包括測控系統(tǒng)的檢測過程，視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)選取，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)選擇、運(yùn)算處理、結(jié)果分析等。

　?。?）自動操作為系統(tǒng)的運(yùn)行配備了自動操作方式。在該方式下，由實驗員啟動測控系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)按照預(yù)置的參數(shù)要求自動地完成整個測試過程。

　　3.2 系統(tǒng)控制過程

　　系統(tǒng)的控制流程圖如圖2所示。焓差法測試空調(diào)器性能測試的基本方法之一。現(xiàn)在利用焓差法測試裝置，空調(diào)器的測試容量可以擴(kuò)展置500kW，并可以結(jié)合水側(cè)的測量與控制單元，可以測試風(fēng)冷（熱泵）空調(diào)、水冷（熱泵）空調(diào)、風(fēng)機(jī)盤管、水源熱泵機(jī)組、冷水機(jī)組、空調(diào)箱等產(chǎn)品。

　　系統(tǒng)首先根據(jù)參數(shù)要求調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)組控制空調(diào)的送風(fēng)溫度達(dá)到系統(tǒng)要求，通過調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的風(fēng)量調(diào)節(jié)車內(nèi)的壓力，使之滿足車廂內(nèi)保持微正壓的要求?？刂?a target="_blank">變頻器、調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)來調(diào)節(jié)送風(fēng)量和送風(fēng)速度，調(diào)整車廂內(nèi)各風(fēng)口的位置和大小，根據(jù)以上綜合控制來使車廂內(nèi)各點的溫度符合要求，并調(diào)節(jié)送風(fēng)速度使之在要求的范圍內(nèi)。

　　4 系統(tǒng)工況詳解

　　4.1 測控系統(tǒng)

　　（1）開啟時，實驗員需進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，包括溫度測點的選定（首次啟動需進(jìn)行標(biāo)定）、風(fēng)速測點的選定和壓差測點的選定，確定所選測點無誤后，完成參數(shù)設(shè)置。

　?。?）進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定界面，控制參數(shù)顯示風(fēng)量、風(fēng)壓、出口溫度三項；測試參數(shù)顯示溫度、風(fēng)速、壓差、濕度四項。

　　實現(xiàn)的功能：溫度、風(fēng)速、壓差均可指定測點；測試的參數(shù)均顯示數(shù)值和實時變化曲線；所有測試實時數(shù)據(jù)均進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，以備隨時調(diào)用從而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

　　（3）設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的顯示。實驗進(jìn)行過程中，可切換系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖中表明各關(guān)鍵點的對應(yīng)數(shù)值。

　　4.2 數(shù)據(jù)分析處理

　?。?）測試類型的設(shè)定。包括風(fēng)口、斷面、風(fēng)道內(nèi)三個部分，輸入各部位的測點編號，完成定位功能（斷面處可輸入斷面上的各點坐標(biāo)）。

　?。?）風(fēng)口處：風(fēng)口風(fēng)速、溫度數(shù)據(jù)的曲線繪制，不均勻系數(shù)的計算。

　?。?）斷面處：溫度場、速度場的插值計算，生成云圖；空間任意點的測量值查詢；求解溫度場、速度場的不均勻系數(shù)，ADPI評價指標(biāo)；截面（溫度場、速度場已知）的PMV分布云圖。

　?。?）風(fēng)道內(nèi)：壓力測點（每個壓差變送器對應(yīng)兩個）、溫度、風(fēng)速測點的定位，繪制風(fēng)道內(nèi)的阻力變化曲線。

　　4.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　包括實時監(jiān)控、調(diào)整視角（縮放）和錄像功能。

　?。?）實驗臺開啟時即啟動實時監(jiān)控功能；

　?。?）攝像頭的視角范圍可手動調(diào)整；

　?。?）錄像功能：根據(jù)需要手動設(shè)定，錄像的視頻文件自動進(jìn)入數(shù)據(jù)庫儲存；發(fā)煙實驗時，錄像存儲功能和發(fā)煙器同時啟動，自動存儲相關(guān)視頻信息。

　　本系統(tǒng)記過研究，成功解決了高速列車空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)人工檢測費時費力且無法充分保證的實際問題，對高速列車新車型的開發(fā)設(shè)計和舊車型有較大的推廣價值，對于保證和提高高速列車車廂內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量具有現(xiàn)實意義和實用價值，使人們?nèi)罕姼谩⑹孢m的乘坐高速列車。