PLC嵌入型变频器实现的汽车温控系统设计

1 引言

汽车市场的飞速发展，势必带动相关产业的发展。汽车空调作为汽车必备的舒适功能，也遇到了前所未有的发展机遇。汽车空调系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的舒适性装备。它可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全。空调装置已成为衡量汽车功能是否完善的标志。

2 汽车空调工作原理

2.1 车载制冷系统

汽车空调最基本和复杂的是车载制冷系统。汽车空调系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的装置。它可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全。空调装置已成为衡量汽车功能是否齐全的标志之一。如图 1所示。汽车空调制冷系统由压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀、蒸发器和鼓风机等组成。各部件之间采用铜管（或铝管）和高压橡胶管连接成一个密闭系统。制冷系统工作时，制冷剂以不同的状态在这个密闭系统内循环流动。

2.2 冷媒循环制冷过程

通俗的来讲，汽车系统的制冷循环可以分为一下几个步骤：

（1） 用户按操作程序启动汽车空调系统之后，压缩机在发动机带动下开始工作，驱使制冷剂（R134a，一种环保型制冷剂，不会破坏臭氧层、无毒性、无刺激、不燃烧、无腐蚀性）在密封的空调系统中循环流动，压缩机将气态制冷剂压缩成高温高压的制冷剂气体后排出压缩机。

（2） 高温高压制冷剂气体经管路流入冷凝器后，在冷凝器内散热、降温，冷凝成高温高压的液态制冷剂流出。

（3） 高温高压液态制冷剂经管路进入干燥储液器内，经过干燥、过滤后流进膨胀阀。

（4） 高温高压液态制冷剂经膨胀阀节流，状态发生急剧变化，变成低温低压的液态制冷剂。

（5） 低温低压液态制冷剂立即进入蒸发器内，在蒸发器内吸收流经蒸发器的空气热量，使空气温度降低，吹出冷风，产生制冷效果，制冷剂本身因吸收了热量而蒸发成低温低压的气态制冷剂。

（6） 低温低压的气态制冷剂经管路被压缩机吸入，进行压缩，进入下一个循环，只要压缩机连续工作，制冷剂就在空调系统中连续循环，产生制冷效果；压缩机停止工作，空调系统内制冷剂随之停止流动，不产生制冷效果。

冷媒膨胀压缩过程周而复始的进行下去，便可达到降低蒸发器周围空气温度的目的。

图1 制冷系统原理图

2 台达E系列变频器汽车空调系统解决方案

汽车空调技术的不断发展，压缩机蒸发机的技术也在不断的进步，而且随着节能环保的呼声越来越高，台达机电在此大环境下，凭借其在电机驱动领域的技术领先优势，提供了其在汽车空调行业的变频驱动解决方案。嵌入简易型PLC的台达E系列智能化变频器对于车载经凑型和经济型驱动控制要求，具有很好的适用性。

2.1 变频制冷系统

图2 系统控制图

变频制冷系统控制如图2所示。系统采用台达E 系列 15KW变频器驱动压缩机，7.5KW变频器驱动蒸发机。变频器蓄电池共线母线检测供电电压值，由内部PLC程序进行运算，决定此时压缩机和蒸发机应该工作在那种状态，来得出变频器的输出频率值。同时外部PLC通过温度传感器检测回来的模拟量，及控制器设定的温度值，来计算出变频器应该工作的频率，使变频器加速或减速，以调节车内的温度变化，达到车内温度自动调节的目的。

2.2 电控系统设计

由于汽车电气属于直流供电系统，所以变频器应该可以直接使用直流供电。台达E 系列

变频器可以直流母线共线使用，所以也是可以直接由直流供电的，但考虑到只是单纯的使用直流供电，所以还是建议客户将正负接在E系列变频器power input的R T端子，这样既可以做到防呆作用，还能防止变频器母线电压回灌。

另外，如果变频器的供电过高或过低都会造成故障报警，而汽车的电源系统电压一般都比较低，所以为了使系统能够正常工作，在为汽车空调设计的专用变频器的低电压报警准位

就会比标准的变频器要低一些。汽车空调电控系统如图3所示。汽车空调电控系统工程实物如图4 所示。

图3 汽车空调电控系统原理

图4 汽车空调实际系统图

3 输出频率流程图

空调系统工作时，首先要检测电压系统的电压，判断是否在正常工作范围之内，正常启动后变频器内部PLC检测的DCBUS（直流母线）值，然后根据设定好的V/F曲线计算所要输出的频率，控制根据空调控制器设定的温度值转化后送到控制PLC，PLC再将其转换为0~10V的模拟量信号送到变频器的AVI，即变频器的频率命令，变频器比较两种频率命令值的大小，然后根据较小的频率指令进行输出。变频制冷PLC控制流程如图5所示。

图5 变频制冷PLC控制流程

4 结束语

台达E 系列变频器内部PLC容量可到500steps，因此对于小系统的顺序控制或简单的检测，能完全满足要求，所以就省去了外挂PLC的成本，同时，由于PLC是内嵌在变频器里面，就没有兼容性和通讯等问题的存在，因此使用起来非常方便。