列車運行控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、磁懸浮列車運行控制系統(tǒng)的構(gòu)想與設(shè)計學 院： 交通運輸 專 業(yè)： 鐵道運輸 學生姓名： 學 號： 指導(dǎo)教師： 北京交通大學2022年3月中文摘要摘要:本篇簡單介紹了磁懸浮列車的特點及對列控系統(tǒng)的要求，磁懸浮列車列控系統(tǒng)的特點以及磁懸浮列車應(yīng)當具有的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備。關(guān)鍵詞:磁懸浮列車；超速防護；列車定位；列車測速；車地信息傳輸目 錄中文摘要 2目 錄31 磁懸浮列車簡介41.1 磁懸浮列車的特點41.2 磁懸浮對列車運行控制系統(tǒng)的基本要求42 列車運行控制系統(tǒng)52.1 列車運行控制系統(tǒng)一般類型及速度防護模式52.2 磁懸浮列車運行控制系統(tǒng)53 關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備83.1 列車定位和測速技術(shù)83.2 車

2、地間信息傳輸94 結(jié)語101.磁懸浮列車簡介磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力（即磁的吸力和斥力）來推動的列車。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，行走時不同于其他列車需要接觸地面，因此只受來自空氣的阻力。1.1磁懸浮列車的特點磁懸浮列車是依靠電磁吸力或電動斥力將列車懸浮于空中并進行導(dǎo)向，實現(xiàn)列車與地面軌道間的無機械接觸，再利用線性電機驅(qū)動列車運行。鐵軌與車輛不接觸，運行速度快，而且運行平穩(wěn)、舒適，易于實現(xiàn)自動控制；無噪音，無有害的廢氣，有利于環(huán)境保護；可節(jié)省建設(shè)經(jīng)費；運營、維護和耗能費用低。1.2磁懸浮對列車運行控制系統(tǒng)的基本要求基于磁懸浮列車的上述特點和工作原理，其列車運行控制系統(tǒng)必須滿足以下幾點基本

3、要求： 1.駕駛功能：參照現(xiàn)代鐵路高速列車與民航客機現(xiàn)行的控制系統(tǒng)，在將來磁懸浮列車投入運營時應(yīng)采用自動控制為主人工控制為輔的控制方式。具體包括自動懸浮控制功能、電力牽引控制功能、電力制動與機械制動控制功能、車門控制功能、電源控制功能、輔助設(shè)備控制功能。2.保護功能：保護功能參考鐵路高速列車現(xiàn)行控制系統(tǒng)與法國、德國以及日本等國系統(tǒng)，應(yīng)采用全自動移動閉塞的方式。其基本功能應(yīng)包括以下幾方面：進站保護功能、曲線限速保護功能、超速防護功能、對駕駛誤操作自動保護功能。3.監(jiān)視功能：監(jiān)視系統(tǒng)也采用全自動方式，具體包括：速度測量和列車定位功能、進站檢測功能、全列車狀態(tài)檢測與顯示功能、故障診斷功能。2.列車運

4、行控制系統(tǒng)2.1列車運行控制系統(tǒng)一般類型及速度防護模式列車運行控制系統(tǒng)是將先進的控制技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)與鐵路信號技術(shù)溶為一體的行車指揮、控制、管理自動化系統(tǒng)。它是現(xiàn)代鐵路保障行車安全、提高運輸效率的核心。如按照閉塞方式分：有固定閉塞、移動閉塞。如按照功效、人機分工和列車運行控制系統(tǒng)化程度分：1.列車運行控制(ATS)系統(tǒng)；ATS是一種只在停車信號(紅燈)前實施列車速度控制的裝備，是在非速差式信號系統(tǒng)下的產(chǎn)品，歸屬列車速度控制的低級階段。2.列車超速防護(ATP)系統(tǒng)；列車自動防護系統(tǒng)可對列車運行速度進行實時監(jiān)督，當列車運行速度超過最大允許速度時，自動控制列車實施常用全制動或緊急制動，使

5、列車停在顯示禁止信號的信號機或停車標前方。通俗地說，一般ATP系統(tǒng)不包含列車的自動加速和自動減速，只是起到超速防護的目的，在國內(nèi)也將ATP系統(tǒng)叫成列車超速防護系統(tǒng)。3.列車運行控制(ATC)系統(tǒng)；鐵路列車運行自動控制系統(tǒng)可根據(jù)行車指揮命令、線路參數(shù)、列車參數(shù)等實時監(jiān)督列車運行速度，通過控制列車多級常用制動，自動降低列車運行速度，保證行車安全。列車運行自動控制系統(tǒng)是比列車超速防護系統(tǒng)高一級的列車自動控制系統(tǒng)，它可替代司機的部分操作。2.2磁懸浮列車運行控制系統(tǒng)磁懸浮OCS的基本功能和ATC相似，也可以分為這幾個部分由于磁懸浮列車特殊的運行機理，對它的運行控制系統(tǒng)提出了特殊的要求，比如由同步控制產(chǎn)

6、生的測速定位的精度要求、自動控制產(chǎn)生的大容量信息傳輸要求等。在傳統(tǒng)輪軌鐵路中，閉塞的出現(xiàn)完全是為了保證列車安全運行間隔，防止發(fā)生列車碰撞。閉塞可分為固定閉塞和移動閉塞兩種固定閉塞就是將線路分成固定的區(qū)段，每個區(qū)段為一個閉塞分區(qū)，當分區(qū)內(nèi)有列車占用時，其他列車不能進人，以避免發(fā)生列車碰撞移動閉塞則是基于無線通信的一種技術(shù)，它的出現(xiàn)主要是為了在保證列車安全的情況下提高線路行車密度。在移動閉塞情況下，后行列車的位置不受固定區(qū)段的限制，只與前行列車的位置有關(guān)，保證了列車最小運行間隔。在磁懸浮交通中，列車運行間隔等于一個供電區(qū)段的長度，這是由一個變電所只能控制一輛列車決定的。其供電區(qū)段為一個閉塞分區(qū)(與

7、輪軌鐵路的閉塞概念相同)，當供電區(qū)段有列車占用時，后行列車不允許進人分區(qū)開放條件不同，磁懸浮閉塞分區(qū)開放條件為：1.線路被清空。2.閉塞區(qū)間中沒有列車占用。3.完成了分區(qū)間的電源切換。由于列車的驅(qū)動由列車經(jīng)過的區(qū)段供電進行控制，在供電區(qū)段開關(guān)控制正常的情況下，后行列車是無法闖人被占用區(qū)段的，這就在很大程度上避免了列車碰撞事件的發(fā)生。無論ATC還是 OCS都會對列車的最大速度進行監(jiān)督，一旦發(fā)生超速將啟動制動裝置。傳統(tǒng)列車的速度防護采用分級控制或速度模式曲線控制方式，模式曲線控制方式最符合列車制動過程，能進一步縮短列車運行間隔距離，是各國系統(tǒng)發(fā)展的共同趨勢.模式曲線控制方式在不同的閉塞方式下有不同

8、的距離一速度控制曲線在移動閉塞情況下，控制的目標距離在前行列車所在位置，因此這種情況能獲得列車最小運行間隔。磁懸浮列車采用前行車所在閉塞分區(qū)的人日為目標點的速度距離模式控制方式，被稱為準移動閉塞方式。 參考我國高速鐵路現(xiàn)行的CTCS系列列控系統(tǒng)的經(jīng)驗，基于之前論述的磁懸浮列車列控系統(tǒng)的駕駛功能。磁懸浮列控系統(tǒng)應(yīng)類似CTCS4級系統(tǒng)，完全基于無線控制和通信，衛(wèi)星定位，無須地面信號設(shè)備；車載列車完整性檢查；實現(xiàn)移動閉塞，提高運輸能力。具體表現(xiàn)為：1.自動懸浮控制功能：通過自動控制與車地感應(yīng)系統(tǒng)保證列車平穩(wěn)正常的懸浮與運行。2.電力牽引控制功能：由大型電腦控制軌道交變電流的變化，增加精準度保證列車獲

9、得穩(wěn)定的前進動力。3.電力制動與機械制動控制功能：可采用機械制動與電力再生制動兩種方式協(xié)同作用，保證停車距離的同時達到節(jié)能的效果。4.車門控制功能：保證列車停靠站是車門順暢開啟以及在運行過程中與外界環(huán)境隔離。應(yīng)輔以手動開關(guān)，以應(yīng)對突發(fā)情況。5.電源控制功能：利用列車移動自行發(fā)電，控制車廂內(nèi)各電力設(shè)備正常工作。包括照明、空調(diào)、換氣等。從而達到節(jié)省電能的目的6.輔助設(shè)備控制功能：包括無線通訊，以及與客戶服務(wù)相關(guān)的功能。高速鐵路現(xiàn)行的CTCS4級速度防護系統(tǒng)中，由地面無線閉塞中心(RBC）和車載設(shè)備完成列車占用檢測及完整性檢查，點式信息設(shè)備提供列車用于測距修正。其他方式同CTCS3級系統(tǒng)?，F(xiàn)階段適用

10、300km/h及以上高速客運專線，并在應(yīng)用中表現(xiàn)良好。為適應(yīng)磁懸浮列車的特點，經(jīng)過一系列技術(shù)改造，可將此類無線移動閉塞方式應(yīng)用到未來的磁懸浮列車速度防護中。具體表現(xiàn)為：1.進站保護功能：參考地鐵采用的制動方式，通過協(xié)調(diào)機械制動與電力再生制動，控制列車進站速度和?？课恢茫龅骄珳释Ｕ?。自動化為主，人工制動為輔的方式，減小駕駛員工作量，盡可能避免人工失誤，提高列車運行舒適性。2.曲線限速保護功能：采用移動閉塞方式和曲線限速保護方式。此類方式通過區(qū)段總控制室協(xié)調(diào)各車速度與距離，采用無線傳輸，最大程度釋放線路運能。3.超速防護功能：列車速度防護系統(tǒng)通過列車自帶速度檢測裝置實時獲取列車運行瞬時速度，并與

11、控制系統(tǒng)發(fā)布的安全速度和區(qū)段頂棚速度相比較。確保列車在安全速度下運行。4.對駕駛誤操作自動保護功能：當出于突發(fā)事件由自動駕駛轉(zhuǎn)為人工駕駛時，計算機不是停止工作，而是后臺監(jiān)控人工駕駛操作。一旦出現(xiàn)操作失誤，計算機馬上提示駕駛員更改操作，為列車運行增加雙保險。3.關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備3.1列車定位和測速技術(shù)傳統(tǒng)輪軌列車測量列車速度和位置的方法有兩類，第一類是利用各種軌道電路進行測速，第二類為非軌道電路列車檢測法。非軌道電路法包括異頻雷達收發(fā)機、衛(wèi)星定位法，多普勒雷達測速等各種軌道電路由于其自身的優(yōu)點在現(xiàn)代鐵路中仍是使用最廣泛的一種方式。但它的信息處理能力遠不如非軌道電路法，無法滿足高速列車運行對測速和定

12、位的要求，所以一些控制系統(tǒng)利用全球定位系統(tǒng)獲取位置信息，以查詢應(yīng)答器作為絕對位置參考點進行位置校正。無論是在高速輪軌鐵路還是磁懸浮交通中，準確實時的定位測速對運行安全都至關(guān)重要。對磁懸浮交通而言它還是列車驅(qū)動的需要，這與磁懸浮列車的運行機理有關(guān)。磁懸浮列車采用的是長定子線性同步電機進行驅(qū)動和制動，驅(qū)動還是制動，取決于車上勵磁相對于地面線圈產(chǎn)生的電磁回線的極位，當?shù)孛婢€圈產(chǎn)生的行波相位超前于車上勵磁時，列車加速，反之則制動。因此要控制列車運行并保證最大的驅(qū)動和制動力，必須保證定位精確并且連續(xù)，要求定位誤差小于12mm。另外，由于變電所僅向列車經(jīng)過的區(qū)段供電，其供電區(qū)段的開關(guān)控制也要求高精度連續(xù)的

13、位置檢測。在磁懸浮交通中，由于磁懸浮列車與軌道完全無機械接觸，無軌道電路可以利用，它的定位測速可以采用非軌道電路法以及根據(jù)磁懸浮特點研究的新的方法。在德國TVE試驗線上，采用了定子組齒槽定位和車輛位置增量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行定位。日本高速磁懸浮的測速定位由測速定位系統(tǒng)完成，該系統(tǒng)由車載設(shè)備和地面設(shè)備組成，采用無線感應(yīng)環(huán)線方式。其原理為:車載設(shè)備中的位置信號振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩信號，列車運行中通過車上的矩形線圈向地面矩形感應(yīng)線圈發(fā)送信號，在列車經(jīng)過的地面矩形感應(yīng)線圈中感應(yīng)出高頻信號，由與地面感應(yīng)線圈相連的定位器接收處理后測定列車的位置和速度，然后傳給路邊的控制中心，而不需第4期高速磁懸浮列車運行控制與

14、傳統(tǒng)輪軌列車運行控制的比較要從車上將位置速度信息傳到地面這種方式可以實現(xiàn)位置的連續(xù)測量，其測量精度很高，誤差僅在幾個毫米。另外采用漏泄同軸電纜作系統(tǒng)的冗余設(shè)備。3.2車地間信息傳輸根據(jù)車地信息交互傳輸技術(shù)方式，可將車地傳輸技術(shù)分成點式交互傳輸和連續(xù)式交互傳輸兩大類。點式交互傳輸方式-是指在線路上的若干分散點布設(shè)感應(yīng)設(shè)備，只有通過點感應(yīng)設(shè)備時才能實現(xiàn)地車信息交互傳送的方式，點式交互傳輸主要技術(shù)-采用感應(yīng)器（線圈）或應(yīng)答器等設(shè)備的技術(shù)。連續(xù)式交互傳輸方式-在地面與列車間建立連續(xù)的信息交互傳輸通道，連續(xù)不斷地及時進行車地間信息交互傳輸，連續(xù)式交互傳輸主要技術(shù)-采用移頻軌道電路、交叉軌道電纜和無線通信

15、網(wǎng)GSM-R、泄漏同軸電纜、毫米波等設(shè)備的技術(shù)。在輪軌交通中，對信息傳輸?shù)囊笥幸粋€發(fā)展的過程在固定閉塞的情況下，編碼的軌道電路是列車進行中車上與地面信息傳輸?shù)闹饕ǖ?，軌道查詢?yīng)答器、軌間電纜等作為列車位置參考點為列車提供絕對位置信息。列車的運行權(quán)限在列車通過定點位置時由地面以機車信號的形式發(fā)送給列車。在這種情況下信息傳輸量相對較小，信息的傳輸屬點式傳輸。而在基于無線通信的移動閉塞情況下，需要列車將位置和速度信息連續(xù)地傳給無線閉塞中心(RBC),RBC再將運行權(quán)限和限速等信息發(fā)送給列車。為了滿足信息傳輸需求并減少路邊設(shè)備和設(shè)備成本，采用了無線傳輸為主，查詢應(yīng)答器為絕對位置參考點的信息傳輸方式。無論輪軌交通還是磁懸浮交通，傳輸?shù)男畔⒋笾驴煞譃閮深?安全信息和非安全信息。安全信息直接關(guān)系到列車的運行安全，因此它的信息的確定和傳輸一般采用冗余通道來保證安全.安全信息主要包括列車的位置和速度信息、速度限制信息、運行權(quán)限等，非安全信息包括旅客服務(wù)信息等一般來說，系統(tǒng)的自動化程度越高，對信息傳輸?shù)囊笠簿驮礁摺τ诖艖腋×熊?，它的運行控制主