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轨道交通自动化应用现状与发展
2016-3-15

   铁路自动化主要包含信号控制系统、隧道监控系统、机车车辆、电力监控系统、站控系统、线路设备监控、铺路/养路机械等七个子系统。
信号控制系统
   传统的铁路信号控制系统主要包括车站联锁设备、区间闭塞设备、编组站驼峰控制系统、行车调度控制系统和改造以及由机车信号和超速防护系统组成的列车运行控制系统组成。
   随着列车速度的不断提高,传统信号控制系统得到迅速发展,计算机联锁已经逐渐取代继电器联锁,成为车站联锁设备发展的方向。技术引进使得各种先进的计算机联锁技术广泛应用,比如Siemens的SICAS联锁、Alcatel的VCC联锁、Alstom的VPI联锁、USSI的MICROLOCK联锁、Westinghouse的SESTRACE联锁、Bombardier的EBILOCK联锁技术。一批系统集成商也迅速成长,比如中国通号集团、北京交大微联科技有限公司、合肥工大高科信息技术有限责任公司、卡斯柯信号有限公司、北京和利时系统工程股份有限公司、北京唐吉森自动化设备技术公司等。
   区间闭塞设备从最原始的路签闭塞已经发展到无绝缘移频自动闭塞。ZPW-2000A自动闭塞系统的应用加快了铁路自动闭塞制式的统一,大幅度减少了调谐区死区长度,实现了对调谐单元的断线检查和对拍频信号干扰的保护,大大提高了传输的安全性。在控制设备上,用单片微机和数字信号处理芯片代替晶体管分立元件和小规模集成电路,提高了发送移频信号频率的精度和接收移频信号的抗干扰能力。新型的ZPW-2000R型无绝缘自动闭塞系统采用了DSP技术,使系统调谐区检查的问题得到较好的解决。  
   编组站驼峰控制系统实现了路网性编组站驼峰自动化。目前,驼峰信号控制系统正向综合自动化系统发展,其控制技术包括车辆溜放进路、溜放速度及机车推峰速度等的自动控制。在编组站采用驼峰解体作业过程控制系统、驼峰调车场尾部平面调车计算机联锁系统、编组站各车场计算机联锁系统、编组站车辆信息管理系统、枢纽调度监督系统、编组站车辆实时跟踪系统、编组站实时信息网、站内调车无线指挥系统等先进技术和设备,可实现编组站调度、管理、作业的全盘综合自动化。
   行车调度控制系统(CTC)也由原来的继电系统、半导体分立元件、集成电路时代发展到现在以计算机技术和现代通讯技术为基础的微机自动化时代。高速铁路由于速度快、发车间隔小等特点,普遍采用新型的分散自律调度集中系统技术,分为网络安全防护和调度命令无线传输系统两个方面,无线设备得到快速应用。
   列车运行控制系统(CTCS)已由列车自动停车时期发展到了列车超速防护时期,这一问题在高速铁路系统中尤为重要,铁路信号控制系统正向真正意义上的数字化、信息化、自动化、现代化方向迈进。
隧道监控系统
   当前隧道监控模式主要分为两种:一种是适用于短隧道的集散式控制模式,一种是适用于长隧道的分布式现场总线控制模式。前者布线复杂,造价较高,由中控室对现场设施进行控制与管理;后者施工方便,不但造价较低,而且可靠性较高,其又可分为全分布式现场总线控制和集中式现场总线控制。全分布式现场总线控制模式,中控室对现场设施不直接进行控制,由现场各种设施的控制器进行控制。分布式现场总线控制模式从网络构成来看,一般分3个层次:上层为中央计算机系统,即本地控制中心,中间是由各区域控制器组成的控制层,下层为各种检测设备和控制及诱导设备组成的设备层。
   铁路隧道监控系统一般由中心站、隧道外控制室、隧道内系统分站和传感器等四部分组成。系统中心站实行双机热备,全天候监控。隧道内由系统分站、电源箱、传感器、风速及列车检测器组成。
    目前隧道监控系统是典型的传统自动化控制系统。根据隧道长度的不同,所构成的系统规模也有较大差异:在特长隧道以及隧道变电站中一般需要选用高性能双机热备冗余的PLC,如Omron的CS1 D系列、Schneider的Quantum系列、Rockwell Automation的ControlLogix系列和Siemens的S7-400 417系列;而在短隧道以及现场条件较好的工况下,往往是用经济型的PLC做主控,比如Omron的CS1系列、Siemens的S7-300系列等。
隧道监控系统中主要自动化系统
   机车车辆
虽然电气化铁路的建设成本很高,但是由于电力动车组和电力机车的运作成本比内燃机车低,而且电气化列车的加速性能及再生制动能力都比较好,因此十分适合在乘客密集的客运线上使用。绝大部分的高速铁路都是以电力推动,因为它们所需要的大动能很难完全由放在车上的发动机直接产生。电力机车的供电电压很高,可以减少馈线用铜量。随着接触网供电电压的升高和人们对节能的要求逐步升高,电动机的调速技术迅速发展,目前,先进的VVVF技术已经广泛用在电力机车电机上。
   由于铁路机车及车辆由专门机车车辆厂提供,自动化系统通过这些OEM厂商进入市场,中国目前发展的高速铁路机车车辆技术主要为庞巴迪、西门子和阿尔斯通体系,生产企业则主要是南、北车集团旗下的制造厂。
   电力监控系统
作为电气化铁路发展的新趋势,高速铁路对电力系统提出了新的要求,主变电站、牵引供电系统、变配电系统的SCADA成为保障列车安全运行的必要条件。
   站控系统
   车站监控系统主要包括对车站、区间的通风、空调、给排水、照明以及自动扶梯等设备进行自动化监控和管理,以确保铁路环境的安全和舒适。
其主要组成部分有:(1)中央控制室:进行全线的环境状况和设备运行状态的监控,必要的时候给车站控制室发布控制命令;(2)车站控制室:进行本站所辖环境和设备运行状况的监测,并对本站所辖设备进行控制;(3)就地(现场)控制设备:部署在设备机房内的可以直接进行操控的设备。
  

    车站监控主要包括:MCS(主控系统)、EMCS(环境监控系统)、MCC/IMCC(马达控制中心/智能化的马达控制中心)
   线路设备监控
高速铁路的运行速度快,随之而来的安全问题也越来越突出,这就需要一套相对完善的系统对铁路沿线的相关设备进行监控,包括环境监控系统、DCC数据监控系统、公安信号、视频、安防监控设备、消防系统等等,完成这些繁杂子系统需要高速率、高可靠性、高稳定性的通信网络。
   铺装、养路机械
铺装和养护机械主要包括铺轨机、架桥机、轨排生产线、机械化养路车、焊轨机等种类。这些机械现在越来越向大型化、自动化程度更高的方向发展。

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