自動控制系統(tǒng)在鐵路機(jī)車優(yōu)化運(yùn)用研究

摘要：現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，對鐵路信號技術(shù)產(chǎn)生了重要影響，為形成現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)提供了條件。鐵路機(jī)車自動控制系統(tǒng)（簡稱列控系統(tǒng)）是計算機(jī)、通信、控制等信息技術(shù)與信號技術(shù)的一個高水平集成與融合的產(chǎn)物。本文主要分析了鐵路列車控制系統(tǒng)分類;鐵路機(jī)車控制系統(tǒng)地車信息傳遞方式和優(yōu)化運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：自動控制系統(tǒng);鐵路機(jī)車;自動化

隨著鐵路運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)越來越重，鐵路機(jī)車運(yùn)行速度越來越高，保證運(yùn)輸安全的問題也越來越突出。完全靠人工瞭望、人工駕駛列車已經(jīng)不能保證行車安全了，即使裝備了機(jī)車信號和自動停車裝置，也只能在列車一般速度運(yùn)行條件下保證安全，無法實(shí)現(xiàn)高速列車的安全保證，因?yàn)樗鼈儾荒芡瓿煞乐钩傩熊嚭兔斑M(jìn)信號的現(xiàn)象。因此，需要研究列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對列車間隔和速度的自動控制，進(jìn)一步提高運(yùn)輸效率，保證行車安全。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，不是簡單的設(shè)備改進(jìn)可以完成的，需要解決許多關(guān)鍵技術(shù)問題，例如：車-地之間大容量、實(shí)時、可靠信息傳輸，列車定位，列車精確、安全控制等。需要車載設(shè)備、軌旁設(shè)備、車站控制、調(diào)度指揮、通信傳輸?shù)认到y(tǒng)良好的配合才能實(shí)現(xiàn)，如果把前面討論的系統(tǒng)稱為傳統(tǒng)鐵路信號系統(tǒng)，那么，以現(xiàn)代列車運(yùn)行控制技術(shù)為核心的信號系統(tǒng)可以稱為現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)。鐵路機(jī)車運(yùn)行控制系統(tǒng)定義：由列控中心、閉塞設(shè)備、地面信號設(shè)備、地車信息傳輸設(shè)備、車載速度控制設(shè)備構(gòu)成的用于控制列車運(yùn)行速度保證行車安全和提高運(yùn)輸能力的控制系統(tǒng)。

一、鐵路列車控制系統(tǒng)分類

西方發(fā)達(dá)國家在列控系統(tǒng)研究方面已有較長發(fā)展歷史，比較成功的列控系統(tǒng)主要有：日本新干線ATC系統(tǒng)，法國TGV鐵路和韓國高速鐵路的TVM300及TVM430系統(tǒng)，德國及西班牙鐵路采用的LZB系統(tǒng)，及瑞典鐵路的EBICA900系統(tǒng)等。上述列車控制系統(tǒng)都具有自己的特點(diǎn)、不同的技術(shù)條件和適應(yīng)范圍，因此，列控系統(tǒng)可以分成許多類型。

（1）按照地車信息傳輸方式分類：①連續(xù)式列控系統(tǒng)。如：德國LZB系統(tǒng)、法國TVM系統(tǒng)、日本數(shù)字ATC系統(tǒng)。連續(xù)式列控系統(tǒng)的車載設(shè)備可連續(xù)接收到地面列控設(shè)備的車-地通信信息，是列控技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展的主流。采用連續(xù)式列車速度控制的日本新干線列車追蹤間隔為5min，法國TGV北部線區(qū)間能力甚至達(dá)到3min。連續(xù)式列控系統(tǒng)可細(xì)分為階梯速度控制方式和曲線速度控制方式。②點(diǎn)式列控系統(tǒng)。如：瑞典EBICAB系統(tǒng)。點(diǎn)式列控系統(tǒng)接收地面信息不連續(xù)，但對列車運(yùn)行與司機(jī)操縱的監(jiān)督并不間斷，因此也有很好的安全防護(hù)效能。③點(diǎn)一連式列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。如：CTCS2級，軌道電路完成列車占用檢測及完整性檢查，連續(xù)向列車傳送控制信息。點(diǎn)式信息設(shè)備傳輸定位信息、進(jìn)路參數(shù)、線路參數(shù)、限速和停車信息。（2）控制模式分，分為兩種類型：①階梯控制方式。出口速度檢查方式，如：法國TVM300系統(tǒng)入口速度檢查方式，如：日本新干線傳統(tǒng)ATC系統(tǒng)②速度—距離模式曲線控制方式。速度-距離模式，如：德國LZB系統(tǒng)，日本新干線數(shù)字ATC系統(tǒng)（3）按照人機(jī)關(guān)系來分類，分為兩種類型：①設(shè)備優(yōu)先控制的方式。如：日本新干線ATC系統(tǒng)。②司機(jī)優(yōu)先控制方式。如：法國TVM300/430系統(tǒng)、德國LZB系統(tǒng)（4）按照閉塞方式：固定閉塞、移動閉塞（5）按照功能、人機(jī)分工和自動化程度分：列車自動停車（Automatic Train Stop簡稱ATS）系統(tǒng);列車超速防護(hù)（Automatic Train Protection 簡稱ATP）系統(tǒng);列車自動控制（Automatic Train Control 簡稱ATC）系統(tǒng);列車自動運(yùn)行（Automatic Train Operation簡稱ATO）

二、鐵路機(jī)車控制系統(tǒng)地車信息傳遞方式和優(yōu)化運(yùn)用？

（一）鐵路機(jī)車控制系統(tǒng)車地間傳輸媒介種類及優(yōu)點(diǎn)

鐵路機(jī)車控制系統(tǒng)車地間傳輸媒介種類主要包括以下幾種方式：（一）點(diǎn)式設(shè)備（1）應(yīng)答器方式（2）點(diǎn)式環(huán)線點(diǎn)式傳遞方式是在地面某些固定點(diǎn)，如閉塞分區(qū)分界點(diǎn)處，向車上傳遞信息，這種制式傳遞信息的量大。點(diǎn)式傳遞信息方式的缺點(diǎn)是機(jī)車只有通過地面應(yīng)答器點(diǎn)處才能得到列車運(yùn)行前方的信息，這一信息將一直保持到通過下一個地面點(diǎn)。后續(xù)列車接收到的地面信息不能隨著前行列車的位置及時改變。（二）軌道電路（1）模擬軌道電路ZPW_2000A（UM）（2）數(shù)字編碼軌道電路？利用軌道電路，通過機(jī)車上安裝的傳感器可以連續(xù)的接受到地面?zhèn)鬟f的信息，接收的信息可以隨前行列車位置的變化而變化。（三）無線傳輸，基于通信技術(shù)的列車控制（Communication Based Train Control，CBTC）系統(tǒng)是一種采用先進(jìn)的通信和計算機(jī)技術(shù)，連續(xù)控制、監(jiān)測列車運(yùn)行的移動閉塞方式。它擺脫了用軌道電路判別對閉塞分區(qū)占用與否，突破了固定閉塞的局限性，具有更大的技術(shù)優(yōu)越性。CBTC系統(tǒng)特點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)地車間的實(shí)時雙向通信，信息量大;②減少軌旁設(shè)備;③不增加地面設(shè)備而實(shí)現(xiàn)線路列車雙向運(yùn)行;④克服地對車信息跳變的缺點(diǎn)，提高列車運(yùn)行平穩(wěn)性，可適應(yīng)各種類型/車速的列車;⑤可以實(shí)現(xiàn)移動閉塞，以及節(jié)能控制、優(yōu)化列車運(yùn)行統(tǒng)計處理、縮短運(yùn)行時分等目標(biāo)控制;⑥確立“信號通過通信”的新理念。

（二）鐵路機(jī)車控制系統(tǒng)速度控制方式和優(yōu)點(diǎn)

鐵路機(jī)車控制系統(tǒng)速度控制方式和優(yōu)點(diǎn)主要有（1）分級速度控制;（2）目標(biāo)距離模式曲線。分級速度控制的特點(diǎn)：是以一個閉塞分區(qū)為單位，根據(jù)列車運(yùn)行的速度分級，在一個閉塞分區(qū)內(nèi)只控制一個速度等級，是按照一種速度判斷列車是否超速，對列車進(jìn)行速度控制，有階梯式和曲線式兩種控制方式。目標(biāo)距離模式曲線特點(diǎn)：其反應(yīng)了列車在各個位置的允許速度值，根據(jù)目標(biāo)速度，線路參數(shù)，列車參數(shù)，制動性能等確定的反映列車允許速度與目標(biāo)距離間關(guān)系的曲線。

（三）鐵路機(jī)車控制系統(tǒng)測速方法及特點(diǎn)

鐵路機(jī)車控制系統(tǒng)測速方法及特點(diǎn)主要有，測速方法有：測速發(fā)電機(jī)，脈動式速度傳感器（編碼器），雷達(dá)測速（多普勒效應(yīng)）三種？測速發(fā)電機(jī)安裝在車輪外側(cè)，發(fā)電機(jī)所產(chǎn)主交流電壓的頻率與列車速度（車輪的轉(zhuǎn)速）成正比，然后經(jīng)過頻率——電壓的變換，把列車實(shí)際運(yùn)行的速度換為電壓。對車輪旋轉(zhuǎn)計數(shù)，需在軸承蓋上安裝信號發(fā)生器。車輪每轉(zhuǎn)一周，發(fā)生器輸出一定數(shù)量的脈沖或方波信號，對發(fā)生器輸出信號計數(shù)，測出脈沖或方波的頻率即可得出列車運(yùn)行速度。利用雷達(dá)測速，可以不從車輪旋轉(zhuǎn)獲得信息。因此可以有效地克服空轉(zhuǎn)和滑行等因素產(chǎn)生的誤差。在機(jī)車上安裝雷達(dá)，它始終向軌面發(fā)射電磁波，由于機(jī)車和軌面之間有相對運(yùn)動，因此在發(fā)射波和反射波間產(chǎn)生頻差，通過車輛頻差可以計算出機(jī)車的運(yùn)行速度，并累計求出走行距離。

三、結(jié)語

實(shí)現(xiàn)鐵路機(jī)車的自動化控制，可以在很大程度上保證，這個交通系統(tǒng)的高效合理的運(yùn)行，同時還能在最大程度上保證列車的安全運(yùn)行。在自動控制中信息的安全傳輸關(guān)系到整個軌道交通安全，所以應(yīng)該加大對方面的研究，提高自動控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)軌道交通的安全可靠運(yùn)行。

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作者簡介：高宏運(yùn)（1980-3）男，漢族，沈陽中國鐵路沈陽局集團(tuán)有限公司科學(xué)技術(shù)研究所，高級工程師，研究方向：機(jī)電一體化.