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軌道交通自動(dòng)化應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展

2023/8/12 15:05:03

   鐵路自動(dòng)化主要包含信號(hào)控制系統(tǒng)、隧道監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)車車輛、電力監(jiān)控系統(tǒng)、站控系統(tǒng)、線路設(shè)備監(jiān)控、鋪路/養(yǎng)路機(jī)械等七個(gè)子系統(tǒng)。
信號(hào)控制系統(tǒng)
   傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)主要包括車站聯(lián)鎖設(shè)備、區(qū)間閉塞設(shè)備、編組站駝峰控制系統(tǒng)、行車調(diào)度控制系統(tǒng)和改造以及由機(jī)車信號(hào)和超速防護(hù)系統(tǒng)組成的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)組成。
   隨著列車速度的不斷提高，傳統(tǒng)信號(hào)控制系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖已經(jīng)逐漸取代繼電器聯(lián)鎖，成為車站聯(lián)鎖設(shè)備發(fā)展的方向。技術(shù)引進(jìn)使得各種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)廣泛應(yīng)用，比如Siemens的SICAS聯(lián)鎖、Alcatel的VCC聯(lián)鎖、Alstom的VPI聯(lián)鎖、USSI的MICROLOCK聯(lián)鎖、Westinghouse的SESTRACE聯(lián)鎖、Bombardier的EBILOCK聯(lián)鎖技術(shù)。一批系統(tǒng)集成商也迅速成長(zhǎng)，比如中國(guó)通號(hào)集團(tuán)、北京交大微聯(lián)科技有限公司、合肥工大高科信息技術(shù)有限責(zé)任公司、卡斯柯信號(hào)有限公司、北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司、北京唐吉森自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)公司等。
   區(qū)間閉塞設(shè)備從最原始的路簽閉塞已經(jīng)發(fā)展到無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞。ZPW-2000A自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的應(yīng)用加快了鐵路自動(dòng)閉塞制式的統(tǒng)一，大幅度減少了調(diào)諧區(qū)死區(qū)長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)調(diào)諧單元的斷線檢查和對(duì)拍頻信號(hào)干擾的保護(hù)，大大提高了傳輸?shù)陌踩�。在控制設(shè)備上，用單片微機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理芯片代替晶體管分立元件和小規(guī)模集成電路，提高了發(fā)送移頻信號(hào)頻率的精度和接收移頻信號(hào)的抗干擾能力。新型的ZPW-2000R型無(wú)絕緣自動(dòng)閉塞系統(tǒng)采用了DSP技術(shù)，使系統(tǒng)調(diào)諧區(qū)檢查的問(wèn)題得到較好的解決。
   編組站駝峰控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了路網(wǎng)性編組站駝峰自動(dòng)化。目前，駝峰信號(hào)控制系統(tǒng)正向綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展，其控制技術(shù)包括車輛溜放進(jìn)路、溜放速度及機(jī)車推峰速度等的自動(dòng)控制。在編組站采用駝峰解體作業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)、駝峰調(diào)車場(chǎng)尾部平面調(diào)車計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、編組站各車場(chǎng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、編組站車輛信息管理系統(tǒng)、樞紐調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)、編組站車輛實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)、編組站實(shí)時(shí)信息網(wǎng)、站內(nèi)調(diào)車無(wú)線指揮系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)編組站調(diào)度、管理、作業(yè)的全盤綜合自動(dòng)化。
   行車調(diào)度控制系統(tǒng)（CTC）也由原來(lái)的繼電系統(tǒng)、半導(dǎo)體分立元件、集成電路時(shí)代發(fā)展到現(xiàn)在以計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)為基礎(chǔ)的微機(jī)自動(dòng)化時(shí)代。高速鐵路由于速度快、發(fā)車間隔小等特點(diǎn)，普遍采用新型的分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)技術(shù)，分為網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)和調(diào)度命令無(wú)線傳輸系統(tǒng)兩個(gè)方面，無(wú)線設(shè)備得到快速應(yīng)用。
   列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS）已由列車自動(dòng)停車時(shí)期發(fā)展到了列車超速防護(hù)時(shí)期，這一問(wèn)題在高速鐵路系統(tǒng)中尤為重要，鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)正向真正意義上的數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化、現(xiàn)代化方向邁進(jìn)。
隧道監(jiān)控系統(tǒng)
   當(dāng)前隧道監(jiān)控模式主要分為兩種：一種是適用于短隧道的集散式控制模式，一種是適用于長(zhǎng)隧道的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式。前者布線復(fù)雜，造價(jià)較高，由中控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施進(jìn)行控制與管理；后者施工方便，不但造價(jià)較低，而且可靠性較高，其又可分為全分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制和集中式現(xiàn)場(chǎng)總線控制。全分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式，中控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施不直接進(jìn)行控制，由現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)施的控制器進(jìn)行控制。分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成來(lái)看，一般分3個(gè)層次：上層為中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即本地控制中心，中間是由各區(qū)域控制器組成的控制層，下層為各種檢測(cè)設(shè)備和控制及誘導(dǎo)設(shè)備組成的設(shè)備層。
   鐵路隧道監(jiān)控系統(tǒng)一般由中心站、隧道外控制室、隧道內(nèi)系統(tǒng)分站和傳感器等四部分組成。系統(tǒng)中心站實(shí)行雙機(jī)熱備，全天候監(jiān)控。隧道內(nèi)由系統(tǒng)分站、電源箱、傳感器、風(fēng)速及列車檢測(cè)器組成。
    目前隧道監(jiān)控系統(tǒng)是典型的傳統(tǒng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。根據(jù)隧道長(zhǎng)度的不同，所構(gòu)成的系統(tǒng)規(guī)模也有較大差異：在特長(zhǎng)隧道以及隧道變電站中一般需要選用高性能雙機(jī)熱備冗余的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；而在短隧道以及現(xiàn)場(chǎng)條件較好的工況下，往往是用經(jīng)濟(jì)型的PLC做主控，比如Omron的CS1系列、Siemens的S7-300系列等。
隧道監(jiān)控系統(tǒng)中主要自動(dòng)化系統(tǒng)
   機(jī)車車輛
雖然電氣化鐵路的建設(shè)成本很高，但是由于電力動(dòng)車組和電力機(jī)車的運(yùn)作成本比內(nèi)燃機(jī)車低，而且電氣化列車的加速性能及再生制動(dòng)能力都比較好，因此十分適合在乘客密集的客運(yùn)線上使用。絕大部分的高速鐵路都是以電力推動(dòng)，因?yàn)樗鼈兯枰拇髣?dòng)能很難完全由放在車上的發(fā)動(dòng)機(jī)直接產(chǎn)生。電力機(jī)車的供電電壓很高，可以減少饋線用銅量。隨著接觸網(wǎng)供電電壓的升高和人們對(duì)節(jié)能的要求逐步升高，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展，目前，先進(jìn)的VVVF技術(shù)已經(jīng)廣泛用在電力機(jī)車電機(jī)上。
   由于鐵路機(jī)車及車輛由專門機(jī)車車輛廠提供，自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)這些OEM廠商進(jìn)入市場(chǎng)，中國(guó)目前發(fā)展的高速鐵路機(jī)車車輛技術(shù)主要為龐巴迪、西門子和阿爾斯通體系，生產(chǎn)企業(yè)則主要是南、北車集團(tuán)旗下的制造廠。
   電力監(jiān)控系統(tǒng)
作為電氣化鐵路發(fā)展的新趨勢(shì)，高速鐵路對(duì)電力系統(tǒng)提出了新的要求，主變電站、牽引供電系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)的SCADA成為保障列車安全運(yùn)行的必要條件。
   站控系統(tǒng)
   車站監(jiān)控系統(tǒng)主要包括對(duì)車站、區(qū)間的通風(fēng)、空調(diào)、給排水、照明以及自動(dòng)扶梯等設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控和管理，以確保鐵路環(huán)境的安全和舒適。
其主要組成部分有：（1）中央控制室：進(jìn)行全線的環(huán)境狀況和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，必要的時(shí)候給車站控制室發(fā)布控制命令；（2）車站控制室：進(jìn)行本站所轄環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)，并對(duì)本站所轄設(shè)備進(jìn)行控制；（3）就地（現(xiàn)場(chǎng)）控制設(shè)備：部署在設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)的可以直接進(jìn)行操控的設(shè)備。

    車站監(jiān)控主要包括：MCS（主控系統(tǒng)）、EMCS（環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)）、MCC/IMCC（馬達(dá)控制中心/智能化的馬達(dá)控制中心）
   線路設(shè)備監(jiān)控
高速鐵路的運(yùn)行速度快，隨之而來(lái)的安全問(wèn)題也越來(lái)越突出，這就需要一套相對(duì)完善的系統(tǒng)對(duì)鐵路沿線的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，包括環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、DCC數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、公安信號(hào)、視頻、安防監(jiān)控設(shè)備、消防系統(tǒng)等等，完成這些繁雜子系統(tǒng)需要高速率、高可靠性、高穩(wěn)定性的通信網(wǎng)絡(luò)。
   鋪裝、養(yǎng)路機(jī)械
鋪裝和養(yǎng)護(hù)機(jī)械主要包括鋪軌機(jī)、架橋機(jī)、軌排生產(chǎn)線、機(jī)械化養(yǎng)路車、焊軌機(jī)等種類。這些機(jī)械現(xiàn)在越來(lái)越向大型化、自動(dòng)化程度更高的方向發(fā)展。

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