磁悬浮列车运行控制系统方案研究

磁悬浮列车运行控制系统方案研究1.磁悬浮列车简介1.1特点磁悬浮列车是当今惟一能达到500km／h运营速度的地面交通工具。作为一种安全、快速、舒适、环保的交通工具，磁悬浮列车将得到不断的发展和普及，我国的磁浮交通事业也将进人一个前所未有的发展阶段。它的出现，打破了轨道交通传统的轮轨接触方式，取消了车轮和传统的动力系统，以电磁力取而代之。它无机械接触，无摩擦和无磨损的特点使列车时速可以达到400公里/时以上，并且其能耗、噪音等又低于传统铁路运输，正是因为磁悬浮铁路存在上述这些优势，它极有可能成为一种比较理想的交通工具，从而为现代交通技术发展开辟一条新途径。1.2运营区域的运输环境及特点磁悬浮列车在运行时不与轨道发生摩擦，发出的噪音较低。磁悬浮列车一般以5米以上的高架通过平地或翻越山丘，从而不可避免开山挖沟对生态环境造成的破坏。磁悬浮列车在路轨上运行，按飞机的防火标准实行配置。由于磁悬浮系统必须辅之以电磁力完成悬浮、导向和驱动，因此在断电情况下列车的安全就不能不是一个要考虑的问题。此外，在高速状态下运行时，列车的稳定性和可靠性也需要长期的实际检验。还有，则是建造时的技术难题。由于列车在运行时需要以特定高度悬浮，因此对线路的平整度、路基下沉量等的要求都很高。而且，如何避免强磁场对人体及环境的影响也一定要考虑到。且建设费用高昂，在磁浮工程全线铺设的均是电缆，要注意工程沿线周围施工安全，并加强对沿线电缆的保护力度，以防止意外事故发生。1.3列车运行控制系统的基本要求高速磁悬浮运行控制系统就如同人的大脑，负责安排整个交通系统安全可靠有效的运转，使磁悬浮列车的特点充分展现出来。目前，仅日本和德国对高速磁悬浮运行控制系统的研究技术比较成熟。其列车运行控制系统必须满足以下几点基本要求：（1）驾驶功能：参照现代铁路高速列车与民航客机现行的控制系统，在将来磁悬浮列车投入运营时应采用自动控制为主人工控制为辅的控制方式。具体包括自动悬浮控制功能、电力牵引控制功能、电力制动与机械制动控制功能、车门控制功能、电源控制功能、辅助设备控制功能。（2）保护功能：保护功能参考铁路高速列车现行控制系统与法国、德国以及日本等国系统，应采用全自动移动闭塞的方式，涵盖进站保护功能、曲线限速保护功能、超速防护功能以及对驾驶误操作自动保护功能。（3）监视功能：监视系统也采用全自动方式，具体包括：速度测量和列车定位功能、进站检测功能、全列车状态检测与显示功能、故障诊断功能。1.4列车运行控制系统的研究趋势与现状德国的磁浮运行控制系统由位于控制中心的中央运行控制系统，位于牵引变电站和轨旁的分区运行控制系统和位于列车上的车载运行控制系统组成。德国磁浮运行控制系统的基本功能可归结为操作和显示、列车自动驾驶、驾驶顺序控制、列车防护、进路防护、道岔防护，定位系统、速度限界监视、牵引切断等九大功能，其中驾驶顺序控制、进路防护、道岔防护、列车防护、列车速度曲线监控(地面部分)及牵引切断等为分区运行控制系统的功能。日本山梨试验线的运行控制系统包括交通控制、安全控制、驾驶控制、设备监控、车载控制、测速定位及通信等子系统。其中，分区运行控制系统是安全控制系统的子系统。我国的高速磁浮列车技术目前尚处在起步阶段，有关高速磁浮列车的运行控制技术目前主要在上海示范线工程中有所涉及和研究。2.列车运行控制系统2.1一般类型（1）列车自动防护系统（ATP）对列车运行速度进行实时监督，当列车超速时自动控制列车实施制动，一般不包含列车的自动加速和自动减速，也称超速防护系统。（2）列车运行自动控制系统（ATC）根据列车运行情况、线路状况与参数、列车参数等信息实时监督并控制列车运行速度，保证行车安全。完整的ATC系统通常包括超速防护系统ATP、列车自动运行系统ATO、自动列车监督系统ATS等部分。2.2磁悬浮列车运行控制系统类型根据系统功能、人机分工和自动化程度的要求，磁悬浮列车运行控制系统应采用类似于铁路列车运行自动控制系统（ATC）的控制系统。从人机设备优先等级的角度考虑，由于，磁悬浮列车自身的制动系统的自动化程度以及自动性能非常高，列车开行对正点率的要求高，磁悬浮列车运行控制系统应优先采用设备优先的列控系统。基于磁悬浮列车的特点，磁悬浮列车的控制系统应类似于轮轨列车的自动控制系统（ATC），即在磁悬浮列车运行控制系统中也可分出类似于列车自动驾驶系统（ATO）、列车自动防护系统（ATP）以及列车自动监控系统（ATS）的几个部分。3.速度防护方式3.1一般类型（1）阶梯速度控制：提前式检查方式和滞后式检查方式。特点：前后车均以闭塞分区单位进行定位；在闭塞分区内，车载设备以同一个允许速度防护列车；闭塞分区长度按最差列车制动性能设计。（2）速度—距离曲线控制：分段曲线控制和一次制动连续速度模式曲线控制（目标—距离连续速度模式曲线控制）固定闭塞/移动闭塞根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等信息确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线，反映了列车在各地点允许运行的速度值。3.2磁悬浮列车速度防护方式磁悬浮列车应采用前行车所在闭塞分区（供电区段）的入口为目标点的速度距离模式控制方式，即准移动闭塞方式。在磁悬浮交通中，列车运行间隔等于一个供电区段的长度，这是由一个变电所只能控制一辆列车决定的。其供电区段为一个闭塞分区，当供电区段有列车占用时，后行列车不允许进入。分区开放条件不同，磁悬浮闭塞分区开放条件为：1)线路被清空；2)闭塞区间中没有列车占用；3)完成了分区间的电源切换。由于列车的驱动由列车经过的区段供电进行控制，在供电区段开关控制正常的情况下，后行列车是无法闯入被占用区段的，这就在很大程度上避免了列车碰撞事件的发生。为适应磁悬浮列车的特点，经过一系列技术改造，可将CTCS3级速度防护系统中无线移动闭塞方式应用到未来的磁悬浮列车速度防护中。4.车地传输技术和测速定位技术4.1一般类型（1）车地传输技术：1.无线通信系统分类：固定通信与移动通信；公用移动通信与专用移动通信；单向通信与双向通信；单工制与双工制。2.主流无线通信技术：GSM—RR、泄漏同轴电缆（有线与无线的结合体）、毫米波、微波、裂缝波导等。（2）测速方式：利用轮轴旋转信息的测速方法；利用无线方式检测列车的速度；惯性系统测速。（3）定位技术：轨道电路及计轴器（占用检查）；应答器；环线(交叉)定位；卫星定位。4.2磁悬浮列车类型对于磁悬浮列车，它的运行控制主要在地面，要求控制中心、地面设备和列车之间进行实时的双向通信，要求信息具有很高的实时性，列车的安全高速运行控制、大量设备的监控、优质的旅客服务信息等要求信息传输安全、可靠、高速、高容量。车上与地面设备之间的通信采用多通道冗余方式来保证传输的可靠性，用于定位测速的轨间电缆作为主要的传输通道，用于地面向车上传输监控信息及遥感命令，列车的实时速度及位置监测在地面完成，由地面传输给车上的信息只是起监督的作用，用于紧急情况下控制列车紧急刹车。5.磁悬浮列车列控主要系统构想磁悬浮列车列控系统应完全基于无线控制和通信，卫星定位，无须地面信号设备；车载列车完整性检查；实现移动闭塞，提高运输能力。6.选择关键技术和设备自动悬浮控制功能：通过自动控制与车地感应系统保证列车平稳正常的悬浮与运行；电力牵引控制功能：由大型电脑控制轨道交变电流的变化，增加精准度保证列车获得稳定的前进动力；电力制动与机械制动控制功能：可采用机械制动与电力再生制动两种方式协同作用，保证停车距离的同时达到节能的效果；车门控制功能：保证列车停靠站是车门顺畅开启以及在运行过程中与外界环境隔离。应辅以手动开关，以应对突发情况；电源控制功能：利用列车移动自行发电，控制车厢内各电力设备正常工作。包括照明、空调、换气等。从而达到节省电能的目的；辅助设备控制功能：包括无线通讯，以及与客户服务相关的功能。7.结语虽然我国对于磁悬浮列车的研究还刚刚起步，和国外相比更是存在许多不足。但是通过上海的示范性工程的实践运用，我们将可以摸索出属于我们自己的磁悬浮列车列控系统。以上对磁悬浮列车运行控制系统的简要分析还存在诸多不足，还请老师予以指正。