測(cè)速裝置在地鐵 ATP中的應(yīng)用

董 林

地鐵 ATP是保證列車(chē)安全運(yùn)行的重要設(shè)備之一,屬于故障-安全設(shè)備,在當(dāng)今軌道交通運(yùn)輸中是不可缺少的,這使車(chē)載設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性顯得十分重要。為了達(dá)到這種標(biāo)準(zhǔn),不但設(shè)備的主機(jī)要達(dá)標(biāo),外圍信息采集裝置同樣要達(dá)標(biāo)。

列車(chē)實(shí)際速度的測(cè)量是系統(tǒng)能否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵,測(cè)速裝置主要完成 2項(xiàng)功能:一是測(cè)試出列車(chē)的實(shí)際速度;二是測(cè)試出列車(chē)是否有打滑或空轉(zhuǎn)的情況。

1 ATP測(cè)速裝置現(xiàn)狀

1.輪軸測(cè)速方式。將測(cè)速裝置通過(guò)連接器與列車(chē)車(chē)輪軸頭連接,將列車(chē)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出到車(chē)載設(shè)備中,進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)變成設(shè)備可辨認(rèn)的制式。其作用有 2個(gè):一是主機(jī)判別列車(chē)是否按限制規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行;二是通過(guò)列車(chē)上的顯示器顯示列車(chē)的實(shí)際速度,為司機(jī)駕駛列車(chē)提供依據(jù)。其速度轉(zhuǎn)換的方式是:利用發(fā)電機(jī)原理將列車(chē)速度轉(zhuǎn)換為正弦波信號(hào),輸入到主機(jī);利用光電變換原理將列車(chē)速度轉(zhuǎn)換為方波數(shù)字信號(hào),輸入到主機(jī)。

2.非輪軸測(cè)速方式。測(cè)速裝置安裝在列車(chē)車(chē)體上或列車(chē)后轉(zhuǎn)向架上,通過(guò)列車(chē)車(chē)體的運(yùn)動(dòng)來(lái)檢測(cè)到列車(chē)的運(yùn)行速度。其類(lèi)別有:①利用雷達(dá)工作原理使用多普勒雷達(dá)裝置,將列車(chē)的速度轉(zhuǎn)換成信號(hào)頻率的變化信號(hào),輸入到主機(jī);②利用加速度計(jì)將列車(chē)的速度轉(zhuǎn)換成電平和頻率信號(hào),輸出到主機(jī)。

2 ATP測(cè)速裝置使用方式

在車(chē)載設(shè)備使用測(cè)速裝置時(shí),不同型號(hào)的設(shè)備采用不同的測(cè)速裝置組合,以適合自身系統(tǒng)的需要,使用起來(lái)各有優(yōu)劣。下面介紹幾種最為常用方式。

1.同種速度傳感器安裝在不同輪軸上。采用的速度傳感器有發(fā)電機(jī)制式或光電轉(zhuǎn)換制式,一般使用的制式與型號(hào)是相對(duì)應(yīng)的。

2.不同速度傳感器安裝在不同輪軸上。采用的速度傳感器有發(fā)電機(jī)制式或光電轉(zhuǎn)換制式。

3.不同種類(lèi)的速度傳感器組合使用。常用方式:

1)光電轉(zhuǎn)換制式速度傳感器和多普勒雷達(dá)測(cè)速裝置組合式。利用一臺(tái)或多臺(tái)輪軸測(cè)速裝置,與一臺(tái)多普勒雷達(dá)測(cè)速裝置組合而成。其各自的作用是:輪軸測(cè)速完成速度的精確測(cè)量,控制列車(chē)的超速防護(hù)和定點(diǎn)停車(chē);多普勒雷達(dá)測(cè)速檢測(cè)列車(chē)的空轉(zhuǎn)或打滑。

2)光電轉(zhuǎn)換制式速度傳感器或發(fā)電機(jī)式速度傳感器與加速度計(jì)組合式。利用一臺(tái)或多臺(tái)輪軸測(cè)速裝置與一臺(tái)加速度計(jì)組成測(cè)速裝置。其各自的作用是:輪軸測(cè)速完成速度的精確測(cè)量,控制列車(chē)超速防護(hù)和定點(diǎn)停車(chē);加速度計(jì)檢測(cè)列車(chē)空轉(zhuǎn)或打滑。

3 測(cè)速裝置速度轉(zhuǎn)換的運(yùn)用

不同型號(hào)的測(cè)速裝置利用不同的速度轉(zhuǎn)換原理完成列車(chē)運(yùn)行速度測(cè)量轉(zhuǎn)換,供給車(chē)載設(shè)備使用。

1.發(fā)電機(jī)式速度傳感器。以西屋公司產(chǎn)品為例,它由電磁探頭、齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)、車(chē)軸聯(lián)結(jié)器、電壓放大器和傳輸導(dǎo)線(xiàn)組成。其工作原理:將車(chē)軸連接器與列車(chē)軸頭固定連接,車(chē)軸連接器與齒輪轉(zhuǎn)盤(pán)連接。當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)齒輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng),電磁探頭固定在傳感器的外側(cè)。齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)改變了電磁探頭的電磁感應(yīng)線(xiàn)圈中的磁通量,使得探頭輸出的感應(yīng)電壓幅度變化頻率與齒輪變化頻率相同的電信號(hào),供車(chē)載設(shè)備使用,完成對(duì)列車(chē)的速度控制。測(cè)速輸出頻率為:

其中:v為速度 (km/h);D為輪子直徑;130為車(chē)輪每轉(zhuǎn)一圈的齒數(shù)。

3.多普勒雷達(dá)速度傳感器。其組成有:發(fā)送器、方向耦合器、接收器。它利用多普勒效應(yīng)原理使得發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)間,產(chǎn)生一個(gè)與速度成正比、與角度也有關(guān)的頻率偏移。內(nèi)部 DSP系統(tǒng)分析所獲得的頻率偏移,計(jì)算出實(shí)際速度,通過(guò)通信接口輸出。

4.加速度傳感器。其組成為:檢測(cè)探頭、信息處理器、輸出接口電路。工作時(shí),首先將被測(cè)目標(biāo)的變化轉(zhuǎn)化為壓力的變化,即將列車(chē)的運(yùn)動(dòng)變成壓力的相應(yīng)變化,再用壓電或壓阻元件將壓力的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化,通過(guò)技術(shù)措施使被測(cè)目標(biāo)的速度變化與電壓變化呈線(xiàn)性關(guān)系,最后通過(guò)電路的計(jì)算即可得出被測(cè)加速度值。通過(guò)加速度值的檢測(cè)可以判斷列車(chē)是否發(fā)生運(yùn)動(dòng),一般用來(lái)檢測(cè)列車(chē)的打滑或空轉(zhuǎn)。

4 測(cè)速裝置組合使用方式及特點(diǎn)

1.同種測(cè)速傳感器不同軸測(cè)量方式。可用測(cè)量結(jié)果同步的方法,提高測(cè)速數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。但是由于列車(chē)不同軸的動(dòng)力和粘軸系數(shù)不可能一致,采用同步法時(shí),應(yīng)該合理考慮列車(chē)輪軸的自然差異。同步的一致性要求過(guò)高,會(huì)造成設(shè)備不穩(wěn)定;要求過(guò)低將降低測(cè)速的精確度,有導(dǎo)向故障、發(fā)生危險(xiǎn)的可能。要充分考慮克服共模錯(cuò)誤措施。

2.異種測(cè)速傳感器不同軸測(cè)量方式。因應(yīng)用不同的測(cè)速傳感器,速度的傳感變化原理不同,克服了共模錯(cuò)誤,既提高了準(zhǔn)確性,又保證了測(cè)速信號(hào)的穩(wěn)定性。

3.利用不同的速度傳感器,檢測(cè)列車(chē)的打滑和空轉(zhuǎn)。用輪軸測(cè)速檢測(cè)列車(chē)的實(shí)際速度,可采用計(jì)量精度比較高的速度傳感器?？辙D(zhuǎn)和打滑的檢測(cè)可用雷達(dá)測(cè)速傳感器和加速度傳感器完成,可靠性能得到保證。

5 主機(jī)使用速度信息的原則

1.同步處理法。將不同輪軸測(cè)試的速度信號(hào)進(jìn)行比較,要求兩信號(hào)盡量一致且信號(hào)的幅度和頻率在規(guī)定的范圍。超出誤差值時(shí),設(shè)備認(rèn)為是錯(cuò)誤信號(hào),向主處理器發(fā)出速度信號(hào)不同步信息,主處理器將根據(jù)誤差的程度對(duì)列車(chē)實(shí)施不同的控制。此方式的特點(diǎn):安全得到了保證,速度測(cè)試值精度比較高。但是,因?yàn)槭窃诓煌S采集速度信號(hào),所以很難達(dá)到同步。由于列車(chē)控制的條件離散性很大,列車(chē)自身不可能做到速度一致,肯定有誤差。如果車(chē)載設(shè)備速度同步差值標(biāo)準(zhǔn)過(guò)高,將造成設(shè)備穩(wěn)定性極差,降低了設(shè)備及系統(tǒng)的可用性。

2.高位優(yōu)先法。將 2套測(cè)速裝置測(cè)試的 2路速度信號(hào)進(jìn)行比較,將速度值高的作為列車(chē)的實(shí)際速度信號(hào),主處理器以此為依據(jù)對(duì)列車(chē)控制。此時(shí)的低速度信號(hào)舍去不用。此方法的特點(diǎn):在確保安全的前提下,有效地克服了同步法誤差范圍精確度不當(dāng)而造成的設(shè)備穩(wěn)定度下降的問(wèn)題。但是,此方法只限于在非移動(dòng)閉塞制式下使用;在移動(dòng)閉塞制式下,使用處理不當(dāng)時(shí),有可能降低設(shè)備的安全性。

3.設(shè)定最大正常加速度和最大正常減速度標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)列車(chē)牽引或制動(dòng)狀態(tài),將前后兩次測(cè)量到的速度加以比較,用來(lái)檢查列車(chē)的實(shí)際速度準(zhǔn)確性,確保測(cè)出的速度值是正確的。此方法的特點(diǎn):有效地檢測(cè)出列車(chē)的空轉(zhuǎn)或打滑,但是要求對(duì)列車(chē)加速度和減速度性能理解非常準(zhǔn)確。

結(jié)論 :不論使用何種測(cè)速裝置,都不會(huì)得到安全可靠、完美無(wú)缺的速度信號(hào),必須要配備性能良好的速度處理器進(jìn)行修補(bǔ)完善。

6 速度傳感器的安裝

速度傳感器的種類(lèi)不同,其安裝方式和要求也不同,一般分為輪軸式和非輪軸式 2種。安裝的一般要求有如下幾點(diǎn):

1.具有可靠的軸間連接器,應(yīng)達(dá)到不丟轉(zhuǎn),不空轉(zhuǎn),無(wú)致命的磨損。

2.速度傳感器與列車(chē)測(cè)速接口應(yīng)符合列車(chē)規(guī)定,并具有有效的放松裝置。

3.電器配線(xiàn)既要符合信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn),又要滿(mǎn)足列車(chē)界限要求,具有良好韌性。

4.當(dāng)速度傳感器在傳導(dǎo)過(guò)程中帶有連接器時(shí),應(yīng)有防水、防塵的措施。

5.對(duì)速度傳感器測(cè)量出的速度信號(hào),應(yīng)設(shè)計(jì)有效的防電磁干擾的措施。

6.要有嚴(yán)格有效的安裝標(biāo)準(zhǔn),來(lái)指導(dǎo)速度傳感器的現(xiàn)場(chǎng)安裝。有特殊安裝需求時(shí),應(yīng)配備專(zhuān)用的工具和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

7.安裝完成后,應(yīng)由產(chǎn)品供應(yīng)商、設(shè)計(jì)技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)安裝人員會(huì)同列車(chē)技術(shù)人員,對(duì)速度傳感器安裝質(zhì)量進(jìn)行檢查,確認(rèn)后方可使用。

(責(zé)任編輯:張 利)