地鐵牽引制動(dòng)指令信號(hào)問題研究

楊帆

摘 要：為了更好地提高地鐵車輛的制動(dòng)力和牽引力等指令信號(hào)的抗干擾能力，保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，需要對(duì)地鐵的制動(dòng)、牽引傳輸、變換和屏蔽等方案進(jìn)行分析，指出相關(guān)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及其注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：地鐵列車；PWM信號(hào)；牽引指令；調(diào)制器

中圖分類號(hào)：U270.35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）10-0047-01

地鐵列車具有實(shí)際容量大、行車密度強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)地鐵列車的啟動(dòng)和停止動(dòng)作比較頻繁，車站與車站之間的間距也比較短。列車的制動(dòng)力和牽引力可以在列車自動(dòng)駕駛（ATO）模式和手動(dòng)駕駛（ATP）模式下進(jìn)行改變。在手動(dòng)模式下，司機(jī)可以通過司控器方向的手柄和級(jí)位手柄發(fā)出指令，傳輸信號(hào)到達(dá)相應(yīng)的BCU裝置和DCU系統(tǒng)來對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)和牽引。如何更好地對(duì)制動(dòng)和牽引指令進(jìn)行傳輸是整個(gè)設(shè)計(jì)中需要考慮和研究的重要問題。

1 有關(guān)制動(dòng)和牽引指令的傳輸

地鐵的制動(dòng)和牽引等信號(hào)的產(chǎn)生、變換、傳輸和接收等相關(guān)原理如圖1所示。

制動(dòng)力和牽引力指令的整個(gè)傳輸過程分為三個(gè)不同的步驟：①制動(dòng)力和牽引力的指令要依據(jù)列車相關(guān)控制膜的不同分為列車自動(dòng)駕駛（ATO）模式和手動(dòng)駕駛（ATP）模式；②相應(yīng)的編碼器的電流要在4～20 mA范圍內(nèi)，電壓要在0～10 V范圍內(nèi)，并直接轉(zhuǎn)換為PWM 的相關(guān)指令傳輸給列車的制動(dòng)系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)；③車輛的制動(dòng)系統(tǒng)和牽引控制單元在接收到制動(dòng)和牽引指令后對(duì)PWM信號(hào)進(jìn)行解碼，最后依照制動(dòng)力和牽引力的PWM實(shí)際值進(jìn)行制動(dòng)和牽引。

2 制動(dòng)和牽引指令的傳輸和產(chǎn)生設(shè)計(jì)

2.1 制動(dòng)和牽引指令的產(chǎn)生

地鐵的制動(dòng)指令和牽引指令可以依據(jù)駕駛模式的不同分為兩個(gè)主要來源，分別是ATO和ATP兩種。但是，通常情況下人們更關(guān)注手動(dòng)的司機(jī)駕駛模式。當(dāng)使用手動(dòng)駕駛模式時(shí)，其制動(dòng)力和牽引力的指令主要是由司控器方向的手柄和級(jí)位手柄發(fā)出。級(jí)位可分為惰行位、牽引位、常用制動(dòng)位、快速制動(dòng)位等，其中最重要的就是常用制動(dòng)位和牽引位兩種。通過相應(yīng)的操作性系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)和牽引指令進(jìn)行手動(dòng)控制。

目前，司控器直接到編碼器的指令采用了0～10 V的電壓來對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，另外，還有采用4～20 mA的信號(hào)對(duì)其進(jìn)行傳輸?shù)那闆r。其中，電壓的實(shí)際信號(hào)比較容易實(shí)現(xiàn)的，但采用電壓的方式對(duì)整體信號(hào)進(jìn)行傳輸會(huì)更容易受到干擾，進(jìn)而給數(shù)據(jù)造成影響，所以在利用電壓進(jìn)行傳輸時(shí)，對(duì)EMC的設(shè)計(jì)就必須要注意兩個(gè)耦合性騷擾，即要將編碼器控制在司機(jī)可以控制的下方和采用屏蔽性雙絞線接地。

2.2 有關(guān)制動(dòng)指令與牽引指令的變換

司控器的實(shí)際牽引指令要傳遞給相應(yīng)的編碼器，再由編碼器將相應(yīng)的指令變?yōu)楦叩恼{(diào)制器。在實(shí)際中編碼器的變換性原理如圖2所示。

脈寬的實(shí)際調(diào)節(jié)器在輸入的時(shí)候電流只有4～20 mA，當(dāng)電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為PWM信號(hào)后，PWM的信號(hào)頻率一般只有幾百赫茲，幅值也只有幾十伏。

2.3 制動(dòng)指令和牽引指令的接收

制動(dòng)指令和編輯器的牽引指令在轉(zhuǎn)化為更高的PWM信號(hào)時(shí)，也會(huì)將電流傳遞給制動(dòng)列車線和牽引列車線。因?yàn)榱熊嚲€比較長(zhǎng)，電流同時(shí)也會(huì)經(jīng)過騷擾的源頭，例如輔助逆變器、VVVF等，所以PWM的信號(hào)就會(huì)耦合噪聲電壓。

2.4 PWM信號(hào)的傳輸線

PWM信號(hào)傳輸線在耦合電壓時(shí)只能直接改變PWM 信號(hào)的幅度，而不能直接改變PWM信號(hào)的寬度，但PWM信號(hào)可以通過相應(yīng)的接收端將電路整形并消除電路的噪聲，所以PWM信號(hào)的實(shí)際抗干擾能力還是比較強(qiáng)的。

PWM信號(hào)在下降或上升的時(shí)候，電壓的實(shí)際變化率比較大。PWM信號(hào)具有較強(qiáng)的諧波，其在傳輸時(shí)有較強(qiáng)的電磁性騷擾源。

3 結(jié)束語

總之，我國(guó)地鐵車輛的制動(dòng)指令和牽引指令直接關(guān)系到列車的運(yùn)營(yíng)安全。因此，在設(shè)計(jì)這些指令的時(shí)候，就要充分考慮到它們對(duì)電磁的抗干擾能力。

參考文獻(xiàn)

[1]唐金金.基于運(yùn)行圖的高速列車群運(yùn)行過程全息優(yōu)化仿真方法與系統(tǒng)研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2012.

〔編輯：王霞〕

摘 要：為了更好地提高地鐵車輛的制動(dòng)力和牽引力等指令信號(hào)的抗干擾能力，保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，需要對(duì)地鐵的制動(dòng)、牽引傳輸、變換和屏蔽等方案進(jìn)行分析，指出相關(guān)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及其注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：地鐵列車；PWM信號(hào)；牽引指令；調(diào)制器

中圖分類號(hào)：U270.35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）10-0047-01

地鐵列車具有實(shí)際容量大、行車密度強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)地鐵列車的啟動(dòng)和停止動(dòng)作比較頻繁，車站與車站之間的間距也比較短。列車的制動(dòng)力和牽引力可以在列車自動(dòng)駕駛（ATO）模式和手動(dòng)駕駛（ATP）模式下進(jìn)行改變。在手動(dòng)模式下，司機(jī)可以通過司控器方向的手柄和級(jí)位手柄發(fā)出指令，傳輸信號(hào)到達(dá)相應(yīng)的BCU裝置和DCU系統(tǒng)來對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)和牽引。如何更好地對(duì)制動(dòng)和牽引指令進(jìn)行傳輸是整個(gè)設(shè)計(jì)中需要考慮和研究的重要問題。

1 有關(guān)制動(dòng)和牽引指令的傳輸

地鐵的制動(dòng)和牽引等信號(hào)的產(chǎn)生、變換、傳輸和接收等相關(guān)原理如圖1所示。

制動(dòng)力和牽引力指令的整個(gè)傳輸過程分為三個(gè)不同的步驟：①制動(dòng)力和牽引力的指令要依據(jù)列車相關(guān)控制膜的不同分為列車自動(dòng)駕駛（ATO）模式和手動(dòng)駕駛（ATP）模式；②相應(yīng)的編碼器的電流要在4～20 mA范圍內(nèi)，電壓要在0～10 V范圍內(nèi)，并直接轉(zhuǎn)換為PWM 的相關(guān)指令傳輸給列車的制動(dòng)系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)；③車輛的制動(dòng)系統(tǒng)和牽引控制單元在接收到制動(dòng)和牽引指令后對(duì)PWM信號(hào)進(jìn)行解碼，最后依照制動(dòng)力和牽引力的PWM實(shí)際值進(jìn)行制動(dòng)和牽引。

2 制動(dòng)和牽引指令的傳輸和產(chǎn)生設(shè)計(jì)

2.1 制動(dòng)和牽引指令的產(chǎn)生

地鐵的制動(dòng)指令和牽引指令可以依據(jù)駕駛模式的不同分為兩個(gè)主要來源，分別是ATO和ATP兩種。但是，通常情況下人們更關(guān)注手動(dòng)的司機(jī)駕駛模式。當(dāng)使用手動(dòng)駕駛模式時(shí)，其制動(dòng)力和牽引力的指令主要是由司控器方向的手柄和級(jí)位手柄發(fā)出。級(jí)位可分為惰行位、牽引位、常用制動(dòng)位、快速制動(dòng)位等，其中最重要的就是常用制動(dòng)位和牽引位兩種。通過相應(yīng)的操作性系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)和牽引指令進(jìn)行手動(dòng)控制。

目前，司控器直接到編碼器的指令采用了0～10 V的電壓來對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，另外，還有采用4～20 mA的信號(hào)對(duì)其進(jìn)行傳輸?shù)那闆r。其中，電壓的實(shí)際信號(hào)比較容易實(shí)現(xiàn)的，但采用電壓的方式對(duì)整體信號(hào)進(jìn)行傳輸會(huì)更容易受到干擾，進(jìn)而給數(shù)據(jù)造成影響，所以在利用電壓進(jìn)行傳輸時(shí)，對(duì)EMC的設(shè)計(jì)就必須要注意兩個(gè)耦合性騷擾，即要將編碼器控制在司機(jī)可以控制的下方和采用屏蔽性雙絞線接地。

2.2 有關(guān)制動(dòng)指令與牽引指令的變換

司控器的實(shí)際牽引指令要傳遞給相應(yīng)的編碼器，再由編碼器將相應(yīng)的指令變?yōu)楦叩恼{(diào)制器。在實(shí)際中編碼器的變換性原理如圖2所示。

脈寬的實(shí)際調(diào)節(jié)器在輸入的時(shí)候電流只有4～20 mA，當(dāng)電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為PWM信號(hào)后，PWM的信號(hào)頻率一般只有幾百赫茲，幅值也只有幾十伏。

2.3 制動(dòng)指令和牽引指令的接收

制動(dòng)指令和編輯器的牽引指令在轉(zhuǎn)化為更高的PWM信號(hào)時(shí)，也會(huì)將電流傳遞給制動(dòng)列車線和牽引列車線。因?yàn)榱熊嚲€比較長(zhǎng)，電流同時(shí)也會(huì)經(jīng)過騷擾的源頭，例如輔助逆變器、VVVF等，所以PWM的信號(hào)就會(huì)耦合噪聲電壓。

2.4 PWM信號(hào)的傳輸線

PWM信號(hào)傳輸線在耦合電壓時(shí)只能直接改變PWM 信號(hào)的幅度，而不能直接改變PWM信號(hào)的寬度，但PWM信號(hào)可以通過相應(yīng)的接收端將電路整形并消除電路的噪聲，所以PWM信號(hào)的實(shí)際抗干擾能力還是比較強(qiáng)的。

PWM信號(hào)在下降或上升的時(shí)候，電壓的實(shí)際變化率比較大。PWM信號(hào)具有較強(qiáng)的諧波，其在傳輸時(shí)有較強(qiáng)的電磁性騷擾源。

3 結(jié)束語

總之，我國(guó)地鐵車輛的制動(dòng)指令和牽引指令直接關(guān)系到列車的運(yùn)營(yíng)安全。因此，在設(shè)計(jì)這些指令的時(shí)候，就要充分考慮到它們對(duì)電磁的抗干擾能力。

參考文獻(xiàn)

[1]唐金金.基于運(yùn)行圖的高速列車群運(yùn)行過程全息優(yōu)化仿真方法與系統(tǒng)研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2012.

〔編輯：王霞〕

摘 要：為了更好地提高地鐵車輛的制動(dòng)力和牽引力等指令信號(hào)的抗干擾能力，保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，需要對(duì)地鐵的制動(dòng)、牽引傳輸、變換和屏蔽等方案進(jìn)行分析，指出相關(guān)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及其注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：地鐵列車；PWM信號(hào)；牽引指令；調(diào)制器

中圖分類號(hào)：U270.35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）10-0047-01

地鐵列車具有實(shí)際容量大、行車密度強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)地鐵列車的啟動(dòng)和停止動(dòng)作比較頻繁，車站與車站之間的間距也比較短。列車的制動(dòng)力和牽引力可以在列車自動(dòng)駕駛（ATO）模式和手動(dòng)駕駛（ATP）模式下進(jìn)行改變。在手動(dòng)模式下，司機(jī)可以通過司控器方向的手柄和級(jí)位手柄發(fā)出指令，傳輸信號(hào)到達(dá)相應(yīng)的BCU裝置和DCU系統(tǒng)來對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)和牽引。如何更好地對(duì)制動(dòng)和牽引指令進(jìn)行傳輸是整個(gè)設(shè)計(jì)中需要考慮和研究的重要問題。

1 有關(guān)制動(dòng)和牽引指令的傳輸

地鐵的制動(dòng)和牽引等信號(hào)的產(chǎn)生、變換、傳輸和接收等相關(guān)原理如圖1所示。

制動(dòng)力和牽引力指令的整個(gè)傳輸過程分為三個(gè)不同的步驟：①制動(dòng)力和牽引力的指令要依據(jù)列車相關(guān)控制膜的不同分為列車自動(dòng)駕駛（ATO）模式和手動(dòng)駕駛（ATP）模式；②相應(yīng)的編碼器的電流要在4～20 mA范圍內(nèi)，電壓要在0～10 V范圍內(nèi)，并直接轉(zhuǎn)換為PWM 的相關(guān)指令傳輸給列車的制動(dòng)系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)；③車輛的制動(dòng)系統(tǒng)和牽引控制單元在接收到制動(dòng)和牽引指令后對(duì)PWM信號(hào)進(jìn)行解碼，最后依照制動(dòng)力和牽引力的PWM實(shí)際值進(jìn)行制動(dòng)和牽引。

2 制動(dòng)和牽引指令的傳輸和產(chǎn)生設(shè)計(jì)

2.1 制動(dòng)和牽引指令的產(chǎn)生

地鐵的制動(dòng)指令和牽引指令可以依據(jù)駕駛模式的不同分為兩個(gè)主要來源，分別是ATO和ATP兩種。但是，通常情況下人們更關(guān)注手動(dòng)的司機(jī)駕駛模式。當(dāng)使用手動(dòng)駕駛模式時(shí)，其制動(dòng)力和牽引力的指令主要是由司控器方向的手柄和級(jí)位手柄發(fā)出。級(jí)位可分為惰行位、牽引位、常用制動(dòng)位、快速制動(dòng)位等，其中最重要的就是常用制動(dòng)位和牽引位兩種。通過相應(yīng)的操作性系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)和牽引指令進(jìn)行手動(dòng)控制。

目前，司控器直接到編碼器的指令采用了0～10 V的電壓來對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，另外，還有采用4～20 mA的信號(hào)對(duì)其進(jìn)行傳輸?shù)那闆r。其中，電壓的實(shí)際信號(hào)比較容易實(shí)現(xiàn)的，但采用電壓的方式對(duì)整體信號(hào)進(jìn)行傳輸會(huì)更容易受到干擾，進(jìn)而給數(shù)據(jù)造成影響，所以在利用電壓進(jìn)行傳輸時(shí)，對(duì)EMC的設(shè)計(jì)就必須要注意兩個(gè)耦合性騷擾，即要將編碼器控制在司機(jī)可以控制的下方和采用屏蔽性雙絞線接地。

2.2 有關(guān)制動(dòng)指令與牽引指令的變換

司控器的實(shí)際牽引指令要傳遞給相應(yīng)的編碼器，再由編碼器將相應(yīng)的指令變?yōu)楦叩恼{(diào)制器。在實(shí)際中編碼器的變換性原理如圖2所示。

脈寬的實(shí)際調(diào)節(jié)器在輸入的時(shí)候電流只有4～20 mA，當(dāng)電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為PWM信號(hào)后，PWM的信號(hào)頻率一般只有幾百赫茲，幅值也只有幾十伏。

2.3 制動(dòng)指令和牽引指令的接收

制動(dòng)指令和編輯器的牽引指令在轉(zhuǎn)化為更高的PWM信號(hào)時(shí)，也會(huì)將電流傳遞給制動(dòng)列車線和牽引列車線。因?yàn)榱熊嚲€比較長(zhǎng)，電流同時(shí)也會(huì)經(jīng)過騷擾的源頭，例如輔助逆變器、VVVF等，所以PWM的信號(hào)就會(huì)耦合噪聲電壓。

2.4 PWM信號(hào)的傳輸線

PWM信號(hào)傳輸線在耦合電壓時(shí)只能直接改變PWM 信號(hào)的幅度，而不能直接改變PWM信號(hào)的寬度，但PWM信號(hào)可以通過相應(yīng)的接收端將電路整形并消除電路的噪聲，所以PWM信號(hào)的實(shí)際抗干擾能力還是比較強(qiáng)的。

PWM信號(hào)在下降或上升的時(shí)候，電壓的實(shí)際變化率比較大。PWM信號(hào)具有較強(qiáng)的諧波，其在傳輸時(shí)有較強(qiáng)的電磁性騷擾源。

3 結(jié)束語

總之，我國(guó)地鐵車輛的制動(dòng)指令和牽引指令直接關(guān)系到列車的運(yùn)營(yíng)安全。因此，在設(shè)計(jì)這些指令的時(shí)候，就要充分考慮到它們對(duì)電磁的抗干擾能力。

參考文獻(xiàn)

[1]唐金金.基于運(yùn)行圖的高速列車群運(yùn)行過程全息優(yōu)化仿真方法與系統(tǒng)研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2012.

〔編輯：王霞〕