基于城市軌道交通的機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用研究

李漆

摘要：當(dāng)前科學(xué)技術(shù)對(duì)于機(jī)械工業(yè)的推動(dòng)作用是不可小覷的，機(jī)電一體化技術(shù)作為該領(lǐng)域的重要技術(shù)在全球各國(guó)都得到了重視。隨著我國(guó)越來越多的城市興起了城市軌道交通的發(fā)展，我國(guó)城市軌道交通的機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展日益成熟?；诖?，本文就城市軌道交通中的機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：城市軌道；機(jī)電一體化；售檢票系統(tǒng)；分布式控制系統(tǒng)

一、 概述

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微電子技術(shù)的發(fā)展，其在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛，隨之而來的即是機(jī)電一體化技術(shù)，該技術(shù)的出現(xiàn)改變了機(jī)械工業(yè)的產(chǎn)品功能以及結(jié)構(gòu)等，同時(shí)也給其生產(chǎn)方式和管理系統(tǒng)帶來了較大的變化。城市軌道交通各系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行是一項(xiàng)綜合性比較強(qiáng)的工程， 需要列車控制系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、警報(bào)系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、電扶梯系統(tǒng)等各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行有效的配合， 才能實(shí)現(xiàn)列車的安全有效運(yùn)行。而將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通工程中， 可以為城市軌道交通各車站提供智能控制、分布式調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)通信等各類服務(wù)， 實(shí)現(xiàn)城市軌道交通各系統(tǒng)設(shè)備高效聯(lián)動(dòng)。

二、 城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中的機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用

城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)即AFC系統(tǒng)， 是由計(jì)算機(jī)中心控制整個(gè)票務(wù)系統(tǒng)的自動(dòng)售票、檢票、收費(fèi)等全過程， 從而實(shí)現(xiàn)城市軌道交通售票、檢票、計(jì)費(fèi)、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、清分及對(duì)賬等各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、智能化。我國(guó)最早的城市軌道交通AFC系統(tǒng)是從國(guó)外引進(jìn)的， 經(jīng)我國(guó)技術(shù)人員多年的自主研發(fā)， 并結(jié)合國(guó)內(nèi)城市軌道交通建設(shè)的實(shí)際情況， 通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、射頻技術(shù)、信息技術(shù)等， 將現(xiàn)有的AFC系統(tǒng)與城市一卡通系統(tǒng)整合在一起。AFC系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別一卡通， 從而達(dá)到安全、高效的自動(dòng)售檢票， 極大地提高了各車站售票、檢票的效率， 更好地滿足城市軌道交通快速運(yùn)行的需求。

城市一卡通主要通過非接觸式的IC卡識(shí)別， IC卡由IC芯片和感應(yīng)天線構(gòu)成， 當(dāng)乘客在進(jìn)出站閘機(jī)上刷卡時(shí)， IC卡接收到閘機(jī)上的讀寫器即外部射頻感應(yīng)器發(fā)出的電磁波以后， 芯片感應(yīng)天線接收以后產(chǎn)生諧振， 并產(chǎn)生電壓驅(qū)動(dòng)內(nèi)部IC芯片運(yùn)行， 將接收到的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)并傳輸?shù)介l機(jī)的讀寫器上。讀寫器讀取IC卡上的數(shù)據(jù)信息以后， 對(duì)IC卡數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解密和鑒權(quán)， 分析票卡是否合法有效。如果合法則用特定的算法對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解密， 得到城市IC卡的數(shù)據(jù)信息；如果不合法， 則會(huì)發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)。在整個(gè)過程中， AFC系統(tǒng)對(duì)乘客個(gè)人信息進(jìn)行保密， 在閘機(jī)的讀寫器上只會(huì)顯示乘客的乘車金額和IC卡卡內(nèi)余額。

三、 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用

城市軌道交通工程建設(shè)過程中， 通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)， 建立一個(gè)總線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 并將其細(xì)化成為不同的子網(wǎng)， 利用這些子網(wǎng)將全線環(huán)網(wǎng)的交換機(jī)及相關(guān)的各專業(yè)終端設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)， 形成一個(gè)高度自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。列車在運(yùn)行過程中， 列車監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)列車的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)， 通過子網(wǎng)絡(luò)與其相關(guān)的各類設(shè)備設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在列車到達(dá)相應(yīng)的車站時(shí)， 與之相關(guān)聯(lián)的指示燈會(huì)自動(dòng)開啟， 站臺(tái)屏蔽門打開， 檢測(cè)系統(tǒng)接收到這些信號(hào)以后， 將信號(hào)傳遞到通風(fēng)設(shè)備系統(tǒng)等車站設(shè)備設(shè)施中， 這些配套的設(shè)備設(shè)施自動(dòng)進(jìn)入到正常的運(yùn)行模式， 從而確保車站的正常運(yùn)營(yíng)， 為廣大乘客提供更舒適、更便捷的乘坐體驗(yàn)。

四、 城市軌道交通分布式控制系統(tǒng)中的機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 電力電子設(shè)備的集成化程度越來越高， 對(duì)控制軌道交通各類設(shè)備運(yùn)行的中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求也越來越高。將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于分布式控制系統(tǒng)中， 就可以利用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)控制各車站不同列車和不同車站的計(jì)算機(jī)， 從而達(dá)到監(jiān)控所有列車的操作、管理、調(diào)配及各車站系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行情況， 也可通過分散分點(diǎn)的方式重點(diǎn)控制某一列車或某一臺(tái)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行， 實(shí)現(xiàn)了列車及各系統(tǒng)設(shè)備的測(cè)、控、管等一體化的管理要求。

五、 城市軌道交通節(jié)能方面的機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用

當(dāng)軌道列車在隧道里高速運(yùn)行時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流， 這些氣流帶來大量的風(fēng)能。2009年， 北京建筑技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司的技術(shù)人員在北京五棵松、朝陽門、西直門、建國(guó)門四個(gè)地鐵站進(jìn)行風(fēng)能測(cè)試， 發(fā)現(xiàn)地鐵列車運(yùn)行的風(fēng)速在5～15m/s， 按照每天運(yùn)行200班次計(jì)算， 每個(gè)班次的風(fēng)能持續(xù)時(shí)間在30s左右， 北京地鐵站臺(tái)之間的間距在1.2km， 在隧道雙側(cè)安裝風(fēng)輪， 并通過機(jī)電一體化技術(shù)， 將各個(gè)系統(tǒng)有效的整合在一起， 在兩個(gè)站臺(tái)之間一年的總發(fā)電量就可以達(dá)到96000W/k W時(shí)， 完全可以滿足一座小型地鐵站的照明需求， 這將極大降低車站的總用電量。

利用機(jī)電一體化技術(shù)可以有效地控制軌道列車運(yùn)行速度、警示燈閃爍的時(shí)間， 當(dāng)列車到達(dá)人流量比較大的車站時(shí)， 設(shè)備按照正常運(yùn)行， 如果車站的人流量比較少， 那么就減少警示燈閃爍的時(shí)間， 降低車站自動(dòng)扶梯的運(yùn)行速度， 以此達(dá)到節(jié)能的目的。

通風(fēng)空調(diào)是整個(gè)城市軌道交通工程消耗最大的系統(tǒng)設(shè)備， 主要由隧道通風(fēng)系統(tǒng)和車站空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成。針對(duì)車站空調(diào)系統(tǒng)， 可以利用環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)車站、列車車廂等人流量大的場(chǎng)所進(jìn)行溫度、濕度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)， 并按照科學(xué)的控制策略對(duì)車站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 以不同的模式運(yùn)行， 達(dá)到節(jié)能的目的。

六、 小結(jié)

在未來的城市軌道交通機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展中，智能技術(shù)將使得各類機(jī)電產(chǎn)品的智能程度不斷提高， 機(jī)械設(shè)備模擬人的行為對(duì)列車進(jìn)行控制和管理， 實(shí)現(xiàn)列車的無人駕駛技術(shù)。同時(shí)，機(jī)電一體化技術(shù)隨著新工藝、新材料的廣泛應(yīng)用， 使得各類機(jī)械零部件及電子元器件體積趨于微型化、輕量化。并通過各類應(yīng)用軟件及網(wǎng)絡(luò)傳輸， 使得龐大的城市軌道交通系統(tǒng)得到精確的控制。

總之，機(jī)電一體化技術(shù)這項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)正適用于城市軌道交通這個(gè)大系統(tǒng)的要求。為了提高城市軌道交通的運(yùn)力、降低成本， 并滿足乘客出行的需求， 未來應(yīng)對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用做更深入的研究和更多的嘗試。

參考文獻(xiàn)：

[1]安紅杰.機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].黑龍江科技信息，2012（1）.

[2]丁之吟.機(jī)電一體化技術(shù)用于軌道AFC系統(tǒng)分析[J].科學(xué)與財(cái)富， 2015 （2） .

[3]劉莎，周泉.機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)分析[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012（3）.

（作者單位：深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司）