機電一體化技術在地鐵中的應用研究

鄧建剛

（南昌軌道交通集團有限公司運營分公司，江西 南昌 330000）

新時期背景下，我國科學技術得到了迅猛的發(fā)展，在地鐵工程中機電一體化技術的應用范圍也越來越廣，技術的應用效果也越來越好。將機電一體化技術應用到地鐵工程中，能夠提高系統的運行穩(wěn)定性，可以推進地鐵系統的有效運行，因此對機電一體化技術的應用情況進行分析，尋找出更為科學有效的技術方案，對地鐵系統的運轉有著重要的幫助。

1 機電一體化技術

地鐵是一個龐大的系統，其內部功能性比較完善，屬于綜合性的系統，包含控制、消防、安全、通風、警報、售票、信號、空調等多個系統，每個系統相互聯系和運行，相互配合后形成整個系統，保證列車的安全運行。機電一體化技術中融合了計算機、信息、網絡、控制、機械、電子等技術，綜合性較強，對于現代社會的發(fā)展都存在著積極的影響作用。在地鐵系統建設和運行中，使用機電一體化技術，可以保證地鐵系統安全、穩(wěn)定地運行，保證運行的效果和質量符合交通運行的要求[1]。

2 機電一體化技術的應用優(yōu)勢

機電一體化技術在地鐵系統中的應用具備一定的安全可靠性，同時，系統還起到提高運轉能力的作用，能夠保證相關的系統性能效率得到提升[2]，以下將對該技術的優(yōu)勢進行分析。

2.1 運行安全和可靠

以現代科學技術為基礎研發(fā)出來的機電一體化技術，在地鐵系統運行中，可以實現自動化監(jiān)視、自動報警以及自我保護。在系統正常的工作中，只要是發(fā)生電力故障的問題，系統會立即開啟自動保護功能，防止發(fā)生嚴重的事故，保證地鐵系統運行的安全性與可靠性。

2.2 提升運行能力

因為機電一體化技術融合多種先進技術，所以綜合性比較高，可以充分地發(fā)揮出計算機、網絡、控制技術等方面的優(yōu)勢，讓地鐵系統完全達到智能化、自動化的運行效果，促進運營管理的總體水平，對于提升工作效率和質量有著重要的價值[3]。

2.3 提高使用性能

地鐵系統運行中，使用機電一體化技術后，再利用數字化技術實現遠程控制，系統可以根據程序運行，結合實際交通情況做出必要調整，從而簡化作業(yè)流程，促進工作效率的提升。而高水平的機電一體化技術的應用，能夠利用控制系統進行全面的控制，設定合適的技術參數，優(yōu)化工作程序和標準，保證地鐵運行達到自動化、智能化的要求[4]。

3 機電一體化技術在地鐵系統中的應用

機電一體化技術融合多種技術的優(yōu)勢，達到智能化系統運行的標準，同時還具備綠色化、網絡化、智能化的標準要求，完全滿足現代社會的應用要求，對于促進社會發(fā)展起到一定的促進作用。機電一體化技術應用到地鐵系統內，是核心控制技術，其可以把地鐵系統內的計算機、顯示器、設備、控制系統、專業(yè)設備等連接形成整體系統，從而實現整個系統的有效控制。就目前來說，機電一體化技術應用到地鐵系統內，其主要作用包含以下幾個方面：

3.1 機電一體化技術應用于自動售檢票系統

該系統也被簡稱為AFC 系統，是通過計算機實現整個票務系統的控制，可以完全實現自動化售票、檢票以及收費，保證收費系統可以穩(wěn)定地運行，實現自動化售票檢票的運行，保證該系統達到智能化、自動化運行的標準。從目前我國的地鐵系統來說，最初應用的AFC 系統都是引入的國外技術，經過多年的研發(fā)和應用，我國的技術人員根據當前地鐵運行實際情況，利用計算機技術、電子技術、射頻技術、信息技術等建設完善的系統，把目前的AFC 系統與城市一卡通系統整合應用，達到使用和運行的標準。AFC 系統運行之后，能夠自動化識別一卡通，保證自動檢票系統運行達到安全、高效的要求，從而可以提高檢票、售票工作的效率，完全滿足城市軌道系統的運行標準。城市一卡通利用非接觸式的IC 卡進行識別，其內部的組成主要是芯片、感應天線。在乘客進出站閘機上刷卡的情況下，IC 卡會接收到閘機上識別讀寫器，即外部射頻感應器發(fā)出電磁波后，芯片感應天線會直接接收信息，并且產生諧振，同時將形成的電壓驅動內部IC芯片運行，把接收到的數據信息進行存儲，且傳輸到閘機的讀寫器上。讀寫器獲取IC 卡芯片上的信息后，進行數據信息的解密與鑒別，分析確定該票務信息是否有效。如果有效，則利用系統設定的算法進行數據解密，然后獲取城市IC 卡的數據信息；如果無效，會立即發(fā)出警報。在該系統的運行中，AFC 系統能夠將乘客信息進行保密，閘機讀寫器上只顯示乘客金融與卡內余額，不會泄漏信息。

3.2 機電一體化技術應用于網絡技術中

建設地鐵系統時，利用網絡遠程監(jiān)控技術的應用，建設完成總線拓撲網落結構形式，然后將其細化成為多個不同的子網形式，應用這些子網能夠進行全線環(huán)網交換機與各個終端設備連接成為網絡形式，可以建設自動化水平非常高的聯動網絡系統。在地鐵各個車輛的運行中，監(jiān)控系統能夠隨時了解車輛的通行情況，還能夠將子網絡和相應的設備設施完成數據交換處理。在列車行駛到相應車站之后，與之相應的指示燈會自動開啟，站臺屏蔽門打開，檢測系統會接收到這些信號，并且把信號傳輸到通風系統等車站系統內，確保其他的配套系統可以逐步地進入自動化運行狀態(tài)中，讓車站達到正常運行的標準，確保地鐵可以順利運行，給人們提供高質量的地鐵服務。同時，在地鐵網絡系統應用中，通過機電一體化技術的實踐應用能夠聯動網絡系統來提升系統的反應速度，并且在相關地鐵系統聯合運行的階段還能夠通過多種控制方法提高系統的聯動性，讓地鐵的運轉效率得到提高。同時在地鐵分布式控制系統當中，機電一體化技術的應用能夠有效地對分布式系統的運行情況進行掌握，可以實現多種系統的有效結合，由于該技術的兼容性比較強，在應用的階段可以大大地提高地鐵系統的控制效果，對推進各項系統的正常運轉有著很重要的幫助[5]。

3.3 機電一體化技術應用于地鐵分布式控制系統中

現代科學技術高速發(fā)展的態(tài)勢下，電力電子設備技術水平也得到了提高，隨著設備系統基礎集成化水平的不斷提高，對于地鐵系統運行的各種系統來說，都能夠發(fā)揮出應有的作用，且中央控制系統的作用越來越明顯。把機電一體化技術使用到分布控制系統內，通過一臺中央計算機能夠實現對不同列車與車站的計算機的全面控制，對于整個軌道系統內的列車進行監(jiān)控管理，達到管理、調配的運行效果；它還可以通過分散點的方式重點控制一臺列車或者某個設備的運行，從而保證各個設備都能夠實現一體化控制的要求，保證安全運行。

3.4 機電一體化技術在地鐵節(jié)能方面的應用

地鐵系統在隧道內高速通行時，會形成非常大的氣流，這就會產生比較大的風能。早期，北京建筑發(fā)展公司對五棵松、朝陽門、建國門等站點實施風能測試，發(fā)現在地鐵列車的正常行駛中，其產生的風速會達到5-15m/s，如果按照200 班次進行計算，每一班次在運行中，風速持續(xù)的時間為30s 左右，北京地鐵的站臺間距為1.2km 左右，在隧道內部兩側分別設置風輪，利用機電一體化技術進行控制，各個系統有效的整合形成整體，所以站臺之間的一年總發(fā)電量可以達到96000W/kW 時，基本上可以滿足一座小型地鐵站的照明運行要求，減少了電能的浪費，解決了能源浪費的問題。機電一體化技術應用到實際中，還能夠實現軌道列車運行速度、警示燈閃爍等方面的控制，如果列車在人流量比較大的情況下進入車站內，設備將正常運行，如果車站人流量比較少，此時會減少警示燈閃爍的時間，降低扶梯運行速度，以減少能源的損耗。在地鐵系統運行中，通風空調系統的能耗量是巨大的，包含隧道通風系統和車站空調系統。對于車站的空調系統來說，通過系統自動化監(jiān)測車站、列車車廂等人流量較大的場所實施溫度、濕度監(jiān)測，結合實際情況調節(jié)系統運行狀況，達到人們使用舒適度的要求。

3.5 在車站動力設備配電的應用

地鐵系統的環(huán)控中，眾多配電設備的運行也會消耗巨大的能源。通過機電一體化技術的有效應用，進行現場手操箱控制、環(huán)控電控室手動控制、車控制以及OCC 控制等方面的聯動控制，對于地鐵車站內排風機、消防栓泵、防火卷簾等進行控制，將其設計為控制箱的結構形式，選擇合適的控制方式，以保證系統可以穩(wěn)定地運行。通過系統控制，達到聯動控制的要求。如果列車在車站內運行時發(fā)生火災等突發(fā)性事故，在機電一體化系統的運行下，可以利用車控室控制或者OCC 控制的方式，保證系統運行更具安全性。通風空調系統為地鐵車站內能源消耗量最大的系統，應用監(jiān)控系統可以隨時了解系統的運行情況，監(jiān)控環(huán)境溫度與濕度等方面的參數，根據控制系統進行內部的閥門控制，保證系統處于最佳狀態(tài)。結合地鐵系統的運行實際情況，了解不同工況運行模式的要求，從而達到能源節(jié)約的效果。比如通風空調系統內，設置監(jiān)控系統可以隨時掌握供水管溫度、壓力等參數，考慮到系統運行的負荷數要求，進行冷機投切控制，減少系統能耗。

3.6 在列車區(qū)間照明設計中的應用

機電一體化技術能夠進行地鐵列車的自動化控制，在地鐵列車的正常通行中應用機電一體化技術進行控制，有著非常明顯的優(yōu)勢，該技術可以進行列車運行的照明系統的控制，從而提升資源利用率，達到節(jié)能環(huán)保的標準要求。對于地鐵車站之間的照明系統的電源供應，可以采用三相交流電的系統來供應電力能源，在應急照明設備上應用單相交流電，如果發(fā)生故障的問題，應該切換為蓄電池來供應電力能源，照明系統可以穩(wěn)定地運行，確保列車運行的安全性。對于區(qū)間隔斷的照明系統，一般要根據120m 為基準，通過使用兩路供電的方式。此外，機電一體化技術的應用，還可以做好列車行駛速度的控制、指示燈閃爍時間的控制，能夠發(fā)出準確的信號，還能降低能源損耗，在人流量處于低峰時期內，根據實際需要調節(jié)閃爍的時間，達到節(jié)能性的要求。

4 機電一體化技術的發(fā)展趨勢

隨著現代科學技術的高速發(fā)展，很多國家對于地鐵事業(yè)的發(fā)展非常重視，從而使得該技術水平也得到了很大的提升，城市管理水平也在不斷提高。很多技術的發(fā)展和應用，為地鐵系統的應用提供了支持。我國的地鐵系統內，機電一體化技術研發(fā)的時間比較晚，但是發(fā)展速度非?？?，對于提高自動化、智能化、網絡化水平有著重要的意義。

第一，工業(yè)制造領域開始向智能化方向發(fā)展。通過集成信息化、控制技術以及人工智能技術方面，機械設備的智能化水平得到不斷的提升，尤其是地鐵系統內，利用機械設備可以模擬人的行為實現車輛的有效控制，最終完成無人駕駛，未來還要向著人機交互方面發(fā)展，給乘客提供更加精確的服務。

第二，地鐵事業(yè)發(fā)展要向網絡化方向發(fā)展。通過網絡技術的護理使用，地鐵系統控制水平得到了提升，保證站站之間、站線之間可以實現良好的溝通與數據交換，通過這一系統實現資源優(yōu)化配置，促進運營效率的提升，達到列車運行的安全性標準。乘客通過使用網絡和智能終端系統，可以實現信息共享，提高交通運行便利性水平。

第三，機電一體化技術發(fā)展要實現微型化建設。在半導體技術廣泛發(fā)展的現代社會，新型材料和技術被逐步研發(fā)和使用，使得機械設備與電子元器件的發(fā)展速度加快，并且不斷地實現微型化、輕量化的發(fā)展。機電一體化技術可以實現多種零部件的組裝使用，使得系統功能更加的完善，且利用設備以及軟件、硬件系統進行控制，未來還能夠更好地滿足地鐵系統的運行要求，功能也更加的完善。

第四，綠色節(jié)能化的發(fā)展?，F代社會可持續(xù)發(fā)展理念已經得到全面的應用，人們在機電一體化運行中，綠色節(jié)能是主流思想，要發(fā)揮出該技術的優(yōu)勢，將綠色環(huán)保理念應用到實際中，降低能源損耗，為社會發(fā)展奠定基礎。

5 結語

綜上所述，機電一體化技術在地鐵中的應用效果非常好，可以全面提升地鐵系統運行效果，促進城市發(fā)展和進步。機電一體化技術代表著先進的科學技術，確保地鐵系統可以安全、穩(wěn)定地運行，并且能夠實現智能化、自動化的控制，完全滿足使用的要求。未來還要進一步研發(fā)先進的機電一體化技術，讓其與地鐵系統完美地融合與應用，體現出該技術的優(yōu)勢作用，降低地鐵運行成本，提高運行效果和質量，給乘客提供更加完善的交通服務，也能夠達到節(jié)能環(huán)保的要求，為現代社會的高質量發(fā)展做出貢獻，最終實現可持續(xù)發(fā)展的目的。