長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)工程的應(yīng)用與分析

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)沙中低速磁懸?。恍盘?hào)系統(tǒng)；技術(shù)特點(diǎn)；道岔；計(jì)軸；維護(hù)管理中圖分類(lèi)號(hào)：U231.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671-0797（2025）13-0025-05D0l：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.13.007

1 項(xiàng)目概況

長(zhǎng)沙磁浮快線位于湖南省長(zhǎng)沙市，是長(zhǎng)沙火車(chē)南站與黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)之間的軌道交通連接線，全長(zhǎng)18.55km ，工程前期共設(shè)置地面車(chē)站3座、綜合車(chē)輛段1處。項(xiàng)目于2014年5月16日開(kāi)工建設(shè)，2015年12月26日啟動(dòng)試運(yùn)行，2016年5月6日正式試運(yùn)營(yíng)[]。

長(zhǎng)沙磁浮快線按雙線建設(shè)組織行車(chē)，是一條東西方向的線路；右線為上行線，由長(zhǎng)沙火車(chē)南站開(kāi)往黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)站；左線為下行線，由黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)開(kāi)往火車(chē)南站；目前運(yùn)營(yíng)3站2區(qū)間。

2長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)組成

與城市軌道交通相同，長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)主要分為正線信號(hào)系統(tǒng)和車(chē)輛段信號(hào)系統(tǒng)。車(chē)輛段信號(hào)系統(tǒng)設(shè)置鐵路制式版計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)單獨(dú)控制，沿用鐵路左行制，信號(hào)機(jī)設(shè)置于線路左側(cè)；控制中心通過(guò)ATS系統(tǒng)對(duì)綜合車(chē)輛段運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視，不能控制。正線信號(hào)系統(tǒng)設(shè)置城市軌道交通制式版計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制，采用城市軌道交通右行制，與城市軌道交通線路信號(hào)機(jī)右側(cè)設(shè)置不同，長(zhǎng)沙磁浮正線因線路右側(cè)無(wú)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)信號(hào)機(jī)改設(shè)左側(cè)。

長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，它是由ATS列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)、聯(lián)鎖子系統(tǒng)、ATP列車(chē)自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)、ATO列車(chē)自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)、集中監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、磁浮道岔以及計(jì)軸軌道電路，通過(guò)DCS數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的一個(gè)完整的信號(hào)系統(tǒng)。

上述子系統(tǒng)和設(shè)備根據(jù)其位置、功能管理、控制范圍被分到以下五個(gè)層級(jí)中，分級(jí)實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)控制與維護(hù)管理功能。

2.1 中央控制級(jí)

磁浮運(yùn)營(yíng)控制中心，在該處安裝了ATS數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、ATS應(yīng)用服務(wù)器、ATS通信服務(wù)器、ATS調(diào)度員工作站、在線/離線運(yùn)行圖編輯工作站等，可實(shí)現(xiàn)全線列車(chē)的集中調(diào)度、監(jiān)控和管理，是信號(hào)系統(tǒng)最高決策層。

2.2 車(chē)站及軌旁控制級(jí)

主要設(shè)備有聯(lián)鎖子系統(tǒng)、信號(hào)機(jī)、計(jì)軸軌道電路、應(yīng)答器、LEU軌旁電子單元、ATS設(shè)備、軌旁感應(yīng)環(huán)線、緊急停車(chē)按鈕、PSD控制電路、磁浮道岔等，具體執(zhí)行中央控制級(jí)的指令，管理車(chē)站及軌旁設(shè)備。在中央信號(hào)設(shè)備故障情況下，負(fù)責(zé)車(chē)站范圍內(nèi)的列車(chē)控制與監(jiān)控。

2.3 通信及電源保障級(jí)

主要設(shè)備包含光纖、網(wǎng)線、AC控制器、無(wú)線接入點(diǎn)AP、電纜、交換機(jī)、不間斷電源與蓄電池等，保障信號(hào)系統(tǒng)各層級(jí)間的通信穩(wěn)定與電力供應(yīng)。

2.4 車(chē)載控制級(jí)

安裝在列車(chē)上的主要有VOBC車(chē)載控制器、通信天線、BTM天線、車(chē)載感應(yīng)環(huán)線、渦流傳感器、加速度計(jì)和多普勒雷達(dá)、計(jì)軸感應(yīng)板等，負(fù)責(zé)列車(chē)的自動(dòng)控制和保護(hù)。

2.5 監(jiān)測(cè)診斷級(jí)

主要設(shè)備包含集中監(jiān)測(cè)服務(wù)器及工作站、無(wú)線管理工作站、DCS網(wǎng)管工作站等?？刂浦行募败?chē)站可監(jiān)測(cè)全線信號(hào)聯(lián)鎖、DCS通信、無(wú)線通信、ATS、計(jì)軸、道岔、信號(hào)機(jī)、電源、熔絲、信號(hào)機(jī)燈泡燈絲等設(shè)備，提供監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警與故障診斷功能。

3 長(zhǎng)沙磁浮信號(hào)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

3.1檢測(cè)列車(chē)位置的技術(shù) 磁浮計(jì)軸軌道電路

長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)工程選用了北京安潤(rùn)通ARTJZ-2型計(jì)軸軌道電路，通過(guò)計(jì)軸軌道電路，將全線包括車(chē)輛段的線路劃分為若干個(gè)物理區(qū)段。磁浮計(jì)軸工作原理與輪軌計(jì)軸一樣，基于列車(chē)駛?cè)牒婉偝鲇?jì)軸點(diǎn)所監(jiān)視的區(qū)段所記錄軸數(shù)的比較結(jié)果，確定區(qū)段的占用或空閑狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)位置的檢測(cè)。但磁浮列車(chē)是懸浮于F軌面 8～10mm 間隙運(yùn)行，沒(méi)有可切割磁力線的鋼輪，因此長(zhǎng)沙磁浮在每節(jié)列車(chē)中心線底部的位置均安裝了一塊計(jì)軸感應(yīng)板，全車(chē)總共安裝3塊計(jì)軸感應(yīng)板用于切割磁力線，磁浮計(jì)軸的外形、安裝方式與輪軌計(jì)軸均不相同。長(zhǎng)沙磁浮計(jì)軸室外設(shè)備的安裝方式如圖2所示。

3.2 道岔技術(shù)的創(chuàng)新

如圖3所示，長(zhǎng)沙磁浮快線正線目前設(shè)磁浮高鐵站、磁浮榔梨站、磁浮機(jī)場(chǎng)站共三站，其中磁浮高鐵站和磁浮機(jī)場(chǎng)站是線路兩端終點(diǎn)站，折返轉(zhuǎn)線使用頻繁。每個(gè)站設(shè)兩組單開(kāi)道岔，共6組單開(kāi)道岔，單開(kāi)道岔只有一個(gè)分岔方向，它的主線是直線，側(cè)線布置于主線的左側(cè)或右側(cè)。長(zhǎng)沙磁浮一組道岔標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為 32.646m ，列車(chē)通過(guò)道岔側(cè)線限速 25km/h 。

磁浮道岔的機(jī)械構(gòu)成非常龐大，由若干復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備組合而成，安裝、調(diào)試復(fù)雜，每一組道岔含道岔梁都需要量身定做，限界定位精度和扳動(dòng)對(duì)接精度須保證達(dá)到毫米級(jí)的安裝精度，因而造價(jià)昂貴。長(zhǎng)沙磁浮快線單個(gè)磁浮道岔需要500萬(wàn)元[2]。

磁浮道岔是中低速磁浮交通線路的關(guān)鍵轉(zhuǎn)線設(shè)備[3]，因與輪軌交通構(gòu)造不同，磁浮道岔采用箱形鋼梁結(jié)構(gòu)，通過(guò)復(fù)雜的電氣系統(tǒng)控制電機(jī)推動(dòng)鋼梁移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了高效、精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)轍動(dòng)作。與輪軌交通道岔控制器不同，長(zhǎng)沙磁浮道岔運(yùn)作控制包含3臺(tái)電機(jī)：2臺(tái)鎖銷(xiāo)電機(jī)負(fù)責(zé)道岔解鎖和鎖閉，鎖銷(xiāo)電機(jī)選型西門(mén)子三相異步制動(dòng)電動(dòng)機(jī)，功率 ，額定電流4.4A ，工作電壓AC380V，采用Y型接法；1臺(tái)轉(zhuǎn)轍電機(jī)負(fù)責(zé)道岔的轉(zhuǎn)換擺動(dòng)，轉(zhuǎn)轍電機(jī)選型SEW-電機(jī)（蘇州）三相異步制動(dòng)電動(dòng)機(jī)，功率 11kW ，額定電流23A ，工作電壓A C380V ，采用D型接法。

3.3 非接觸式測(cè)速與定位技術(shù)

針對(duì)磁浮列車(chē)非接觸式運(yùn)行特性，對(duì)其采用測(cè)速渦流傳感器、加速度計(jì)和多普勒雷達(dá)的混合多傳感器冗余測(cè)速定位方案。測(cè)速渦流傳感器利用感應(yīng)式傳感器接近金屬目標(biāo)物產(chǎn)生變化的感應(yīng)渦電流的原理，長(zhǎng)沙磁浮快線在列車(chē)上安裝4組（每組4個(gè)感應(yīng)頭）感應(yīng)頭經(jīng)過(guò)定距離布置的測(cè)速傳感器，磁浮列車(chē)通過(guò)軌道間隔布置的金屬鋼枕時(shí)，根據(jù)形成渦流變化的頻率與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)測(cè)定列車(chē)速度。測(cè)出的速度信息提供給信號(hào)車(chē)載設(shè)備，信號(hào)車(chē)載設(shè)備計(jì)算出列車(chē)走行距離和位置。在渦流測(cè)速傳感器失效或測(cè)速誤差增大的情況下，采用測(cè)速雷達(dá)與加速度計(jì)作為補(bǔ)充，以確保系統(tǒng)最佳的測(cè)速精度和車(chē)輛的運(yùn)行安全。列車(chē)定位是指列車(chē)在路網(wǎng)中的地理位置。列車(chē)確定自身在路網(wǎng)的位置，一是靠車(chē)載設(shè)備探測(cè)到線路中的應(yīng)答器。列車(chē)的軌道數(shù)據(jù)庫(kù)電子地圖己存儲(chǔ)記錄了相關(guān)應(yīng)答器位置，只要列車(chē)一接收到應(yīng)答器發(fā)出的報(bào)文，即可確定自身在路網(wǎng)中的絕對(duì)位置；二是列車(chē)?yán)米陨頊y(cè)速裝置，根據(jù)單位時(shí)間計(jì)算列車(chē)位移確定自身在路網(wǎng)中的位置。由于在站臺(tái)停車(chē)位置精度要求高，在工程調(diào)試階段，特增設(shè)車(chē)載感應(yīng)環(huán)線與站臺(tái)感應(yīng)環(huán)線，主要用于站臺(tái)列車(chē)精確定位，給出列車(chē)停準(zhǔn)信號(hào)，解決了工程調(diào)試期間站臺(tái)列車(chē)已停準(zhǔn)對(duì)標(biāo)但ATP無(wú)門(mén)使能信號(hào)故障。

3.4列車(chē)控制通信方案特點(diǎn)

雖然在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上存在一些差異，但列車(chē)控制通信方案與普通輪軌交通信號(hào)系統(tǒng)并無(wú)明顯的不同，長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)工程采用點(diǎn)連式通信控制列車(chē)方式。設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮線路定位、車(chē)站數(shù)量、客流預(yù)計(jì)、行車(chē)間隔等因素，磁浮高鐵站至磁浮榔梨站存在 5.48km 的區(qū)間，磁浮榔梨站至磁浮機(jī)場(chǎng)站存在 9.1km 的區(qū)間，信號(hào)系統(tǒng)未設(shè)車(chē)地?zé)o線通信設(shè)施，區(qū)間僅通過(guò)應(yīng)答器建立地-車(chē)單向通信實(shí)現(xiàn)點(diǎn)式控制列車(chē)。站臺(tái)和道岔區(qū)域在點(diǎn)式通信控制方式的基礎(chǔ)上增加配置有無(wú)線覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)道岔防護(hù)、站臺(tái)門(mén)防護(hù)、站臺(tái)門(mén)車(chē)門(mén)聯(lián)動(dòng)功能，可以較好地彌補(bǔ)點(diǎn)式控制方式在安全防護(hù)和自動(dòng)駕駛功能方面的不足。自前這種方式因其較好的性能、適中的成本，已在溫州S1線和長(zhǎng)沙磁浮快線得到應(yīng)用[4]。

4長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)集中控制原理

4.1車(chē)站集中控制原理

長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)采用中國(guó)鐵道科學(xué)研究院的TYJL-I型微型聯(lián)鎖系統(tǒng)，設(shè)置于車(chē)輛段及每個(gè)車(chē)站信號(hào)設(shè)備室內(nèi)，控制中心無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備。聯(lián)鎖系統(tǒng)與磁浮關(guān)節(jié)型道岔、信號(hào)機(jī)、計(jì)軸軌道電路、PSD、ESB等軌旁設(shè)備接口，采集軌旁設(shè)備狀態(tài)信息，負(fù)責(zé)聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算，下達(dá)正確安全指令，通過(guò)繼電器接口柜直接控制分散型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備磁浮關(guān)節(jié)型道岔、信號(hào)機(jī)、屏蔽門(mén)、緊急停車(chē)按鈕等設(shè)備。

車(chē)站通過(guò)聯(lián)鎖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)集中控制功能，但是本站聯(lián)鎖只能控顯本站的軌旁設(shè)備，不能控顯鄰站軌旁設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)全線集中控制功能，聯(lián)鎖系統(tǒng)響應(yīng)來(lái)自ATS功能的命令，來(lái)實(shí)現(xiàn)管理進(jìn)路、道岔和軌旁信號(hào)機(jī)的控制功能；同時(shí)，聯(lián)鎖系統(tǒng)將系統(tǒng)狀態(tài)工作狀態(tài)信息、進(jìn)路、報(bào)警信息、區(qū)段計(jì)軸預(yù)復(fù)位狀態(tài)信息、軌旁設(shè)備狀態(tài)信息等提供給ATS系統(tǒng)。

4.2 全線集中調(diào)度控制原理

長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)選用中車(chē)時(shí)代電氣公司的CSRATS-I型自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)全線集中調(diào)度控制，在控制中心、沿線車(chē)站及車(chē)輛段設(shè)置各類(lèi)計(jì)算機(jī)服務(wù)器和工作站，是一個(gè)分布式行車(chē)指揮自動(dòng)化控制系統(tǒng)。如圖1信號(hào)結(jié)構(gòu)框圖所示，ATS車(chē)站服務(wù)器通過(guò)RS422串行接口連接聯(lián)鎖系統(tǒng)，收集來(lái)自聯(lián)鎖的站場(chǎng)圖狀態(tài)信息、系統(tǒng)狀態(tài)信息、報(bào)警信息，通過(guò)DCS網(wǎng)絡(luò)傳送至控制中心ATS應(yīng)用服務(wù)器。ATS調(diào)度工作站、各類(lèi)ATS現(xiàn)地工作站通過(guò)DCS網(wǎng)絡(luò)從ATS應(yīng)用服務(wù)器獲得全線站場(chǎng)狀態(tài)信息并顯示。ATS調(diào)度工作站和ATS應(yīng)用服務(wù)器管理控制全線ATS車(chē)站服務(wù)器，聯(lián)鎖系統(tǒng)響應(yīng)ATS車(chē)站服務(wù)器發(fā)送的各種操作指令，從而實(shí)現(xiàn)了ATS調(diào)度工作站對(duì)全線各站集中控制管理。

5長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)工程后期運(yùn)用維護(hù)

長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)故障率年度指標(biāo)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.8次/萬(wàn)列公里，磁浮列車(chē)正點(diǎn)率 99.9% ，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 98.5% 。在磁浮運(yùn)用維護(hù)管理團(tuán)隊(duì)后期維護(hù)的9年多時(shí)間里，信號(hào)系統(tǒng)曾出現(xiàn)一些故障問(wèn)題，主要如表1所示。

為保障信號(hào)系統(tǒng)健康穩(wěn)定運(yùn)行，磁浮運(yùn)用維護(hù)團(tuán)隊(duì)對(duì)信號(hào)設(shè)備開(kāi)展了預(yù)防性檢修與保養(yǎng)、故障修、技術(shù)改進(jìn)等工作，還利用集中監(jiān)測(cè)記錄的數(shù)據(jù)和信息，及時(shí)預(yù)測(cè)和發(fā)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備故障隱患信息，提前處理整治。

其中磁浮道岔監(jiān)測(cè)與輪軌道岔監(jiān)測(cè)不同，磁浮道岔監(jiān)測(cè)模擬量如表2所示，含道岔總轉(zhuǎn)轍次數(shù)、道岔診斷溫度，沒(méi)有道岔電源電壓、道岔轉(zhuǎn)轍電機(jī)電流、道岔表示電壓等參數(shù)記錄及曲線，目前僅依靠人工定期檢測(cè)，未實(shí)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)轍電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)全天 24h 監(jiān)測(cè)目標(biāo)，后期需要改進(jìn)實(shí)現(xiàn)。磁浮道岔監(jiān)測(cè)變化開(kāi)關(guān)量記錄如表3所示，人員可看到的時(shí)間點(diǎn)是磁浮道岔監(jiān)測(cè)收到磁浮道岔PLC送達(dá)數(shù)據(jù)包時(shí)間點(diǎn)，因集中監(jiān)測(cè)與道岔PLC采用RS485串口輪詢(xún)?cè)L問(wèn)通信方式，設(shè)備動(dòng)作開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)未實(shí)時(shí)傳送，導(dǎo)致道岔轉(zhuǎn)轍各個(gè)動(dòng)作的真實(shí)時(shí)間先后時(shí)序不能被準(zhǔn)確記錄及顯示，不利于磁浮道岔轉(zhuǎn)轍超時(shí)故障的排查與分析，建議后期改進(jìn)通信方式。

6 應(yīng)用總結(jié)

長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)工程的成功應(yīng)用，不僅提升了列車(chē)的運(yùn)行效率和安全性，也為我國(guó)磁浮交通技術(shù)的發(fā)展積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

希望本文的總結(jié)與分析，能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域的研究者和工程實(shí)踐者提供有益的參考，推動(dòng)磁浮交通

[參考文獻(xiàn)]

[1]梁瀟.中低速磁浮運(yùn)營(yíng)線工程示范與創(chuàng)新研究[J].黑龍江大學(xué)工程學(xué)報(bào)，2019，10（3）：69-75.

[2]方院江，羅有建，胡華斌.中低速磁浮道岔與輪軌道岔的差異[J].鐵道通信信號(hào)，2020，56（10）：16-19.

[3]劉立軍，鐘虞全，高尚康.中低速磁浮道岔健康評(píng)估管理系統(tǒng)研究[C]//第十一屆全國(guó)磁懸浮技術(shù)與振動(dòng)控制學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集，2023：168.

[4]周曉明，宗斌，朱亨國(guó)，等.中低速磁浮軌道交通信號(hào)系統(tǒng)方案選擇芻議[J].鐵道運(yùn)營(yíng)技術(shù)，2019，25（2）：4-8.