自動控制系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用

王欣瑞 章繼

摘? 要：近些年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及城市化水平的不斷提高，城市軌道交通越來越受到人們的關(guān)注，城市軌道交通的發(fā)展水平直接影響了人們?nèi)粘３鲂?，對于整個城市的交通建設(shè)也具有重要的影響。因此，不斷開發(fā)新技術(shù)以促進(jìn)城市交通健康發(fā)展是至關(guān)重要的。文章就自動控制系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)探討，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：自動控制系統(tǒng);城市軌道交通;應(yīng)用

中圖分類號：U284.48? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）30-0175-02

Abstract： In recent years， with the continuous development of China's economy and the continuous improvement of the level of urbanization， urban rail transit has attracted more and more attention. The development level of urban rail transit has a direct impact on people's daily travel. It also has an important impact on the traffic construction of the whole city. Therefore， it is very important to continuously develop new technologies to promote the healthy development of urban traffic. In this paper， the application of automatic control system in urban rail transit is discussed in detail for reference.

Keywords： automatic control system; urban rail transit; application

引言

隨著我國城市化水平的不斷推進(jìn)，我國城市人口不斷攀升，同時城市的規(guī)模也在不斷地擴(kuò)大，從而導(dǎo)致城市交通出現(xiàn)了較大的變化，在一定程度給我國的城市交通帶來了較大的挑戰(zhàn)。自動控制系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于城市軌道交通并且能夠顯著緩解城市軌道交通問題，能夠促進(jìn)城市軌道交通的健康發(fā)展。

1 自動控制系統(tǒng)的定義

自動控制系統(tǒng)是指用一些能夠自動控制的裝置，使其在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中能夠?qū)δ承╆P(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行自動控制，當(dāng)受到外界的干擾時而偏離正常范圍時，不需要人為控制的條件下能夠自動回到正常的參數(shù)范圍內(nèi)。自動控制系統(tǒng)主要是由控制器和被控制對象組成的，但在實(shí)際的應(yīng)用過程中，要完成對一個較為復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)還需要各種執(zhí)行部件、測量元件以及定值元件等等。

對于自動控制系統(tǒng)而言，按照控制原理不同可分為開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)是指自動控制系統(tǒng)的輸出只受到系統(tǒng)輸入的影響，其控制精度比較差同時抗干擾能力也不強(qiáng)，開環(huán)控制系統(tǒng)是基于時間順序進(jìn)行邏輯控制的，因此也被稱為順序控制系統(tǒng);閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為反饋控制系統(tǒng)，它是建立在根據(jù)系統(tǒng)反饋信息進(jìn)行綜合控制的，簡言之就是根據(jù)輸出結(jié)果與理想結(jié)果進(jìn)行對比，進(jìn)行偏差控制，從而具有良好的控制精度。

2 自動控制系統(tǒng)閉塞制式分析

自動控制系統(tǒng)按照閉塞制式分類，可分為固定閉塞式、準(zhǔn)移動閉塞式，下面對兩種閉塞的工作原理及技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)進(jìn)行簡單分析。

2.1 固定閉塞式

固定閉塞式的控制原理是，列車采用傳統(tǒng)的多種信息來模擬無絕緣軌道線路，根據(jù)列車行駛線路情況、固定的速度等級以及列車的特點(diǎn)來確定閉塞分區(qū)的長度。最小的行車間距就是列車閉塞分區(qū)，同時這種制式的控制方式需要采用階梯式控制。這種固定閉塞式利用的是模擬信號來進(jìn)行軌道信息處理，或者部分路段采用數(shù)字信號，但在電路傳輸?shù)倪^程中仍然使用的是模擬信號，因此這種傳輸方式具有較大缺點(diǎn)，就是抗干擾能力差、承載的信息量有限。不能夠?qū)崿F(xiàn)對列車的連續(xù)控制，而是需要將速度分為若干等級，并且需要設(shè)備保護(hù)區(qū)段，來完成對列車的自動控制。

這種制式的自動控制系統(tǒng)硬件組成較多，應(yīng)用軟件較少。部分設(shè)備的功率較大，能耗高，但由于這種自動控制系統(tǒng)技術(shù)比較成熟，并且技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較簡單，工程造價也容易控制。固定閉塞式早在80年代就引入了我國，并且已經(jīng)在我國大部分的城市軌道交通中得到了應(yīng)用，現(xiàn)階段，整個系統(tǒng)的國產(chǎn)率非常高，從而降低了整個系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。

2.2 準(zhǔn)移動閉塞式

準(zhǔn)移動閉塞式的控制原理是通過數(shù)字式無絕緣軌道電路列車控制系統(tǒng)來完成的，整個過程的數(shù)據(jù)傳輸都是以數(shù)字信號為基礎(chǔ)的。因此，在整個信號傳輸、信號處理都是采用數(shù)字化的方式進(jìn)行，數(shù)字化傳輸不僅具有較強(qiáng)的抗干擾能力，而且傳輸信息量較大，從而實(shí)現(xiàn)了車載設(shè)備對列車車速的連續(xù)控制。這種模式的自動控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)地面軌道電路與列車之間大信息量的傳遞，包括目標(biāo)車速、目標(biāo)距離以及各種電路標(biāo)號等等，列車仍然以閉塞分區(qū)為最小的行車安全距離，但在實(shí)際運(yùn)行時可根據(jù)目標(biāo)車速或目標(biāo)距離進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。

準(zhǔn)移動閉塞式的自動控制系統(tǒng)硬件組成比較復(fù)雜，而且軟件也占據(jù)有非常重要的地位，因此整個系統(tǒng)的安裝過程比較復(fù)雜，對系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)成本增加。并且對維護(hù)人員的要求較高，其應(yīng)當(dāng)具備通信工程和計算機(jī)等相關(guān)知識。

3 自動控制系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用

自動控制系統(tǒng)在列車運(yùn)行中的應(yīng)用。自動控制系統(tǒng)主要由兩個子系統(tǒng)組成，分為是列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，簡稱ATS）、列車自動保護(hù)系統(tǒng)（Automatic Train Protection，簡稱ATP），這兩個子系統(tǒng)通過信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一種閉環(huán)式系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)地面控制、列車控制以及中央控制的結(jié)合。下面分別對上述的兩種子系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。

（1）列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）主要是負(fù)責(zé)對列車的運(yùn)行進(jìn)行和控制的系統(tǒng)，列車自動監(jiān)控系統(tǒng)主要是由車載ATS系統(tǒng)、車站ATS系統(tǒng)以及監(jiān)控中心ATS設(shè)備構(gòu)成。監(jiān)控中心和車站之間通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳輸，列車與車站之間通過車-地進(jìn)行信息交換，從而構(gòu)成完整的自動監(jiān)控系統(tǒng)。列車的自動監(jiān)控系統(tǒng)主要包括的功能有列車時刻表的編輯和調(diào)整;列車運(yùn)行圖的控制;列車折返模式控制及自動折返控制;列車運(yùn)行目的、運(yùn)行等級以及跳停的控制;列車在停車、開關(guān)車門以及各種車載設(shè)備的監(jiān)控等等。

在列車實(shí)際運(yùn)行過程中，管理級別的ATS系統(tǒng)與列車自動保護(hù)系統(tǒng)共同作用，在監(jiān)控中心或調(diào)度中心授權(quán)的下屬車站對列車運(yùn)行的整個過程進(jìn)行遙控控制。通過對這些功能的監(jiān)控和調(diào)節(jié)使列車行駛過程中更加安全，并且還能提高乘客的乘車體驗。

（2）列車自動保護(hù)系統(tǒng)（ATP）簡言之就是確保列車在運(yùn)行時速度不超過設(shè)定目標(biāo)速度的一種安全控制系統(tǒng)，它是確保列車行駛安全，防止出現(xiàn)超速的關(guān)鍵系統(tǒng)，該系統(tǒng)又被稱為列車超速防護(hù)系統(tǒng)。其主要的工作原理是，自動保護(hù)系統(tǒng)通過不斷讀取設(shè)置與軌道旁的ATP地面設(shè)備，將速度信息或距離信息不斷的傳輸?shù)杰囕v的ATP系統(tǒng)中，進(jìn)而不斷調(diào)節(jié)與現(xiàn)行列車和后續(xù)列車之間的安全距離。自動保護(hù)系統(tǒng)同ATS系統(tǒng)一樣，也是通過軌道線路或交叉感應(yīng)線環(huán)不斷發(fā)送車輛檢測信息，以確保前方軌道段的空閑或者占用情況，當(dāng)檢測到前方軌道被占用時，ATP系統(tǒng)則會立即反饋速度信息或距離信號，這時車載ATP系統(tǒng)則通過對信息的解讀，再結(jié)合列車的實(shí)際運(yùn)行速度、制度效率以及各種條件補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對列車超速的控制，此時會結(jié)合列車的自動運(yùn)行系統(tǒng)（ATO），從而完成對列車車速的自動控制。

4 自動控制系統(tǒng)在軌道交通信號中的應(yīng)用

隨著我國城市的不斷發(fā)展，城市軌道交通線路越來越復(fù)雜，軌道交通信號則顯得尤為重要。城市軌道交通信號作為控制系統(tǒng)和交通信號的集合體，負(fù)責(zé)對城市軌道交通的調(diào)度指揮、列車間距、列車車輛進(jìn)站以及維護(hù)管理等多項任務(wù)。對于現(xiàn)代的城市軌道交通系統(tǒng)而言，一般是由自動控制系統(tǒng)與信號控制系統(tǒng)組成的，只有這樣才能保證城市軌道交通的安全、有序運(yùn)行。

4.1 城市軌道交通信號系統(tǒng)應(yīng)具備的功能

城市軌道交通信號系統(tǒng)必須具有一定的自動控制功能，特別是在出現(xiàn)一些特殊的情況下能夠?qū)煌ㄐ盘栍幸粋€全局的把控，從而做出科學(xué)合理的判斷，這需要多個板塊共同協(xié)作才能完成。其次，信號系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)具有自動監(jiān)控的功能，正在運(yùn)行的列車能夠按照預(yù)定的運(yùn)行路線進(jìn)行運(yùn)行，并且列車的運(yùn)行狀態(tài)能夠?qū)崟r進(jìn)行監(jiān)控，調(diào)度員只需選擇當(dāng)日的日程表，然后對列車下達(dá)發(fā)車指令既可。最后，城市軌道交通信號系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有較為完善的人工智能控制，不需要過多的人員進(jìn)行干預(yù)，可以在預(yù)設(shè)值的默認(rèn)程序進(jìn)行列車的交通指揮，從而保證列車具有高度的自動化和有序化。

4.2 城市軌道交通信號系統(tǒng)存在的問題

由于我國在城市軌道交通起步較晚，導(dǎo)致交通信號系統(tǒng)主要存在以下四方面的問題。一是，缺乏高端專業(yè)人才。由于我國在交通信號系統(tǒng)起步、缺乏高端專業(yè)人才的問題，導(dǎo)致我國在此方面自主研發(fā)的能力較為薄弱，并且所用的設(shè)備多為進(jìn)口，這就無形中使后期的維護(hù)保養(yǎng)成本增加;二是，由于我國沒有專業(yè)的管理團(tuán)隊或者后期維護(hù)保養(yǎng)做得不到位，從而導(dǎo)致交通信號容易受到天氣、電磁波等干擾，使得交通信號輕度減弱甚至中斷的現(xiàn)象發(fā)生，最終使得城市軌道交通信號無法正常工作;三是，信號傳輸速率不高。由于信號傳輸速率受限，導(dǎo)致交通信號出現(xiàn)延遲的現(xiàn)象，也就使對列車的指揮和控制存在延遲，從而無法保證列車能夠井然有序的運(yùn)行;四是，城市軌道交通信號存在錯報誤報的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對軌道交通的正常運(yùn)行影響十分嚴(yán)重，因此還需要進(jìn)一步提高交通信號的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語

綜上所述，自動控制系統(tǒng)能夠為城市軌道交通帶來諸多的好處。隨著科技的不斷發(fā)展，自動控制系統(tǒng)會逐漸向移動閉塞式方向發(fā)展。隨著我國城市進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市軌道交通作為一種非常便捷的出行方式會越來越受到人們的重視，而自動控制系統(tǒng)能夠使軌道交通更加有序、顯著緩解交通壓力、提高軌道交通運(yùn)行安全系數(shù)、預(yù)防發(fā)生安全事故。因此，加大自動控制系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用具有重要的意義。

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