測速裝置在地鐵 ATP中的應用

董 林

地鐵 ATP是保證列車安全運行的重要設備之一,屬于故障-安全設備,在當今軌道交通運輸中是不可缺少的,這使車載設備的安全性、穩定性顯得十分重要。為了達到這種標準,不但設備的主機要達標,外圍信息采集裝置同樣要達標。

列車實際速度的測量是系統能否達標的關鍵,測速裝置主要完成 2項功能:一是測試出列車的實際速度;二是測試出列車是否有打滑或空轉的情況。

1 ATP測速裝置現狀

1.輪軸測速方式。將測速裝置通過連接器與列車車輪軸頭連接,將列車車輪的轉速轉換為電信號輸出到車載設備中,進行處理后轉變成設備可辨認的制式。其作用有 2個:一是主機判別列車是否按限制規定標準運行;二是通過列車上的顯示器顯示列車的實際速度,為司機駕駛列車提供依據。其速度轉換的方式是:利用發電機原理將列車速度轉換為正弦波信號,輸入到主機;利用光電變換原理將列車速度轉換為方波數字信號,輸入到主機。

2.非輪軸測速方式。測速裝置安裝在列車車體上或列車后轉向架上,通過列車車體的運動來檢測到列車的運行速度。其類別有:①利用雷達工作原理使用多普勒雷達裝置,將列車的速度轉換成信號頻率的變化信號,輸入到主機;②利用加速度計將列車的速度轉換成電平和頻率信號,輸出到主機。

2 ATP測速裝置使用方式

在車載設備使用測速裝置時,不同型號的設備采用不同的測速裝置組合,以適合自身系統的需要,使用起來各有優劣。下面介紹幾種最為常用方式。

1.同種速度傳感器安裝在不同輪軸上。采用的速度傳感器有發電機制式或光電轉換制式,一般使用的制式與型號是相對應的。

2.不同速度傳感器安裝在不同輪軸上。采用的速度傳感器有發電機制式或光電轉換制式。

3.不同種類的速度傳感器組合使用。常用方式:

1)光電轉換制式速度傳感器和多普勒雷達測速裝置組合式。利用一臺或多臺輪軸測速裝置,與一臺多普勒雷達測速裝置組合而成。其各自的作用是:輪軸測速完成速度的精確測量,控制列車的超速防護和定點停車;多普勒雷達測速檢測列車的空轉或打滑。

2)光電轉換制式速度傳感器或發電機式速度傳感器與加速度計組合式。利用一臺或多臺輪軸測速裝置與一臺加速度計組成測速裝置。其各自的作用是:輪軸測速完成速度的精確測量,控制列車超速防護和定點停車;加速度計檢測列車空轉或打滑。

3 測速裝置速度轉換的運用

不同型號的測速裝置利用不同的速度轉換原理完成列車運行速度測量轉換,供給車載設備使用。

1.發電機式速度傳感器。以西屋公司產品為例,它由電磁探頭、齒輪轉盤、車軸聯結器、電壓放大器和傳輸導線組成。其工作原理:將車軸連接器與列車軸頭固定連接,車軸連接器與齒輪轉盤連接。當車輪轉動時齒輪同時轉動,電磁探頭固定在傳感器的外側。齒輪的轉動改變了電磁探頭的電磁感應線圈中的磁通量,使得探頭輸出的感應電壓幅度變化頻率與齒輪變化頻率相同的電信號,供車載設備使用,完成對列車的速度控制。測速輸出頻率為:

其中:v為速度 (km/h);D為輪子直徑;130為車輪每轉一圈的齒數。

3.多普勒雷達速度傳感器。其組成有:發送器、方向耦合器、接收器。它利用多普勒效應原理使得發送信號和接收信號間,產生一個與速度成正比、與角度也有關的頻率偏移。內部 DSP系統分析所獲得的頻率偏移,計算出實際速度,通過通信接口輸出。

4.加速度傳感器。其組成為:檢測探頭、信息處理器、輸出接口電路。工作時,首先將被測目標的變化轉化為壓力的變化,即將列車的運動變成壓力的相應變化,再用壓電或壓阻元件將壓力的變化轉換成電壓的變化,通過技術措施使被測目標的速度變化與電壓變化呈線性關系,最后通過電路的計算即可得出被測加速度值。通過加速度值的檢測可以判斷列車是否發生運動,一般用來檢測列車的打滑或空轉。

4 測速裝置組合使用方式及特點

1.同種測速傳感器不同軸測量方式?？捎脺y量結果同步的方法,提高測速數據的準確性。但是由于列車不同軸的動力和粘軸系數不可能一致,采用同步法時,應該合理考慮列車輪軸的自然差異。同步的一致性要求過高,會造成設備不穩定;要求過低將降低測速的精確度,有導向故障、發生危險的可能。要充分考慮克服共模錯誤措施。

2.異種測速傳感器不同軸測量方式。因應用不同的測速傳感器,速度的傳感變化原理不同,克服了共模錯誤,既提高了準確性,又保證了測速信號的穩定性。

3.利用不同的速度傳感器,檢測列車的打滑和空轉。用輪軸測速檢測列車的實際速度,可采用計量精度比較高的速度傳感器?？辙D和打滑的檢測可用雷達測速傳感器和加速度傳感器完成,可靠性能得到保證。

5 主機使用速度信息的原則

1.同步處理法。將不同輪軸測試的速度信號進行比較,要求兩信號盡量一致且信號的幅度和頻率在規定的范圍。超出誤差值時,設備認為是錯誤信號,向主處理器發出速度信號不同步信息,主處理器將根據誤差的程度對列車實施不同的控制。此方式的特點:安全得到了保證,速度測試值精度比較高。但是,因為是在不同軸采集速度信號,所以很難達到同步。由于列車控制的條件離散性很大,列車自身不可能做到速度一致,肯定有誤差。如果車載設備速度同步差值標準過高,將造成設備穩定性極差,降低了設備及系統的可用性。

2.高位優先法。將 2套測速裝置測試的 2路速度信號進行比較,將速度值高的作為列車的實際速度信號,主處理器以此為依據對列車控制。此時的低速度信號舍去不用。此方法的特點:在確保安全的前提下,有效地克服了同步法誤差范圍精確度不當而造成的設備穩定度下降的問題。但是,此方法只限于在非移動閉塞制式下使用;在移動閉塞制式下,使用處理不當時,有可能降低設備的安全性。

3.設定最大正常加速度和最大正常減速度標準。根據列車牽引或制動狀態,將前后兩次測量到的速度加以比較,用來檢查列車的實際速度準確性,確保測出的速度值是正確的。此方法的特點:有效地檢測出列車的空轉或打滑,但是要求對列車加速度和減速度性能理解非常準確。

結論 :不論使用何種測速裝置,都不會得到安全可靠、完美無缺的速度信號,必須要配備性能良好的速度處理器進行修補完善。

6 速度傳感器的安裝

速度傳感器的種類不同,其安裝方式和要求也不同,一般分為輪軸式和非輪軸式 2種。安裝的一般要求有如下幾點:

1.具有可靠的軸間連接器,應達到不丟轉,不空轉,無致命的磨損。

2.速度傳感器與列車測速接口應符合列車規定,并具有有效的放松裝置。

3.電器配線既要符合信號傳輸標準,又要滿足列車界限要求,具有良好韌性。

4.當速度傳感器在傳導過程中帶有連接器時,應有防水、防塵的措施。

5.對速度傳感器測量出的速度信號,應設計有效的防電磁干擾的措施。

6.要有嚴格有效的安裝標準,來指導速度傳感器的現場安裝。有特殊安裝需求時,應配備專用的工具和技術標準。

7.安裝完成后,應由產品供應商、設計技術人員、現場安裝人員會同列車技術人員,對速度傳感器安裝質量進行檢查,確認后方可使用。

(責任編輯:張 利)