董 林

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

列車實際速度的測量是系統(tǒng)能否達(dá)標(biāo)的關(guān)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(zhuǎn)的情況。

1 ATP測速裝置現(xiàn)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(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電信號輸出到車載設(shè)備中,進行處理后轉(zhuǎn)變成設(shè)備可辨認(rèn)的制式。其作用有 2個:一是主機判別列車是否按限制規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)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(jù)。其速度轉(zhuǎn)換的方式是:利用發(fā)電機原理將列車速度轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為方波數(shù)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(zhuǎn)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(dá)工作原理使用多普勒雷達(dá)裝置,將列車的速度轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)備使用測速裝置時,不同型號的設(shè)備采用不同的測速裝置組合,以適合自身系統(tǒng)的需要,使用起來各有優(yōu)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(fā)電機制式或光電轉(zhuǎn)換制式,一般使用的制式與型號是相對應(yīng)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(fā)電機制式或光電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換制式速度傳感器和多普勒雷達(dá)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(dá)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(dá)測速檢測列車的空轉(zhuǎn)或打滑。

2)光電轉(zhuǎn)換制式速度傳感器或發(fā)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(zhuǎn)或打滑。

3 測速裝置速度轉(zhuǎn)換的運用

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

1.發(fā)電機式速度傳感器。以西屋公司產(chǎn)品為例,它由電磁探頭、齒輪轉(zhuǎn)盤、車軸聯(lián)結(jié)器、電壓放大器和傳輸導(dǎo)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(zhuǎn)盤連接。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時齒輪同時轉(zhuǎn)動,電磁探頭固定在傳感器的外側(cè)。齒輪的轉(zhuǎn)動改變了電磁探頭的電磁感應(yīng)線圈中的磁通量,使得探頭輸出的感應(yīng)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(shè)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(zhuǎn)一圈的齒數(shù)。

3.多普勒雷達(dá)速度傳感器。其組成有:發(fā)送器、方向耦合器、接收器。它利用多普勒效應(yīng)原理使得發(fā)送信號和接收信號間,產(chǎn)生一個與速度成正比、與角度也有關(guān)的頻率偏移。內(nèi)部 DSP系統(tǒng)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(biāo)的變化轉(zhuǎn)化為壓力的變化,即將列車的運動變成壓力的相應(yīng)變化,再用壓電或壓阻元件將壓力的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化,通過技術(shù)措施使被測目標(biāo)的速度變化與電壓變化呈線性關(guān)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(fā)生運動,一般用來檢測列車的打滑或空轉(zhuǎn)。

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(jié)果同步的方法,提高測速數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。但是由于列車不同軸的動力和粘軸系數(shù)不可能一致,采用同步法時,應(yīng)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(shè)備不穩(wěn)定;要求過低將降低測速的精確度,有導(dǎo)向故障、發(fā)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(yīng)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(zhǔn)確性,又保證了測速信號的穩(wěn)定性。

3.利用不同的速度傳感器,檢測列車的打滑和空轉(zhuǎn)。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。空轉(zhuǎn)和打滑的檢測可用雷達(dá)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(guī)定的范圍。超出誤差值時,設(shè)備認(rèn)為是錯誤信號,向主處理器發(fā)出速度信號不同步信息,主處理器將根據(jù)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(dá)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(shè)備速度同步差值標(biāo)準(zhǔn)過高,將造成設(shè)備穩(wěn)定性極差,降低了設(shè)備及系統(tǒng)的可用性。

2.高位優(yōu)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(jù)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(dāng)而造成的設(shè)備穩(wěn)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(dāng)時,有可能降低設(shè)備的安全性。

3.設(shè)定最大正常加速度和最大正常減速度標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)列車牽引或制動狀態(tài),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(zhǔn)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(zhuǎn)或打滑,但是要求對列車加速度和減速度性能理解非常準(zhǔn)確。

結(jié)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(yīng)達(dá)到不丟轉(zhuǎn),不空轉(zhuǎn),無致命的磨損。

2.速度傳感器與列車測速接口應(yīng)符合列車規(guī)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(biāo)準(zhǔn),又要滿足列車界限要求,具有良好韌性。

4.當(dāng)速度傳感器在傳導(dǎo)過程中帶有連接器時,應(yīng)有防水、防塵的措施。

5.對速度傳感器測量出的速度信號,應(yīng)設(shè)計有效的防電磁干擾的措施。

6.要有嚴(yán)格有效的安裝標(biāo)準(zhǔn),來指導(dǎo)速度傳感器的現(xiàn)場安裝。有特殊安裝需求時,應(yīng)配備專用的工具和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

7.安裝完成后,應(yīng)由產(chǎn)品供應(yīng)商、設(shè)計技術(shù)人員、現(xiàn)場安裝人員會同列車技術(shù)人員,對速度傳感器安裝質(zhì)量進行檢查,確認(rèn)后方可使用。

(責(zé)任編輯:張 利)