城市轨道交通(地铁)机电一体化的应用与发展

城市轨道交通（地铁）机电一体化的应用与发展

摘要：城市轨道交通包括地铁在内的信号系统通常都是由列车自动控制系统组成，以下简称atc，atc系统包括列车自动监控系统（简称ats）、列车自动防护子系统（简称atp）、列车自动运行系统（简称ato）三个子系统。科学技术的进步以及客户群体的要求无不促进着地铁信号技术的发展。地铁信号系统的发展方向为基于通信的atc系统、全程无人ato系统、集成的地铁控制系统。随着后续科学技术的进一步发展，地铁信号系统会择优选择安全性能高，可操作性强并且运行稳定的系统，将会呈现多元化的发展趋势。

关键词：城市轨道交通；地铁；机电一体化；应用与研究；地铁信号系统；

一、前言

城市轨道交通包括地铁在内的信号系统通常都是由列车自动控制系统组成，以下简称atc，atc系统包括列车自动监控系统（简称ats）、列车自动防护子系统（简称atp）、列车自动运行系统（简称ato）三个子系统。这三个子系统都是经由信息交换网络来构成一个封闭连环的系统，这使得车上与地面控制、中央与地面控制得以互相结合，于是形成一个集列车运营情况的调整、列车的指挥以及列车无人驾驶自动化等多种功能为一体的列车自动控制系统。

这其中atp系统是atc系统至关重要的组成部分，它负责列车的超速警告，列车与列车之间安全间距、安全开关门的的监控等工作，以此来保障列车以及司乘人员的安全性能。同时ats系统主要负责自动调整列车的运营时间表、生成列车运营时间表、监管列车运营的状态以及保障列车能够正点运营。ato负责的是列车在车站能够准点停车、站点停的期间能够继续自动运营以及到达终点后可以自动折返。现如今的atc系统大部分都可以满足现如今客运量对列车运营的安全性和列车运营正常时刻表等的需要，但是与此同时atc系统还具备安全设备种类繁多、体积大、以及接口之间关系复杂等特点，因此在安全稳定性能方面仍有需要完善的地方。不过随着科学技术的快速进步，信号系统势必会发展成为更先进可靠、服务性能更好、智能化程度更高的系统。

二、地铁中信号系统即atc系统的应用

早期地铁信号系统以音频轨道电路为基础，不过由于音频轨道电路因其稳定性与抗干扰等性能都不能满足高密度行车的需要，于是渐渐的赖到了数字轨道电路，这其中应用得最多的地铁信号系统便是以数字轨道电路为基础的atc系统。总的来说，atc系统由ats、atp、ato三个子系统组成，其中atp/ato按地理位置的分布又分为轨旁atp/ato以及车载atp/ato。

1、ats系统

ats子系统负责监视和控制整个地铁线路中列车的运行状态。ats为非故障安全系统，它的全部或任何一个部分的故障或不正确操作，都不会影响列车运行的安全。ats通过atp有效地防止了由于ats故障或不正确操作可能导致的对列车运行的危害。

2、atp系统

atp系统以故障安全原则强制系统安全工作。它用来检查和控制所有涉及道岔动作、列车占用状态、列车运行速度、列车追踪间隔、地面信号灯指示、列车进路等安全性。列车紧急制动闸的释放、行驶距离的确定、车门的监督、折返的监督、列车运行速度的监督等也属于atp控制的范畴。

三、ato系统

ato执行站间自动运行、车站定点停车、自动折返、开/关车门和车站停车时间控制等功能。地铁信号系统现在所采用的ato方式多为站间自动运行方式，车站的开、关门及列车出站时的启动由驾驶员负责，其实现如今的技术从理论层面讲来早已可以实现全程自动驾驶，不过照顾到司乘人员的心理需求以及对安全稳定性的要求，列车基本都有司机。

地铁信号系统的发展趋势主要体现在两个方面：一是随着通信安全性、可靠性的提高和通信手段的多样化，目前普遍采用的站间ato 方式将向全程无人 ato 方式发展；二是利用先进的计算机网络技术实现单一的 ats 系统向集成化的综合地铁控制系统方向发展。

3.1集成化的综合地铁控制系统

3.2国际先进的节能技术与我国城市轨道交通技术相结合中的难度

国际先进的节能技术主要是返璞归真，充分利用自然和提高材料等的科技含量。但是，我国城市轨道交通系统庞大，多处于地下，照明、通风、运作等几乎全部要使用人力和物力，尤其是以电力为主的地铁交通系统中，必然要耗费大量的电力资源。我们只有在现有技术条件和环境下，充分借鉴外国经验，实现我国城市轨道交通节能技术的新突破。

当前，我国轨道交通节能方面，可以得到有效改善以及亟需改善的方面有：其一，车厢内采用具有卸载功能的压缩机技术和新风门调节技术，根据载客量自动调节地铁车厢的制冷量，在保证车厢内温度适宜的同时，达到节能的效果。但此种方式，需要将空调的制冷级别设置为六级，新风门设置为全开、全闭、三分之一开，三分之二开等四档调节功能，这在空调和新风门的设置上加大了难度。其二，停车场的绿色节能技术。由于地铁体积大，其停车场多位于郊区，占地面积大，在车辆保养、停放等方面有诸多节能必要。其三，结合西方国家充分利用自然的特性，在地铁地下候车室等地下建筑中，注意设置自然通风口，减少空调等设备的使用。

四、机电一体化技术在地铁行业内的应用

在科学技术日新月异的今天，微电子技术和计算机技术快速发展，并不断向机械工业等领域渗透，机电一体化技术应运而生。机电一体化系统主要从系统的观点出发，综合运用了机械技术、微电子技术、计算机技术、电力电子技术、以及软件编程技术等群体技术，具有网络化、微型化、绿色化和人性化的特点.

在地铁行业中，机电一体化是以微处理机为核心，把工控机、微机、仪表、显示装置等技术有机结合的统一整体，采用组装的方式，使得城市庞大的地铁系统得到精确的控制。

机电一体化在地铁行业中的应用主要体现在以下几个方面：

首先，智能化的控制技术。如通过地铁智能化控制，可以对自动扶梯进行节能控制，如利用变频控制技术，随时监测乘坐扶梯的人数，根据乘客量采用不同的运行速度，调整扶梯的运行速度和是否开启。此外，对列车的运行、地铁内部空调、通风设备等的运行也能做到智能化控制。

其二，分布式控制系统的采用。一台中央计算机指挥若干台面向不同列车、不同站点的现场测控计算机，既可以集中监视、操作、管理和调配整个地铁运行系统，又可分散分点重点控制某一列列车的运行和停止，形成了一种测、控、管一体化的兼具综合性和分散性极强的现代化管理体系。

其三，网络技术的充分应用。应用网络各种远程控制和监视技术，建立总线拓扑结构网络，分多个子网，全盘控制连接自动扶梯、屏蔽门、车站到全线光纤