测速装置在地铁 ATP中的应用

董 林

地铁 ATP是保证列车安全运行的重要设备之一,属于故障-安全设备,在当今轨道交通运输中是不可缺少的,这使车载设备的安全性、稳定性显得十分重要。为了达到这种标准,不但设备的主机要达标,外围信息采集装置同样要达标。

列车实际速度的测量是系统能否达标的关键,测速装置主要完成 2项功能:一是测试出列车的实际速度;二是测试出列车是否有打滑或空转的情况。

1 ATP测速装置现状

1.轮轴测速方式。将测速装置通过连接器与列车车轮轴头连接,将列车车轮的转速转换为电信号输出到车载设备中,进行处理后转变成设备可辨认的制式。其作用有 2个:一是主机判别列车是否按限制规定标准运行;二是通过列车上的显示器显示列车的实际速度,为司机驾驶列车提供依据。其速度转换的方式是:利用发电机原理将列车速度转换为正弦波信号,输入到主机;利用光电变换原理将列车速度转换为方波数字信号,输入到主机。

2.非轮轴测速方式。测速装置安装在列车车体上或列车后转向架上,通过列车车体的运动来检测到列车的运行速度。其类别有:①利用雷达工作原理使用多普勒雷达装置,将列车的速度转换成信号频率的变化信号,输入到主机;②利用加速度计将列车的速度转换成电平和频率信号,输出到主机。

2 ATP测速装置使用方式

在车载设备使用测速装置时,不同型号的设备采用不同的测速装置组合,以适合自身系统的需要,使用起来各有优劣。下面介绍几种最为常用方式。

1.同种速度传感器安装在不同轮轴上。采用的速度传感器有发电机制式或光电转换制式,一般使用的制式与型号是相对应的。

2.不同速度传感器安装在不同轮轴上。采用的速度传感器有发电机制式或光电转换制式。

3.不同种类的速度传感器组合使用。常用方式:

1)光电转换制式速度传感器和多普勒雷达测速装置组合式。利用一台或多台轮轴测速装置,与一台多普勒雷达测速装置组合而成。其各自的作用是:轮轴测速完成速度的精确测量,控制列车的超速防护和定点停车;多普勒雷达测速检测列车的空转或打滑。

2)光电转换制式速度传感器或发电机式速度传感器与加速度计组合式。利用一台或多台轮轴测速装置与一台加速度计组成测速装置。其各自的作用是:轮轴测速完成速度的精确测量,控制列车超速防护和定点停车;加速度计检测列车空转或打滑。

3 测速装置速度转换的运用

不同型号的测速装置利用不同的速度转换原理完成列车运行速度测量转换,供给车载设备使用。

1.发电机式速度传感器。以西屋公司产品为例,它由电磁探头、齿轮转盘、车轴联结器、电压放大器和传输导线组成。其工作原理:将车轴连接器与列车轴头固定连接,车轴连接器与齿轮转盘连接。当车轮转动时齿轮同时转动,电磁探头固定在传感器的外侧。齿轮的转动改变了电磁探头的电磁感应线圈中的磁通量,使得探头输出的感应电压幅度变化频率与齿轮变化频率相同的电信号,供车载设备使用,完成对列车的速度控制。测速输出频率为:

其中:v为速度 (km/h);D为轮子直径;130为车轮每转一圈的齿数。

3.多普勒雷达速度传感器。其组成有:发送器、方向耦合器、接收器。它利用多普勒效应原理使得发送信号和接收信号间,产生一个与速度成正比、与角度也有关的频率偏移。内部 DSP系统分析所获得的频率偏移,计算出实际速度,通过通信接口输出。

4.加速度传感器。其组成为:检测探头、信息处理器、输出接口电路。工作时,首先将被测目标的变化转化为压力的变化,即将列车的运动变成压力的相应变化,再用压电或压阻元件将压力的变化转换成电压的变化,通过技术措施使被测目标的速度变化与电压变化呈线性关系,最后通过电路的计算即可得出被测加速度值。通过加速度值的检测可以判断列车是否发生运动,一般用来检测列车的打滑或空转。

4 测速装置组合使用方式及特点

1.同种测速传感器不同轴测量方式。可用测量结果同步的方法,提高测速数据的准确性。但是由于列车不同轴的动力和粘轴系数不可能一致,采用同步法时,应该合理考虑列车轮轴的自然差异。同步的一致性要求过高,会造成设备不稳定;要求过低将降低测速的精确度,有导向故障、发生危险的可能。要充分考虑克服共模错误措施。

2.异种测速传感器不同轴测量方式。因应用不同的测速传感器,速度的传感变化原理不同,克服了共模错误,既提高了准确性,又保证了测速信号的稳定性。

3.利用不同的速度传感器,检测列车的打滑和空转。用轮轴测速检测列车的实际速度,可采用计量精度比较高的速度传感器。空转和打滑的检测可用雷达测速传感器和加速度传感器完成,可靠性能得到保证。

5 主机使用速度信息的原则

1.同步处理法。将不同轮轴测试的速度信号进行比较,要求两信号尽量一致且信号的幅度和频率在规定的范围。超出误差值时,设备认为是错误信号,向主处理器发出速度信号不同步信息,主处理器将根据误差的程度对列车实施不同的控制。此方式的特点:安全得到了保证,速度测试值精度比较高。但是,因为是在不同轴采集速度信号,所以很难达到同步。由于列车控制的条件离散性很大,列车自身不可能做到速度一致,肯定有误差。如果车载设备速度同步差值标准过高,将造成设备稳定性极差,降低了设备及系统的可用性。

2.高位优先法。将 2套测速装置测试的 2路速度信号进行比较,将速度值高的作为列车的实际速度信号,主处理器以此为依据对列车控制。此时的低速度信号舍去不用。此方法的特点:在确保安全的前提下,有效地克服了同步法误差范围精确度不当而造成的设备稳定度下降的问题。但是,此方法只限于在非移动闭塞制式下使用;在移动闭塞制式下,使用处理不当时,有可能降低设备的安全性。

3.设定最大正常加速度和最大正常减速度标准。根据列车牵引或制动状态,将前后两次测量到的速度加以比较,用来检查列车的实际速度准确性,确保测出的速度值是正确的。此方法的特点:有效地检测出列车的空转或打滑,但是要求对列车加速度和减速度性能理解非常准确。

结论 :不论使用何种测速装置,都不会得到安全可靠、完美无缺的速度信号,必须要配备性能良好的速度处理器进行修补完善。

6 速度传感器的安装

速度传感器的种类不同,其安装方式和要求也不同,一般分为轮轴式和非轮轴式 2种。安装的一般要求有如下几点:

1.具有可靠的轴间连接器,应达到不丢转,不空转,无致命的磨损。

2.速度传感器与列车测速接口应符合列车规定,并具有有效的放松装置。

3.电器配线既要符合信号传输标准,又要满足列车界限要求,具有良好韧性。

4.当速度传感器在传导过程中带有连接器时,应有防水、防尘的措施。

5.对速度传感器测量出的速度信号,应设计有效的防电磁干扰的措施。

6.要有严格有效的安装标准,来指导速度传感器的现场安装。有特殊安装需求时,应配备专用的工具和技术标准。

7.安装完成后,应由产品供应商、设计技术人员、现场安装人员会同列车技术人员,对速度传感器安装质量进行检查,确认后方可使用。

(责任编辑:张 利)