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        一種用于城軌車輛的環(huán)線控制電路設(shè)計(jì)

        2021-10-14 03:43:22張路亞于悅青
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年28期
        關(guān)鍵詞:閉路車尾環(huán)線

        張路亞,于悅青

        (洛陽市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南 洛陽 471000)

        如今地鐵已經(jīng)成為人們出行的重要工具,在一些繁忙的線路上,晚點(diǎn)5分鐘就會造成乘客的大量擁堵,因此,對于地鐵公司來說,保障列車的安全可靠運(yùn)行是至關(guān)重要的?;谝陨蠈?shí)際運(yùn)營的需求,設(shè)計(jì)硬線控制模式,當(dāng)列車網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時,司機(jī)可以直接將列車切換到硬線控制模式,利用可靠性更高的硬線來取代網(wǎng)絡(luò)控制,實(shí)現(xiàn)列車正常運(yùn)行最基本的功能,保證列車能夠正常運(yùn)營到終點(diǎn)然后再入庫檢查?,F(xiàn)階段地鐵車輛大都引入了網(wǎng)絡(luò)控制,但是由于硬線電路具有極高的可靠性和可維護(hù)性,因此在車輛電氣設(shè)計(jì)中仍然大量采用硬線電路來實(shí)現(xiàn)其功能。

        在原有技術(shù)中,列車環(huán)線控制電路如圖1所示,列車環(huán)線控制電路由列車的兩端司機(jī)室占有繼電器KM11進(jìn)行控制,當(dāng)TC1占有時,TC1車KM11得電,控制開關(guān)觸點(diǎn)3-4閉合且開關(guān)觸點(diǎn)1-2斷開,當(dāng)全部操作兩端的按鈕S11時,信號通過該硬線傳遞先后至TC2車與TC1車的繼電器KM12,使列車TC2與TC1的繼電器KM12得電觸發(fā)其功能,從而實(shí)現(xiàn)列車硬線信號的傳遞功能和兩個司機(jī)室占有繼電器互鎖功能。當(dāng)TC2司機(jī)室占有時,與上文同理。

        圖1 列車環(huán)線控制電路背景技術(shù)

        該電路被普遍應(yīng)用于地鐵車輛的設(shè)計(jì),其優(yōu)勢在于列車兩端電路的對稱性,大幅度降低了其他關(guān)聯(lián)功能電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,如車尾閉路電路。但它也有其待改進(jìn)的空間,其一,大量占用司機(jī)室繼電器的觸點(diǎn);其二,雙邊供電,造成了資源的浪費(fèi)。本文的硬線信號電路設(shè)計(jì)正是針對這兩點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。

        1 列車環(huán)線控制電路設(shè)計(jì)

        1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

        傳統(tǒng)電路利用繼電器控制實(shí)現(xiàn)硬線信號傳輸,且使用雙邊供電,但是存在繼電器故障率高,可靠性低,成本較高的問題?;谝陨峡紤],本文采用了車端連接器實(shí)現(xiàn)硬線信號傳遞,并使用了單邊供電的供電方式,提高了可靠性且降低了成本。

        1.2 具體方案

        下面將對本設(shè)計(jì)的列車環(huán)線控制電路的具體方案進(jìn)行介紹。

        圖2為列車環(huán)線控制電路。該電路使用了車端連接器的1、2、3觸點(diǎn),TCI車的車端連接器的1、2觸點(diǎn)相連,TC2車的車端連接器的2、3的觸點(diǎn)相連,操作兩端S11按鈕,實(shí)現(xiàn)列車硬線信號的傳遞。

        圖2 列車環(huán)線控制電路

        列車環(huán)線控制電路具體的控制邏輯如下:列車由TC1車蓄電池單邊供電,蓄電池提供的高電平信號通過TC1車車端連接器1點(diǎn)傳遞到2點(diǎn)再傳遞到按鈕S11,當(dāng)TC1車與TC2車S11都閉合時,高電平信號傳遞至TC2車車端連接器的2點(diǎn)再傳遞到3點(diǎn),從而使TC1與TC2的繼電器KM11得電。同理,若任意司機(jī)室按鈕S11沒有被操作,或者硬線傳輸過程任何導(dǎo)致信號中斷的條件發(fā)生,則列車TC1與TC2的繼電器KM11均不應(yīng)得電,無法實(shí)現(xiàn)列車硬線信號的傳遞。

        2 車尾閉路電路設(shè)計(jì)

        由于在使用本文的列車環(huán)線控制電路設(shè)計(jì)時,因電路設(shè)計(jì)為單邊供電,電路中供電端(TC1車)與非供電端(TC2車)的電路設(shè)計(jì)不對稱,在車尾閉路(即僅列車一半的編組投入運(yùn)行)工況需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

        2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

        本文在使用車端連接器的列車線環(huán)線控制電路的基礎(chǔ)上,重新設(shè)計(jì)了車尾閉路電路,電路可以完成以下功能:(1)包含單邊供電供電端的編組單編組運(yùn)行。(2)包含單邊供電非供電端的編組單編組運(yùn)行?;谝陨瞎δ艿目紤],我們首先需要設(shè)計(jì)一個電路去判斷是供電端還是非供電端的列車編組投入運(yùn)行,判斷完畢以后,使用車尾閉路控制電路去控制車尾閉路電路,最后利用車尾閉路電路實(shí)現(xiàn)車尾閉路功能。因此,車尾閉路電路設(shè)計(jì)包含3個子電路,即列車編組判斷電路、車尾閉路控制電路、車尾閉路電路。

        2.2 具體方案

        在使用本文的列車環(huán)線控制電路設(shè)計(jì)場景下的車尾閉路電路包括3個子電路,分別是列車編組判斷電路、車尾閉路控制電路、車尾閉路電路,以下電路說明均以TC1車為單邊供電的供電端為例說明。

        下面將對3個電路分別進(jìn)行介紹,并闡述3個電路之間的邏輯關(guān)系。

        2.2.1 列車編組判斷電路

        圖3為列車編組判斷電路。該電路的功能是為實(shí)現(xiàn)對車尾閉路控制電路的控制。當(dāng)采用本設(shè)計(jì)的列車線環(huán)線控制電路時,因TC1車與TC2車的車端連接器連線有所不同,列車部分功能的實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行列車的編組判斷。

        圖3 列車編組判斷電路

        列車編組判斷電路具體的控制邏輯如下:列車編組判斷電路采用雙邊供電,TC1車5點(diǎn)與6點(diǎn)連接,所以TC1車?yán)^電器KM1得電;TC2車5點(diǎn)與6點(diǎn)未相連,所以TC2車?yán)^電器KM1不得電。列車編組判斷功能的實(shí)現(xiàn)依賴于兩車的繼電器KM1的得電狀態(tài)不同,若發(fā)現(xiàn)繼電器KM1處于得電狀態(tài),則判斷結(jié)果為供電端(TC1車)的編組投入運(yùn)行;若發(fā)現(xiàn)繼電器KM1處于不得電狀態(tài),則判斷結(jié)果為非供電端(TC2車)的編組投入運(yùn)行。

        2.2.2 車尾閉路控制電路

        圖4為車尾閉路控制電路,S01為車尾閉路按鈕。該電路位于列車供電端所在編組的M車與非供電端所在編組的M車,其功能是為了實(shí)現(xiàn)對車尾閉路電路的控制。參考2.2.1 章節(jié)本文的列車編組判斷電路設(shè)計(jì)可知,當(dāng)供電端(TC1車)車尾閉路時,由于TCI車端的車端連接器5、6觸點(diǎn)相連,繼電器KM1可得電;非供電端(TC2車)車尾閉路時,由于TC2車端的車端連接器5、6觸點(diǎn)未相連,繼電器KM1無法得電。

        圖4 車尾閉路控制電路

        車尾閉路控制電路的實(shí)現(xiàn)邏輯與功能為:當(dāng)TC1車所在編組需要進(jìn)行車尾閉路運(yùn)行,TC1車端的車尾閉路控制電路工作,操作按鈕S01,由前文可知繼電器KM1處于得電狀態(tài),則繼電器KM1的3-4觸點(diǎn)閉合,1-2觸點(diǎn)斷開,從而使繼電器KM3得電,其控制的開關(guān)觸點(diǎn)1-2斷開,使繼電器KM2無法得電;當(dāng)TC2車所在編組需要進(jìn)行車尾閉路運(yùn)行,TC2車端的車尾閉路控制電路工作,操作按鈕S01,由前文可知繼電器KM1處于未得電狀態(tài),繼電器KM1控制的開關(guān)觸點(diǎn)1-2依然處于閉合狀態(tài),繼電器KM2得電,其得電后控制的開關(guān)觸點(diǎn)1-2斷開,使繼電器KM3無法得電,從而實(shí)現(xiàn)繼電器KM2與繼電器KM3的互鎖功能。

        2.2.3 車尾閉路電路

        圖5為車尾閉路電路。實(shí)現(xiàn)邏輯與功能為:據(jù)2.2.2章節(jié)分析可知,當(dāng)TC1車所在編組需要進(jìn)行車尾閉路運(yùn)行,M1車的繼電器KM3得電,其控制的開關(guān)觸點(diǎn)3-4閉合,而繼電器KM2無法得電,其控制的開關(guān)觸點(diǎn)3-4維持?jǐn)嚅_狀態(tài),TC1車蓄電池電源電流依次經(jīng)過車端連接器1、2觸點(diǎn)、判斷開關(guān)S11、繼電器KM3閉合的3、4觸點(diǎn)使繼電器KM11得電,實(shí)現(xiàn)單編組運(yùn)行;當(dāng)TC2車所在編組需要進(jìn)行車尾閉路運(yùn)行,M2車的繼電器KM2得電,其控制的開關(guān)觸點(diǎn)3-4閉合,而繼電器KM2無法得電,其控制的開關(guān)觸點(diǎn)3-4維持?jǐn)嚅_狀態(tài),TM2車蓄電池電源電流經(jīng)過繼電器KM2閉合的3、4觸點(diǎn)、判斷開關(guān)S11、車端連接器2、3點(diǎn)使繼電器KM11得電,實(shí)現(xiàn)單編組運(yùn)行。

        圖5 車尾閉路電路

        3 總結(jié)與分析

        本文首先敘述了列車環(huán)線控制電路的背景與意義,詳細(xì)闡述了傳統(tǒng)列車環(huán)線控制電路的電路邏輯以及原理,并列舉了它的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn),針對它的缺點(diǎn)提出了本文的單邊供電的環(huán)線控制電路設(shè)計(jì),并具體地闡述了該種電路的電路邏輯以及原理,此外還詳細(xì)說明了在此種新型電路應(yīng)用情景下重新設(shè)計(jì)的列車編組判斷電路、車尾閉路控制電路以及車尾閉路電路,本文所設(shè)計(jì)電路雖然與傳統(tǒng)環(huán)線控制電路相比有所優(yōu)化,但同時也存在著某些方面的劣勢,接下來將傳統(tǒng)環(huán)線控制電路與本文設(shè)計(jì)的環(huán)線控制電路進(jìn)行優(yōu)劣勢對比。

        根據(jù)表1可知,本設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)相比的劣勢除了冗余性低以外,另一個是車尾閉路工況下(即單編組投入運(yùn)行)車尾閉路電路的復(fù)雜性,但需要特別說明的是,列車單編組運(yùn)行的情況在實(shí)際運(yùn)行時發(fā)生的可能性是極小的,所以車尾閉路電路的存在并非不可或缺。下面將針對具體項(xiàng)目的電路原理圖深入分析兩種控制電路的車尾閉路電路的適用情況:

        表1 兩種電路的優(yōu)劣勢對比

        首先闡述傳統(tǒng)雙邊供電的環(huán)線控制電路及其車尾閉路電路,以鄭州地鐵5號線為例,在該項(xiàng)目中,原理圖所有應(yīng)用了傳統(tǒng)環(huán)線控制電路的功能電路據(jù)統(tǒng)計(jì)后如表2所示。

        表2 ZZL5傳統(tǒng)環(huán)線控制電路

        可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用了傳統(tǒng)環(huán)線控制電路的幾乎都是監(jiān)視回路,監(jiān)視功能的實(shí)現(xiàn)需要依靠環(huán)線控制電路來傳遞整個列車的硬線信號。需要特別說明的是,鄭州地鐵5號線項(xiàng)目中沒有設(shè)計(jì)車尾閉路電路,而同樣應(yīng)用了傳統(tǒng)環(huán)線控制電路的武漢地鐵8號線項(xiàng)目卻設(shè)有車尾閉路電路,據(jù)了解后得知是否需要車尾閉路電路取決于業(yè)主要求,有些列車不會存在單編組運(yùn)行的情況,因此不需要車尾閉路電路。

        下面闡述本設(shè)計(jì)環(huán)線控制電路及其車尾閉路電路,該種新型電路主要應(yīng)用在上海地鐵18號線項(xiàng)目,為了更加清晰直觀地看到本設(shè)計(jì)電路的應(yīng)用情況,作者將該項(xiàng)目原理圖中所有應(yīng)用了本設(shè)計(jì)環(huán)線控制電路的功能電路進(jìn)行整理,發(fā)現(xiàn)所有應(yīng)用了本設(shè)計(jì)環(huán)線控制電路的功能電路中總共只有三個電路設(shè)有車尾閉路電路,具體見表3。

        表3 SHL18帶車尾閉路電路的環(huán)線控制電路

        據(jù)以上分析可知,當(dāng)應(yīng)用本設(shè)計(jì)環(huán)線控制電路時,只有極少數(shù)電路需要車尾閉路電路,而車尾閉路電路對于傳統(tǒng)環(huán)線控制電路也不是必須存在。也就是說,車尾閉路電路這一項(xiàng)在評估兩種電路的優(yōu)劣勢時占總體比重應(yīng)該較小。本設(shè)計(jì)電路在車尾閉路電路這一項(xiàng)幾乎不占劣勢,因?yàn)闊o需耗費(fèi)更多的成本資源在維護(hù)車尾閉路電路上。

        而在其他的方面,本設(shè)計(jì)的單邊供電的車端連接器環(huán)線控制電路相比傳統(tǒng)環(huán)線控制電路而言,將繼電器控制改為車端連接器硬線控制,既節(jié)約了成本,且減少了因繼電器故障導(dǎo)致的出錯幾率,可靠性更高,而且單邊供電較雙邊供電更節(jié)約資源。綜上所述,本設(shè)計(jì)的環(huán)線控制電路具有投入使用的實(shí)際價值,可根據(jù)客戶的具體需求靈活地使用兩種電路。

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