磁悬浮列车运行控制系统构想

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1、磁悬浮列车运行控制系统技术方案的设想学 院：交通运输学院班 级：铁路1208班姓名： 白海龙学号：12251205_ _磁悬浮列车运行控制系统技术方案的设想白海龙 12251205北京交通大学100044摘要：磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行 走时不同于其他列车需要接触地面，因此只受来自空气的阻力。磁悬浮列车的速度可达每小时 400公里以上，比轮轨高速列车的380多公里还要快。1970年以后，随着世界工业化国家经济 实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、发达国家以及中国都 相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。我国第一辆磁悬浮

2、列车2003年1月开始在上海运行。 针对磁悬浮列车的特点，在未来磁悬浮列车的普及势在必行。而除了硬件技术问题，磁悬浮列车的推广首当其冲的就是解决其控制系统的问题。 关键词：磁悬浮列车；运行控制系统；推广；设想1磁悬浮列车简介地磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力来推 动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在 空中，行走时不同于其他列车需要接触地 面，因此只受来自空气的阻力。磁悬浮列 车的速度可达每小时400公里以上，比轮轨 高速列车的380多公里还要快。磁悬浮技 术的研究源于德国，早在1922年，德国工 程师赫尔曼肯佩尔就提出了电磁悬浮原 理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。 1970年以后，随着世界

3、工业化国家经济实 力的不断加强，为提高交通运输能力以适 应其经济发展的需要，德国、发达国家以 及中国都相继开始筹划进行磁悬浮运输系 统的开发。我国第一辆磁悬浮列车2003年1 月开始在上海运行。2磁悬浮列车技术分析2.1工作原理磁悬浮列车利用电磁体“同极相斥， 异极吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引 力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在 距离轨道约1厘米处，腾空行驶。由于磁 铁有同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸 引两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应 的形式：一种是利用磁铁同名磁极相互排 斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列 车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场 与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的

4、相 斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则 是利用磁铁异名磁极相互吸引原理而设计 的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在 车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁 铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分 别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的 电流，使电磁铁和导轨间保持1015毫米 的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的 重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨 面上运行。2.2技术系统EMS是一种吸力悬浮系统，是结合在 机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互 排斥产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时， 首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的 电磁排斥力，与地面轨道两侧的绕组发生 磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导 向电

5、磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮 与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在 水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接 触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙 为10毫米，是通过一套高精度电子调整系 统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际 上与列车运行速度无关，所以即使在停车 状态下列车仍然可以进入悬浮状态。EDS将磁铁使用在运动的机车上以在 导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙 减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁 斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然 而机车必须安装类似车轮一样的装置对机 车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑, 这是因为EDS在机车速度低于大约25英 里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低

6、温超 导技术下得到了更大的发展。磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动 机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作 用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地 面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到 电枢的作用，它就像同步直线电动机的长 定子绕组。从电动机的工作原理可以知道, 当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁 感应而推动电机的转子转动。同样，当沿 线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提 供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作 用承载系统连同列车一起就像电机的“转 子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮 状态下，列车可以完全实现非接触的牵引 和制动。导向系统是一种侧向力来保证悬浮的 机车能够沿着导轨的方向运动。必要的

7、推 力与悬浮力相类似，也可以分为引力和斥 力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同 时为导向系统和悬浮系统提供动力，也可 以采用独立的导向系统电磁铁。2.2运行控制系统基本要求基于磁悬浮列车的上述特点和工作原 理，其列车运行控制系统必须满足以下几 点基本要求：(1) 驾驶功能:参照现代铁路高速列 车与民航客机现行的控制系统，在将来磁 悬浮列车投入运营时应采用自动控制为主 人工控制为辅的控制方式。具体包括自动 悬浮控制功能、电力牵引控制功能、电力 制动与机械制动控制功能、车门控制功能、 电源控制功能、辅助设备控制功能。(2) 保护功能:保护功能参考铁路咼 速列车现行控制系统与法国、德国以及日 本等国

8、系统，应采用全自动移动闭塞的方 式。其基本功能应包括以下几方面：进站 保护功能、曲线限速保护功能、超速防护 功能、对驾驶误操作自动保护功能。(3) 监视功能:监视系统也采用全自 动方式，具体包括：速度测量和列车定位 功能、进站检测功能、全列车状态检测与 显示功能、故障诊断功能。3磁悬浮列车的应用现状由于磁悬浮列车具有快速、低耗、环 保、安全等优点，因此前景十分广阔。常 导磁悬浮列车可达400至500公里/小时， 超导磁悬浮列车可达500至600公里/小 时。它的高速度使其在1000至1500公里 之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。由 于没有轮子、无摩擦等因素，它比目前最 先进的高速火车少耗电3

9、0%。在500公里/ 小时速度下,每座位/公里的能耗仅为飞机 的1/3至1/2,比汽车也少耗能30%。因无 轮轨接触，震动小、舒适性较好。磁悬浮 列车在运行时不与轨道发生摩擦，发出的 噪音较低。而由于电磁强、辐射大、制动 差、安全不可靠、环保低；经常坐会导致 男性永久阳痿、早泄、和前列腺增生，女 性会导致月经失调、痛经、和妇科症等， 孕妇乘坐会导致孩子畸形或小产，未成年 人会导致不长个子、瘦弱、精神迟钝、反 应性差;容易患上白血病!对老年人会导致 失眠健忘血压失稳目光呆滞脾气暴躁，强 烈的电磁辐射会是体内的铁分子发生癌聚 变影响铁元素生理功能。电磁辐射隔离技 术有待加强。加之缺少相配套的列车运

10、行控制系 统，导致列车运行成本高昂，票价十分昂 贵，现阶段仍停留于观光体验阶段。只有 设计并使用合理的运行控制系统才能真正 解决此类问题，做到把磁悬浮技术用于生 活，造福民间。4运行系统与速度防护类型4.1磁悬浮列车运行系统类型参考我国高速铁路现行的CTCS (Chin ese Train Control System)系列列控系 统的经验，可以想象在将来磁悬浮列车运 营中投入使用的“ CMTCS”( Chinese Mag lev Train Control Sys tem)系统。基于之前论述的磁悬浮列车列控系统 的驾驶功能。其列控系统应类似CTCS4级系 统，完全基于无线控制和通信，卫星定

11、位, 无须地面信号设备;车载列车完整性检查; 实现移动闭塞，提咼运输能力。具体表现 为：(1) 自动悬浮控制功能:通过自动控 制与车地感应系统保证列车平稳正常的悬 浮与运行。(2) 电力牵引控制功能：由大型电脑 控制轨道交变电流的变化，增加精准度保 证列车获得稳定的前进动力。(3) 电力制动与机械制动控制功能: 可采用机械制动与电力再生制动两种方式 协同作用，保证停车距离的同时达到节能 的效果。(4) 车门控制功能:保证列车停靠站 是车门顺畅开启以及在运行过程中与外界 环境隔离。应辅以手动开关，以应对突发 情况。(5) 电源控制功能:利用列车移动自 行发电，控制车厢内各电力设备正常工作。 包括

12、照明、空调、换气等。从而达到节省 电能的目的(6) 辅助设备控制功能：包括无线通 讯，以及与客户服务相关的功能。4.2磁悬浮列车速度防护类型高速铁路现行的CTCS4级速度防护系 统中，由地面无线闭塞中心(RBC)和车载 设备完成列车占用检测及完整性检查，点 式信息设备提供列车用于测距修正。其他 方式同CTCS3级系统。现阶段适用300km/h 及以上高速客运专线，并在应用中表现良 好。为适应磁悬浮列车的特点，经过一系 列技术改造，可将此类无线移动闭塞方式 应用到未来的磁悬浮列车速度防护中。具 体表现为：(1) 进站保护功能:参考地铁采用的 制动方式，通过协调机械制动与电力再生 制动，控制列车进

13、站速度和停靠位置，做 到精准停站。自动化为主，人工制动为辅 的方式，减小驾驶员工作量，尽可能避免 人工失误，提高列车运行舒适性。(2) 曲线限速保护功能:采用移动闭 塞方式和曲线限速保护方式。此类方式通 过区段总控制室协调各车速度与距离，采 用无线传输，最大程度释放线路运能。(3) 超速防护功能:列车速度防护系 统通过列车自带速度检测装置实时获取列 车运行瞬时速度，并与控制系统发布的安 全速度和区段顶棚速度相比较。确保列车 在安全速度下运行。(4) 对驾驶误操作自动保护功能:当 出于突发事件由自动驾驶转为人工驾驶 时，计算机不是停止工作，而是后台监控 人工驾驶操作。一旦出现操作失误，计算 机马

14、上提示驾驶员更改操作，为列车运行 增加双保险。5配套关键技术与设备完全基于无线通讯的车地传输技术由 地面无线闭塞中心(RBC )和车载设备完成5.1车地传输技术列车占用检测及完整性检查。其关键技术和设备主要有：RBC主机、 ISDN （综合业务数字网）服务器、RBC维 护终端-主机维护、接口服务器（微机监测 CSM/调度集中CTC）、RBC本地操作控制 终端、RBC司法记录器（WJRU）-记录所有 的主机与接口的交互事件和系统状态、测 试服务器、密钥管理工具（根据内部保存 的密钥信息区分正常的列车呼叫和非法攻 击）。5.2测速定位技术列车定位技术采用卫星定位，包括卫 星实时定位，双向传输位置信

15、息，实时报 告列车位置。并辅以GIS系统对列车运行 数据实现采集、存储、处理的功能。列车测速技术的核心设备则为速度传 感器，速度传感器属于磁电式感应器，安 装在动车组两端车头的第二轴和第三轴 上，将各轴的转速转变成电信号后加以输 出。车载设备根据速度传感器传输的速度 脉冲信号检测列车速度，并根据列车速度 判断是否出现空转、滑行现象。车载设备的测速系统要求配置两套速 度传感器。车载设备的速度传感器需要独 立于机车配置，但可以为机车及其它车载 设备提供速度通道。5.3其他配套技术以上设想中的“CMTCS”控制系统中， 如需实现全部功能，还需要其他配套技术 与设备的支持。具体表现为：（1）列车发电设

16、备：列车高速运行 中，能够自行发电满足自身内部设备使用。 从而达到节能目的。（2）列车表面耐高温材料:列车高速 运行过程中与空气剧烈摩擦，需耐高温材 料保护。（3）电磁辐射防护设备:隔绝电磁辐射提高安全性。（4）线路周边保护设备:保护线路不 被侵入。（5）低成本的线路铺设和运行技术: 现阶段磁悬浮列车技术还远未成熟，力求 尽快将技术平民化。6结语综上所述，磁悬浮列车有自己的优势 也有弊病。相信在不久的将来，此项技术 能够完善，辅以先进的列车运行控制系统, 投入运营。通过合适的方式，真正为大众 服务。参考文献1徐龙华，李剑锋中低速磁浮列车运行控 制系统的方案及其实现国防科技大学研 究三院，2005-07-