李琦

摘 要：道岔是跨座式單軌系統(tǒng)的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，道岔電控系統(tǒng)的可靠性和安全性對整個(gè)道岔起著至關(guān)重要的作用。本文在對整體梁型跨座式單軌道岔的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行簡單介紹的基礎(chǔ)上對道岔電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究進(jìn)行了闡述。本次設(shè)計(jì)研發(fā)使用了道岔故障在線診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了道岔各關(guān)鍵部件從計(jì)劃性到狀態(tài)修的突破。增設(shè)了在人工駕駛模式下的道岔的位置與鎖閉信息自檢功能，安全性得到了大幅度的提升。在電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的過程中，首先選用高精度的伺服系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)裝置的控制方式。但在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)，該方案不能精準(zhǔn)地控制道岔梁活動(dòng)端在每次轉(zhuǎn)轍后的位置。通過現(xiàn)場的不斷試驗(yàn)，將控制點(diǎn)從驅(qū)動(dòng)裝置改為終端。即在設(shè)計(jì)中增設(shè)道岔梁在終端處控制點(diǎn)（梁減速傳感器和梁到位傳感器）。較好地解決了閉環(huán)伺服方案在試驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的問題。并在實(shí)際項(xiàng)目中得到了良好的應(yīng)用，有一定的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：跨座式單軌道岔;電控系統(tǒng);故障在線診斷

中圖分類號(hào)：U213.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 整體梁型跨座式單軌道岔的結(jié)構(gòu)及工作原理

跨座式單軌道岔從結(jié)構(gòu)形式上可分為節(jié)段梁型和整體梁型兩種，其中節(jié)段梁型道岔已應(yīng)用在重慶跨座式單軌交通系統(tǒng)中。整體梁型道岔又可分為樞軸型和換梁型兩類，此類型道岔將應(yīng)用在蕪湖跨座式單軌交通系統(tǒng)中。以整體梁型道岔為例，道岔主要由道岔梁、轉(zhuǎn)轍驅(qū)動(dòng)裝置、鎖定裝置、臺(tái)車、尾軸、底板、軌道以及電氣控制系統(tǒng)等部分組成。

其工作原理為：在集中控制模式下，當(dāng)?shù)啦硎盏睫D(zhuǎn)轍信號(hào)后，鎖定裝置的電動(dòng)推桿帶動(dòng)鎖銷收回。當(dāng)?shù)啦斫怄i后，驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)道岔梁轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)啦磙D(zhuǎn)轍到位后，鎖定裝置的電動(dòng)推桿帶動(dòng)鎖銷伸出，此時(shí)道岔鎖定在給定位置的信息傳至中控室，允許車輛正常通車。

2 電控系統(tǒng)概述

道岔電控系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)控制、鎖銷控制、狀態(tài)檢測及手動(dòng)操作等，它負(fù)責(zé)對道岔各部件進(jìn)行控制和監(jiān)測，即按照信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出的轉(zhuǎn)動(dòng)指令，完成道岔的鎖銷解鎖、道岔梁轉(zhuǎn)動(dòng)、鎖銷鎖定、檢測等作業(yè)，并將道岔的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)反饋給信號(hào)系統(tǒng)，保證道岔系統(tǒng)能夠安全、高效地運(yùn)行。

本次設(shè)計(jì)的道岔電控系統(tǒng)研發(fā)使用了故障在線診斷系統(tǒng)，智能化水平大幅度提升。并增設(shè)了在人工駕駛模式下的道岔的位置及鎖閉信息自檢功能，極大提升了系統(tǒng)的安全性及可靠性。電控系統(tǒng)的程序編制采用模塊化編程思路，一套程序適用于不同類型的換梁型及樞軸型道岔，效率更高、可維護(hù)性更好。系統(tǒng)支持RS485、MODBUS以及TCP/IP等多種通訊協(xié)議，系統(tǒng)兼容性更好。在道岔控制柜內(nèi)設(shè)人機(jī)交互式觸摸屏，人機(jī)界面更加友好，可擴(kuò)展性更強(qiáng)。

道岔的控制方式分為集中控制、本地控制以及手動(dòng)控制三種模式，有且僅有一種控制方式有效。道岔電控系統(tǒng)的邏輯流程圖如圖1所示。

3 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 增設(shè)了故障在線診斷系統(tǒng)

本次設(shè)計(jì)研究研發(fā)使用了故障在線診斷系統(tǒng)，通過基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對道岔的鎖銷狀態(tài)，接縫板與走行面的平齊狀態(tài)，推桿、連桿、驅(qū)動(dòng)安裝座處的螺栓狀態(tài)等關(guān)鍵部件的智能化實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了從計(jì)劃修到狀態(tài)修的突破。通過基于傳感器采集技術(shù)及MFC框架平臺(tái)對道岔在轉(zhuǎn)轍過程中道岔梁的振動(dòng)、噪聲以及電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行歸納匯總并描繪出樣條分析曲線，實(shí)現(xiàn)了線路所有道岔的系統(tǒng)化與網(wǎng)絡(luò)化管理及道岔設(shè)備的全壽命周期管理，為智能運(yùn)維的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

3.2 增設(shè)了獨(dú)立的發(fā)光警示裝置及標(biāo)簽控制單元

當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)失效時(shí)，列車將由全自動(dòng)駕駛模式轉(zhuǎn)為人工駕駛模式，在人工駕駛模式下，常規(guī)的電控設(shè)計(jì)并沒有可行的有效措施確保列車通過道岔時(shí)的可靠性及安全性，存在一定的安全隱患。為了保證行車安全，提高智能化水平。本次研究設(shè)計(jì)的道岔電控系統(tǒng)增設(shè)了獨(dú)立的發(fā)光警示裝置及標(biāo)簽控制單元，不受信號(hào)系統(tǒng)的影響。

其中樞軸型道岔的發(fā)光警示裝置安裝于活動(dòng)端固定段的走行面上，換梁型道岔的發(fā)光警示裝置安裝于樞軸端固定段的走行面上。發(fā)光警示裝置內(nèi)部由4個(gè)發(fā)光區(qū)域組成，2紅2綠，其能見度不低于100 m，并以1 Hz 的頻率閃爍。當(dāng)?shù)啦礞i閉在列車行進(jìn)方向的相應(yīng)位置時(shí)，駕駛員觀察到的發(fā)光警示裝置為綠色，可安全通行。當(dāng)?shù)啦懋惓；蛭存i閉到位時(shí)，發(fā)光警示裝置為紅色，禁止通行。

標(biāo)簽控制單元由道岔狀態(tài)分析柜、信標(biāo)裝置及車載設(shè)備等組成，道岔狀態(tài)分析柜就近安裝在道岔控制柜旁，并在距道岔端部200 m左右的位置增設(shè)信標(biāo)裝置。當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)失效，車輛在人工駕駛模式下，若道岔未鎖閉在列車行進(jìn)方向的規(guī)定位置，在電控系統(tǒng)的邏輯判斷下，信標(biāo)裝置將觸發(fā)經(jīng)過此處的列車緊急制動(dòng)，避免車輛沖出道岔等意外事故發(fā)生。

3.3 模塊化的程序編制

在電控系統(tǒng)的程序編制方面采用了模塊化的編程思路，較線性編程而言更簡潔，邏輯性更強(qiáng)。在編程過程中考慮了不同類型的換梁型道岔及樞軸型道岔在控制邏輯上的共性及差異，研發(fā)出了一套綜合程度較高、包容性較強(qiáng)的程序。一套程序即可適用于不同類型的道岔，無需為不同類型道岔上載不同的程序，降低了出錯(cuò)率、提高了工作效率，使后期的可維護(hù)性更便捷。

4 存在問題及改進(jìn)措施

在整體梁型跨座式單軌道岔電控系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計(jì)研究的初期階段，選用伺服系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)裝置的控制方式，利用閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有高精度的特性，通過伺服電機(jī)的脈沖來控制電動(dòng)推桿的動(dòng)作。但在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)，這種利用閉環(huán)伺服系統(tǒng)的控制方式雖然精準(zhǔn)地控制了電動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)行程，但不能精準(zhǔn)地控制道岔梁活動(dòng)端在每次轉(zhuǎn)轍后的位置。以至于當(dāng)?shù)啦磙D(zhuǎn)轍到位后，鎖銷在鎖閉過程中有較為明顯的撞擊聲（鎖銷與鎖銷槽碰撞時(shí)發(fā)出的聲音）。經(jīng)過多次的試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在不同溫度下，道岔梁活動(dòng)端在每次轉(zhuǎn)轍后的位置存在差異。通過研究分析后得出造成此現(xiàn)象的原因如下：

雖然閉環(huán)伺服系統(tǒng)有極高的精確度，但是驅(qū)動(dòng)裝置大致位于整個(gè)道岔梁的中部，加之制造誤差、安裝誤差以及道岔在轉(zhuǎn)轍過程中的一些不可控因素（例如：“旁彎”，由于道岔梁整體為箱型鋼結(jié)構(gòu)，且道岔的使用環(huán)境在室外，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)易引起道岔梁的“旁彎”，且形變不可控），即便精準(zhǔn)地控制了驅(qū)動(dòng)裝置電動(dòng)推桿的行程，也不能很好地控制終端處道岔梁活動(dòng)端的位置?？刂泣c(diǎn)不在終端導(dǎo)致誤差在終端處被放大且不可控。

通過試驗(yàn)得出的結(jié)論，在設(shè)計(jì)中增設(shè)道岔梁在終端處控制點(diǎn)（梁減速傳感器和梁到位傳感器）。即將控制點(diǎn)從驅(qū)動(dòng)裝置改為終端。該方案經(jīng)過多次試驗(yàn)后證實(shí)更符合整體梁型跨座式單軌道岔的實(shí)際工況，較好地解決了閉環(huán)伺服方案在試驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的問題。

5 結(jié)論

截止目前，跨座式單軌交通系統(tǒng)已在我國重慶及世界多個(gè)國家建成并運(yùn)營。重慶軌道交通七號(hào)線及蕪湖市跨座式單軌一號(hào)線一期和二號(hào)線正在建設(shè)中。而道岔及道岔電控系統(tǒng)對跨座式單軌交通系統(tǒng)的安全、可靠性有著密切的聯(lián)系。本文就整體梁型跨座式單軌道岔電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究做了闡述。系統(tǒng)增設(shè)的故障在線診斷系統(tǒng)、獨(dú)立的發(fā)光警示裝置及標(biāo)簽控制單元大大提升了系統(tǒng)的智能化水平及安全性能。并通過試驗(yàn)的方式發(fā)現(xiàn)問題，得出結(jié)論，解決問題。并在實(shí)際項(xiàng)目中得到了良好的應(yīng)用，有一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]聶紹富.重慶跨座式單軌交通道岔國產(chǎn)化的實(shí)踐[J].都市快軌交通，2008（04）：43-45.

[2]陳詩，田碧鵬.跨座式單軌交通關(guān)節(jié)型道岔[J].赤子，2014（05）：307.

[3]李照華.跨座式單軌交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].山西建筑，2017，43（08）：147-148.

[4]熊學(xué)友，上官明珠，王恒.基于單片機(jī)的跨座式單軌道岔監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（32）：122-123.

[5]崔桂林.淺談跨座式單軌交通道岔控制裝置的安全性和可靠性設(shè)計(jì)[J].大科技，2017（13）：128-129.

[6]王省茜.跨座式單軌道岔技術(shù)分析[D].成都：西南交通大學(xué)，2007.

[7]王菲菲.跨座式單軌交通系統(tǒng)安全評估研究[J].湖南農(nóng)機(jī)，2018，45（12）：236.

[8]楊富強(qiáng).淺談跨座式軌道交通三五開道岔三驅(qū)動(dòng)不同步及解決思路[J].數(shù)字化用戶，2018（35）：146.

[9]跨座式單軌道岔設(shè)計(jì)規(guī)范GB50458[S].