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1、地铁车辆运营记录仪的设计和应用摘要：随着轨道交通不断发展,地铁车辆投入逐年递增,运营中的地铁列车的性能、安全等问题引起国内外的地铁车辆运营商的高度重视,在地铁车辆上安装地铁车辆运营记录仪成为非常必要,文章介绍一种新技术——非接触式检测方式,并应用于目前的国内地铁车辆。关键词：地铁车辆;霍尔传感器;非接触式检测;记录仪1概述由于各地铁车辆的设计企业标准和制造工艺的不同,加上生产年代的差异,对地铁车辆和地铁系统来讲,相互之间的电磁干扰是不可避免的。干扰严重时将会引起地铁车辆故障和事故,造成一定的经济损失。同时对地铁车辆本身的机电、信号设备来讲,由于
2、受自然环境变化的影响,设备中元器件的质量和老化现象,同样会引起地铁车辆的故障。此外还有人为的操作不当所引起的地铁车辆故障和事故。所有这些故障的发生,我们都需要通过一个完整的、实时的地铁车辆运营记录仪,对地铁车辆运营状态进行科学的分析和取证,从而得出合理的、正确的结论。特别是重大事故发生后,地铁车辆运营记录仪具有一定的法律上的参考价值(需经过有关权威机构认定),它能比较全面地记录车辆运营的有关信息,比如在20h内,对列车所有曾经触发过的状态及连续变化过程中参数的记录。现在国内正在运营中的地铁列车,基本上都没有安装地铁车辆运营记录仪,一旦地铁车辆发
3、生重要故障和事故,司机可执行紧急事件按钮(紧急蘑菇按钮)。这时有关主要信息便“永久”记录在地铁车辆的计算机控制单元的内存中。其存储的信息是简短的、部分的、前后几分钟内的记录,而无法记录完整的有关列车的数据,如司机当时的工作情况:手动操作位置、各类按钮、指示灯、断路器、开关和设备的I/O等,这样给故障和事故的分析带来一定的困难。目前国内外的地铁车辆运营商对此非常重视,认为在地铁车辆上安装地铁车辆运营记录仪有助于提高科学化管理水平,正确评估地铁车辆设备的性能和事故发生的真实原因。在国外,地铁车辆上安装运营记录仪是20世纪90年代才提出的新概念。据报
4、道1999年国际电气电子工程师协会在有关技术文件中专门对地铁车辆运营记录仪进行描述,如德国专家W.Jochim建议运营记录仪应记录以下4类数据:(1)相应信号系统的车载设备的现状,如:设备是否接通、故障情况等。(2)相应列车的现状,如:使用哪个司机操纵台、换班时间等。(3)列车运营的实时信息,如:时间、行驶路程、速度等。(4)操作和监控过程的有关信息,如:车门开关、常用制动、紧急制动等。针对这些建议,有关国家的工程技术人员开始对这方面进行研究。例如德国DEVAT公司设计的KWR6运营记录仪,是基于新车辆的开发,采用网络原理对车辆的各个信号进行采
5、集,在软件和硬件的开发成本上比较大,不适用已有车辆的改造方案。在国内,无论新设计的车辆还是正在使用的车辆都没有应用先例,本设计方案的提出是一种是经过研究的大胆设想,在与北京西玛宏仪器仪表有限公司和上海展骥科技发展有限公司的共同研讨下,并且经过试验证明了它的可行性,所开发车辆运营记录仪具有实用性和经济性。32车辆运营记录仪的设计一般通用记录仪所采集的参数为:电压、电流、压力、温度等等,其中需采集的电压、电流比较多,它们采用互感器单元测量法(只能测量50Hz的正弦交流电)和分流器单元测量法(被测量信号无法隔离)。利用这些传感器无论在测量精度,中、高
6、频率和响应时间等性能方面已不能满足当今更高的电子测量技术要求,比如:测量0￣100Hz的交/直流电压、电流信号和开关信号以及任何波形。如果我们要在现有的设备(如地铁车辆、工业逆变器等)上更新或改造,采用传统的测量方法是绝对不可能的(每个被测信号需要装、拆,改动被测信号的导线),这样的项目改造风险性非常大。所以我们必须应用先进的测量方法,在满足设计和需要的测量要求外,还必须具备无风险性,并达到技术可靠性要求。我们利用数字化ID编码技术、先进的功率半导体电子器件和计算机硬、软件相结合,来开发本系统。2.1设计原理根据电磁场学原理,当导线中通过交、直
7、流的电流时,其周围产生交变、永恒的电磁场,电磁场的大小与流过的电流成正比。利用电磁场的变化,我们可以检测到电流和电压的变化量。2.1.1霍尔传感器的选用GUN3033霍尔传感器芯片,具有优越的电性能,是能与被测主电路回路隔离的新一代电子控制电路检测元件,综合了传统传感器的所有优点。它不但可以测量交、直流的信号,而且可以测量瞬间的峰值信号,过载能力强,测量范围大,特别是对大电流的监控和检测具有安全可靠性。其广泛应用在工业中的逆变器、医用交流变频器和车辆检测、接近检测等领域。2.1.2编译码器的选用UM3758108编译一体化的收发芯片,作为数字通
8、信接口,具有远距离(可达数千米)的通信特性,可以进行点对多点的信息传输,可靠性高,抗干扰性强,广泛应用在国防通信和工业自动化控制领域。其最大的特点是:
