基于城市軌道交通的機電一體化技術運用研究

李漆

摘要：當前科學技術對于機械工業的推動作用是不可小覷的，機電一體化技術作為該領域的重要技術在全球各國都得到了重視。隨著我國越來越多的城市興起了城市軌道交通的發展，我國城市軌道交通的機電一體化技術的發展日益成熟。基于此，本文就城市軌道交通中的機電一體化技術運用進行討論。

關鍵詞：城市軌道；機電一體化；售檢票系統；分布式控制系統

一、 概述

隨著計算機技術以及微電子技術的發展，其在機械工業領域的應用也日益廣泛，隨之而來的即是機電一體化技術，該技術的出現改變了機械工業的產品功能以及結構等，同時也給其生產方式和管理系統帶來了較大的變化。城市軌道交通各系統設備的運行是一項綜合性比較強的工程， 需要列車控制系統、消防系統、照明系統、通風空調系統、警報系統、自動售檢票系統、通信系統、信號系統、電扶梯系統等各個子系統進行有效的配合， 才能實現列車的安全有效運行。而將機電一體化技術應用于城市軌道交通工程中， 可以為城市軌道交通各車站提供智能控制、分布式調度和網絡通信等各類服務， 實現城市軌道交通各系統設備高效聯動。

二、 城市軌道交通自動售檢票系統中的機電一體化技術應用

城市軌道交通自動售檢票系統即AFC系統， 是由計算機中心控制整個票務系統的自動售票、檢票、收費等全過程， 從而實現城市軌道交通售票、檢票、計費、收費、統計、清分及對賬等各個環節的自動化、智能化。我國最早的城市軌道交通AFC系統是從國外引進的， 經我國技術人員多年的自主研發， 并結合國內城市軌道交通建設的實際情況， 通過計算機技術、電子技術、射頻技術、信息技術等， 將現有的AFC系統與城市一卡通系統整合在一起。AFC系統可以自動識別一卡通， 從而達到安全、高效的自動售檢票， 極大地提高了各車站售票、檢票的效率， 更好地滿足城市軌道交通快速運行的需求。

城市一卡通主要通過非接觸式的IC卡識別， IC卡由IC芯片和感應天線構成， 當乘客在進出站閘機上刷卡時， IC卡接收到閘機上的讀寫器即外部射頻感應器發出的電磁波以后， 芯片感應天線接收以后產生諧振， 并產生電壓驅動內部IC芯片運行， 將接收到的數據信息存儲并傳輸到閘機的讀寫器上。讀寫器讀取IC卡上的數據信息以后， 對IC卡數據信息進行解密和鑒權， 分析票卡是否合法有效。如果合法則用特定的算法對數據信息進行解密， 得到城市IC卡的數據信息；如果不合法， 則會發出相應的警報。在整個過程中， AFC系統對乘客個人信息進行保密， 在閘機的讀寫器上只會顯示乘客的乘車金額和IC卡卡內余額。

三、 城市軌道交通網絡技術中的機電一體化技術運用

城市軌道交通工程建設過程中， 通過網絡遠程監控技術， 建立一個總線拓撲網絡結構， 并將其細化成為不同的子網， 利用這些子網將全線環網的交換機及相關的各專業終端設備進行聯網， 形成一個高度自動化聯動網絡。列車在運行過程中， 列車監控系統對整個列車的狀態進行實時監控的同時， 通過子網絡與其相關的各類設備設施進行數據交換。在列車到達相應的車站時， 與之相關聯的指示燈會自動開啟， 站臺屏蔽門打開， 檢測系統接收到這些信號以后， 將信號傳遞到通風設備系統等車站設備設施中， 這些配套的設備設施自動進入到正常的運行模式， 從而確保車站的正常運營， 為廣大乘客提供更舒適、更便捷的乘坐體驗。

四、 城市軌道交通分布式控制系統中的機電一體化技術運用

隨著科學技術的發展， 電力電子設備的集成化程度越來越高， 對控制軌道交通各類設備運行的中央計算機系統的要求也越來越高。將機電一體化技術應用于分布式控制系統中， 就可以利用一臺中央計算機控制各車站不同列車和不同車站的計算機， 從而達到監控所有列車的操作、管理、調配及各車站系統設備的運行情況， 也可通過分散分點的方式重點控制某一列車或某一臺系統設備的運行， 實現了列車及各系統設備的測、控、管等一體化的管理要求。

五、 城市軌道交通節能方面的機電一體化技術運用

當軌道列車在隧道里高速運行時， 會產生強大的氣流， 這些氣流帶來大量的風能。2009年， 北京建筑技術發展有限責任公司的技術人員在北京五棵松、朝陽門、西直門、建國門四個地鐵站進行風能測試， 發現地鐵列車運行的風速在5～15m/s， 按照每天運行200班次計算， 每個班次的風能持續時間在30s左右， 北京地鐵站臺之間的間距在1.2km， 在隧道雙側安裝風輪， 并通過機電一體化技術， 將各個系統有效的整合在一起， 在兩個站臺之間一年的總發電量就可以達到96000W/k W時， 完全可以滿足一座小型地鐵站的照明需求， 這將極大降低車站的總用電量。

利用機電一體化技術可以有效地控制軌道列車運行速度、警示燈閃爍的時間， 當列車到達人流量比較大的車站時， 設備按照正常運行， 如果車站的人流量比較少， 那么就減少警示燈閃爍的時間， 降低車站自動扶梯的運行速度， 以此達到節能的目的。

通風空調是整個城市軌道交通工程消耗最大的系統設備， 主要由隧道通風系統和車站空調系統構成。針對車站空調系統， 可以利用環境監控系統對車站、列車車廂等人流量大的場所進行溫度、濕度等參數的監測， 并按照科學的控制策略對車站的通風空調系統進行調節， 以不同的模式運行， 達到節能的目的。

六、 小結

在未來的城市軌道交通機電一體化技術發展中，智能技術將使得各類機電產品的智能程度不斷提高， 機械設備模擬人的行為對列車進行控制和管理， 實現列車的無人駕駛技術。同時，機電一體化技術隨著新工藝、新材料的廣泛應用， 使得各類機械零部件及電子元器件體積趨于微型化、輕量化。并通過各類應用軟件及網絡傳輸， 使得龐大的城市軌道交通系統得到精確的控制。

總之，機電一體化技術這項綜合性很強的技術正適用于城市軌道交通這個大系統的要求。為了提高城市軌道交通的運力、降低成本， 并滿足乘客出行的需求， 未來應對機電一體化技術在城市軌道交通中的應用做更深入的研究和更多的嘗試。

參考文獻：

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（作者單位：深圳達實智能股份有限公司）