浅析城市轨道交通机电一体化技术的应用及发展

浅析城市轨道交通机电一体化技术的应用及发展

柏刚

重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆 400000

摘要：城市交通网络的重要组成部分是轨道交通，有效解决了城市交通拥堵的问题。机电一体化技术对城市轨道交通的发展具有重要意义，有效地促进了科学技术的进步，现代城市轨道交通的运营需要众多区域的协调配合，这些系统的程序大多非常复杂，例如电力系统、列车自动监控系统、火警系统等，在运行过程中离不开机电一体化技术。除了目前呈现机电一体化技术的强大生命力外，对于全国工业的发展和产业结构的协调也有重大意义。重要的是，轨道交通是区域共同发展的有力突破，机电一体化技术与轨道交通的全面融合，使轨道交通更加合理高效，并促进发展。在发展城市轨道交通行业的过程中，充分利用机电一体化技术，需要结合行业现状，只有这样才能加快行业的发展。本文首先详细介绍了机电一体化在轨道交通中的结构和特性，然后分析了机电一体化技术在轨道交通中的具体应用，为机电一体化技术在轨道交通中的应用和建设提供了有效的参考。

关键词：城市轨道交通；机电一体化技术；应用及发展

轨道交通伴随城市建设的快速发展，逐渐成为城市公共交通系统的重要组成部分。轨道交通在路网建设中占有重要地位，例如轻轨、地铁、有轨电车等，都具有安全、大容量、方便、节能、高速等特点。现阶段我国很多城市都建设了地铁，是城市轨道交通的主要代表，地铁有效缓解了城市交通压力，地铁的建设和运营涉及许多专业知识，包括计算机技术、自动化技术、微电子技术、机电一体化技术等，本文重点介绍机电一体化技术在地铁中的应用。

1. 城市轨道交通机电一体化技术

城市轨道交通各系统设备的运行是一个比较综合的工程，消防系统、报警系统、通风空调系统、通讯系统、自动扶梯、列控系统、照明系统、自动收费系统、信号系统等，是各种子系统有效合作的集成，可以实行列车的安全有效启动。机电一体化技术是网络技术、机械技术、计算机技术、电力电子技术、信息技术、控制技术等的结合，是一项比较全面的技术。机电一体化技术为城市轨道交通各站点提供分布式调度、智能控制、网络通信等多种服务，在城市轨道交通中的应用，可以实现城市轨道交通各种系统设备的高效联动。

2. 轨道交通机电一体化的结构与特点

通过其内部部件的相互综合协调来实现的是轨道交通的机电一体化功能。轨道交通机电一体化通过其结构观察，具有智能化、多功能化、自动化的特点，轨道交通机电一体化通常具有控制功能、执行功能、主功能和检测功能，为了实现这种多功能性，以及实现这些功能的所有组件和技术，构成了轨道交通机电一体化的系统。

（一）机械系统

机械传动装置、连接件、机身、框架和其他机械部件是轨道交通机电一体化机械系统，由于这部分是实现产品功能的重要组成部分，因此对机械结构提出了更高的要求，轨道交通机电一体化在加工工艺、结构、几何尺寸、材料等方面都必须满足可靠、节能、高效的要求。

（二）动力系统

动力系统以驱动和执行各种机构的工作并实现某些关键功能，为轨道交通机电一体化提供动力能源。动力系统包括液体气体和电源为动力源，电能使用是机电一体化轨道交通的基础，例如驱动电路、电机和电源。

（三）检测以及传感系统

将机电一体化轨道交通自身及运行过程中所需的外部环境的所有参数转化为可测量的物理量，是传感器的作用，同时这些物理量利用检测系统功能进行检测和测量。提供铁路机电一体化运输制操作所需的各种信息，测量设备或仪表通常由传感系统和检测系统的功能来实现，其要求是安装连接方便、体积小、测量精度高、防干扰。

（四）信息处理与控制系统

机电一体化根据处理系统与信息控制接收检测传感器系统的反馈信息，以及轨道交通的特点和性能标准执行相关的处理任务、计算和决策，以满足轨道交通的要求。在机电一体化轨道交通中，控制功能可以通过操作控制来实现，依靠计算机软硬件以及相关接口形成的主要是信息处理系统。

（五）执行机构

执行机构以实现其主要功能，完成信息管理行动下的必要行动。它们的运动部件通常是机电一体化轨道交通执行机构，一般采用机械机构、电动液压和气动。执行机构之间存在显着差异，基本是由于机电一体化轨道交通的类型和工作对象不同，执行机构属于机电一体化轨道交通最重要的组成部分，属于轨道交通目的的直接执行者，因为其绩效对轨道交通的整体绩效具有决定性作用。当共同努力实现所需的功能时，这五个组件会相互协调。在结构上，形成一个内部匹配合理、外部性优良的完整产品，是因为所有组件根据各种接口和相应的软件进行有机组合。

三、在城市地铁中机电一体化技术分析

机电一体化技术是微处理器的核心技术，具有小型化、绿色、网络化的特点。机电一体化技术是电力电子技术、软件编程技术、微电子技术、计算机技术、机械技术等技术的基础。基于上述，在实际应用过程中，该系统由组装而成，结合了显示装置、仪器仪表、微机、控制器等技术，以提供对整个地铁系统的精确控制，在城市地铁中机电一体化技术的应用主要体现在以下几个方面：

（一）智能化控制技术

地铁ATC系统通过地面和列车相结合的信息交换网络，以及中央和地面控制形成闭环系统，最终形成多功能列车智能自动控制系统。主要由自动驾驶系统、列车自动监控系统、自动保护子系统几部分组成，该智能控制系统可实现地铁自动扶梯的节能控制。采用变频控制技术，可调节扶梯运行速度，可实时监控扶梯人数。智能控制系统利用地铁工程环境和设备监控系统，可根据具体情况进行控制的地铁通风空调系统进行监控乘客数量。并自动调节空调系统的流量和通风系统的变风量，实现地铁空调系统的节能控制。

（二）网络技术的应用

在城市地铁建设过程中，建立总线拓扑网络结构，可以利用计算机网络远程监控技术，划分不同的子网。通过这些子网，互连网络交换机、屏蔽门等设备的目的，最终形成一系列自动化联动网络。列车通过时，实时监控整列列车的状况，当列车到达站台时，地铁网门打开，对应系统的指示灯闪烁，系统后发出对应信号检测到，向呼吸机发出开门信号，在自动扶梯等相应设施中，保证地铁站功能正常运行，这些配套设施自动进入正常运行模式，为乘客提供更好的服务。

（三）分布式控制系统的应用

分布式控制系统属于新型灵活的集成和仪表控制系统，主要是基于微处理器。在城市地铁中，可以通过分布式控制系统使用中央计算机同时执行命令，控制许多不同车站和列车的现场测控计算机，可以集中监控、管理和部署整个地铁操作系统，还可以对具有综合性和分布式特性的特定列车的运行状态进行分布式控制。

四、机电一体化技术在城市地铁方面的应用

（一）机电一体化技术在地铁节能方面的应用

机电一体化技术为地铁节能做出了巨大贡献，有效降低了地铁运营能耗。机电一体化技术简单地说，主要在地铁节能中的应用表现在以下几个方面：首先，在风能利用上的应用。在隧道中高速行驶会产生强烈的隧道风，地铁隧道两侧将设置风洞，电能为利用地铁机电一体化装置将这部分风能转化，利用好风能资源，电网可以为地铁的运营提供电能，在地铁运营中节约用电。其次，通风空调系统。通风空调系统主要由车站通风空调系统和隧道通风系统两部分组成，是地铁站内耗能最大的电气设备。监测站台、地铁车厢等温湿度，利用地铁工程环境与设备监测系统完成。实时控制的通风空调系统，使用特定的算法和控制策略来调节水的双向调节阀的阀门，根据地铁运营的具体情况，控制通风空调地铁系统，以状态模式运行，以达到节电节能的目的。例如，实时采集分集水区供水管道的压力、温度等参数，在通风空调水系统的监控中，完成冷水机的开关控制，减少空调供水系统运行期间的能源消耗。第三，地铁运营过程中，需要使用大量的水资源，例如车站冲水、空调系统、厕所冲水等。目前水资源短缺是一个全球性问题，流入地铁站的雨水经一定处理后可收集用作洗涤水，也可将循环冷却水通过空调系统回收利用，这个过程离不开机电一体化技术的整合。

（二）机电一体化技术在自动售检票系统应用

城市轨道交通自动售检票系统（简称AFC系统由计算机中心控制，实现售票、检票、收费等全流程，实现城市轨道交通售票、检票、收费、统计、清分、对账等各个环节的自动化、智能化。中国最早的城市轨道交通AFC系统是从国外引进的，经过中国技术人员多年的自主研发，现有的自动AFC系统计算机技术、电子技术技术、射频技术和信息技术与城市动漫系统进行了集成。AFC系统可以自动识别一卡通，从而实现安全、高效的自动售检票，大大提高了各个车站的售票和检票效率，更好地满足城市轨道交通快速运营的需要。城市一卡通主要由非接触式IC卡识别，它由IC芯片和感应天线组成。当乘客刷卡进出闸门时，IC卡会接收闸机读写器(外部射频感应器)发出的电磁波，然后产生谐振，产生电压，驱动内部IC芯片运行，储存输入的数据并传送给闸机读写器。读写器读取IC卡数据信息后，对IC卡数据信息进行解密和鉴权，并分析票卡是否有效。如果是合法的，则使用特定的算法对数据信息进行解密，以获得城市IC卡的数据信息；如果是非法的，将发出相应的警报。在整个过程中，AFC系统乘客个人信息保密，只在闸机读写器上显示乘客的乘车金额和IC卡卡余额。

（三）在照明配电方式和控制方式中的应用

随着科学技术的发展，电子设备的集成化成本越来越高。照明配电控制系统采用机电一体化技术，为了便于照明设备和电缆线敷设的管理，站台与车站二层之间的配电室应布置成直线。车站公共照明配电箱集中在照明配电室，实现集中控制。列车上的纱门、空调设备的自动启闭，都需要机电一体化技术。为城市轨道交通安全、持续、稳定运行创造良好环境。

（四）在列车区间照明设计中的应用

机电一体化技术是实现列车自动化控制的主要技术，目前在列车运行过程中，很多地方都采用机电一体化技术，如：列车运行区间照明照明设计、区间照明电源、三相交流电交流电工作照明、单相交流电应急照明等。隔断区有一个照明箱，其中一个灯箱长120米，照明箱的照明方式有两种，每个电箱负责60米范围内的灯具供电。另外，通过机电一体化技术，可以完全控制列车行驶速度、指示灯闪烁时间等，在人流量较低的高峰期，可以适当缩短指示灯闪烁时间或降低自动扶梯的运行速度，也可以起到节能的作用。

四、机电一体化技术的发展趋势

经过长期的发展，机电一体化技术已经比较成熟，广泛应用于各个领域。在轨道交通领域中，未来机电一体化技术将不断演进，逐步向绿色化、小型化、智能化、光机电一体化方向演进。随着集成通信技术、电路技术、计算机技术等相关技术的飞速发展，智能化是现代工业发展的重点方向之一。机械设备的智能化程度必然不断提高，未来发展的关键方向之一是机电一体化技术智能化。微机电系统可以完成许多人类无法想象的任务，具有性能差、体积小的优点。现阶段，在未来机电一体化技术的发展中，已成为全球关注的焦点，绿色、节能减排是各行各业的主要发展方向。我国城市轨道交通机电一体化技术发展相对缓慢，但随着微电子和计算机技术的发展，城市轨道交通系统机电一体化技术正朝着智能化、微型化、网络化、绿色化、人性化方向发展。随着集成技术、信息技术、人工智能技术、控制技术和自动化技术的发展，机械设备智能化程度不断提高，智能技术使各种机电产品更加智能程度，机械设备模拟人类行为，实现列车无人驾驶，通过智能工作站完成列车行车计划、运营管理和信息服务。网络化是城市轨道交通未来的发展方向，通过网络技术，对轨道交通的电力设备、机械设备、运营组织进行全方位、高效率的控制，实现车站与线路之间的有效链接和数据交换，实现城市轨道交通资源的有效利用和合理配置，实现整个城市轨道交通全线网设备的快速、高效、安全运行，实现旅客出行和城市交通需求的共享和互联互通。微型化是机电一体化技术未来的重要发展方向之一。随着新技术、新材料的广泛应用，各种机械零部件和电子元器件的体积趋于微型化、轻量化。机电一体化技术是利用各种零部件组装广场，并通过各种应用软件和网络传输，对大型城市轨道交通系统进行精确控制。为了满足城市轨道交通系统高效运营的要求，机电一体化技术将在未来朝着微型化的方向发展。绿色节能也是未来机电一体技术发展的必然趋势，随着全球生态环境恶化的恶化和自然资源的枯竭，绿色节能将成为世界各国经济发展的重要课题，机电一体化技术必须通过绿色节能来实现可持续发展。

五、结束语

综上所述，轨道交通为有效解决地面交通拥堵问题，具有准时、运力大、节能等优势。近年来我国发展迅速，建设了许多轨道交通项目，然而，运营轨道交通项目需要控制系统、监控系统、信号系统、通信系统、电力系统、自动收费系统、火灾报警系统和环境检测系统的配合，传统的手动方法无法集成如此复杂的机电系统。机电一体化技术的发展有效促进城市轨道交通发展，现阶段机电一体化技术具有强大的生命力，对全国工业的发展和产业结构的调整具有重要的现实意义。城市轨道交通行业的发展必须结合行业现状，最大限度地利用机电一体化技术。只有这样，才能更好地加速行业的进步。因此，机电一体化技术可用于轨道交通项目，智能控制整个项目的各个程序，提高列车运行效率，为乘客提供更安全、更便捷的服务。

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