【編者按】現(xiàn)代鐵路技術(shù)正在向智能化尼袁、電氣化發(fā)展悄济，越來越多的自動化產(chǎn)品被應(yīng)用與鐵路領(lǐng)域秫辨，比如必不可少的傳感器、各種控制系統(tǒng)中的自動化軟件摄杂、節(jié)能的變頻器等等坝咐。

1、傳感器

傳感器(英文名稱：transducer/sensor)是一種檢測裝置匙姜，能感受到被測量的信息畅厢，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出氮昧，以滿足信息的傳輸框杜、處理、存儲袖肥、顯示咪辱、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)椎组。

新技術(shù)革命的到來油狂，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中寸癌，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息专筷，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)槐骂，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)卓胶，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。因此可以說肪躯，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器鄙划，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。

在鐵路運輸行業(yè)中掀舷，進行必要的鐵路工程測量是鐵路運輸安全的重要保障药锯。而在鐵路運輸行業(yè)中，各種類型的傳感器已到處可見幅猖。常見的傳感器有磁感應(yīng)傳感器怒随、激光位移傳感器等。

2艳禁、機器視覺

機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷臀胞。機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產(chǎn)品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號叮廉，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度棍鳖、顏色等信息炮叶，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號;圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作渡处。

如今镜悉，中國正成為世界機器視覺發(fā)展最活躍的地區(qū)之一，應(yīng)用范圍涵蓋了工業(yè)医瘫、農(nóng)業(yè)侣肄、醫(yī)藥、軍事醇份、航天稼锅、氣象、天文僚纷、公安矩距、交通、安全怖竭、科研等國民經(jīng)濟的各個行業(yè)锥债。其重要原因是中國已經(jīng)成為全球制造業(yè)的加工中心，高要求的零部件加工及其相應(yīng)的先進生產(chǎn)線茁螺，使許多具有國際先進水平的機器視覺系統(tǒng)和應(yīng)用經(jīng)驗也進入了中國钧鸥。

機器視覺在鐵路技術(shù)領(lǐng)域有重要的價值，比如機器視覺可以用來節(jié)操高速鐵路軌道表明缺陷烦猾，鐵路輪對自動檢測設(shè)備針對多種規(guī)格的火車輪對進行尺寸參數(shù)的測量膏莽。該產(chǎn)品應(yīng)用了機器視覺嘱疑、激光三角法測距、運動控制等多項先進技術(shù)劣晾，具有精度高呐蹂、可靠性高、易于操作的特點莫诺。其技術(shù)指標遠高于鐵道部相關(guān)標準伐种。

3、牽引變流器

電力機車以及安裝電傳動裝置的其他機車上設(shè)置在牽引主電路中的變流器畸玲。牽引變流器的功能是轉(zhuǎn)換直流制和交流制間的電能量啡罗，并對各種牽引電動機起控制和調(diào)節(jié)作用，從而控制機車的運行揭胶。

1879年德國西門子公司建造的直流125伏骤视、3馬力的電車應(yīng)用牽引變流器取得成功。20世紀50年代

法國鹃觉、匈牙利专酗、聯(lián)邦德國、日本等國研制成多種工頻牽引變流器盗扇，有單相-三相變頻式變流器祷肯、單相交流-直流旋轉(zhuǎn)式變流器、多陽極水銀式變流器和引燃管式變流器等疗隶。這些牽引變流器還未推廣就被60年代新出現(xiàn)的大功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成的變流器所替代佑笋。起初僅用大功率二極管進行交流-直流間的整流。晶閘管和電子控制器件出現(xiàn)后,牽引整流器便具有交-直流間的可控整流和有源逆變斑鼻、直-直流間的變換的功能蒋纬，并且試制出直-交流間的變換器。80年代坚弱，牽引變流器在電力機車蜀备、電力傳動柴油機車、燃氣輪機車史汗、動車組以及地下鐵道車輛上得到廣泛的應(yīng)用足贴。應(yīng)用何種牽引變流器已成為表明機車特性的主要標志之一。

4姥勤、低壓變頻器

變頻器(Variable-frequencyDrive哮寨，VFD)是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備施俩。變頻器主要由整流(交流變直流)瞎遗、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元截纹、驅(qū)動單元形维、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率贬屹，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓塞秤，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的月锅，另外癌炒，變頻器還有很多的保護功能，如過流迹蛤、過壓民珍、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高盗飒，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用嚷量。產(chǎn)品定義電壓等級低于690V的可調(diào)輸出頻率交流電機驅(qū)動裝置，就歸類為低壓變頻器逆趣。

電氣化鐵路和城市軌道交通從直流到交流傳動的迅猛發(fā)展蝶溶，是和新興的電力電子器件的發(fā)展密不可分的。因為任何一種新器件的出現(xiàn)宣渗，都會為電力變換技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造突破口身坐，從而大幅度提高變頻器的性能和擴大其應(yīng)用范圍。

軌道交通行業(yè)中落包，除了城軌車輛的牽引系統(tǒng)需要使用牽引變頻器之外，像軌道交通中的風(fēng)機摊唇、空調(diào)和電梯系統(tǒng)也都需要變頻器進行變頻調(diào)速和節(jié)能作用咐蝇，特別是節(jié)能作用越來越被軌道交通行業(yè)所重視。如上海地鐵出于節(jié)能考慮巷查，從2007年開始考慮在新建的線路上空調(diào)箱和風(fēng)機采用變頻控制法雄，而從八十年代開始建成的七條線的空調(diào)和風(fēng)機上都沒有采用變頻控制。因此神肖，可以預(yù)見白叫，變頻器在風(fēng)機和空調(diào)箱上的使用越來越多。

5排憨、控制器(plc队装、工控機)

控制器(英文名稱：controller)是指按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制電動機的啟動、調(diào)速翻粘、制動和反向的主令裝置烟焊。由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器隔造、時序產(chǎn)生器和操作控制器組成洲稽，它是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作刃勤。

在鐵路系統(tǒng)中能用到plc,比如可編程控制器用于鐵路信號系統(tǒng)蚂朽、鐵路專用車輛檢修流水線、鐵路調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)湖饱、鐵路供水系統(tǒng)掖蛤。在這些領(lǐng)域有相關(guān)的論文發(fā)表，也有實例琉历。

某鐵路供水系統(tǒng)由分布在十幾公里內(nèi)10個深井取水泵站坠七、4個增壓泵站、多個儲水池旗笔、水塔及用戶管網(wǎng)組成彪置。整個供水系統(tǒng)的高低落差達150米，由于供水系統(tǒng)的組成及地形結(jié)構(gòu)的特殊性蝇恶，過去人工監(jiān)控拳魁，給生產(chǎn)管理、供水調(diào)度帶來諸多不便撮弧。

實施了微機監(jiān)控后潘懊，它能實時監(jiān)測供水系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)(如壓力、流量贿衍、水位授舟、電壓、電流等)冈哮，控制深井泵络灾、增壓泵的開停，監(jiān)視泵機的運行狀態(tài)啃嫂，同時提供生產(chǎn)管理所需的報表蜕芭、曲線、數(shù)據(jù)查詢等功能吻唐。

系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心乳的、無線通信系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)控終端武瘟、傳感器及儀表四部分組成硼环。

監(jiān)控中心：由微機、無線數(shù)傳機孩最、全向天線趾赡、模擬屏及UPS組成赴辨，主要完成各現(xiàn)場終端數(shù)據(jù)的實時采集、監(jiān)測好勤、控制捣域、數(shù)據(jù)存儲、打印報表宴合、數(shù)據(jù)查詢等功能焕梅。

無線通信系統(tǒng)：監(jiān)控中心與各泵站終端之間采用無線方式通訊。監(jiān)控中心為主動站卦洽，其它終端副站為被動從站贞言，該系統(tǒng)采用無線電管理委員會給定的數(shù)據(jù)頻率，以一點對多點的方式與從站通訊阀蒂，監(jiān)控中心為全向天線该窗，各副站為定向天線。

現(xiàn)場監(jiān)控終端：核心為PLC蚤霞，是一個智能設(shè)備酗失，它有自己的CPU和控制軟件，主要完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集昧绣、轉(zhuǎn)換规肴、存儲、報警夜畴、控制等功能塞姻，并通過無線信道與監(jiān)控中心微機進行數(shù)據(jù)通信。根據(jù)監(jiān)控中心的命令分別完成系統(tǒng)自檢的惕、數(shù)據(jù)傳送尺澜、控制輸出等任務(wù)。

傳感器及儀表：是PLC監(jiān)測現(xiàn)場信號的“眼睛”补屎，現(xiàn)場所有信號都需經(jīng)過傳感器及儀表的轉(zhuǎn)換延坡，才能輸出標準信號，被PLC終端所接受付厦。系統(tǒng)主要測量電壓、電流蜻弧、液位超默、壓力、流量及耗電量等參數(shù)吓挣。

6园环、工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE802.3(Ethernet)的強大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。利用工業(yè)以太網(wǎng)奄础，SIMATICNET提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑陋气。企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)(Intranet)劳吠，外部互聯(lián)網(wǎng)(Extranet)，以及國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)提供的廣泛應(yīng)用不但已經(jīng)進入今天的辦公室領(lǐng)域巩趁，而且還可以應(yīng)用于生產(chǎn)和過程自動化痒玩。繼10M波特率以太網(wǎng)成功運行之后，具有交換功能议慰，全雙工和自適應(yīng)的100M波特率快速以太網(wǎng)(FastEthernet蠢古，符合IEEE802.3u的標準)也已成功運行多年。采用何種性能的以太網(wǎng)取決于用戶的需要别凹。通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術(shù)草讶。

今天的控制系統(tǒng)和工廠自動化系統(tǒng)，以太網(wǎng)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)和PLC一樣普及炉菲。鐵路運輸管理信息系統(tǒng)可以用到工業(yè)以太網(wǎng)堕战。為了更有效的進行列車調(diào)度和為乘客提供及時的信息服務(wù)，鐵路的信息系統(tǒng)必須提供實時的列車到站和發(fā)車信息拍霜，并且實時更新可供售出的車票數(shù)據(jù)庫嘱丢。這個系統(tǒng)所遇到的問題在于這些信息分布在鐵路沿線上百公里的地理范圍內(nèi)，良好的通訊系統(tǒng)將確保數(shù)據(jù)不丟失沉御，系統(tǒng)通訊不間斷小愚，工業(yè)以太網(wǎng)是一個比較好的選擇。

7芋甸、自動化軟件

自動化軟件在自動化控制系統(tǒng)中起著重要作用绪毅，其主要作用是對生產(chǎn)過程進行調(diào)度自動化控制在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)谬咽、應(yīng)用上的高速發(fā)展叙傅，已逐步具備高度集成化、智能化麸癌、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢和特點熊赐。由于工業(yè)控制系統(tǒng)的管控一體化趨勢控制，使得工業(yè)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)IT管理系統(tǒng)以及互聯(lián)網(wǎng)相連通性躬，內(nèi)部也越來越多地采用了通用軟件汛滩、通用硬件和通用協(xié)議。比較常見的是SCADA自動化軟件系統(tǒng)俱挨。

所謂的SCADA自動化系統(tǒng)(supervisorycontrolanddataacquisition)函绊，就是我們所說的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。它主要是受計算機技術(shù)得支撐漓拾，對各種生產(chǎn)過程進行調(diào)度自動化控制的系統(tǒng)阁最。目前，SCADA軟件不僅在石油骇两、化工等行業(yè)的數(shù)據(jù)信息采集和監(jiān)督控制中起到很大的作用速种，而且廣泛的運用于水利和電力事業(yè)的監(jiān)管之中姜盈。SCADA自動化軟件，可以在無人看管的情況下配阵，自動化的對生產(chǎn)進行長時間的精準監(jiān)椌馏颂，并且從中獲取有效的信息數(shù)據(jù)，為監(jiān)管的管理者提供有力的評價參考闸餐。

“SCADA系統(tǒng)使調(diào)度指揮不再鞭長莫及!”廣州鐵路(集團)公司供電調(diào)度人員利用SCADA系統(tǒng)饱亮，迅速處理了一起高鐵動車組無法受電故障，受到人們的關(guān)注和贊揚舍沙。

一列京廣高鐵動車組列車在運行途中因發(fā)出異常的響聲近上，不慎掉入接觸網(wǎng)分相無電區(qū)，無法受電正常行駛拂铡，動車組列車被迫停于崇山峻嶺之間壹无，救援形勢非常嚴峻。廣鐵集團供電調(diào)度人員接到故障信息后实射，立即啟動相關(guān)事故應(yīng)急預(yù)案启中。在值班調(diào)度長沈志剛的統(tǒng)一指揮下，調(diào)度員陳志培胸有成竹地發(fā)布調(diào)度命令磺伍，操作調(diào)度員王曉河沉著冷靜地進行遠程操作疯食。呼喚應(yīng)答，手指眼看或缘，鼠標輕點梅明，SCADA系統(tǒng)用類似于“無影手”的遠程操作倒換分相隔離開關(guān)，迅速實現(xiàn)對無電區(qū)供電般迈。10分鐘后乳环，這趟動車組列車升弓受電開車，順利啟程恋赎。

如果沒有SCADA系統(tǒng)的鼎力相助倘回，調(diào)動指揮供電人員必須趕往事故現(xiàn)場，進行手動操作隔離開關(guān)送電疾浓，至少需要兩個小時以上的時間音瓷，那樣就會嚴重影響京廣高鐵的正常運輸秩序。

“嘟——嘟——嘟——”每次故障發(fā)生后夹抗，SCADA系統(tǒng)都在第一時間與現(xiàn)場設(shè)備同步發(fā)出事故音響外莲，供電調(diào)度員聞聲立刻進入戰(zhàn)斗狀態(tài)。SCADA系統(tǒng)還能夠發(fā)出各種預(yù)告音響信號兔朦。例如，無人值班的箱變開門信號磨确、煙霧報警信號沽甥、風(fēng)機啟動信號等等声邦。據(jù)此，調(diào)度員就能察知相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)異常情況摆舟，需要注意觀察亥曹，提高警惕。這無疑給調(diào)度員裝上了名副其實的“順風(fēng)耳”恨诱。

SCADA系統(tǒng)靈活多樣的報警功能媳瞪，為調(diào)度指揮故障處理節(jié)省了大量時間，提高了工作效率照宝，極大地減少了對鐵路運輸秩序的干擾蛇受。

SCADA系統(tǒng)是以計算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)，由監(jiān)控站(調(diào)度端)巫顽、被控站(被控端)及通道三大部分組成菱脯。

調(diào)度端設(shè)在調(diào)度所，可以實現(xiàn)對遠方對象的監(jiān)控菲痹、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及管理功能等湘秀。被控端可以完成數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理编毒、發(fā)送军含、接受及輸出執(zhí)行等功能。在電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中使用的SCADA系統(tǒng)歹簸，主要用于監(jiān)控鐵路沿線各變電所孩砸、分區(qū)所、開閉所念婶、電力配電所和電力箱變設(shè)備運行狀態(tài)蓄揭，實現(xiàn)千里之外的遙控、遙信分搞、遙測及遙調(diào)等功能儿捧。SCADA系統(tǒng)通過對調(diào)度指揮模式的創(chuàng)新，讓調(diào)度員通過遠程操作就可迅速實現(xiàn)靈活多變的供電挑宠，在電氣化鐵路事故救援中發(fā)揮了積極作用菲盾。

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