编组站推峰机车无线遥控系统毕业设计.docx

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编组站推峰机车无线遥控系统毕业设计

毕业设计（论文）

中文题目：

编组站推峰机车无线遥控系统

学习中心（函授站）：

哈尔滨铁路局函授站

专业：

电气工程及其自动化

北京交通大学

毕业设计（论文）成绩评议

年级

2012

层次

专升本

专业

电气工程及其自动化

姓名

题目

电力牵引变电所设置与运行分析

指

导

教

师

评

阅

意

见

全文结构基本合理科学，逻辑思路清晰，观点表达准确，语言流畅，论证方法较合理，参考的文献资料符合主题要求，从主题到内容符合专业要求，部分与本分之间衔接的比较紧密，但个别概念比较模糊，总体上达到毕业论文要求。

成绩评定：

优指导教师：

2014年2月1日

答

辩

小

组

意

见

答辩小组负责人：

年月日

北京交通大学

毕业设计（论文）任务书

本任务书下达给：

2012级电气工程及其自动化专业学生

设计（论文）题目：

编组站推峰机车无线遥控系统

一、毕业设计（论文）基本内容

介绍了利用测试电路对系统硬件的输入输出功能进行了功能仿真。

此项无线遥控机车技术在信号防护、列车控制、重载运输等方面具有广阔的应用前景。

二、基本要求

要在机车上加装无线遥控系统，使站场工作人员根据站场实际状态与车流状态通过无线电台来指挥推峰机车的工作，使其在确保安全与满足站场要求的前提下，能发挥出较髙的工作效益。

三、重点研究的问题

1.系统介绍

2.系统工作原理

3.系统架构

4.系统应用前景

四、主要技术指标

本文在研究无线遥控的基础上，应用经典的闭环控制和PID控制理论建立了控制推峰机车推峰速度的调速模型，并引入了新的定位模块，提高了推峰机车控制系统的安全性与稳定性。

五、其他要说明的问题

随着流通领域的开放、改革和国民经济的飞速发展，作为国民经济命脉的铁路运输也呈现前所未有的繁忙景象。

各大编组场，特别是像郑州北这样的枢纽编组场均达超饱和状态，在这种情况下，如何运用现有站场设备，提高站场通过能力，增加站场的解编能力，使铁路运输畅行无阻，是我们应着重解决的问题。

而在驼峰编解作业中，推峰机车的作业是一个重要环节。

下达任务日期：

2013年12月1日

要求完成日期：

2014年2月1日

指导教师：

开题报告

题目：

学生姓名：

学号：

2013年12月1日

一、文献综述

随着流通领域的开放、改革和国民经济的飞速发展，作为国民经济命脉的铁路运输也呈现前所未有的繁忙景象。

各大编组场，特别是像郑州北这样的枢纽编组场均达超饱和状态，在这种情况下，如何运用现有站场设备，提高站场通过能力，增加站场的解编能力，使铁路运输畅行无阻，是我们应着重解决的问题。

二、选题的目的和意义

在铁路的各种车站中，编组站拥有的技术设备较多，作业量大,作业过程也比较复杂，车辆在站的停留时间也较长。

这些都直接影响到运输生产指标的好坏。

因此，编组站在路网上的布局是否合理,编组站的工作组织，技术设备是否完善与先进，对于加速机车车辆周转，完成货物运输任务，降低运输成本都有重要作用。

12月份的时间对编组站推峰机的知识进行了强化补习，了解国内外推峰机发展的现状和趋势。

然后再根据所学的知识，1月份完成了对编组站，推峰机所等各方面的知识，并在这个过程中进一步熟悉了我国形式。

三、研究方案（框架）

1.编织站自动化的作用

2.国内外发展概况

3.系统功能介绍及工作原理，技术方案与指示

4.建模方式，建模过程，流程推导，公式推导，软件流程

5.系统架构，车载部分，地面部分，模拟电路

四、进度计划

12月份的时间对编组站推峰机的知识进行了强化补习，了解国内外推峰机发展的现状和趋势。

然后再根据所学的知识，1月份完成了对编组站，推峰机所等各方面的知识，并在这个过程中进一步熟悉了我国形式。

五、指导教师意见

查阅资料结相关文献比较全面，提出的研究方案和计划进度可行，但个别的概念比较模糊，希望将专业知识原理与实际问题相结合起来会有更好的效果。

指导教师：

张岩

2013年12月2日

中期报告

题目：

编组站推峰机车推峰速度无线遥控系统

学生姓名：

学号：

12617978

一、进展情况

在这两个多月中，了解编组站是铁路网上办理货物列车解体，编组作业，并为此设有比较完善的调车设备的车站。

其主要设备有到发线（场）、调车线（场）、驼峰、牵出线以及机务段和车辆段等，用了大约5周的时间来完成。

二、指导教师意见

对一些计算不详细、具体。

设计过程中时间分配不合理，但总体达到设计要求

指导教师：

2014年2月1日

结题验收

一、完成日期

2014年2月18日

二、完成质量

详细周密的计划按时完成了任务.

三、存在问题

建模过程，流程推导，公式推导，软件流程及系统构架。

四、结论

对驼峰自动化系统安全性、稳定性、可维护性以及建设维护费用等方面有了更高的要求，并逐步要求完善自动化驼峰的数字化与信息化。

近年来，嵌入式系统在工业控制方面得到越来越广泛的应用和发展，使得控制系统的功能不断强大，并可以利用高级语言对控制程序进行编制和调试,提高了系统设计的灵活性与可扩充性-另外，现代计算机控制理论也不断应用于工业控制领域，成为当今的工业控制与计算机紧密的结合起来。

指导教师：

2014年2月3日

中文摘要

编组站推峰机车推峰速度的控制是编组站驼峰自动化的重要环节，现行的控制方法是由司机根据主体信号进行手动控制。

但在大型的编组站具有多条推送线的情况下釆取手动控制，难以很好的实现多条推送线之间协调运作，不适应大型编组站货物流量较大和解编效率要求较高的特点，再加上编组站不良环境的影响，使得手动控制也存在着一些安全隐患。

本文在研究无线遥控的基础上，应用经典的闭环控制和PID控制理论建立了控制推峰机车推峰速度的调速模型，并引入了新的定位模块，提高了推峰机车控制系统的安全性与稳定性。

本文还介绍了利用测试电路对系统硬件的输入输出功能进行了功ig仿真。

此项无线遥控机车技术在信号防护、列车控制、重载运输等方面具有广阔的应用前景。

关键词编组站推峰机车无线遥控低恒速新定位技术

Abstract:

Theautomaticcontrolforhumpingspeedinmarshallingstationisanimportantsectorofmarshallingstation'sautomation.Thecurrentwayofcontroldependsondriver'smanualcontrolorderedbymainsignal.Butthemanualcontrolcan’taccomplishthecoordinatingamongthetracksofhumpinsomelargemarshallingstations,whichhaveagreatamountofgoodsandhighefficiency'sdemandofmarshalling.Otherwise,badweathermakesthemanualcontrolexistsomeproblemsofsecurityinmarshallingstation.

Basedontheresearchofradioremotecontrol,thispaperestablishesaspeedmodelbyusingthetheoriesofclassicalclosed-loopcontrolandPIDcontrolThenewlocationtechnologyisintroducedintothismodelThatpromotesthesystem'ssecurityandcredibility.Andthispaperalsointroducesthesimulationofsystem^inputandoutputfunction.Thisradioremotecontroltechnologyhasbroadnessforegroundinapplicationofsignalprotection,train’scontrol,railwayheavyhaultrafficandetc.

Keywords:

marshallingstation,humpingtrain,radioremotecontrol,low-constantspeed,newlocationtechnology

前言...........................................................9

第一章概述............................................10

第一节编组站简介………………………………………10

第二节编织站自动化的作用……………………………….11

第三节国内外发展概况……………………………………11

第二章系统介绍…………………………………14

第一节系统功能………………………………………14

第二节技术方案………………………………………16

第三节技术指示………………………………………17

第三章系统工作原理…………………………19

第四章建模方式…………………………………20

第一节相关知识介绍…………………………………20

第二节建模过程，流程推导，公式推导……………30

第三节软件流程……………………………………37

第五章系统架构…………………………………42

第一节车载部分………………………………………43

第二节地面部分………………………………………45

第三节模拟电路………………………………………47

第六章系统应用前景…………………………50

附录…………………………………………………55

参考文献………………………………………………59

前言：

铁路货物运输以其运送能力强、运程远、运价低，连续作业等特点，成为当今世界上货物运输的重要方式。

尤其在我国，由于幅员辽阔，地形复杂，人口众多，生产力还不是很发达，使得铁路运输在国民经济中的地位尤其突出。

编组站是铁路运输的重要环节，在编组站进行大量的调车作业。

提高编组站调车作业的质量和效率，对整个铁路网的通过能力、改编能力、作业安全等都起着重要作用

随着流通领域的开放、改革和国民经济的飞速发展，作为国民经济命脉的铁路运输也呈现前所未有的繁忙景象。

各大编组场，特别是像郑州北这样的枢纽编组场均达超饱和状态，在这种情况下，如何运用现有站场设备，提高站场通过能力，增加站场的解编能力，使铁路运输畅行无阻，是我们应着重解决的问题。

而在驼峰编解作业中，推峰机车的作业是一个重要环节。

若能使机车根据溜放作业状况来选择最佳的推峰速度，即实现变速推送，同时使预推作业的停车点尽可能接近峰顶，缩短进入主推的运行时间，则能大大提高驼峰解体效率缩短车体在峰顶上的滞留时间，要实现这一目标，就要在机车上加装无线遥控系统，使站场工作人员根据站场实际状态与车流状态通过无线电台来指挥推峰机车的工作，使其在确保安全与满足站场要求的前提下，能发挥出较髙的工作效益。

我国第一个应用推峰机车无线遥控系统的站场是北京的丰西编组场，在近二十年的时间里经过三代人的努力，推峰机车遥控系统，从全硬件逻辑电路控制到微计算机控制，从音频编码发展到数字编码，不断地得到改进与发展，郑州北枢纽编组场所使用的全计算机制式的推峰机车无线遥控系统的研制成功，使我们在这一领域中又前进了一大步，为我国驼峰自动化做出了巨大贡献。

在电子数字信息高度发展的今天，电子技术日新月异，对驼峰自动化系统安全性、稳定性、可维护性以及建设维护费用等方面有了更高的要求，并逐步要求完善自动化驼峰的数字化与信息化。

近年来，嵌入式系统在工业控制方面得到越来越广泛的应用和发展，使得控制系统的功能不断强大，并可以利用高级语言对控制程序进行编制和调试,提高了系统设计的灵活性与可扩充性另外，现代计算机控制理论也不断应用于工业控制领域，成为当今的工业控制与计算机紧密的结合起来。

本文将结合原先的经典闭环控制理论和PID控制理论，在推峰机车实际动力机构的基础上建立推峰机车以低恒速推峰的调速模型。

第一章概述

第一节编组站简介

编组站是铁路网上办理货物列车解体，编组作业，并为此设有比较完善的调车设备的车站。

其主要设备有到发线（场）、调车线（场）、驼峰、牵出线以及机务段和车辆段等。

编组站按其在铁路网上所起的作用可分为路网性、区域性和地方性等类别：

按采用的调车设备类型可分为自动化、机械化和非机械化等类别；按其调车设备的设置和数量可分为单向编组站（上、下行方向共享一套调车设备）和双向编组站（上、下行方向各设一套调车设备）：

按每套调车设备主要车场的相互位置又可分为横列式布置（到发场与调车场并列布置）、纵列式布置（到达场、调车场、出发场顺序纵列布置）和混合式布置（到达场和调车场纵列布置，出发场和调车场并列布置）等类别。

编组站的主要布置图形有单向横列式、单向混合式、单向纵列式和双向纵列式。

编组站的主要任务是根据列车编组计划的要求，大量办理各种货物列车的解体和编组作业，并且按照运行图规定的时刻正点接发车。

在铁路上，编组站是铁路运输的重要生产基地，大量装载货物的重车和卸货回送的空车，在这里汇集后被编成各种列车开往各自的目的地-从这个意义上讲，编组站实际上是一个编组列车的工厂

在铁路的各种车站中，编组站拥有的技术设备较多，作业量大，作业过程也比较复杂，车辆在站的停留时间也较长。

这些，都直接影响到运输生产指标的好坏。

因此，编组站在路网上的布局是否合理，编组站的工作组织，技术设备是否完善与先进，对于加速机车车辆周转，完成货物运输任务，降低运输成本都有重要作用。

因此，铁路必须十分重视编组站的建设和发展，积极促进编组站设备和作业的逐步现代化。

第二节编组站自动化的作用

1.到达场2.编组场3.出发及通过车场4.与车辆段联合布置的机务段配置方案5.车辆段6.机务段7.驼峰8.整备设备

/

无线遥控系统采用了计算机控制机车，使系统工作于既能控制机车工作，又能监视机车的工作状态，这在我国还是首创。

不仅应用在自动化驼峰，在半自动化驼峰也同样发挥其作用，在现场的应用中，不仅明显的提髙了解体效率，也减轻了司机的工作强度，因此，很受车站、司机的欢迎，该系统在推广应用中，不断的进行向更完善的方向改进，目前已形成系列产品。

最新型的T*Y3型无线机车遥控系统在结构、性能方向，均有较大的提高。

第三节国内外发展概况

推峰机车遥控系统是编组站自动化系统的重要组成部分之一，工业发达国家均很重视此项技术的研究及应用。

目前，在美国，日本，德国，法国，加拿大及原苏联等主要工业国家的主要编组站均使用了此项技术-

1：

国外情况

美国是较早应用该项技术的国家之一。

目前在自动化的编组站中均使用推峰机车遥控系统。

在美国，生产推峰机车遥控设备的公司主要有两家，一家是美国联合道岔信号公司（UMIONSWITCH&SIGNALDIVISION）,—家是通用铁路信号公司（GENERALRAILWAYSIGNALCOMPANY）»而目前，由于市场饱和，只有美国联合道岔信号公司提供的20世纪70年代定性的产品。

该种产品使用无线遥控方式，控制命令是采用调制编码，可以控制驼峰的4台推峰机车工作，控制对象的选择是由值班员人工选取。

机车推峰速度控制在1一5km/h范围内变动。

机车工作情况不反馈给值班员。

该系统主要是配合美国生产的调车机车使用。

若与其他系统构成编组站自动化系统时必须增加其他设备配合使用。

系统是由分离器件及集成电路组成，未采用计算机技术。

在日本，从20世纪60年代就开始研制及应用推峰机车遥控系统，它使用的系统在制式上与美国有相近的地方，成为SLC的无线遥控系统，使用电码传送方式，可呼叫4台工作机车，由值班员或计算机选择工作机车并发送控制指令，同样没有机车工作信息的反馈装置，系统也是由分离器件及集成电路组成。

在加拿大，以引进美国技术为主，也在自动化编组站应用机车遥控系统，而在近年新建的自动化编组站上，推峰机车遥控系统有了新的发展，开始应用微处理机技术。

在西欧，近年来，在自动化编组站广泛的使用推峰无线机车遥控技术，并且在技术水平上有了进一步的发展。

如在德国马胜（MASCHEN）自动化编组站釆用的推峰机车遥控系统，己应用20世纪80年代的计算机技术，将微处理机应用在机车控制中，并具有自控功能，是目前国际上较先进的技术方案。

在原苏联，据资料介绍是釆用中频感应方式（40kHZW调频信号）的推峰机车遥控系统,需要在整个到达场铺设电缆作为命令的传输通道。

从国外的情况看，绝大部分国家均采用无线遥控方式。

认为此种方式运营费用最小，而且工作灵活，施工方便（在站场中铺设电缆少，工程量最少），各个国家均根据本身的具体运营条件提出各自认为最合理的方案。

而且今年，随着技术的进一步发展，国际上己将遥控技术及计算机技术相结合，是推峰机车无线遥控系统有了新的发展。

在国际上认为，应用推峰机车遥控系统将能使编组站的解体效率提高10%左右。

若采用推峰机车自动控制系统，可使编组站解体效率提高15%左右》但是，目前国外使用的方式均需值班员选择推峰机车进行工作，只有部分于计算机接口的可以通过计算机进行选择，需要通过人为措施保证推峰作业的安全。

机车均为反馈信息给值班员，值班员在推峰作业过程中必须通过其他途径了解推峰机车工作情况，这与我国编组站作业的要求有一定的差距。

2：

国内情况

我国在推峰机车遥控技术要就方面起步较晚，从1976年开始进行研制。

在研制工作中可以分为两个阶段：

第一阶段为1976—1984,第二阶段为1986年至目前。

在第一阶段主要是根据我国编组站的工作特点，对推峰机车遥控系统的工作基本方案，机车遥控系统对提高编组站解体效率的作用以及设备的研制进行了大量的工作，结合我国编组站的特点，研制适合我国国情的遥控设备打下了基础。

到目前为止，我国研制出的新型推峰机车遥控系统均是上述方案基础上发展完善。

我国的第一代产品是根据我国当时的电子工业水平，应用分离器件及中小规模集成电路组成。

系统的全部功能釆用逻辑电路实现，这与国外20世纪70年代的同类技术水平相当。

其主要功能如下；

（1）在预推作业时，可以实现定速推送及定距离停车。

（2）在主推作业时，是按驼峰信号条件给出Skm/h,7km/h,lOkm/h三种推峰速度及迂回线送车，后退，停车等控制功能，为信号显示带冒控制的方式。

根据我国编组站作业特点：

作业量大，有的站场大车组较多，推峰速度高，推峰速度要求变化较大的特点，在系统的设计思路及系统功能上要比国外设计考虑更多的安全防护条件。

为此,在如下两方面作了特殊考虑：

（1）方案设计了对象选择设备,推峰机车不需值班员确定，而是通过办理推峰进路自动选出推峰机车。

保证在任何时候机车也不会错误工作。

系统的工作是与地面信号设备及车列的推峰进路具有连锁功能，是值班员控车手续简便，并能安全的办理推峰作业。

（2）为了能使值班员了解推峰机车的工作状态，确认推峰机车工作正确，在推峰机车工作时，可通过无线通道将机车收到的控制指令及机车的实际的推峰速度显示在驼峰值班员控制台上，使值班员能更好的了解机车作业全过程，更好的掌握推峰速度。

在第一代遥控系统研制期间，研究人员与现场运用人员共同对遥控系统的实际运用进行了测试，证明了在编组站应用遥控系统控制机车进行推峰作业，明显的提高了解体效率，通过我国第一代推峰机车遥控系统的研制与应用，使大家认识了它在提高解编效率上所起的作用。

但是，自1986年开始，我国开始使用新型调车机车（东风7型），而且编组站自动化控制技术又有了新的发展。

原有的推峰机车遥控系统在功能扩展及工作灵活性等方面受到了限制，因此，在原有系统功能基础上研制新的推峰机车遥控系统以适应新型推峰机车工作要求及自动化控制技术的发展是很必要的。

为此，我国从1986年开始开展了新型推峰机车遥控的研究工作。

从20世纪80年代开始，微机技术飞速发展，应用的领域不断扩大。

由于我国执行了对外开放及经济改革政策，引进了国外先进的计算机技术，是国内的计算机工业有了很大发展。

现在国内以能生产出性能优越的工业控制微机，它们可以应用与机载及车载条件，在较恶劣的条件下能稳定可靠工作，并且性能价格比也日趋合理。

因此，研制采用微机控制的机车遥控系统己有可能-同时，作为“七五”国家重点攻关科研工程的郑州北站上行场自动化工程，要求釆用国内或国际的新技术。

在这样的条件下，从1986年开始，结合郑州北站上行场工程及东风7型内燃机车开展了釆用工业控制微机技术的驼峰机车无线遥控技术的研究工作，并在1989年完成了全部研制及试运营工作-通过了国家级的技术鉴定。

90年代以来，数字电子技术和计算机控制技术又有了长足的发展，为了适应新时期对编组站自动化控制系统的功能的可扩充性和安全稳定性的要求，我国又准备研制新定位系统的机车无线遥控系统，该项系统采用新型的点式应答器和GPS技术，并在原有系统硬件的基础上进行了相应的改进，能提髙系统设备运行的稳定性，节省施工建设成本和后期维护费用。

第二章系统介绍

第一节系统功能

推峰机车无线遥控系统主要用于驼峰场对推峰机车实行推送速度控制。

其工作范围是从推峰机车与到达场之间进行解体作业的列车连挂后开始,直至列车解体完毕为止的整个推送作业过程。

包括列车解体过程的预先推送作业及主推作业。

系统在推送解体过程中有如下功能：

（1）定速度控制：

在预先推送过程中，机车遥控的预先推送命令可使机车自动起动、加速，并保持一个固定的速度运行。

在系统中，可根据预推作业的要求确定其推送速度，先分为快推送和慢推送两个等级。

当前快推送为10km/h,慢推送为Skm/K

（2）定距离停车控制：

为了保证车载预先推送作业中较准确、安全的停在要求的停车位置，设置了定距离停车控制功能-在具有双推送线的驼峰场，要求列车停在峰顶信号机前方。

在具有四推送线的驼峰场,根据电气集中电路要求，列车停在四条推送线的内方。

在列车进入预推停车控制区段时，机车上的遥控设备自动记录机车走行距离，并按照设计的停车曲线自动减速^在制定的距离（在四推送线驼峰场列车进入推送线不超过40米，在双推送线驼峰场列车进入峰顶，距峰顶信号机50米±10米）停车。

（3）停车控制：

在主推作业或预先推送作业时，机车受到停车控制命令或控制命令传送发生中断超过规定时间，遥控系统均使机车制动停车。

（4）变速度控制：

在主推作业时，为提高解体效率，要求实现变速溜放。

即值班员可根据解体作业的要求,随时要求机车改变推峰速度。

在本系统中，值班员可以通过控制台上的控制速度按钮给出八种主推送控制速度，给定的控制速度数值可根据站场作业的要求进行调整。

郑州北站上行场规定为：

12km