基本信息
- 項目名稱：
- 地鐵交通信號指示系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 我國城市地鐵軌道交通現(xiàn)已進入快速發(fā)展階段，在看到市場效益的同時還應(yīng)看到地鐵發(fā)展中還存在著較為突出的問題，如運行故障、信號燈失靈等現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重威脅地鐵的安全運行。本設(shè)計著眼于地鐵信號指示環(huán)節(jié)的改進，運用先進的電磁兼容技術(shù)、PWM技術(shù)、電流自適應(yīng)匹配技術(shù)，設(shè)計一種大功率、擁有智能化故障檢測功能的新型地鐵交通指示系統(tǒng)，光信號有效傳輸距離不小于750米，能耗降低70%，整機功耗不大于24VA，使用壽命提高180倍，為城市地鐵安全、高效運行提供可靠的技術(shù)保障，服務(wù)于國家經(jīng)濟社會發(fā)展。
- 詳細介紹：
- 長期以來，老式地鐵信號燈采用普通的鹵素燈泡作為發(fā)光源，存在壽命短、易斷絲、易損壞、光電轉(zhuǎn)換效率低、熱損耗大等缺點。尤其是在電力機車高速運行期間設(shè)備產(chǎn)生的高頻振動使燈絲可能產(chǎn)生共振，使其可靠性降低，信號指示系統(tǒng)故障時有發(fā)生。如何在地鐵產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展前提下和復(fù)雜環(huán)境中正確、及時、穩(wěn)定地提供給列車各種信號指示已經(jīng)成為當務(wù)之急。 本系統(tǒng)采用高亮度的大功率LED作為發(fā)光源，發(fā)光效率高，熱耗小，能有效提高電能利用率，使用壽命從鹵素燈的1個月提高到15年，延長了180倍，可靠性也大幅度提高?？紤]到工作環(huán)境的惡劣，系統(tǒng)加強了電磁兼容電路特性，極大地增強了電路的穩(wěn)定性，從而減少電路誤動作，增強了系統(tǒng)的可靠性。 系統(tǒng)采用了當今先進的PWM技術(shù)，結(jié)合閉環(huán)控制電路，可以實現(xiàn)自動恒流，效率高、寬電壓適應(yīng)性好，連續(xù)有效顯示距離不小于750m，特別適合我國大城市地鐵、軌道、軌道交通線路配套使用。 本系統(tǒng)采用高性能的軍用級電子器件，使電路具有壽命長、工作可靠等優(yōu)點。增設(shè)虛擬故障開關(guān)，具有虛擬報警功能，以方便維修過程檢測報警線路故障，保持與原信號燈使用習(xí)慣的一致性。 本系統(tǒng)加入故障自動檢測報警系統(tǒng)，當輸出電路中的的任意一支路LED短路或開路故障時，系統(tǒng)都會自動處理故障的并自動記錄故障，直到滿足故障報警設(shè)定條件時向總控制站輸出報警信號，在此期間仍可保證其它各支路繼續(xù)正常工作，為地鐵交通提供指示信號；若報警后，故障長時間未得到處理，又有其他LED發(fā)生故障，導(dǎo)致信號質(zhì)量低于標準時，該支路信號燈會自動熄滅，以免造成事故。本系統(tǒng)在多路LED長時間短路狀態(tài)下溫升變化不超過5℃，確保系統(tǒng)連續(xù)安全可靠工作。 本系統(tǒng)采用電流自適應(yīng)匹配技術(shù)，能夠與6502電器集中控制電路以及微機聯(lián)鎖點燈控制電路完全兼容，現(xiàn)場點燈變壓器型號不變，定型電路聯(lián)鎖條件不變；寬電源電壓自適應(yīng)性好，直流穩(wěn)壓等工能實現(xiàn)智能化。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 作為一種占地少、不影響現(xiàn)有交通運行、承載量大、速度快的高效城市交通方式，城市地鐵產(chǎn)業(yè)的在近幾年得到飛速發(fā)展，如何保證高速地鐵在交通信號的準確性、穩(wěn)定性、及時性以及可靠性等問題變得越來越突出。如北京、上海、紐約等國內(nèi)外大都市近年來地鐵運行故障、信號燈失靈等情況屢有發(fā)生，嚴重影響地鐵線路的安全高效運行。于是我們從地鐵信號可靠性入手，設(shè)計了該地鐵交通信號指示系統(tǒng)。 創(chuàng)新點：具有開路、短路智能處理功能；智能報警、SIM身份確認；EMC電磁兼容技術(shù)，高浪涌抑制；穩(wěn)定系統(tǒng)系統(tǒng)硬件減振工藝完善，穩(wěn)定性高。 技術(shù)指標：（1）連續(xù)工作方式；（2）光源壽命：長達15年；（3）電磁兼容：符合國家相關(guān)行業(yè)標準；（4）雷電防護性能防水耐震性能等指標：符合鐵道部各相關(guān)項技術(shù)標準；（5）幾何尺寸：DL——135×35mm（不含防雷組合）；（6）振動頻率：10～2000Hz，加速度幅值10m/S2；（7）程控電流：140±10mA（單路）；（8）連續(xù)工作溫升：≤45℃（室溫25℃）；（9）報警觸點容量：≤1A（AC220V\DC30V）;(10)整機功耗不大于24VA。
科學(xué)性、先進性
- 老式信號燈采用普通的鹵素燈泡作為發(fā)光源，存在著壽命短，易斷絲、易損壞、光電轉(zhuǎn)換效率低，并且存在熱損耗大等缺點。 本作品具備的科學(xué)性與先進性：采用高亮度大功率LED, 其發(fā)光效率高，熱耗小，能有效提高電能利用率，使用壽命延長至15年；實現(xiàn)自動恒流、效率高、連續(xù)工作；有效顯示距離不小于750米；增設(shè)虛擬故障開關(guān)，具有虛擬智能報警功能，而老式鐵路信號系統(tǒng)則采用人工檢測和維護，很難達到這一點；系統(tǒng)中增加了EMC電磁兼容器件, 穩(wěn)定性和可靠性強；通過單片機實現(xiàn)智能故障檢測，記錄和報警；開路短路智能處理功能；具有雷電防護性能；防水、防潮、防霉變；對萬伏高浪涌強抑制；寬電源電壓，可在10V~16V之間任意波動。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本系統(tǒng)的前期設(shè)計成果《鐵路信號燈系統(tǒng)》在河南省第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中榮獲一等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品 現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢： (1)電磁兼容技術(shù)（EMC）：抑制和濾除各種噪聲信號與浪涌的干擾 (2)采用PWM技術(shù)：實現(xiàn)對電流的恒定控制。 (3)故障報警技術(shù)：當信號燈的LED熄滅支路數(shù)等于設(shè)置故障支路數(shù)時（即此時信號燈指示質(zhì)量等于標準質(zhì)量臨界值時）會自動發(fā)出報警信號，以提醒相關(guān)部門及時維修。 適用范圍： 地鐵、城市軌道交通信號指示 推廣前景： 隨著城市交通壓力越來越大，不少城市都在大力發(fā)展軌道交通和地鐵項目，隨著列車運行速度大幅度提升，對地鐵等軌道交通信號的要求不斷提高，而現(xiàn)有地鐵信號燈已遠遠不能滿足需要。因此，新型LED地鐵信號燈必然會有廣闊的發(fā)展空間，能夠帶來巨大的經(jīng)濟效益，市場前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 目前，西方發(fā)達國家擁有百萬以上人口的大都市，大都修建地鐵來緩解和改善交通緊張狀況。就我國而言，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市人口的不斷增長，大城市的交通擁擠狀況愈加惡劣，如果得不到有效的解決，很有可能會引發(fā)其他社會問題。地鐵以其方便快捷，載客量大而受到城市建設(shè)者的青睞，投資建設(shè)地鐵等軌道交通是眾多交通擁擠城市的市政建設(shè)方針之一。據(jù)統(tǒng)計，全國共有12個城市的36條城市軌道交通線路正在建設(shè)，已批和將批的城市軌道交通規(guī)劃共涉及23個城市，2020年之前軌道交通投資規(guī)模將超1萬億元。在看到市場前景樂觀的同時，我們應(yīng)當看到地鐵發(fā)展中還存在的較為突出的問題，如北京、上海、紐約等國內(nèi)外大都市近年來地鐵運行故障、信號燈失靈等造成事故的情況屢有發(fā)生，影響地鐵線路的安全使用。 軌道交通信號的清晰、可靠、準確的指示是地鐵安全運行的前提。目前，老式信號燈采用普通的鹵素燈泡作為發(fā)光源，壽命短、易斷絲、易損壞、光電轉(zhuǎn)換效率低，并且存在熱損耗大等缺點。尤其是在電力機車高速運行期間設(shè)備產(chǎn)生的高頻振動使燈絲可能產(chǎn)生共振，使其可靠性降低；而我們所采用的是的大功率超高亮度LED燈，使用壽命長達30萬小時，是原有信號燈的150倍！我們的產(chǎn)品具備開路、短路智能處理功能，增設(shè)虛擬故障開關(guān)，采用PWM技術(shù)，電源穩(wěn)定可靠，延長使用壽命，還有三防功能——防水、防潮、防霉變。目前，國內(nèi)還未見有同類產(chǎn)品。 在國外，用超高亮度LED取代白熾燈，用于交通信號燈、警示燈、標志燈已經(jīng)相當普及，市場廣闊，需求量增長很快。根據(jù)美國交通部門的統(tǒng)計，美國安裝交通信號燈的十字路口有26萬個，由此可推算出全美國約有1.35億個交通信號燈。目前采用超高亮度LED取代傳統(tǒng)的白熾燈降低電力損耗已取得明顯效果。日本每年在交通信號燈上的耗電量約為100萬千瓦，采用超高亮度LED取代白熾燈后，其耗電量僅為原來的12%。 目前，我國市場上使用大功率LED燈做光源，壽命達30萬小時，國內(nèi)用戶對其性能評價較高，但由于廠家較少，價格昂貴，用戶暫時難以接受，不過結(jié)合使用壽命和功耗，考慮到本產(chǎn)品的穩(wěn)定性能，綜合考慮，超高亮度LED還是具有較高的性價比。如果應(yīng)用于鐵路信號指示，機場跑道信號指示，航標燈，航空障礙燈等對安全穩(wěn)定要求極高的領(lǐng)域，大功率LED信號指示燈將是不二選擇。所以，具有良好的市場前景。
