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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 地鐵交通信號(hào)指示系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 我國(guó)城市地鐵軌道交通現(xiàn)已進(jìn)入快速發(fā)展階段，在看到市場(chǎng)效益的同時(shí)還應(yīng)看到地鐵發(fā)展中還存在著較為突出的問(wèn)題，如運(yùn)行故障、信號(hào)燈失靈等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅地鐵的安全運(yùn)行。本設(shè)計(jì)著眼于地鐵信號(hào)指示環(huán)節(jié)的改進(jìn)，運(yùn)用先進(jìn)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(jì)一種大功率、擁有智能化故障檢測(cè)功能的新型地鐵交通指示系統(tǒng)，光信號(hào)有效傳輸距離不小于750米，能耗降低70%，整機(jī)功耗不大于24VA，使用壽命提高180倍，為城市地鐵安全、高效運(yùn)行提供可靠的技術(shù)保障，服務(wù)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。
- 詳細(xì)介紹：
- 長(zhǎng)期以來(lái)，老式地鐵信號(hào)燈采用普通的鹵素?zé)襞葑鳛榘l(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(diǎn)。尤其是在電力機(jī)車(chē)高速運(yùn)行期間設(shè)備產(chǎn)生的高頻振動(dòng)使燈絲可能產(chǎn)生共振，使其可靠性降低，信號(hào)指示系統(tǒng)故障時(shí)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(shí)、穩(wěn)定地提供給列車(chē)各種信號(hào)指示已經(jīng)成為當(dāng)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?zé)舻?個(gè)月提高到15年，延長(zhǎng)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(qiáng)了電磁兼容電路特性，極大地增強(qiáng)了電路的穩(wěn)定性，從而減少電路誤動(dòng)作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 系統(tǒng)采用了當(dāng)今先進(jìn)的PWM技術(shù)，結(jié)合閉環(huán)控制電路，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(guó)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(jí)電子器件，使電路具有壽命長(zhǎng)、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。增設(shè)虛擬故障開(kāi)關(guān)，具有虛擬報(bào)警功能，以方便維修過(guò)程檢測(cè)報(bào)警線路故障，保持與原信號(hào)燈使用習(xí)慣的一致性。 本系統(tǒng)加入故障自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)輸出電路中的的任意一支路LED短路或開(kāi)路故障時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)處理故障的并自動(dòng)記錄故障，直到滿足故障報(bào)警設(shè)定條件時(shí)向總控制站輸出報(bào)警信號(hào)，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(hào)；若報(bào)警后，故障長(zhǎng)時(shí)間未得到處理，又有其他LED發(fā)生故障，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量低于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，該支路信號(hào)燈會(huì)自動(dòng)熄滅，以免造成事故。本系統(tǒng)在多路LED長(zhǎng)時(shí)間短路狀態(tài)下溫升變化不超過(guò)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(jī)聯(lián)鎖點(diǎn)燈控制電路完全兼容，現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)燈變壓器型號(hào)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(shí)現(xiàn)智能化。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作為一種占地少、不影響現(xiàn)有交通運(yùn)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(hào)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、及時(shí)性以及可靠性等問(wèn)題變得越來(lái)越突出。如北京、上海、紐約等國(guó)內(nèi)外大都市近年來(lái)地鐵運(yùn)行故障、信號(hào)燈失靈等情況屢有發(fā)生，嚴(yán)重影響地鐵線路的安全高效運(yùn)行。于是我們從地鐵信號(hào)可靠性入手，設(shè)計(jì)了該地鐵交通信號(hào)指示系統(tǒng)。 創(chuàng)新點(diǎn)：具有開(kāi)路、短路智能處理功能；智能報(bào)警、SIM身份確認(rèn)；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(biāo)：（1）連續(xù)工作方式；（2）光源壽命：長(zhǎng)達(dá)15年；（3）電磁兼容：符合國(guó)家相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；（4）雷電防護(hù)性能防水耐震性能等指標(biāo)：符合鐵道部各相關(guān)項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；（5）幾何尺寸：DL——135×35mm（不含防雷組合）；（6）振動(dòng)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(bào)警觸點(diǎn)容量：≤1A（AC220V\DC30V）;(10)整機(jī)功耗不大于24VA。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 老式信號(hào)燈采用普通的鹵素?zé)襞葑鳛榘l(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(diǎn)。 本作品具備的科學(xué)性與先進(jìn)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(zhǎng)至15年；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(kāi)關(guān)，具有虛擬智能報(bào)警功能，而老式鐵路信號(hào)系統(tǒng)則采用人工檢測(cè)和維護(hù)，很難達(dá)到這一點(diǎn)；系統(tǒng)中增加了EMC電磁兼容器件, 穩(wěn)定性和可靠性強(qiáng)；通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能故障檢測(cè)，記錄和報(bào)警；開(kāi)路短路智能處理功能；具有雷電防護(hù)性能；防水、防潮、防霉變；對(duì)萬(wàn)伏高浪涌強(qiáng)抑制；寬電源電壓，可在10V~16V之間任意波動(dòng)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本系統(tǒng)的前期設(shè)計(jì)成果《鐵路信號(hào)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(jìng)賽中榮獲一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： (1)電磁兼容技術(shù)（EMC）：抑制和濾除各種噪聲信號(hào)與浪涌的干擾 (2)采用PWM技術(shù)：實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的恒定控制。 (3)故障報(bào)警技術(shù)：當(dāng)信號(hào)燈的LED熄滅支路數(shù)等于設(shè)置故障支路數(shù)時(shí)（即此時(shí)信號(hào)燈指示質(zhì)量等于標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量臨界值時(shí)）會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提醒相關(guān)部門(mén)及時(shí)維修。 適用范圍： 地鐵、城市軌道交通信號(hào)指示 推廣前景： 隨著城市交通壓力越來(lái)越大，不少城市都在大力發(fā)展軌道交通和地鐵項(xiàng)目，隨著列車(chē)運(yùn)行速度大幅度提升，對(duì)地鐵等軌道交通信號(hào)的要求不斷提高，而現(xiàn)有地鐵信號(hào)燈已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。因此，新型LED地鐵信號(hào)燈必然會(huì)有廣闊的發(fā)展空間，能夠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 目前，西方發(fā)達(dá)國(guó)家擁有百萬(wàn)以上人口的大都市，大都修建地鐵來(lái)緩解和改善交通緊張狀況。就我國(guó)而言，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市人口的不斷增長(zhǎng)，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(huì)引發(fā)其他社會(huì)問(wèn)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(jì)，全國(guó)共有12個(gè)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(gè)城市，2020年之前軌道交通投資規(guī)模將超1萬(wàn)億元。在看到市場(chǎng)前景樂(lè)觀的同時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)看到地鐵發(fā)展中還存在的較為突出的問(wèn)題，如北京、上海、紐約等國(guó)內(nèi)外大都市近年來(lái)地鐵運(yùn)行故障、信號(hào)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(hào)的清晰、可靠、準(zhǔn)確的指示是地鐵安全運(yùn)行的前提。目前，老式信號(hào)燈采用普通的鹵素?zé)襞葑鳛榘l(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(diǎn)。尤其是在電力機(jī)車(chē)高速運(yùn)行期間設(shè)備產(chǎn)生的高頻振動(dòng)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(zhǎng)達(dá)30萬(wàn)小時(shí)，是原有信號(hào)燈的150倍！我們的產(chǎn)品具備開(kāi)路、短路智能處理功能，增設(shè)虛擬故障開(kāi)關(guān)，采用PWM技術(shù)，電源穩(wěn)定可靠，延長(zhǎng)使用壽命，還有三防功能——防水、防潮、防霉變。目前，國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)有同類產(chǎn)品。 在國(guó)外，用超高亮度LED取代白熾燈，用于交通信號(hào)燈、警示燈、標(biāo)志燈已經(jīng)相當(dāng)普及，市場(chǎng)廣闊，需求量增長(zhǎng)很快。根據(jù)美國(guó)交通部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，美國(guó)安裝交通信號(hào)燈的十字路口有26萬(wàn)個(gè)，由此可推算出全美國(guó)約有1.35億個(gè)交通信號(hào)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(hào)燈上的耗電量約為100萬(wàn)千瓦，采用超高亮度LED取代白熾燈后，其耗電量?jī)H為原來(lái)的12%。 目前，我國(guó)市場(chǎng)上使用大功率LED燈做光源，壽命達(dá)30萬(wàn)小時(shí)，國(guó)內(nèi)用戶對(duì)其性能評(píng)價(jià)較高，但由于廠家較少，價(jià)格昂貴，用戶暫時(shí)難以接受，不過(guò)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(jià)比。如果應(yīng)用于鐵路信號(hào)指示，機(jī)場(chǎng)跑道信號(hào)指示，航標(biāo)燈，航空障礙燈等對(duì)安全穩(wěn)定要求極高的領(lǐng)域，大功率LED信號(hào)指示燈將是不二選擇。所以，具有良好的市場(chǎng)前景。
