基本信息
- 项目名称：
- 地铁交通信号指示系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 我国城市地铁轨道交通现已进入快速发展阶段，在看到市场效益的同时还应看到地铁发展中还存在着较为突出的问题，如运行故障、信号灯失灵等现象时有发生，严重威胁地铁的安全运行。本设计着眼于地铁信号指示环节的改进，运用先进的电磁兼容技术、PWM技术、电流自适应匹配技术，设计一种大功率、拥有智能化故障检测功能的新型地铁交通指示系统，光信号有效传输距离不小于750米，能耗降低70%，整机功耗不大于24VA，使用寿命提高180倍，为城市地铁安全、高效运行提供可靠的技术保障，服务于国家经济社会发展。
- 详细介绍：
- 长期以来，老式地铁信号灯采用普通的卤素灯泡作为发光源，存在寿命短、易断丝、易损坏、光电转换效率低、热损耗大等缺点。尤其是在电力机车高速运行期间设备产生的高频振动使灯丝可能产生共振，使其可靠性降低，信号指示系统故障时有发生。如何在地铁产业飞速发展前提下和复杂环境中正确、及时、稳定地提供给列车各种信号指示已经成为当务之急。 本系统采用高亮度的大功率LED作为发光源，发光效率高，热耗小，能有效提高电能利用率，使用寿命从卤素灯的1个月提高到15年，延长了180倍，可靠性也大幅度提高。考虑到工作环境的恶劣，系统加强了电磁兼容电路特性，极大地增强了电路的稳定性，从而减少电路误动作，增强了系统的可靠性。 系统采用了当今先进的PWM技术，结合闭环控制电路，可以实现自动恒流，效率高、宽电压适应性好，连续有效显示距离不小于750m，特别适合我国大城市地铁、轨道、轨道交通线路配套使用。 本系统采用高性能的军用级电子器件，使电路具有寿命长、工作可靠等优点。增设虚拟故障开关，具有虚拟报警功能，以方便维修过程检测报警线路故障，保持与原信号灯使用习惯的一致性。 本系统加入故障自动检测报警系统，当输出电路中的的任意一支路LED短路或开路故障时，系统都会自动处理故障的并自动记录故障，直到满足故障报警设定条件时向总控制站输出报警信号，在此期间仍可保证其它各支路继续正常工作，为地铁交通提供指示信号；若报警后，故障长时间未得到处理，又有其他LED发生故障，导致信号质量低于标准时，该支路信号灯会自动熄灭，以免造成事故。本系统在多路LED长时间短路状态下温升变化不超过5℃，确保系统连续安全可靠工作。 本系统采用电流自适应匹配技术，能够与6502电器集中控制电路以及微机联锁点灯控制电路完全兼容，现场点灯变压器型号不变，定型电路联锁条件不变；宽电源电压自适应性好，直流稳压等工能实现智能化。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作为一种占地少、不影响现有交通运行、承载量大、速度快的高效城市交通方式，城市地铁产业的在近几年得到飞速发展，如何保证高速地铁在交通信号的准确性、稳定性、及时性以及可靠性等问题变得越来越突出。如北京、上海、纽约等国内外大都市近年来地铁运行故障、信号灯失灵等情况屡有发生，严重影响地铁线路的安全高效运行。于是我们从地铁信号可靠性入手，设计了该地铁交通信号指示系统。 创新点：具有开路、短路智能处理功能；智能报警、SIM身份确认；EMC电磁兼容技术，高浪涌抑制；稳定系统系统硬件减振工艺完善，稳定性高。 技术指标：（1）连续工作方式；（2）光源寿命：长达15年；（3）电磁兼容：符合国家相关行业标准；（4）雷电防护性能防水耐震性能等指标：符合铁道部各相关项技术标准；（5）几何尺寸：DL——135×35mm（不含防雷组合）；（6）振动频率：10～2000Hz，加速度幅值10m/S2；（7）程控电流：140±10mA（单路）；（8）连续工作温升：≤45℃（室温25℃）；（9）报警触点容量：≤1A（AC220V\DC30V）;(10)整机功耗不大于24VA。
科学性、先进性
- 老式信号灯采用普通的卤素灯泡作为发光源，存在着寿命短，易断丝、易损坏、光电转换效率低，并且存在热损耗大等缺点。 本作品具备的科学性与先进性：采用高亮度大功率LED, 其发光效率高，热耗小，能有效提高电能利用率，使用寿命延长至15年；实现自动恒流、效率高、连续工作；有效显示距离不小于750米；增设虚拟故障开关，具有虚拟智能报警功能，而老式铁路信号系统则采用人工检测和维护，很难达到这一点；系统中增加了EMC电磁兼容器件, 稳定性和可靠性强；通过单片机实现智能故障检测，记录和报警；开路短路智能处理功能；具有雷电防护性能；防水、防潮、防霉变；对万伏高浪涌强抑制；宽电源电压，可在10V~16V之间任意波动。
获奖情况及鉴定结果
- 本系统的前期设计成果《铁路信号灯系统》在河南省第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获一等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： (1)电磁兼容技术（EMC）：抑制和滤除各种噪声信号与浪涌的干扰 (2)采用PWM技术：实现对电流的恒定控制。 (3)故障报警技术：当信号灯的LED熄灭支路数等于设置故障支路数时（即此时信号灯指示质量等于标准质量临界值时）会自动发出报警信号，以提醒相关部门及时维修。 适用范围： 地铁、城市轨道交通信号指示 推广前景： 随着城市交通压力越来越大，不少城市都在大力发展轨道交通和地铁项目，随着列车运行速度大幅度提升，对地铁等轨道交通信号的要求不断提高，而现有地铁信号灯已远远不能满足需要。因此，新型LED地铁信号灯必然会有广阔的发展空间，能够带来巨大的经济效益，市场前景广阔。
同类课题研究水平概述
- 目前，西方发达国家拥有百万以上人口的大都市，大都修建地铁来缓解和改善交通紧张状况。就我国而言，随着我国经济的快速发展和城市人口的不断增长，大城市的交通拥挤状况愈加恶劣，如果得不到有效的解决，很有可能会引发其他社会问题。地铁以其方便快捷，载客量大而受到城市建设者的青睐，投资建设地铁等轨道交通是众多交通拥挤城市的市政建设方针之一。据统计，全国共有12个城市的36条城市轨道交通线路正在建设，已批和将批的城市轨道交通规划共涉及23个城市，2020年之前轨道交通投资规模将超1万亿元。在看到市场前景乐观的同时，我们应当看到地铁发展中还存在的较为突出的问题，如北京、上海、纽约等国内外大都市近年来地铁运行故障、信号灯失灵等造成事故的情况屡有发生，影响地铁线路的安全使用。 轨道交通信号的清晰、可靠、准确的指示是地铁安全运行的前提。目前，老式信号灯采用普通的卤素灯泡作为发光源，寿命短、易断丝、易损坏、光电转换效率低，并且存在热损耗大等缺点。尤其是在电力机车高速运行期间设备产生的高频振动使灯丝可能产生共振，使其可靠性降低；而我们所采用的是的大功率超高亮度LED灯，使用寿命长达30万小时，是原有信号灯的150倍！我们的产品具备开路、短路智能处理功能，增设虚拟故障开关，采用PWM技术，电源稳定可靠，延长使用寿命，还有三防功能——防水、防潮、防霉变。目前，国内还未见有同类产品。 在国外，用超高亮度LED取代白炽灯，用于交通信号灯、警示灯、标志灯已经相当普及，市场广阔，需求量增长很快。根据美国交通部门的统计，美国安装交通信号灯的十字路口有26万个，由此可推算出全美国约有1.35亿个交通信号灯。目前采用超高亮度LED取代传统的白炽灯降低电力损耗已取得明显效果。日本每年在交通信号灯上的耗电量约为100万千瓦，采用超高亮度LED取代白炽灯后，其耗电量仅为原来的12%。 目前，我国市场上使用大功率LED灯做光源，寿命达30万小时，国内用户对其性能评价较高，但由于厂家较少，价格昂贵，用户暂时难以接受，不过结合使用寿命和功耗，考虑到本产品的稳定性能，综合考虑，超高亮度LED还是具有较高的性价比。如果应用于铁路信号指示，机场跑道信号指示，航标灯，航空障碍灯等对安全稳定要求极高的领域，大功率LED信号指示灯将是不二选择。所以，具有良好的市场前景。
