车辆轨道系统中的自动化控制技术研究

徐辉 格尔木机务段拉萨机辆整备中心

摘要：本文分析了当前自动化控制技术在车辆轨道系统中的应用现状及其面临的主要问题，指出了实时响应能力和系统集成的不足。通过详细讨论可编程逻辑控制器(PLC)的具体应用，说明了其在列车速度、位置、信号灯等控制中的关键作用。同时，智能化控制技术的集成与优化为轨道系统带来了更高的灵活性和数据处理能力，特别是在智能调度和边缘计算领域。本文对未来自动化控制技术的提升路径进行了展望，强调了智能化、自适应性和集成化技术在未来轨道交通中的广泛应用前景。

关键词：车辆轨道系统自动化控制PLC技术智能控制边缘计算

一、引言

随着城市轨道交通需求的不断增长，提升车辆轨道系统的自动化控制水平已成为一项重要的研究课题。自动化控制技术能够通过精确控制列车的启动、加速、制动和停止，显著提高运行效率和安全性。现有的技术仍然存在实时响应不足、系统集成复杂等问题，限制了轨道系统的进一步优化。为解决这些技术瓶颈，研究如何利用可编程逻辑控制器和智能化控制技术实现系统优化，成为轨道交通领域的关键任务。本研究探讨了可编程逻辑控制器及智能控制技术在车辆轨道系统中的应用，旨在为轨道交通的未来发展提供技术支持和参考。

二、车辆轨道系统自动化控制技术的现状与挑战

(一)车辆轨道系统现有自动化控制技术概述

可编程逻辑控制器在车辆轨道系统中充当了核心控制器的角色，能够实现对列车启动、加速、减速、停车及信号系统的精准控制。通过传感器实时监测列车的运行状态，如速度、位置、车门状态等，系统将这些数据传输给可编程逻辑控制器进行分析处理，以便实时做出判断和执行相应的控制命令。此外，信号系统也是自动化控制中的关键部分，通过可编程逻辑控制器结合传感器信息对信号灯和道岔进行自动控制，确保列车按照预定路线安全运行。现代通信技术则为车辆与控制中心间的实时数据传输提供了支持，确保操作指令和状态信息的准确同步。

(二)自动化控制技术在车辆轨道系统中存在的主要问题

系统的实时响应能力受到硬件设备的处理能力和数据传输速率的限制，特别是在突发情况下，如紧急制动或故障时，系统可能无法及时做出响应，影响列车运行的安全性和稳定性。车辆轨道系统通常需要整合大量来自不同设备和传感器的数据，这种系统集成的复杂性增加了控制程序的设计和维护难度[1]。此外，信号传输的稳定性和可靠性在复杂的轨道交通环境中仍然是一个难题，外部干扰或信号延迟可能导致系统故障或操作延误。现有自动化控制系统在智能化方面仍有不足，无法充分应对轨道交通日益复杂的运行环境，对突发事件的处理缺乏自适应性。因此，提升系统的实时处理能力、数据集成效率和智能化水平是未来车辆轨道系统自动化控制技术面临的重要课题。

三、车辆轨道系统自动化控制技术的应用与优化方案

(一)可编程逻辑控制器在车辆轨道系统中的应用

通过传感器网络采集轨道交通系统中的各种数据，如列车的速度、位置、轨道占用情况等，这些数据会通过输入模块进入可编程逻辑控制器系统。以列车速度控制为例，通常轨道系统中使用的传感器精度可达±0.1 km/h，这些精确的速度数据会被可编程逻辑控制器实时处理。可编程逻辑控制器系统根据预设的控制逻辑和算法对这些输入数据进行分析处理。当系统检测到列车的速度超过了设定的安全阈值时，可编程逻辑控制器会立即发出减速指令，指令通过输出模块发送至电机控制单元，控制列车的减速。再者，可编程逻辑控制器的编程灵活性允许工程师使用梯形图或指令表来编写复杂的控制逻辑，保证了列车在各种复杂工况下都能安全、平稳运行。列车在通过交会路段时，可编程逻辑控制器通过道岔控制系统来控制轨道的切换，确保列车能够按预定的路线行驶。根据实际应用统计，现代化可编程逻辑控制器系统的响应时间通常在毫秒级别，保证了对轨道交通系统的实时控制。可编程逻辑控制器还具有自诊断功能，能够在系统出现异常时迅速检测并反馈故障信号，这一功能可有效减少设备故障带来的停运时间，确保车辆轨道系统的高效运行。

(二)智能化控制技术的集成与系统优化

智能化控制通过大数据采集与分析来优化控制逻辑。在列车运行过程中，实时采集的速度、加速度、温度、湿度等多维度数据能够通过无线传感器网络传输至控制中心，利用人工智能算法对这些数据进行综合分析，生成优化控制策略。以智能列车调度系统为例，该系统能够根据实时数据计算出最佳列车发车时间和间隔，减少列车空驶率[2]。某些先进的轨道交通系统已经实现了自动化调度系统，每天可以通过优化发车时间减少10%以上能耗。

边缘计算技术的应用也大幅提升了系统的响应速度。通过在列车终端部署边缘计算设备，部分数据处理任务可以在本地完成，从而减轻了中心控制系统的负荷，减少数据传输延迟。在高速铁路中，边缘计算能够将列车间的通信延迟控制在10毫秒以内，显著提升了列车间的协同控制效率。智能化控制技术还能够通过自适应算法，自动调整列车的运行参数。列车在通过不同气候条件的路段时，系统会自动调整加速和制动参数，以适应不同的环境条件，提高运行的稳定性。通过这些技术集成与优化，车辆轨道系统的自动化水平得到了显著提升。

四、车辆轨道系统自动化控制技术的前景分析

(一)新兴技术在车辆轨道控制中的发展潜力

随着人工智能(AI)、大数据、物联网(IoT)等技术的快速发展，车辆轨道系统的自动化控制正迎来新的技术革新。人工智能技术在轨道交通中的应用潜力巨大，特别是在实时决策和故障预测方面。通过将深度学习算法应用于轨道控制系统，可以更精准地预测设备故障和运行状态，减少事故发生的概率。同时，物联网技术将车辆轨道系统中的各种传感器、控制器和设备通过网络互联，实现数据的实时采集与共享。这种高效的数据流转能够提升系统的整体控制水平，实现更加智能的运行模式。此外，边缘计算技术的应用可以将部分数据处理从中心化服务器转移至轨道交通终端设备，从而大幅提升系统的响应速度，减少延迟问题。

(二)自动化控制技术的未来方向与技术提升路径

提升控制系统的智能化水平是未来的重要发展方向，结合人工智能和大数据分析技术，轨道交通系统能够实现自我优化与实时调整，从而更加高效地应对复杂的运行环境。自适应控制技术的发展将显著增强系统应对突发情况的能力，通过自主调整控制参数，使列车能够快速适应不同的运行条件[3]。在集成化方面，随着轨道交通系统日益复杂，各子系统间的无缝集成与协同控制将是提高系统稳定性和运行效率的关键。未来的自动化控制系统将更加重视网络安全，以应对信息化背景下日益增加的网络攻击和数据安全风险。通过引入更先进的加密技术和防护机制，确保系统的稳定运行。

五、结语

车辆轨道系统的自动化控制技术在提升列车运行安全和效率方面发挥着至关重要的作用。通过可编程逻辑控制器和智能化控制技术的应用，轨道交通系统的控制精度和智能化水平得到显著提升。可编程逻辑控制器技术在实现实时控制和数据处理方面具有不可替代的优势，而智能化控制技术的集成为系统优化提供了新的解决方案。未来，随着边缘计算、大数据和人工智能的进一步发展，轨道系统的自动化控制技术将朝着智能化和高度集成的方向迈进，为城市轨道交通系统的持续发展提供强有力的技术保障。

参考文献：

[1]王宁,张瑾.TIG自动焊技术在轨道车辆CO_2冷媒空调不锈钢管路系统中的应用研究[J].新技术新工艺,2024,(06):6-9.

[2]庹洪铭.自动导向轨道系统车辆磁流变悬架系统设计及动力学性能仿真[D].重庆交通大学,2022.

[3]尹贤贤.城市轨道交通轨道服役性能劣化机理分析及病害智能检测研究[D].北京交通大学,2021.