המונחים: The Evolution of Railway Signaling

רכבות נשארות אבן הפינה של תחבורה מודרנית, העברת מיליארדי נוסעים ומיליוני טונות של מטען בכל יום.בטיחות ויעילות של רשתות אלה תלויים במערכות אות השולטות בתנועות רכבת, מונעות התנגשות, ואכיפת הגבלות מהירות.במשך יותר ממאה שנים, אותתת על הודעות אלקטרו-מכאניות, מתגים נעים, ומנורות לא קנזנטות. בעוד שמערכות אלה מוגשות היטב, הן מוחלות יותר ויותר על ידי יכולת משמרת מוצקה, אינה רק שיפור בסיסי, אלא שיפור אסטרטגי, אלא גם הוא רק אמצעי רכבת, אלא שיפור בסיסי, אלא אמצעי זהירות, אלא אמצעי זהירות, אלא גם תכונות תפעוליות.

מה הם סולידריות-מדינה אותות?

רכיבי אות סולידריות הם מכשירים אלקטרוניים המשתמשים בחומרים מוליכים למחצה - בעיקר סיליקון, גליום ניטריד, או סיליקון carbide - כדי לשלוט אותות חשמליים במקום להסתמך על מגעים נעים, סלילים, או arבשלים, מרכיבים מדינתיים מוצק לנהל זרם הנוכחי באמצעות מניפולציה של ספקים מטען ברמה האטומית.

  • (ב) [15] ,0 ,Solid-state ממסרים (SSRssib)FLT) 1:1 שמשתלים עומסים באמצעות אופטוקוקלרים או טרנסיסטורים במקום מגעים מכניים.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) מעבדים ומיקרו-בקרים (microcontrollerscioFLT:1) המבצעים פונקציות לוגיות שבוצעו בעבר על ידי מעגלי העברת.
  • (ב) ⁇ 0LED אינדיקטוריםFLT:1 אשר מחליפים נורות אינפלנס בסיגנלים, מונעים על ידי הרגולטורים הנוכחיים של מדינת מוצק.
  • (ב) ,0) , עיגול מסלול גבוה של קוץ 1 (FLT:0) אשר משתמש במאורים מדויקים ומגברים מאשר רוטטציה או גנרטורים מבוססי-מס.

רכיבים אלה יוצרים את אבני הבניין של שילוב אלקטרוני מודרני, בקרת רכבת אוטומטית ומערכות מעגלים של מסלולים דיגיטליים. היעדר ללבוש מכני, בשילוב עם מהירויות מעבר מהירות מאוד, הופך אותם אידיאליים לסביבות רכבת קריטיות בטיחות.

יתרונות מרכזיים של סולידריות-מדינה Components Over Electromechanical Systems

יעילות מוגברת וצמצום תחזוקה

היתרון המשכנע ביותר של רכיבי אות מוצק הוא חיסול של מגע פיזי וחלקים נעים.מסרים אלקטרו-מכניים חווים מגע ללבוש, מתפתל, עייפות באביב על החיים התפעוליים שלהם - מוגבל באופן חד-משמעי ל 1-10 מיליון מחזורים. בניגוד, מתגי מדינה מוצק יכולים לבצע מיליארדי פעולות ללא ירידה.זמן בין כישלונות (MT) עבור רכיבי רכבת בעלי ערך יציבים מודרניים לעתים קרובות עולה על 500,000 שעות, בהשוואה ל-50,000 שעות ביממה, ל-ידי פחות מתרגמים, במיוחד עבור פחות או יותר, למכוניות פשוטות, או פחות.

זמן תגובה מהיר יותר ושיפור בטיחות

מעגלים חד-ארציים יכולים לשנות מצב במיקרו-שניות, בעוד שממסרים אלקטרו-מכאניים דורשים בדרך כלל 5-50 מילישניות לפעול - ואפילו יותר זמן לשחרר את זה במסילות רכבת מהירה במהירות גבוהה שבה רכבת נוסעת 100 מטרים לשנייה, כל ענייני מילימטריים מזהים במהירות גבוהה יותר, עד שעיבוד אותות מהירים יותר לא צפוי של צומת-אווירה, תגובה מהירה יותר למעקב אחר שינויים דיקור, ופקודות חירום, בנוסף, לדוגמה, לא ניתן לצפות, תמיכה מיקרו-אווירית, שלא ניתן לצפות, לא ניתן לצפות, לא ניתן לצפות, לאפסתית, לאפסתית, לאפסתית, למנוע טיפולית, למנוע טיפול לטווח קצר.

צריכת חשמל נמוכה ואנרגיה

רכיבי אות מוצקה צורכים פחות כוח משמעותי מאשר עמיתיהם אלקטרו-מכאניים. A טיפוסי מקבץ סליל 1-5 וואט ברציפות כדי להחזיק את הבוגר שלה, בעוד מעגל חד-מדינתי שווה ערך שואב רק כמה מילימטרים במצב החדל.עבור רשתות עם מאות אלפי נקודות אות, חיסכון אנרגיה מצטבר הם משמעותיים יותר, מוצק-מדינה כונן LEDs (כיום באופן סטנדרטי) הם אותות קירור גבוה יותר, כמו גם ירידה של 60 נקודות כוח נמוך יותר.

עיצוב קומפקטי ו Deployment גמיש

מכיוון שרכיבי מדינה מוצקים קטנים יותר וקלים יותר מאשר בנקים ומלוחים לוגיים מבוססי-מס, הם מאפשרים יותר דיור אותות קומפקטיים וקבינטות שליטה.זה מועיל במיוחד במטרופולין העירוני ובמנהרות שבהן החלל נמצא בדרגה.המשקל הפחת גם מפשט על גשרים, גאדג'טים ופולטים נוספים.

התנגדות סביבתית וארוכותיות

רכיבים אלקטרו-מכאניים רגישים לאבק, לחות, קיצוניות טמפרטורה וטטראטציה. אנשי קשר corrode, מעיינות חלשים, ו- coil insulation degrads. Solid-state, כאשר הם מאוישים כראוי או מלוכדים, יכולים לעמוד בתנאים קשים עם רכיבי ביצועים מינימליים.הם פועלים באופן אמין על טווח טמפרטורה רחב יותר (לעתים קרובות - 40 ° C ל- +85C או מעבר) והם תורמים לזיהומים אלה של 20 שנות פעילות גופנית אינטנסיבית.

דרישות של Solid-State Signal Components in Railway Systems

סולידריות-מדינה Tracks

מעגלים מעקב לזהות נוכחות רכבת על ידי יצירת מעגל חשמלי דרך הרכבות הריצה.מערכות ישנות יותר בשימוש DC או נמוך קידוד AC עם משדרים אלקטרו-מכאניים לדיקור הגיוני. מסלולים יציבים מודרניים, כגון אודיו- ⁇ (AF) ומסילות זיהוי דיגיטליות, השתמש במעבורות אלקטרו-מושבות מדויקות ללא מגבלות ארוכות יותר כדי לפעול יותר עם חסינות גדולה יותר לחזרה הנוכחית, לדוגמה, מעקב אמין של מערכת אבטחה יעילה יותר עם קו בקרה ויזואלית יעילה יותר.

אלקטרוניקה אינטרלוק

מערכות בין-הנעה מונעות תנועות רכבת סותרות על ידי הבטחת אותות, מתגים, ומעברים נקבעים במצב עקבי מבחינה הגיונית.מעביר מסורתי בין-לוקציה דורש בנקים גדולים של ממסרים מותאמים להסדרים מורכבים. Solid-state interlocking מחליפים אלה עם מעבדים אלקטרוניים הניתנים לתוכנה ונהגי תחזוקה מוצקים.

בקרת רכבת אוטומטית ובקרה חיובית

רכיבי Solid-state חיוניים למהירות והדיוק הנדרשים בשליטה אוטומטית לרכבת (ATC) ומערכות בקרת רכבת חיובית (PTC) המתחייבות בארצות הברית. המערכות הללו מסתמכות על החלפת מידע רציפה בין ציוד דרך למחשבים על גבי לוח זמנים. Transceivers, מודמים, ובקרים לוגיים בנויים כולם ממכשירים יציבים של מדינתיים.

ראשי תגיות: Signal Heads

השינוי מ- incandescent לראשי אות LED הוא אחד היישומים הבולטים ביותר של טכנולוגיה מוצקה-מדינתית. LED מערכי LED, המונע על ידי רגולטורים קבועים של מדינת מוצק, לספק סימנים בהירים יותר, יותר יעיל אנרגיה כי האחרון 10-15 פעמים יותר מאשר נורות incandescent.בנוסף, בקרה מוצקה של המדינה מאפשרת פיזור צעדים וציות צבע מדויק, אשר משפר את החשיפה עבור נהגים ולהפחית את הצורך עבור תחזוקה עונתית.

כוח מנבא ומצבנים

מערכות אותות רכבת דורשות כוח יציב, ללא רעש DC. אספקת כוח החלפת המדינה החליפו בעיקר יחידות מהפך ו-rectifier כבד יותר, המציע יעילות גבוהה (90%+) ותקנה טובה יותר.אספקה זו כוללת הגנה על מצב מוצק והתערבות אלקטרומגנטית (EMI) מסנן, אשר מגן על ציוד אותות הזרם מזיכי ברק וטרנסים.

יישום שיקולים ואתגרים

עלויות ראשונות והובלת טכנולוגיה

למרות חיסכון ארוך טווח, עלות ההון העליון של רכיבי אות מוצק יכול להיות גבוה יותר מאשר פתרונות אלקטרו-מכאניים שוות ערך, במיוחד כאשר החלפת תשתיות מבוססות הודעות קיימות.מסילות רכבת חייבות לקחת בחשבון הכשרה, שילוב מערכת, ואולי כפול במהלך הגירה.עם זאת, כמו עלייה בנפח הייצור ועלויות המוליכים למחצה ממשיכות ליפול, העלות הכוללת של בעלות (TCO) יותר ויותר טובה מצב מוצק.

תאימות אלקטרומגנטית והגנה על

מכשירים חד-ארציים רגישים יותר לספיצי מתח והתערבות אלקטרומגנטית מאשר ממסרים אלקטרו-מכאניים מחוספסים כראוי, הגנה, וקרקעות הם חיוניים בסביבות רכבת שבו זרמי מתח גבוהים וברק הם אי-פעם נוכחים. מודולים רבים של מדינת מוצק כוללים מדכאי מתח מובנה ומזהמים לשמירת שלמות בטיחות.

שקיפות ושרשרת אספקה

רכיבים Semiconductor יש מחזורי חיים קצרים יותר של מוצרים בהשוואה לממסרים, אשר יכולים להישאר בייצור במשך עשרות שנים.כדי להפחית את obsolescence, מפעילי הרכבות לעתים קרובות לציין רכיבים עם ערבויות לטווח ארוך או להשתמש אסטרטגיות של מיקור חוץ של מדינות מוצקות רבות עיצוב מערכות מודולריות שיכול להכיל שדרוגים רכיב עתידיות ללא שינוי ההיגיון הליבה.

מחקרים: אימוץ התעשייה של סולידריות-מדינה אותות

רכבת רשת (בריטניה)

רשת Rail כבר להחליף הודעות תקשורת עם מערכות בקרה על המסך באמצעות מודולים מוצק המדינה.תוכנית הדגל שלהם, יוזמת הרכבת הדיגיטלית, מסתמכת רבות על טכנולוגיה מוצקה של המדינה כדי לאפשר ניהול קיבולת יעילה יותר. במקומות כמו אזור שלושת הגשרים, אינטרלוקים של מדינת מוצקה הפחיתו את שעות תחזוקה על ידי 60% ושיפור זמינות המערכת ליותר מ- ⁇ 9%.

דויטשה באן (גרמניה)

אימוץ של מערכות של החלפה אלקטרונית (ESTW) כגון אלה של Thales ו- Siemens, בנוי לחלוטין על רכיבי אותות מדינתיים מוצקים.המתקנים ESTW בפרויקט של 21 שטוטגרט תכונה מעבדים מדינתיים מוצקים ונהגים לשליטה לא בטוחה של מתגים וסימנים. דוחות מצביעים על כך שמערכות אלה דורשות פחות 70% תשתיות פיזיות מאשר חדרי הממסר הישנים.

רכבת הודית

רכבות הודיות, אחת הרשתות הגדולות בעולם, כבר רטרופית הקווים העיקריים שלה עם מעגלים של מדינת מוצק אותות LED.המבוא של KELTRAC (Kerala Railway Track Circuit) ועיצובים אחרים של מדינת מוצקה הילידים לחתוך עקבות מעגלים על ידי 80%, השפעה ישירה puncality ובטיחות באחד הרשתות העמוסות ביותר בעולם.

מגמות עתידיות ב- Solid-State Railway Signaling

שילוב עם IoT ותחזוקת חיזוי

מכיוון שרכיבי מדינה מוצקים מייצרים נתונים על טמפרטורה, עומס והחלפת אירועים, הם תומכים באופן טבעי ב- Internet of Things (IoT) למערכות אותות עתידיים יניחו נתונים אלה לפלטפורמות אנליטיות מבוססות ענן, מה שמאפשר תחזוקה חיזויית שמשתפת את הרכיבים לפני שכשל מתרחשת.מסרי מדינה חכמה ומעבדים יפחיתו את ההפחתה עצמית, ויעבירו התראות לשליטה במרכזים להתערבות.

תאומים וסימולציות

רכיבי אות סולידריות הם בעלי חיזוי רב יותר מאשר מכניים, מה שהופך אותם אידיאליים עבור סימולציות תאום דיגיטליות. המפעילים יכולים מודל רשתות אותות שלמות כמעט, שינויים במבחן, ואופטימיזציה ביצועים ללא מפריעה לפעילות חיה.יכולת זו מאיצה את אימוץ של ETCS רמה 3, שבו פעולת בלוק נעה מסתמכת על תקשורת ועיבוד מוצק.

שימוש נרחב ב Bandgap Semiconductors

חומרים מתעוררים כמו סיליקון קרביד (SiC) ו-Greium nitride (GaN) מבטיחים אפילו מהירויות מעבר גבוהות יותר, הפסדים נמוכים יותר, וסובלנות טמפרטורה גדולה יותר.המכשירים האלה מוערכים כעת עבור הדור הבא של אספקת כוח רכבת, מפגעי מערכת אותות מתח גבוה יותר, ללא מורכבות גבוהה יותר של DDC.

מסקנה

אימוץ של רכיבי אות מוצקות במסרים אבולוציה משמעותית של טכנולוגיות אלקטרו-מכאניות מורשת.אפקטיביות, תגובה מהירה יותר, צריכת אנרגיה נמוכה, קומפקטיות ועמידות סביבתית משלבת לספק מערכות אותות בטוחות ויעילות יותר, ויותר יעילות, בעוד אתגרים כגון עלות ראשונית והגנה על EMI דורשים הנדסה זהירה, היתרונות לטווח הארוך הם משכנעים.

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]