城轨及高速动车组制动系统介绍

1、1 城轨及高速动车组制动控制系统介绍 2 一.制动控制系统分类 空气制动控制系统（空气制动机）以压力空气作为制动信 号传递和制动力控制介质的制动控制系统； 电气指令制动控制系统以电气信号来传递制动信号的制动 系统。 1.1.空气制动机 (1)(1)直通空气制动机 特点： a.a.列车管增压，制动；列车管减压，缓解。列车管断 裂（列 车分离）失去制动力。 b.b.制动力控制不够精确。 c.c.可实现阶段制动和阶段缓解。 d.d.同时性差，纵向冲动大。 3 (2)(2)自动空气制动机原理 特点： a.列车管减压，制动；列车管增压，缓解。 列 车分离自动制动。 b.制动与缓解一致性较好。 c.有阶段

2、制动和一次缓解。 4 (3)(3)直通自动空气制动机 特点：a.a.具有阶段制动和阶段缓解，列车管充至定压制动缸才 能完全缓解。 b.b.具有制动力不衰减性。 5 2.2.电气指令式制动控制系统 分类：传递方式分：数字指令式 模拟指令式 控制方式分：电磁空气制动机 气压控制型电气指令式制动控制系统 电气控制型电气指令式制动控制系统 空气制动控制方式分：自动式 直通式 (1) (1) 电磁空气制动机 a.a.自动式 6 b.b.直通式 7 (2)气压控制型电气指令式制动控制系统 a.气压切换型 8 b.气压计算型 9 (2)电气控制型电气指令式制动控制系统 a.数字指令式 b.模拟指令式 10

3、11 二. 国外高速及城市轨道制动控制系统简介 1.日本新干线电动车组制动控制系统 (1)(1)控制方式：控制方式： a.a.常用制动、紧急制动采用速度常用制动、紧急制动采用速度粘着粘着 模式控制。模式控制。300300系、系、500500系、系、E1E1系常用系常用 制动指令线为制动指令线为7 7线制，常时失电；线制，常时失电；E2E2 系为一线制（光纤）。紧急制动指令系为一线制（光纤）。紧急制动指令 线仅一根，常时得电。线仅一根，常时得电。 制动作用方式为连续控制的电空联合制动。制动作用方式为连续控制的电空联合制动。 b.b.非常制动非常制动 制动指令线为往返线（开关线和指令线），常时得电

4、。制动指令线为往返线（开关线和指令线），常时得电。 300300系、系、500500系、系、E2E2系为单级增压的纯空气制动；系为单级增压的纯空气制动；E1E1系纯空气单级制动。系纯空气单级制动。 c.c.备用制动为常时失电的分级电空制动。备用制动为常时失电的分级电空制动。 12 (2)(2)动车、拖车间的制动力分配动车、拖车间的制动力分配 a.a.均衡制动控制均衡制动控制 动车、拖车各自承担所需制动力。动车、拖车各自承担所需制动力。 b.b.滞后充气制动控制滞后充气制动控制 充分利用动力制动能力。充分利用动力制动能力。 13 三.国内地铁制动系统发展 1.SD型制动系统 14 2.北京地铁引

5、进的模拟式制动系统 15 16 3.一、二号线制动控制系统 17 18 19 5.广州三号线制动控制系统 20 21 四四. .国内部分新型制动控制系统国内部分新型制动控制系统 ( (一) )先锋号制动控制系统 1.1.系统 组成及工作原理 先锋号电动车组制动系统按系统组成可分为制动控制系统 和基础制动装置两大部分。制动控制系统由主副两套系统组成， 主控制系统采用MDB-1MDB-1型（暂名）微机控制模拟式直通电空制 动( (具有与动力制动配合功能) )系统；备用制动系统采用F8F8型自 动空气制动系统，以热备的方式作为主系统故障时的制动控制 系统。 1.l1.l 制动工况 常用制动 列车正常

6、调速或进站所采用的工况。主制动控制系统实 施再生制动与空气制动联合控制模式，自动实现充分利用再生 制动能力和冲动限制功能；备用制动为纯空气制动。 22 l 紧急制动 列车在紧急情况下实施的制动工况。主控制系 统自动控制再生制动达到最大值，同时控制空气制 动补足制动力不足部分。备用制动控制制动缸压力 达480kPa480kPa。 l 非常制动 列车在非正常情况下，自动或人工控制实施的 纯空气制动。两种制动控制系统均控制制动缸压力 达到480kPa480kPa，但两者控制的途径不同。主制动控制 系统的灵敏度远高于备用制动控制系统，空走时间 较短。 23 1.2 MDB-11.2 MDB-1型微机控

7、制模拟式直通电空制动系统 该系统主要有制动信号发生与传输部分，微机制动控制单元该系统主要有制动信号发生与传输部分，微机制动控制单元 （以下简称（以下简称MBCUMBCU），气制动控制单元（以下简称），气制动控制单元（以下简称PBCUPBCU）等部分组）等部分组 成。成。 1.2.1 1.2.1 制动信号发生与传输部分制动信号发生与传输部分 制动信号发生与传输部分用来产生制动信号并将信号传递至各制动信号发生与传输部分用来产生制动信号并将信号传递至各 车辆相应的制动部件，见图所示。主要由下列部件组成：车辆相应的制动部件，见图所示。主要由下列部件组成： 1.2.1.1 1.2.1.1 司机控制器司机

8、控制器 主制动控制系统与备用制动控制系统共用同一个制动控制器。主制动控制系统与备用制动控制系统共用同一个制动控制器。 在司机控制下产生常用或紧急制动信号。主制动控制系统的信号在司机控制下产生常用或紧急制动信号。主制动控制系统的信号 为为0 015V15V模拟信号；备用制动为列车管压力变化信号。该司机控模拟信号；备用制动为列车管压力变化信号。该司机控 制器由天津机车车辆机械厂与上海铁道大学制动中心联合研制。制器由天津机车车辆机械厂与上海铁道大学制动中心联合研制。 24 制动控制器外型图 25 制动控制器原理制动控制器原理 26 1.2.1.2 1.2.1.2 操纵台控制开关 非常制动开关 用于产

9、生非常制动信号；主副制动控制系统共用。 强迫缓解选择开关 在实施了非常制动约9090秒后，可通过此按钮使列车 强行缓解。 空/ /电转换选择开关 用于选择制动控制系统。“电”为主制动控制系统； “空”为备用制动控制系统。 停放制动选择开关 用于控制列车施行停放制动。 27 司机台布置 28 1.2.1.3 1.2.1.3 调制器及逻辑控制器 调制器由电源板及脉宽调制(PWM)(PWM)板等组成。 电源板用来提供司机室内制动系统所需的除DC110VDC110V 以外的所有电源。PWMPWM板用来将司机 ( (制 动 ) ) 控 制 器 或 A T PA T P 产 生 的 模 拟 量 信 号 转

10、 换 成PWMPWM信号。逻辑控制器由数个继电器组 成，主要用来进行一些逻辑联锁功能的控制。 1.2.1.4 1.2.1.4 制动控制线 贯穿全列车的制动控制线有1616根，另有2 2根牵引 与制动连锁线，共计1818根线。说明如下： 29 PWM PWM信号线（4 4根） 传递直通电空制动的常用制动、紧急制动和缓解指令。 为提高指令传输的可靠性，调制器内设置了两套PWMPWM调制电路， 每套调制电路用一对双绞屏蔽线传递PWMPWM信号。 运行/ /制动状态线（1 1根） 传递运行或制动的状态信号。为DC110VDC110V信号线，低电 平时表示运行状态，高电平表示制动状态。 紧急制动状态线（

11、1 1根） 传递紧急制动信号，为DC110VDC110V信号线，高电平表示紧 急制动状态。 30 非常制动信号线（2 2根） 两根线组成了一个常带电的回路（DC110VDC110V）。 在开关线 上串有司机室非常制动开关、ATPATP非常制动开关、各车辆车长 阀开关和头尾车总风压力开关。各车辆的非常制动电磁阀并 联在非常制动信号线的回路上。 直通/ /自动制动转换信号线（1 1根） 为常带电的DC110VDC110V信号线。各车辆的直通/ /自动制动切 换电磁阀并联在该信号线上。高电平时电磁阀切换成直通电 空制动控制工况；低电平时则切换成自动空气制动控制工况。 速度切换信号线（1 1根） 为D

12、C110VDC110V信号线，速度大于180km/h180km/h时为高电平。 31 l 强迫缓解信号线（1 1根） 各车辆的强迫缓解电磁阀并联其上。为DC110VDC110V信号线。高电平时产 生强迫缓解，同时切断产生非常制动的空气通路。 停放制动信号线（1 1根） 各车辆的停放制动电磁阀并联其上，为DC110VDC110V信号线。高电平时实 施停放制动。（注：正常情况下停放制动在总风压力接近零时，自动实 现停放制动；反之，当总风压力大于 一定值时，自动缓解停放制动。 当司机认为必要时，无论总风压力多少，都可通过本信号线实施停放制 动。） 制动缸压力信号线（2 2根） 两根线组成一个常带电的

13、DC110VDC110V直流回路。在信号线上串接了各 车辆的制动缸压力开关和停放制动压力开关。当制动缸有压力或停放制 动缸无压力时，相应的压力开关断开；反之，则压力开关闭合。通过牵 引控制单元等检测回路上的电平，即可判断列车是否有车辆处于制动状 态，从而进行连锁控制。 l DC110VDC110V地线（1 1根） 所有DC110VDC110V信号线都采用此公共地线。 备用线（3 3根） 贯穿全列车，并接于各车辆的MBCUMBCU。 32 除上述1818根贯通线外，还有下列3 3根局部的信号线： 头车信号线（1 1根） 从头、尾车的司机室DC110VDC110V电源处引出一根信号线至各自 车的微

14、机制动控制单元，用以区别该车是头车还是尾车。 微机控制单元间通信线（2 2根） 在两辆动车和一辆拖车组成的一个单元内，动车与拖车的 微机控制单元间有2 2根通信线。用以传递再生制动等信息。 1.2.2 1.2.2 微机制动控制单元(MBCU)(MBCU) 微机制动控制单元是各车辆 制动控制系统的关键部件。其硬件 系统如图所示。 33 MPC总线 24V+ 24V-15V+15V- 110V+110V- +5VGND +12V-24V MBCU的硬件系统 防滑器 通信板 PWM解调板 CPU板 输入输出板 MPC总线 网卡 电源一 电源二 AD/DA板 34 微机制动控制单元的主要作用如下： 接

15、受制动信号发生与传输部分发出的常用制动和紧急制动指 令信息； 根据列车运行速度及车辆载重将制动指令转换成所需要的制 动力值； 按再生制动优先的原则，进行空气制动的协调配合。 即：空气制动力值= =所需制动力值再生制动力值； 常用制动时，控制制动力的变化速度，使乘客乘座舒适。 与防滑器通讯，并将防滑器状态及故障信息向列车计算机网 络报告； 自动检测车辆制动系统状态，并将结果向列车计算机网络报 告；自动检测和显示故障信息。并进行故障应急处理。 35 1.2.3 1.2.3 气制动控制单元(PBCU)(PBCU) PBCUPBCU用来将空气制动的电信号转化为相应的制动缸压力。 由气动阀、压力传感器等

16、气动元件组成。 其中制动电磁阀、缓解电磁阀和容积风缸压力传感器与 微机制动控制单元构成电空闭环控制系统（EPEP单元）。常用 与紧急制动指令由该系统转换成空气压力信号。这个信号经 中继阀流量放大后变成制动缸压力。 调压阀1 1、调压阀2 2、速度切换电磁阀和非常制动电磁阀 在非常制动工况时发生作用，产生非常制动空气压力信号， 该信号同样通过中继阀流量放大后使制动缸产生非常制动时 的压力值。空重车压力传感器将空气弹簧压力信号转变为相 应的电信号，送至微机制动控制单元进行空重车调整。制动 缸压力传感器把制动缸的压力信号变为相应的电信号后，通 过微机制动控制单元向列车计算机网络报告。 36 PBCU

17、外型图 37 气制动控制单元气制动控制单元 38 停放制动电磁阀用来控制停放制动缸内的压力。当微机 制动控制单元发现电空直通空气制动系统发生故障时，通过 直通/ /自动转换电磁阀将本车的制动系统切换到备用制动系统。 必要时，司机可操纵司机室内的直通/ /自动转换开关，使全列 车的制动系统都切换到备用制动系统，即自动空气制动系统。 1.3 1.3 备用制动控制系统 备用制动控制系统为自动空气制动系统，该系统在司机 室的组成如图8 8所示，司机通过操纵司机控制器使均衡风缸压 力发生变化，该压力变化信号通过备用制动系统中的中继阀 变成列车管压力变化信号，并传至各车辆。 在各车辆上均装有一套F8F8型

18、自动空气制动机，参见图9 9。 F8F8型分配阀根据列车管压力变化，产生相应的动作。备用制 动系统在列车制动过程中处于热备状态，以便在需要其发挥 作用时，缩短从直通电空制动系统切换到备用制动的时间。 39 备用制动控制系统司机室的部分备用制动控制系统司机室的部分 40 各车的备用制动控制部分各车的备用制动控制部分 41 2. MDB-12. MDB-1型微机控制直通电空模拟制动系统特点 2.12.1灵敏度高。空走时间短。 2.22.2控制精度高。可实现阶段制动和阶段缓解。 2.32.3可充分利用电制动，减少闸片磨耗，降低运行成本。 2.42.4具有空重车调整。无纵向冲击。 2.52.5系统具有

19、多重保护及故障检测和应急处理功能。 2.62.6硬件通用性强。可适用于不同的车种、不同的编组长度。 2.72.7采用模拟式系统，易与各种速度监控装置和ATCATC等系统连接。 42 3. 3. 试验情况 3.1 3.1 部件试验 PBCUPBCU在株洲所通过了高低温、湿热、震动和冲击等试验。 MBCUMBCU和PWMPWM传输系统除与列车网络一起进行相应的试验外，还 进行了抗干扰试验，在抗静电、抗快速脉冲群和抗浪涌等项目上按 三级标准，均达到A A级。 3.2 3.2 地面系统试验 系统在1:11:1室内静置试验台上进行了反复试验调试，并通过专 家的测试和评审。主要的试验结果如下： 直通电空纯

20、空气列车紧急制动试验曲线 直通电空转备用制动试验 43 3.3 3.3 运行试验 在环行道和广深线进行了各种速度下的制动距离、故障导向 安全等试验。试验的各项指标已达到设计要求。下表为部分紧急制 动试验结果： 44 ( (二)270km/h)270km/h动车组制动控制系统（供参考） 与先锋号的异同点： 同点：原理相同。 异点：a.a.制动信号传递方式不一样。即一个为模拟式制动系统；另 一个为数字模拟式制动系统。 b.b.电空转换单元（EPEP）原理不一样。 c.c.紧急制动的控制模式有区别。 d.d.非常制动的实施方式有区别。 e.e.空电转换实施方案有区别。 452021-4-29 感谢各位光临感谢各位光临 再见 46 b.b.直通式 47 b.气压计算型 48 2.北京地铁引进的模拟式制动系统 49 5.广州三号线制动控制系统 50 l 紧急制动 列车