磁悬浮运行

磁悬浮运行（精选4篇）

磁悬浮运行 篇1

摘要：为适应经济快速发展的需要, 缓解交通压力, 提升交通客运能力, 各国都在相继筹划磁悬浮运输系统的开发, 磁悬浮技术取得了长足发展。磁悬浮列车是靠磁悬浮力来推动, 由悬浮系统、导向系统和推进系统三大系统组成的高速列车, 是一种新型的交通运输工具, 其优越性远非普通列车可比。

关键词：悬浮,导向,推进

1 磁悬浮列车发展的背景

在社会飞速发展的21世纪, 交通运输现已产生了极大的高速客运需求。基于高速磁浮交通系统自身高速度运行的优势, 有着既适用于中心城市与周边的客运来往, 又适用于较远距离的告诉客运的特点, 以及无接触运行、速度高、启动快、能耗低、环境影响低的诸多优点, 使得磁悬浮列车应运而生。

2 磁悬浮列车高速运行的原理

2.1 车身以及轨道的设计

磁悬浮列车车头采用流线型构造, 此种构造的特点是没有尖锐的棱角及很大的起伏, 另外流体的表面主要是层流, 这种构造保证了物体受到相对的阻力较小。磁悬浮列车的车头车窗都采用的是减速玻璃, 该玻璃不同于普通玻璃, 乘客通过有弧度变形的减速玻璃看车外景物不至于因为车速过快而有恐慌的感觉, 这起到了“减速”的视觉效果。磁悬浮列车轨道全线两边50米范围内装有目前国际上最先进的隔离装置, 对于利用相斥磁力原理做成的磁悬浮列车, 轨道为“U”形, 当列车行驶时, 列车下方的电磁铁会使轨道内的线圈感应出电流成为电磁铁, 靠两电磁铁产生互斥的强大磁力将车辆浮起来。对于另一种磁悬浮列车, 是利用磁铁吸引力原理做成的, 它的轨道为“T”形导轨, 磁悬浮列车的两翼环抱导轨两边, 导轨底部钢板在上, 电磁铁在下, 内翻部分装置的金属线圈磁力非常强大, 当列车行驶时, 金属线圈通过感应电流产生强大磁力使得列车悬浮起来, 当引力与重力平衡时, 列车便可悬浮在轨道上方。随着电流大小的改变, 磁场强度便会随之变化, 列车悬浮的高度可以得到一定的调整。

2.2 高速运行的主要原理

磁悬浮列车的原理并不算是很复杂, 简单地说就是利用“同名磁极相斥, 异名磁极相吸”。由于是使车体完全脱离轨道能够腾空行驶。这就要求磁铁必须拥有抵抗地心引力作用的能力。磁悬浮列车有两种类别:一种是利用磁铁同性相斥原理设计做成的的电磁运行系统的磁悬浮列车, 该设计主要利用轨道上线圈形成的磁场与车上超导体电磁铁形成的互相排斥的斥力来保证列车的悬浮行驶;电动力运行系统的磁悬浮列车则是利用磁铁异性相吸原理而做成的, 该设计通过控制电磁铁的电流变化, 使得T形导轨钢板的吸引力与列车重力保持相对平衡, 列车车体可以悬浮于轨道的导体面上。磁悬浮列车能够开动、前行、变速, 我们可以这样的简单理解, 当轨道两侧的金属线圈感应电流时, 交流电能够将线圈变为导磁体, 它通过与列车车体上的超导电磁体产生互相作用就可以使列车开动。列车之所以能够行驶的原因, 是因为列车头部N极受到安装在轨道前方一点的电磁体S极强大吸引力的同时, 又受到安装在列车轨道稍后一点的电磁体N极强大的排斥力推动。当磁悬浮列车向前行驶时, S极金属线圈受电流反向影响, 转变为N极线圈, 电磁极性发生转变, 从而使得列车持续不断的高速行驶。

磁悬浮列车车速的大小可以通过金属线圈里流动的交流电的频率和电压得到相应的调整。磁悬浮列车车体的稳定性则是由列车导向系统来控制, 列车在车体侧面安装有一组专门用于导向作用的电磁铁, 在列车发生偏移时, 导向电磁铁便与导向轨道的侧面发生相互作用, 产生排斥力, 使得列车迅速回到正常的位置行驶;如果列车行驶在坡道上的时候, 就只需要对到导向系统的电流进行控制便可实现列车的正常行驶。

3 磁悬浮列车的优越性

3.1 是一种绿色环保的交通工具

磁悬浮列车是一种绿色环保的交通工具, 运行平稳、高速且不排出有害的废气, 绿色环保, 符合我国可持续发展的道路。磁悬浮列车能够实现自动控制, 可靠性大、维修简便, 尤其是其能源消耗与其他交通工具相比要小得多。

3.2 优越的技术系统

磁悬浮列车由悬浮系统、导向系统和推进系统三大系统组成, 该技术系统有着普通列车所不可比拟的优越性。悬浮系统的作用主要是能够产生电磁吸引力或排斥力为机车提供稳定的的支撑和导向, 悬浮和导向虽然与列车行驶速度没有任何关系, 但是由于没有轮子、没有摩擦, 它比目前最先进的高速火车少耗电约30%, 即使磁悬浮列车在停车状态下依然可以保持悬浮状态。列车的导向系统的作用是用来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向前进, 推进系统则是利用了同步直线电动机的原理。由电动机的工作原理可知, 定子的电枢金属线圈有电流时, 会因电磁感应作用而推动电机的转子运转。当列车轨道沿线的变电所提供的三项调频调幅电力向轨道内侧的驱动组时, 因电磁感应的作用, 推进系统使得整个磁悬浮列车及其系统就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。

4 磁悬浮列车未来的发展前景

磁悬浮列车的技术已经衍生到日常生活, 广告展示, 科技展览, 办公及家居摆设等都可见到磁悬浮的创意应用。这些应用借助电力, 使得许多魔术中的现象成为了现实, 总耗电能也相当低, 处处透露出未来科技的气息。它还是一种能带动众多高新技术发展的基础科学, 是一种具有极广泛前景的应用科学。因为磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动等系列功能的, 其断电电磁悬浮的安全保障问题亟待解决, 以及其稳定性和可靠性等还需要长时间的考证。不过, 综合各种因素, 就目前而言, 磁悬浮的发展是最有潜力, 最有发展必要的。它多方面的优点也足以让我们对它未来的前景充满信心。

参考文献

[1]李红, 周文祥, 陈伟.磁悬浮列车模型及其测力装置的设计[J].机械, 2014.

[2]Hironori HOSHINO, 周贤全.用缩尺模型试验装置研究磁悬浮列车组的车辆运动特性[J].国外铁道车辆, 2014.

[3]谷金鑫.电磁—永磁混合悬浮系统磁场力测量技术的研究[D].西安电子科技大学, 2014.

[4]罗炜宁, 王强.磁悬浮列车未来发展与展望[J].硅谷, 2013.

磁悬浮运行 篇2

说到磁悬浮列车，你们肯定会问什么是磁悬浮?磁悬浮原理是1922年由一个德国人提出的。20世纪70年代以后，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，许多国家相继开展了磁悬浮运输系统的研发，之后便有了磁悬浮列车的问世。

磁悬浮列车是根据电磁铁磁极“同极相斥”的原理，使车体与铁轨之间产生巨大的排斥力，再用电动机推动列车，这样它就可以在轨道上正常行驶了。

磁悬浮列车有高速、低噪音、环保、舒适等特点，在时速达200公里时，乘客几乎听不到声响，而且它不像普通火车用煤或燃油作燃料，会产生大量的有害气体，它是利用太阳、水力或热能等来换取电能驱动列车。磁悬浮列车的速度很快，可以达到每小时500公里以上，从杭州到上海只需23分钟，是普通火车的十倍百倍速度。

磁悬浮运行 篇3

浙江大学与某企业联合研发了1条288m的磁悬浮试验线,作为磁悬浮技术研究和开发的试验平台。本文主要着眼于磁悬浮试验线的运行控制系统,介绍其网络结构和PROFIBUS及工业以太网通信在此系统中的应用。

1 磁浮列车运行控制系统拓扑结构

本实验线与上海磁悬浮示范线一样,采用长定子直线同步电机作为磁浮列车的驱动电机。电机的定子铁心和绕组沿轨道分段布置,励磁磁铁安放在列车下部。励磁磁铁和长定子铁心的电磁作用产生的电磁力使列车悬浮于轨道上方,实现列车与轨道的无接触运行。运行中,牵引供电系统为长定子绕组提供幅值和频率都可变的电源,该电源产生的行波磁场与励磁磁铁产生的励磁磁场相互作用,产生列车行驶所需的牵引力。

磁浮列车的运行控制系统与磁浮交通系统的车辆、牵引、线路的设备和系统相连,完成对列车运行的控制、安全防护、自动运行及调度管理等任务,在整个磁浮交通系统中起着对列车运行进行自动控制与安全防护的核心地位。参考上海示范线,并结合本实验线的实际情况,我们设计了由控制中心、车载运行控制计算机、运行控制PLC、开关站控制PLC、变频器及相关组件构成运行控制系统。系统的结构图如图1所示,其各部分的主要功能如下:

(1)控制中心:控制中心是整个系统的控制中枢,通过控制中心计算机上的人机接口,操作员完成对整个磁浮列车实验线的监视和控制。

(2)车载运行控制计算机:其任务是对各种车载设备特别是悬浮控制系统进行控制和状态检测。

(3)运行控制PLC:直接参与列车的控制和运行,接收运控中心下达的运行指令,通过控制开关站控制PLC和变频器控制列车运行模式和速度,同时实时返回轨道供电系统、列车定位系统和变频器的状态信息。

(4)开关站控制PLC:根据运行需要对电机定子进行分段供电。并向运行控制PLC返回长定子沿线设置的列车定位点的信息。

(5)变频器:将输入的380V三相交流电源变压变频为列车运行所需频率和幅值的电压供给定子段,实现对列车速度调节和启停控制。

运控系统各部分之间有大量的数据通信,需要一个安全高速的通信网络。本实验线的通信系统分为2个部分:一是控制中心与列车之间的通信,由控制中心与车载运控计算机之间的无线通信和车载运控计算机与车载悬浮控制系统之间CAN总线通信组成,以实现地面对列车的悬浮控制和状态监控;二是控制中心和牵引供电系统之间的由PROFIBUS和以太网构成的二层通信网络,以实现列车的运行控制和牵引系统状态监控。本文中我们着重讨论第2个部分。

控制中心计算机与运行控制PLC之间传输的数据包括运行命令、运行计划、速度曲线,牵引系统状态信息等,有大量的数据交换,要求通信网络能够高速传递大量信息数据和同时具有较强实时性,适合选用工业以太网;处于现场级的运行控制PLC、开关站控制PLC、变频器因为传递的主要是控制信号,对网络的实时性和确定性有很高要求,所以在这一层上选择了PROFIBUS-DP现场总线。

2 PROFIBUS通信的实现

本系统选用PROFIBUS-DP协议,它只使用了ISO/OSI通信标准模型的第1层和第2层,这种精简的结构保证了数据的高速传输,最高传输速度可达12Mbit/s,特别适合PLC与现场分散的I/O设备之间的通信,最高传输速度可达12Mbit/s。西门子的变频器和PLC均可通过通信处理器或其CPU集成的PRO FIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP总线。

2.1 运行控制PLC与开关站控制PLC之间的通信

2.1.1 参数设置和通信组态

在编写应用程序之前需在STEP7软件中进行参数设置和通信组态,设置PROFIBUS的传输速率为1.5Mbit/s,行规为DP,将运行控制器设为主站,开关站控制器作为其智能从站,采用主从(Master/Slave)方式进行通信。主站通过访问智能从站CPU的I/O地址空间的传输区而不是直接访问从站的I/O来实现主站与从站之间的通信。在软件编程之前需在STEP7中对主站和智能从站之间的通信连接和数据交换区进行组态,以设置通信区域的输入/输出起始地址,输入/输出地址区长度及数据的连续性等。

2.1.2 通信编程

图2为主站中的PROFIBUS通信模块流程图。模块中用到了SFC14/15,是因为通信区域的数据长度超过了4个字节,无论是主站还是从站的CPU都不能用简单的装载(L)和传送(T)指令来访问输入/输出映像区收到的数据,而需要调用系统功能SFC14“DPRD_DAT”和SFC15“DPWR_DAT”来对通信数据进行打包和解包。主站与从站之间的数据交换由PLC的操作系统周期性自动完成,用户在应用程序中按通信和网络组态时的组态数据调用SFC14和SFC15即可按用户需要实现主站与从站之间的通信。

2.2 运行控制PLC与变频器之间的通信

运行控制器作为变频器的主控制器,通过调节变频器的输出频率来控制列车速度,并读取变频器的输出频率、输出电流等相关参数。MM440变频器通过MICROMASTER4系列的PROFIBUS通信模板接入PROFIBUS-DP网。

MICROMASTER4系列变频器与PLC之间的通信区域数据结构有很多种,我们选用了“4PKW,4PZD,WHOLE CONS”的数据结构。其中,PKW数据区是“参数识别标记ID-数值区”,用于读写变频器的参数,需读写的参数可编程设定而不需提前在变频器中设置;PZD数据区是“过程数据区”,用于传送频率设定值,控制字,状态字以及它们的反馈数据等。PZD数据区每一个字传送的内容与变频器参数的映射可以灵活设置,但需在编程前在变频器中进行设定;WHOLE CONS表示PZD和PKW数据区都是连续的。

主站发送给变频器的PZD数据中PZD1为变频器主控制字,PZD2为变频器主频率设定值。在编写主站程序时通过对变频器主控制字的设定来控制变频器的运行模式,通过改变变频器主频率设定值来控制变频器的输出频率。

变频器发送给主站的PZD数据与变频器参数的映射可以由参数P2051逐一设定,通过修改P2051的设定值就可以实现对变频器不同参数的监控。

因选择的是WHOLE CONS的数据结构,PZD和PKW数据区都是连续的,主站需要调用SFC14和SFC15来对数据进行打包和解包。

3 以太网通信的实现

以太网通信软件结构如图3所示。

通过以太网通信,运控中心的PC得到运控PLC传回的轨道列车速度及轨道供电系统、列车定位系统和变频器的状态信息等实时数据,对这些数据进行运算处理并显示于运控中心大屏幕上,以使操作员了解系统运行情况。

4 结束语

通过对PROFIBUS和SIMATIC NET工业以太网通信的应用,系统通信在实时性安全性稳定性等方面能满足实际需求,此运行控制系统已在磁悬浮实验线项目中完成调试并投用。

参考文献

[1]吴祥明．磁浮列车[M]．上海：上海科学技术出版社，2003

[2]廖常初．S7-300/400 PLC应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2005

磁悬浮列车作文 篇4

为了对磁悬浮列车有个了解，我们先来到了磁悬浮科技馆。

稍有物理知识的人都知道：把两块磁铁相同的一极靠近，它们会相互排斥，反之，把相反的一极靠近，它们就互相吸引。磁悬浮列车就是利用了这个原理。磁悬浮列车之所以能达到高速度，关键是因为它浮了起来，与轨道之间无机械接触，大大减少了阻力。目前最高时速为431千米每小时。

与其他交通工具的最大区别是，磁悬浮列车的司机不是主要控制者，列车一般无需人工干预，司机甚至完全可以走来走去，不用把控着方向盘。他的主要责任是紧急停车、清除故障。

磁悬浮列车还有个“幕后司机”，那就是运行控制系统，这个系统通过计算机控制、计算机网络、通信及信息处理等先进技术与磁浮交通系统的车辆、牵引、线路等系统相连，完成对列车运行的控制、安全防护、自动运行及调度管理，是整个磁浮交通系统正常运转的根本保障。

了解了基本原理后，我们买票上车了。车厢和普通的软座列车差不多，特别之处是在车厢有前方有一块显示屏，还有它的窗户，叫减速窗，在列车的过程中才能发现它的奥妙。不一会儿，车开了。显示屏上不停地显示着车速：10千米，60千米，135千米,345千米……431千米，终于达到最高时速了!可是通过车窗向外看，感觉和座汽车的差不多，一点也不头晕。原来这就是其中的奥妙呀!我们在车上刚说了一会话，新鲜感还没消失，列车已到站了，仅仅用了7分20秒!同样的路程，打的的话要40分钟。真是风驰电掣呀!

下了车，外公问我乘磁悬浮列车有哪些好处，我想了想，说：“第一安全，由于是电脑控制，所以不会发生撞车之类的车祸。第二平稳，即使达到最高时速也不要系安全带，还可以站着玩。第三节约了时间。”外公夸我说得很对。