教育部九十二年度全國技專校院學生專題製作競賽

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1 發 明 名 稱 : 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統 四 發 明 摘 要 : 本 發 明 係 指 一 種 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統, 其 係 透 過 光 通 訊 模 組 微 機 電 系 統 以 及 控 制 模 組 的 整 合, 並 以 軌 道 行 車 自 動 化 控 制 的 形 式 來 呈 現 在 軌 道 自 動 化 部 份, 則 具 備 列 車 自 動 監 督 列 車 自 動 防 護 以 及 列 車 自 動 操 作 等 三 大 功 能 其 硬 體 設 備 包 含 行 車 控 制 中 心 區 間 控 制 單 元 列 車 控 制 單 元 及 道 旁 作 動 元 件 組 等, 而 系 統 軟 體 包 含 列 車 控 制 程 式 區 間 控 制 程 式 系 統 狀 態 監 視 程 式 列 車 行 駛 模 式 輸 入 程 式 以 及 搭 配 之 人 機 介 面 ; 據 此, 使 本 系 統 能 夠 掌 握 每 一 輛 列 車 的 動 向, 即 能 夠 知 道 每 一 輛 列 車 目 前 的 位 置, 及 具 備 車 速 自 動 調 整 和 列 車 的 自 動 停 車 起 步 會 車 等 功 能, 而 可 作 為 軌 道 系 統 運 行 的 模 擬 系 統, 亦 可 作 為 軌 道 系 統 以 及 光 機 電 系 統 的 教 學 平 台, 且 可 單 獨 針 對 系 統 當 中 的 每 一 個 模 組 進 行 開 發 與 測 試, 以 便 測 試 不 同 的 感 測 原 理 與 驅 動 模 式, 此 一 系 統 未 來 可 運 用 到 實 際 的 軌 道 系 統, 以 建 立 起 國 內 自 主 的 軌 道 控 制 系 統 的 先 驅 者 五 發 明 說 明 : 發 明 所 屬 之 技 術 領 域 本 發 明 係 指 一 種 軌 道 行 車 控 制 系 統, 尤 指 整 合 光 機 電 三 種 元 素 的 軌 道 列 車 行 車 控 制 系 統, 且 可 做 為 教 學 平 台, 更 可 運 用 到 實 際 的 軌 道 系 統 者 先 前 技 術 首 按, 我 國 自 民 國 八 十 年 代 初 期 就 開 始 積 極 推 動 高 科 技 產 業 的 發 展 經 濟 部 於 民 國 83 年 公 布 十 大 新 興 工 業 發 展 策 略 及 措 施, 將 精 密 製 造 暨 自 動 化 產 業 列 為 重 點 發 展 產 業 也 因 此, 帶 動 了 國 內 相 關 產 業 的 蓬 勃 發 展 而 在 精 密 製 造 暨 自 動 化 產 業 方 面, 機 電 整 合 扮 演 著 相 當 重 要 的 產 業 其 中, 光 機 電 整 合 更 是 目 前 國 內 產 業 發 展 的 主 要 重 點 我 國 製 造 業 的 龍 頭 鴻 海 精 機 董 事 長 郭 台 銘 先 生 便 將 光 機 電 整 合 做 為 該 公 司 未 來 與 全 世 界 其 他 大 廠 競 爭 的 主 要 領 域 而 產 業 的 發 展, 需 要 充 沛 的 優 秀 專 業 人 才 來 配 合, 方 可 以 生 生 不 息 以 及 不 斷 創 新 因 此, 教 育 部 也 積 極 投 入 資 源, 進 行 相 關 人 才 的 培 育 工 作, 希 望 此 一 產 業 能 夠 為 我 國 的 經 濟 開 創 出 燦 爛 的 未 來 而 人 才 的 培 育 是 多 面 向 的, 一 套 完 整 的 教 學 平 台 將 扮 演 舉 足 輕 重 的 角 色 此 外, 目 前 國 內 各 大 都 市 為 了 解 決 交 通 問 題, 提 升 民 眾 生 活 品 質, 均 有 興 建 軌 道 系 統 的 計 畫 而 政 府 亦 積 極 推 動 軌 道 工 業, 於 民 國 八 十 年 一 月 第 四 次 全 國 科 技 會 議, 將 1

2 捷 運 及 鐵 路 車 輛 工 程 技 術 列 為 國 家 科 學 及 技 術 發 展 六 年 中 程 計 畫 之 應 用 科 技 發 展 重 點 並 透 過 經 濟 部 的 軌 道 車 輛 工 業 合 作 計 劃, 結 合 產 官 學 界 的 力 量 引 進 相 關 技 術, 以 提 供 規 劃 上 以 及 日 後 營 運 上 強 有 力 之 支 援 遺 憾 的 是, 雖 然 經 濟 部 亦 透 過 科 專 計 劃 大 力 推 動 軌 道 系 統 的 相 關 研 究, 本 土 性 的 相 關 應 用 性 與 基 礎 性 研 究 仍 究 相 當 的 缺 乏, 導 致 在 系 統 規 劃 以 及 操 作 上 經 常 發 生 不 完 善 之 處, 而 必 須 付 出 相 當 大 的 成 本 因 此, 為 了 軌 道 技 術 本 土 化, 提 升 國 內 軌 道 工 業 技 術, 有 必 要 推 動 及 發 展 相 關 的 研 究 在 國 內, 根 據 台 北 捷 運 公 司 相 關 人 員 表 示, 在 該 系 統 運 行 之 初 始 階 段 所 遭 遇 的 最 大 問 題, 就 是 發 生 在 對 於 整 體 行 控 系 統 的 不 了 解 這 樣 子 的 情 形 導 致 系 統 的 維 護 困 難, 因 此, 營 運 成 本 就 大 幅 增 加 在 該 公 司 不 斷 的 研 究 以 及 進 行 人 員 訓 練 之 下, 這 樣 子 的 情 況 才 漸 漸 改 善 因 此, 值 此 國 內 逐 步 建 立 各 大 城 市 軌 道 系 統 之 時, 培 育 軌 道 車 輛 行 控 系 統 的 人 才 實 在 是 當 務 之 急 此 外, 目 前 經 濟 部 透 過 科 專 計 劃 大 力 推 動 輕 軌 系 統 的 研 發, 以 建 立 本 土 性 的 軌 道 系 統 設 計 技 術, 軌 道 車 輛 行 控 系 統 的 人 才 培 育 的 需 求 性 更 是 昭 然 若 揭, 健 全 的 教 育 方 可 養 成 優 秀 的 設 計 或 測 試 人 才 而 要 達 到 良 好 的 教 育, 完 善 的 實 習 設 施 將 具 備 事 半 功 倍 的 效 果 基 於 上 述 的 理 由, 本 發 明 建 立 了 一 套 以 軌 道 行 車 控 制 為 呈 現 的 光 機 電 整 合 系 統 此 一 系 統 具 備 多 方 面 的 功 能, 其 一 為 軌 道 行 車 控 制 模 組 的 開 發 測 試 平 台, 其 二 則 可 作 為 軌 道 行 車 控 制 系 統 以 及 光 機 電 整 合 系 統 的 教 學 平 台 基 本 上, 完 整 的 軌 道 系 統 包 含 兩 大 部 份 : 其 一 為 土 建 系 統, 其 次 為 機 電 系 統 其 中, 軌 道 車 輛 行 車 控 制 系 統 則 隸 屬 於 機 電 系 統 軌 道 機 電 系 統 包 含 電 聯 車 號 誌 系 統 供 電 系 統 通 訊 系 統 軌 道 自 動 收 費 系 統 電 梯 / 電 扶 梯 機 廠 設 備 環 境 控 制 系 統 車 站 水 電 設 施 等 次 系 統 這 些 機 電 系 統 直 接 提 供 乘 客 服 務 品 質 因 此, 也 就 成 為 乘 客 判 斷 系 統 品 管 的 主 要 因 素 而 行 控 系 統 為 捷 運 系 統 的 核 心, 它 主 控 著 捷 運 每 日 的 運 作 每 一 個 行 車 控 制 系 統 都 有 設 置 行 控 中 心 行 控 中 心 收 到 指 示 時, 會 將 所 有 關 於 行 車 營 運 的 資 料 顯 示 出 就 大 眾 捷 運 系 統 而 言, 如 果 失 去 與 行 控 中 心 的 連 結, 整 條 路 線 便 無 法 運 作, 行 控 中 心 是 營 運 的 集 中 點, 列 車 運 作 和 相 關 功 能 會 由 行 控 中 心 監 視 所 謂 的 列 車 自 動 控 制 (Automatic Train Control, ATC) 包 括 自 動 列 車 保 護 系 統 (Automatic Train Protection, ATP) 自 動 列 車 操 作 (Automatic Train Operation, ATO) 2

3 以 及 自 動 列 車 監 督 系 統 (Automatic Train Supervision, ATS) 三 種 功 能 其 中, 自 動 列 車 保 護 系 統 負 責 列 車 運 轉 之 安 全 實 際 的 軌 道 系 統 利 用 軌 道 電 路 來 偵 測 各 列 車 之 位 置, 並 執 行 閉 塞 區 間 的 要 求, 來 確 保 兩 車 保 持 安 全 距 離 同 時, 針 對 每 一 個 區 間 有 設 定 速 限, 速 限 考 慮 路 軌 之 曲 度 及 坡 度 對 速 度 之 限 制 此 外,ATP 系 統 也 檢 查 各 列 車 之 前 進 路 徑 上 所 有 轉 轍 器 是 否 鎖 定 於 正 確 位 置 某 段 路 軌 有 多 列 列 車 要 通 過 時,ATP 系 統 分 配 此 段 路 軌 給 一 列 車 使 用, 待 其 通 過 後 才 再 分 配 給 下 一 列 車 次 序 使 用 在 列 車 自 動 保 護 方 面, 閉 塞 區 間 (BLOCK) 是 一 個 相 當 重 要 的 關 鍵 閉 塞 區 間 分 為 固 定 式 閉 塞 區 間 與 移 動 式 閉 塞 區 間 二 種 所 謂 的 固 定 式 閉 塞 區 間 就 是 將 路 線 分 成 若 干 區 間, 每 一 區 間 僅 容 許 一 列 車 行 駛 此 外, 所 謂 的 移 動 式 閉 塞 區 間, 就 是 列 車 主 動 偵 測 與 前 車 之 間 的 距 離, 並 保 持 車 與 車 之 間 的 距 離 其 優 點 是 能 夠 機 動 控 制 發 車 時 間, 系 統 可 以 有 更 多 的 列 車 同 時 行 駛, 不 會 產 生 追 撞 的 情 況 出 來, 對 於 列 車 路 程 的 安 排 也 更 加 的 有 彈 性, 使 整 個 路 線 得 到 充 分 的 使 用 此 外, 自 動 列 車 操 作 模 式 提 供 自 動 車 速 調 節 自 動 列 車 停 靠 站 自 動 調 節 車 間 距 及 調 整 停 靠 站 時 間 自 動 車 門 控 制 以 及 滑 行 這 些 功 能 皆 由 閉 塞 區 間 之 條 件 車 間 距 線 上 行 駛 時 間 及 最 佳 化 推 進 能 量 來 決 定 最 後, 自 動 列 車 監 督 系 統 的 主 要 目 的 在 監 視 整 個 軌 道 系 統 的 狀 態 ; 包 含 列 車 的 位 置, 軌 道 系 統 的 狀 態 等 自 動 列 車 監 督 系 統 由 行 車 控 制 中 心 之 處 理 機 來 啟 動 透 過 此 一 系 統, 車 站 上 列 車 將 離 站 時, 可 由 月 台 上 揚 聲 器 發 出 之 鳴 聲, 告 知 旅 客 停 靠 站 時 間 即 將 結 束 此 一 系 統 亦 可 監 控 列 車 在 各 車 站 之 到 達 與 離 開 時 間 在 軌 道 行 車 控 制 系 統 的 開 發 方 面, 在 最 後 的 階 段 都 必 須 要 作 實 際 的 路 試, 以 驗 證 系 統 功 能 是 否 合 乎 需 求 若 不 合 乎, 則 需 要 再 進 行 改 善 而 這 樣 子 的 過 程 曠 日 廢 時 因 此, 若 能 夠 建 立 一 個 模 擬 實 際 狀 況 的 測 試 平 台, 則 可 以 節 省 許 多 開 發 的 時 間 在 以 往, 如 此 的 測 試 平 台 通 常 以 軟 體 的 方 式 呈 現 也 就 是 說, 以 軟 體 的 方 式 開 發 出 代 表 不 同 動 作 元 件 的 模 組, 再 整 合 模 擬 整 個 系 統 的 運 作 雖 然 如 此 的 作 法 可 以 達 到 某 些 測 試 的 功 能, 但 是 還 是 無 法 確 實 反 應 出 實 際 之 狀 況, 例 如 訊 號 的 干 擾, 以 及 傳 輸 的 速 度 所 造 成 之 控 制 延 當 等 因 此, 建 立 出 一 套 實 體 的 測 試 平 台, 便 有 其 實 質 的 意 義 而 本 發 明 能 夠 扮 演 此 一 功 能, 因 為 本 發 明 是 3

4 以 模 組 化 的 觀 念 進 行 整 合 因 此 當 開 發 人 員 針 對 特 定 模 組 進 行 開 發 時, 只 要 依 循 本 發 明 系 統 所 規 劃 之 介 面 設 定, 便 可 替 換 本 系 統 之 現 有 模 組, 以 進 行 測 試 又 市 面 上, 機 電 整 合 的 教 學 系 統 琳 瑯 滿 目, 但 是, 卻 都 沒 有 一 套 以 軌 道 行 車 控 制 為 呈 現 的 光 機 電 教 學 平 台, 對 於 教 學 上 的 使 用 有 其 侷 限 性 因 此, 建 立 一 套 相 關 的 平 台 時 有 其 必 要 性 有 鑑 於 上 述 的 情 況, 本 發 明 團 隊 利 用 一 年 的 時 間, 建 立 起 一 套 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統, 這 一 套 系 統 可 扮 演 串 聯 相 關 課 程 的 作 用, 例 如 車 輛 感 測 系 統 訊 號 處 理 機 電 整 合 數 位 邏 輯 設 計 電 機 機 械 原 理 與 控 制 以 及 軌 道 行 車 控 制 系 統 等 課 程 因 此, 學 生 亦 可 利 用 此 一 平 台 進 行 相 關 的 實 習, 來 了 解 相 關 的 原 理 與 運 作 發 明 內 容 承 上, 本 發 明 便 著 手 開 發 一 種 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統, 其 係 透 過 光 通 訊 模 組 微 機 電 系 統 以 及 控 制 模 組 的 整 合, 並 以 軌 道 行 車 自 動 化 控 制 的 形 式 來 呈 現 在 軌 道 自 動 化 部 份, 具 備 列 車 自 動 監 督 列 車 自 動 防 護 以 及 列 車 自 動 操 作 等 三 大 功 能 其 硬 體 設 備 包 含 行 車 控 制 中 心 區 間 控 制 單 元 列 車 控 制 單 元 及 道 旁 作 動 元 件 組 等 在 訊 號 的 傳 輸 方 面, 本 發 明 採 取 光 學 式 無 線 訊 號 傳 輸, 而 在 作 動 元 件 ( 如 轉 轍 器 以 及 平 交 道 ) 的 驅 動 部 分, 則 以 微 型 馬 達 以 及 繼 電 器 的 方 式 來 達 成 使 命 在 系 統 軟 體 部 分, 所 建 立 的 程 式 包 含 車 輛 控 制 程 式 區 間 控 制 程 式 系 統 狀 態 監 視 程 式 列 車 運 轉 模 式 輸 入 模 組 以 及 人 機 介 面 其 中, 車 輛 控 制 程 式 控 制 車 速 以 及 到 達 車 站 時 的 停 車 再 開 區 間 控 制 程 式 則 控 制 區 間 模 組 當 中 的 作 動 元 件 如 平 交 道 轉 轍 器 以 及 光 訊 號 收 發 射 模 組 等 系 統 狀 態 監 視 程 式 主 要 搭 載 於 行 車 控 制 中 心 當 中, 負 責 整 個 系 統 行 車 狀 況 的 監 控 列 車 運 轉 模 式 輸 入 模 組 則 用 來 使 控 制 人 員 輸 入 列 車 行 使 的 路 線 而 所 建 立 的 人 機 介 面 則 在 使 控 制 中 心 人 員 能 夠 掌 握 每 一 輛 列 車 的 動 向, 即 能 夠 知 道 每 一 輛 列 車 目 前 的 位 置, 及 具 備 車 速 自 動 調 整 和 列 車 的 自 動 停 車 起 步 會 車 等 功 能 承 上, 本 發 明 可 作 為 軌 道 的 模 擬 系 統, 模 擬 軌 道 系 統 運 轉 的 情 形, 據 此 可 以 用 來 測 試 軌 道 統 的 各 種 實 際 營 運 規 劃 如 行 車 路 線 以 及 發 車 班 次 等 其 次, 則 可 作 為 軌 道 系 統 以 及 光 機 電 系 統 的 教 學 平 台, 讓 學 生 了 解 軌 道 系 統 運 作 的 概 念, 以 及 光 機 電 整 合 系 統 實 際 運 用 的 模 式, 並 讓 學 生 實 4

5 際 進 行 模 組 的 開 發 與 操 作 並 由 於 本 發 明 以 模 組 化 的 方 式 進 行 開 發 與 整 合, 模 組 之 間 有 清 楚 的 介 面 定 義 因 此, 研 發 人 員 可 針 對 系 統 當 中 的 每 一 個 模 組 進 行 開 發 與 測 試, 以 便 測 試 不 同 的 感 測 原 理 與 驅 動 模 式 同 理, 於 教 學 時, 亦 可 替 換 學 生 所 開 發 的 模 組 於 此 系 統 中, 以 驗 證 學 生 模 組 的 功 能 性 之 外 由 於 本 發 明 使 用 的 控 制 邏 輯 以 及 相 關 模 組 之 功 能 都 與 實 際 系 統 之 模 組 相 同 因 此, 所 開 發 的 模 組 未 來 可 運 用 到 實 際 的 軌 道 系 統 是 以, 本 發 明 的 主 要 目 的 在 建 立 一 套 整 合 光 機 電 三 種 元 素 的 軌 道 車 輛 行 車 控 制 系 統, 其 係 透 過 光 通 訊 模 組 微 機 電 系 統 以 及 控 制 模 組 的 整 合, 並 以 軌 道 行 車 自 動 化 控 制 的 形 式 來 呈 現, 配 合 軟 硬 體 之 運 作, 使 本 系 統 能 夠 掌 握 每 一 輛 列 車 的 動 向, 而 可 作 為 軌 道 系 統 運 行 的 模 擬 系 統, 亦 可 作 為 軌 道 系 統 以 及 光 機 電 系 統 的 教 學 平 台, 且 系 統 具 備 列 車 自 動 監 督 列 車 自 動 防 護 及 列 車 自 動 操 作 之 三 大 功 能, 亦 可 運 用 到 實 際 的 軌 道 系 統, 而 建 立 起 國 內 自 主 的 軌 道 控 制 系 統 者 實 施 方 式 為 使 貴 審 查 委 員 對 本 發 明 系 統 有 更 深 入 之 瞭 解, 發 明 人 特 以 下 列 具 體 實 施 例, 對 本 發 明 所 採 取 之 技 術 手 段, 做 一 深 入 之 詳 細 解 說 軌 道 系 統 場 景 以 及 路 線 為 了 要 實 現 構 想, 本 發 明 利 用 模 型 火 車 系 統 做 為 開 發 的 工 具 首 先, 本 發 明 規 劃 出 軌 道 系 統 之 場 景 以 及 軌 道 路 線 如 第 一 圖 所 示 其 中, 包 含 了 火 車 軌 道 高 架 火 車 軌 道 橋 墩 車 站 平 交 道 公 路 轉 轍 器 等 此 外, 本 系 統 還 包 含 軌 道 旁 佈 置 的 一 些 建 築 物, 如 商 店 消 防 隊 餐 廳 手 機 店 加 油 站 等 此 一 路 線 的 規 劃 可 以 自 由 變 化, 並 不 會 影 響 系 統 的 功 能 當 然, 路 線 亦 可 規 劃 成 與 目 前 捷 運 系 統 相 同 之 路 線 所 完 成 的 軌 道 路 線 總 共 劃 分 成 九 個 區 間 這 九 個 區 間 以 及 軌 道 的 編 號 如 第 二 圖 所 示 當 區 間 規 劃 完 成 之 後, 則 設 定 每 個 區 間 的 速 度 限 制, 此 一 速 度 的 限 制 是 透 過 道 旁 的 訊 號 傳 輸 模 組 來 告 知 列 車 上 的 車 速 控 制 模 組 因 此, 列 車 行 經 不 同 模 組 時 會 調 整 其 速 度 此 外, 每 一 個 車 站 針 對 不 同 的 車 輛 設 定 不 同 的 停 靠 時 間, 也 是 透 過 道 旁 的 訊 號 傳 輸 模 組 來 告 知 列 車 停 留 的 時 間, 以 便 執 行 停 車 再 開 的 動 作 列 車 所 行 駛 的 路 線 以 及 區 間 的 相 關 參 數 都 可 隨 時 透 過 行 車 控 制 中 心 的 人 機 介 面 ( 如 第 三 圖 所 示 ) 進 行 更 改 5

6 軌 道 車 輛 運 行 模 式 實 施 例 中 行 駛 於 所 開 發 的 平 台 上 的 列 車 有 兩 台, 分 別 稱 為 紅 車 與 黃 車 每 一 輛 車 有 其 各 自 的 行 駛 路 線, 此 一 路 線 由 行 車 控 制 中 心 來 設 定 設 定 的 內 容 包 含 行 經 的 軌 道 編 號 以 及 其 順 序 同 時, 也 設 定 每 一 輛 車 停 靠 的 車 站 位 置 以 及 停 靠 的 時 間 長 短 當 系 統 開 始 啟 動 以 後, 列 車 便 開 始 前 進 在 每 一 個 區 間 的 前 端 位 置, 設 置 有 一 道 旁 的 紅 外 線 訊 號 傳 輸 及 接 收 模 組 同 時, 在 每 一 輛 車 上, 也 有 一 組 訊 號 傳 輸 及 接 收 模 組 當 某 車 進 入 某 個 區 間 時, 列 車 上 的 傳 輸 模 組 便 會 將 列 車 的 編 號, 透 過 道 旁 的 訊 號 接 收 模 組, 傳 輸 至 行 車 控 制 中 心 這 時, 行 車 控 制 中 心 便 清 楚 了 解 下 一 瞬 間 這 一 個 區 間 將 由 哪 一 輛 車 所 佔 領 而 這 一 個 訊 號, 同 時 也 可 以 當 成 上 一 個 區 間 佔 領 狀 態 解 除 的 觸 發 訊 號 亦 即, 當 一 輛 車 進 入 某 一 區 間 時, 上 一 個 區 間 同 時 就 成 為 閒 置 的 狀 態 除 非, 另 一 輛 車 馬 上 進 入 上 一 區 間, 則 上 一 區 間 會 繼 續 保 持 佔 用 的 狀 態 如 此, 行 車 控 制 中 心 便 可 掌 握 每 一 輛 車 以 及 每 一 個 區 間 的 動 態 而 當 行 車 控 制 控 中 心 收 到 這 些 訊 息 以 後, 便 可 馬 上 在 人 機 介 面 上 顯 示 出 來, 讓 操 作 人 員 了 解 狀 況 此 外, 利 用 上 述 的 訊 號, 也 可 以 判 別 區 間 是 否 發 生 下 列 兩 種 狀 況 之 一 : 其 一, 兩 輛 車 是 否 同 時 進 入 一 個 區 間, 而 違 背 了 固 定 式 閉 塞 區 間 的 要 求 其 次, 則 是 某 車 是 否 停 留 於 區 間 中 太 久, 表 示 有 脫 軌 或 者 有 遇 上 故 障 的 情 況 這 兩 個 判 斷 的 模 組 皆 內 建 於 行 車 控 制 中 心 當 中 最 後, 為 了 更 強 化 監 督 軌 道 系 統 的 功 能, 本 系 統 在 平 交 道 的 位 置 加 入 了 Web Cam, 來 即 時 掌 握 平 交 道 的 狀 況 這 時, 平 交 道 的 影 像 便 可 以 即 時 傳 輸 至 人 機 介 面 當 中 其 次, 在 軌 道 系 統 自 動 化 運 行 (ATO) 方 面, 本 發 明 可 達 到 的 功 能 包 含 自 動 的 車 速 調 整 自 動 的 車 站 停 靠 以 及 開 車 自 動 的 列 車 路 線 導 引 等 當 列 車 進 入 區 間 時, 列 車 上 的 訊 號 發 射 模 組 便 透 過 道 旁 的 訊 號 接 收 模 組 來 將 列 車 的 編 號 告 知 區 間 控 制 模 組 然 後, 區 間 控 制 模 組 便 會 依 照 所 設 定 的 該 車 行 駛 路 線 來 轉 動 轉 轍 器, 以 導 引 列 車 行 駛 其 路 線 此 外, 區 間 控 制 模 組 亦 會 觸 發 轄 區 內 的 車 站 來 發 射 訊 號 給 到 來 的 列 車, 以 通 知 該 車 是 否 要 暫 停 為 了 要 達 到 這 個 目 的, 列 車 上 具 備 有 一 個 訊 號 的 接 收 模 組, 此 一 模 組 接 收 由 道 旁 發 射 模 組 傳 來 的 訊 號, 以 得 知 區 間 的 速 度 限 制 車 站 是 否 要 停 靠 以 及 車 站 的 停 靠 時 間 等 當 列 車 上 的 控 制 器 接 收 到 上 述 的 指 令 時, 便 執 行 車 速 的 控 制, 或 者 停 車 再 開 的 動 作 6

7 最 後, 在 自 動 化 列 車 保 護 的 功 能 部 分, 本 系 統 具 備 執 行 固 定 式 閉 塞 區 間 以 及 平 交 道 自 動 會 車 的 功 能 當 某 一 區 間 已 經 有 列 車 進 入 時, 便 不 允 許 另 一 輛 車 進 入, 若 有 第 二 輛 車 進 入, 則 發 出 警 告 的 訊 號, 並 通 知 該 車 停 止 此 外, 在 平 交 道 自 動 會 車 部 份, 所 執 行 的 功 能 則 是 當 偵 測 到 列 車 到 達 時, 平 交 道 便 自 動 放 下, 阻 擋 汽 車 的 行 駛, 以 達 到 列 車 有 優 先 路 權 的 要 求 系 統 說 明 為 了 達 到 上 述 的 行 車 功 能, 本 發 明 系 統 不 論 是 在 硬 體 或 者 軟 體 部 分, 都 是 以 模 組 化 的 方 式 進 行 開 發 模 組 之 間 則 定 義 訊 號 傳 遞 的 介 面 規 格 以 及 傳 遞 訊 號 的 格 式 如 此 一 來, 若 要 對 其 中 任 何 一 個 模 組 進 行 更 新, 只 要 其 訊 號 傳 輸 線 符 合 介 面 模 組 的 規 格, 便 可 隨 時 進 行 替 換 的 動 作 所 規 劃 的 架 構 如 第 四 圖 所 示, 其 中, 主 要 包 含 行 車 控 制 中 心 1 (Operation Control Center, OCC) 區 間 模 組 2(District Module, DM) 以 及 車 輛 控 制 單 元 3(Vehicle Control Unit, VCU) 其 中, 區 間 模 組 2 是 由 道 旁 作 動 元 件 21(Way-side Action Component, WAC) 以 及 區 間 控 制 單 元 22(District Control Unit, DCU) 所 組 成 而 在 區 間 模 組 2 與 行 車 控 制 中 心 1 之 間 則 規 劃 有 介 面 模 組, 用 來 進 行 訊 號 的 轉 接 如 此 規 劃 的 目 的, 是 依 循 模 組 化 的 目 標 來 執 行 因 為 如 此 一 來, 各 個 控 制 單 元 ( 控 制 中 心 以 及 區 間 控 制 單 元 ) 的 功 能 就 可 以 劃 分 清 楚 在 功 能 上, 區 間 控 制 單 元 22 主 掌 區 間 模 組 2 當 中 所 有 作 動 元 件 的 控 制, 而 行 車 控 制 中 心 1 則 進 行 系 統 的 監 度 以 及 列 車 運 轉 模 式 的 規 劃 其 中, 行 車 控 制 中 心 1 包 含 有 訊 號 傳 輸 卡 111 區 間 狀 態 判 讀 模 組 112 車 輛 位 置 辨 識 模 組 113 及 系 統 參 數 以 及 列 車 路 線 輸 入 模 組 114, 而 區 間 模 組 2 之 道 旁 作 動 元 件 21 包 含 Web cam210 區 間 速 限 訊 號 發 射 器 211 車 站 發 車 訊 號 發 射 器 212 車 站 停 車 訊 號 發 射 器 213 車 輛 到 站 訊 號 接 收 器 214 車 輛 訊 號 接 收 器 215 平 交 道 驅 動 模 組 216 轉 轍 器 驅 動 模 組 217 平 交 道 2 18 及 轉 轍 器 219, 而 區 間 控 制 單 元 22 包 含 有 平 交 道 控 制 程 式 221 轉 轍 器 控 制 程 式 222 車 站 停 車 再 開 控 制 程 式 223 及 區 間 速 限 控 制 程 式 224; 再 者, 車 輛 控 制 單 元 3 包 含 有 馬 達 及 變 速 箱 311 馬 達 驅 動 器 31 2 車 速 控 制 晶 片 313 車 輛 訊 號 發 射 器 314 及 區 間 速 限 接 收 器 315 承 上, 行 車 控 制 中 心 1 主 要 的 目 的 在 透 過 道 旁 訊 號 收 7

8 發 模 組, 來 得 知 列 車 的 位 置 然 後, 經 由 人 機 介 面 4 透 過 電 腦 螢 幕 即 時 顯 示 列 車 目 前 動 向, 使 行 控 人 員 可 以 掌 握 整 個 系 統 的 安 全 性 此 外, 行 車 控 制 中 心 1 的 另 一 個 功 用 則 是 用 來 輸 入 列 車 的 行 駛 路 線 以 及 設 定 系 統 的 參 數, 包 含 區 間 速 限 以 及 車 站 的 停 靠 時 間 本 實 施 例 係 利 用 一 台 Pentium 4 電 腦 來 做 為 行 車 控 制 中 心 1, 其 上 裝 置 有 訊 號 傳 輸 卡 111, 用 來 接 收 由 區 間 模 組 轉 接 而 來 的 區 間 訊 號, 在 行 車 控 制 中 心 1 當 中 則 安 裝 有 透 過 Lab View 軟 體 所 開 發 之 行 車 中 心 控 制 程 式, 包 含 區 間 狀 態 判 讀 模 組 112 以 及 車 輛 位 置 辨 識 模 組 113, 來 進 行 整 個 系 統 的 監 控, 此 一 控 制 程 式 利 用 車 輛 訊 號 接 收 器 215 所 接 收 到 的 訊 號, 來 得 之 車 輛 的 位 置 以 及 判 斷 整 個 系 統 是 否 發 生 狀 況, 以 便 作 後 續 的 處 理, 包 含 於 人 機 介 面 4 上 顯 示 警 告 訊 號, 以 及 通 知 區 間 模 組 2 以 及 列 車, 來 進 行 系 統 停 止 運 轉 的 動 作 等 整 個 行 車 控 制 中 心 1 控 制 程 式 的 流 程 如 第 五 圖 所 示 區 間 模 組 2 包 含 了 道 旁 作 動 元 件 21 以 及 區 間 控 制 單 元 22( 見 第 四 圖 ), 其 中, 區 間 速 限 訊 號 發 射 器 211 車 站 發 車 訊 號 發 射 器 212 車 站 發 車 訊 號 發 射 器 21 3 車 輛 到 站 訊 號 接 收 器 214 車 輛 訊 號 接 收 器 215 等 都 是 以 紅 外 線 的 方 式 來 達 到 訊 號 的 無 線 傳 輸, 所 發 射 給 列 車 的 訊 號 為 區 間 的 行 車 速 度 限 制, 當 車 速 控 制 晶 片 31 3 接 收 到 此 一 目 標 值, 便 透 過 馬 達 驅 動 器 312 來 控 制 馬 達 311, 以 使 列 車 維 持 此 一 速 度 行 駛 此 一 紅 外 線 的 訊 號 發 射 模 組 211 是 由 三 顆 紅 外 線 光 發 射 器 排 列 所 構 成, 於 列 車 的 相 對 位 置 上 則 同 樣 安 排 有 三 顆 紅 外 線 的 光 接 收 器 315 亦 即 道 旁 的 通 訊 模 組 以 及 列 車 上 的 通 訊 模 組 之 間 互 有 相 對 應 的 光 發 射 器 以 及 光 接 收 器, 其 排 列 方 式 可 依 照 車 身 空 間 設 計, 但 每 一 個 光 發 射 器 或 者 接 收 器 接 對 應 於 二 進 位 當 中 的 某 一 位 元, 透 過 控 制 光 發 射 器 的 明 暗, 可 將 所 欲 傳 輸 的 訊 號 依 照 二 進 位 編 碼 的 方 式 傳 輸 出 去, 而 接 收 模 組 接 收 的 此 一 訊 號 之 後, 便 可 透 過 二 進 位 轉 十 進 位 的 轉 換 方 式 進 行 解 碼 的 動 作 如 此, 透 過 控 制 每 一 顆 光 發 射 器 的 明 暗, 可 以 達 到 編 碼 的 目 的 ; 亮 以 1 表 示 暗 以 0 表 示 當 列 車 上 的 光 接 收 模 組 接 收 到 訊 號 之 後, 便 可 依 昭 二 進 位 轉 十 進 位 的 轉 換 方 式 進 行 解 碼 的 動 作, 例 如 111 代 表 第 七 級 的 車 速 如 此, 就 可 知 道 該 區 間 的 速 度 限 制 而 車 輛 的 編 號 也 是 透 過 這 樣 的 道 理 進 行 編 碼 當 列 車 進 入 某 一 區 間 時, 便 將 該 車 的 編 號 透 過 車 輛 訊 號 發 射 器 314 傳 輸 至 道 旁 的 車 輛 訊 號 接 收 器 215 當 中 當 道 旁 車 輛 訊 號 接 收 器 8

9 215 接 收 到 由 列 車 所 傳 輸 而 來 的 列 車 編 號, 便 將 此 一 訊 號 傳 輸 至 行 車 控 制 中 心 1 當 中 的 區 間 狀 態 判 讀 模 組 112 以 及 車 輛 位 置 辨 識 模 組 113 以 及 區 間 控 制 器 2 當 中 的 平 交 道 控 制 程 式 221 以 及 轉 轍 器 控 制 程 式 222, 以 便 作 系 統 監 控 以 及 列 車 路 線 導 引 的 動 作 區 間 模 組 的 作 動 流 程 如 第 六 圖 所 示 在 本 發 明 當 中, 區 間 控 制 單 元 22 是 利 用 可 程 式 控 制 器 (Programmable Logic Control, PLC) 來 執 行 區 間 作 動 元 件 的 控 制, 如 此 的 選 擇 是 因 為 現 行 的 所 有 軌 道 系 統 之 控 制 器 都 是 使 用 PLC 如 此 一 來, 本 發 明 所 開 發 的 所 有 程 式 都 可 以 立 刻 運 用 到 實 際 系 統 上 面 本 發 明 的 轉 轍 器 219 為 導 引 列 車 行 駛 其 規 劃 路 線 的 作 動 單 元, 當 轉 轍 器 控 制 程 式 222 接 收 到 行 使 於 該 區 間 之 列 車 的 訊 號 時, 則 依 該 列 車 之 規 劃 路 線 驅 動 轉 轍 器 21 9 本 發 明 當 中 之 轉 轍 器 219 分 為 三 軌 轉 轍 器 與 二 軌 轉 轍 器, 每 一 個 轉 轍 器 219 都 由 一 個 直 流 馬 達 驅 動 轉 轍 器 219 的 驅 動 模 式 如 第 七 圖 所 示, 該 程 式 是 用 來 判 斷 轉 轍 器 219 轉 動 方 向, 當 程 式 接 收 到 道 旁 紅 外 線, 可 辨 別 車 號, 程 式 會 依 其 車 號 之 不 同 來 驅 動 轉 轍 器 219 轉 動 方 向 如 第 一 圖 所 示, 本 發 明 亦 安 裝 有 道 路 系 統, 道 路 上 行 駛 有 模 型 汽 車 道 路 系 統 與 軌 道 系 統 交 會 處 設 置 有 平 交 道, 此 一 平 交 道 位 於 第 一 區 間 ( 如 第 二 圖 所 示 ) 平 交 道 驅 動 模 組 216 是 利 用 繼 電 器 來 驅 動 路 面 的 升 降, 當 列 車 進 入 第 一 區 間 時, 列 車 上 的 車 輛 訊 號 發 射 器 314 便 會 透 過 道 旁 的 車 輛 訊 號 接 收 器 215 將 車 輛 的 訊 號 傳 輸 至 平 交 道 控 制 程 式 當 中, 控 制 程 式 便 觸 動 平 交 道 驅 動 模 組 216 來 驅 動 平 交 道 路 面 下 降 並 帶 動 擋 片, 這 時, 擋 片 阻 檔 汽 車 的 行 駛, 使 列 車 有 優 先 經 過 的 權 利 當 列 車 離 開 第 一 區 間, 控 制 器 再 度 觸 發 平 交 道 驅 動 模 組 216, 使 得 道 路 上 升 帶 動 檔 片 下 降 如 此, 汽 車 得 以 通 過 平 交 道, 其 作 動 流 程 見 第 八 圖 所 示, 其 中,( 註 ) 的 部 份 為 1. 列 車 進 入 第 一 區 間 時, 紅 外 線 觸 發 訊 號, 使 繼 電 器 OFF,2. 列 車 離 開 第 一 區 間 時, 紅 外 線 觸 發 訊 號, 使 繼 電 器 ON 本 系 統 也 設 置 有 車 站, 系 統 可 以 控 制 列 車 自 動 停 站 自 動 發 車 以 及 列 車 停 站 時 間 當 火 車 進 站 時, 列 車 上 的 車 輛 訊 號 發 射 器 314 便 會 透 過 車 輛 到 站 訊 號 接 收 器 21 4 將 訊 號 傳 輸 至 車 站 停 車 再 開 控 制 程 式 223 當 中 這 時, 車 站 停 車 再 開 控 制 程 式 便 啟 動 車 站 上 的 車 站 停 車 訊 號 發 射 器 213, 來 觸 發 火 車 上 的 磁 簧 開 關, 來 切 斷 列 車 上 9

10 馬 達 的 電 源, 然 後 列 車 便 停 止 同 一 時 間, 當 車 站 停 車 再 開 控 制 程 式 223 接 收 到 列 車 所 傳 輸 而 來 的 訊 號 之 後, 便 會 開 始 計 時 當 該 車 所 應 停 靠 的 時 間 過 後, 車 站 停 車 再 開 控 制 程 式 223 便 經 由 車 站 開 車 訊 號 發 射 器 212 傳 送 起 動 訊 號 給 列 車 當 列 車 接 收 到 啟 動 訊 號 後, 便 會 起 動 在 本 系 統 當 中, 每 個 車 站 的 停 車 時 間 都 不 同 ( 其 相 關 的 作 動 流 程 如 第 九 圖 所 示 ) 為 了 達 到 自 動 化 軌 道 運 作 的 目 標, 在 整 體 的 系 統 當 中, 除 了 必 須 具 備 行 車 控 制 中 心 1 以 及 區 間 模 組 2 之 外, 還 需 要 搭 配 自 動 控 制 的 列 車 本 發 明 實 施 例 中 所 開 發 的 列 車 共 有 三 節 車 廂 第 一 節 車 廂 配 備 動 力 系 統 其 中 包 含 馬 達 以 及 變 速 箱 311, 第 二 節 車 廂 配 備 速 度 控 制 系 統 包 含 車 速 控 制 晶 片 313 以 及 馬 達 驅 動 器 312, 第 三 節 車 廂 配 備 紅 外 線 訊 號 收 發 模 組 包 含 車 輛 訊 號 發 射 器 314 以 及 區 間 速 限 接 收 器 315 車 速 控 制 晶 片 313 為 8051 微 處 理 單 晶 片, 其 主 要 的 功 能 為 接 收 由 區 間 訊 號 發 射 模 組 傳 送 來 的 車 速 目 標, 然 後 依 此 目 標 來 控 制 車 速 整 個 列 車 的 控 制 單 元 作 動 流 程 如 第 十 圖 所 示 上 述 為 本 發 明 系 統 的 主 要 功 能 模 組, 包 含 行 車 控 制 中 心 1 區 間 模 組 2 以 及 車 輛 模 組 其 中, 除 了 與 列 車 之 間 訊 號 之 傳 輸 是 利 用 紅 外 線 無 線 傳 輸 的 方 式 之 外, 行 車 控 制 中 心 1 與 區 間 模 組 2 之 間 則 透 過 介 面 模 組 進 行 訊 號 的 傳 遞, 介 面 模 組 的 主 要 功 能 在 使 得 線 路 的 規 劃 與 安 裝 上 能 夠 系 統 化 且 模 組 化 透 過 介 面 模 組, 未 來 要 擴 充 設 備 以 及 電 路 將 更 具 彈 性, 也 使 得 線 路 故 障 時 容 易 檢 查 在 本 系 統 當 中, 每 一 個 區 間 皆 配 置 一 個 介 面 模 組, 每 個 接 腳 都 經 過 清 楚 的 定 義, 所 有 區 間 上 的 線 路 皆 透 過 該 介 面 模 組 轉 接 也 就 是 說, 所 有 區 間 當 中 之 感 測 模 組 皆 連 接 至 介 面 模 組, 感 測 器 將 訊 號 傳 達 至 介 面 模 組, 再 經 由 介 面 模 組 轉 接 至 控 制 器 ( 包 含 區 間 控 制 器 以 及 行 車 控 制 中 心 ) 第 十 一 圖 顯 示 為 其 中 之 一 介 面 模 組 的 接 腳 圖 其 中, 每 個 區 間 模 組 都 有 五 條 端 子, 一 條 端 子 有 十 二 隻 接 腳 所 以, 每 個 區 間 有 六 十 隻 接 腳 可 利 用 最 後, 本 發 明 開 發 行 車 控 制 中 心 的 人 機 介 面 第 三 圖 顯 示 者 為 行 車 控 制 中 心 1 當 中 的 人 機 介 面,train number 的 功 能 為 顯 示 列 車 編 號, 當 列 車 進 入 區 間 時, 代 表 此 一 區 間 的 顯 示 燈 會 亮 起 直 到 列 車 離 開 此 區 間 後 區 間 顯 示 燈 熄 滅 當 故 障 發 生 時, 人 機 介 面 上 的 錯 誤 顯 示 燈 號 會 亮 起, 使 行 控 人 員 知 道 哪 一 個 區 間 發 生 問 題 如 此 的 一 個 警 示 燈 10

11 號 會 於 維 修 人 員 排 除 故 障 後, 並 按 下 錯 誤 顯 示 停 止 開 關 後, 方 可 解 除 錯 誤 燈 如 此 的 故 障 包 含 兩 種 情 況, 其 一 為 區 間 當 中 同 時 有 兩 輛 車, 違 反 了 固 定 式 閉 塞 區 間 的 要 求, 其 二 為 列 車 停 留 於 該 區 間 太 久, 可 能 發 生 出 軌 或 者 與 障 礙 物 碰 撞 的 情 形 而 進 入 車 站 警 示 燈 功 能 為 顯 示 列 車 停 靠 車 站 或 者 列 車 發 車, 當 列 車 離 開 時 車 站 警 示 燈 滅 藉 由 這 些 燈 亮 滅 使 行 控 中 心 確 實 掌 握 列 車 動 向 據 上 所 述, 可 知 本 發 明 建 立 了 一 套 以 軌 道 行 車 控 制 來 呈 現 的 光 機 電 整 合 平 台, 在 系 統 當 中, 主 要 以 光 感 測 器 作 為 訊 號 傳 輸 的 媒 介 在 轉 轍 器 以 及 列 車 的 驅 動 部 分 以 直 流 馬 達 來 達 成 目 的 同 時, 本 發 明 利 用 PLC 進 行 區 間 作 動 元 件 的 控 制, 利 用 LabView 程 式 來 開 發 軌 道 系 統 監 控 人 機 介 面 人 機 介 面 顯 示 列 車 的 位 置 以 及 區 間 的 狀 況 同 時, 本 發 明 也 利 用 web cam 即 時 監 督 平 交 道 綜 合 以 上 之 具 體 實 施 例 說 明 後, 可 知 本 發 明 具 備 列 車 自 動 監 督 列 車 自 動 防 護 以 及 列 車 自 動 操 作 之 三 大 功 能, 故 本 發 明 可 作 為 軌 道 的 模 擬 系 統, 模 擬 軌 道 系 統 運 轉 的 情 形, 而 可 用 來 測 試 不 同 的 實 際 營 運 規 劃 如 行 車 路 線 以 及 發 車 的 時 程 等 其 次, 亦 可 作 為 軌 道 系 統 以 及 光 機 電 系 統 的 教 學 平 台, 讓 學 生 了 解 軌 道 系 統 運 作 的 概 念, 以 及 光 機 電 整 合 系 統 實 際 運 用 的 模 式, 並 讓 學 生 實 際 進 行 模 組 的 開 發 與 操 作 再 者, 由 於 本 發 明 以 模 組 化 的 方 式 進 行 開 發 與 整 合, 模 組 之 間 有 清 楚 的 介 面 定 義 因 此, 研 發 人 員 可 針 對 系 統 當 中 的 每 一 個 模 組 進 行 開 發 與 測 試, 以 便 測 試 不 同 的 感 測 原 理 與 驅 動 模 式 同 理, 若 於 教 學 實 施 時, 亦 可 替 換 學 生 所 開 發 的 模 組 於 此 系 統 中, 以 驗 證 學 生 模 組 的 功 能 性 之 外 由 於 本 發 明 使 用 的 控 制 邏 輯 以 及 相 關 模 組 之 功 能 都 與 實 際 系 統 之 模 組 相 同, 因 此, 未 來 亦 可 運 用 到 實 際 的 軌 道 系 統 故 本 發 明 系 統 確 實 已 建 立 起 國 內 自 主 的 軌 道 控 制 系 統, 使 我 國 在 軌 道 行 車 控 制 系 統 方 面 之 技 術 提 升, 以 促 進 產 業 升 級 及 對 產 業 界 做 出 貢 獻, 其 確 具 進 步 性, 且 前 述 在 本 發 明 所 揭 露 之 技 術 手 段 從 未 見 公 開, 其 新 穎 性 亦 不 失, 故 應 已 符 合 發 明 專 利 之 要 件, 遂 爰 依 法 提 出 發 明 專 利 之 申 請 圖 式 簡 單 說 明 第 一 圖 係 本 發 明 實 施 例 之 軌 道 系 統 場 景 平 台 立 體 圖 第 二 圖 係 第 一 圖 之 軌 道 路 線 規 劃 區 間 及 軌 道 編 號 圖 第 三 圖 係 本 發 明 之 行 車 控 制 中 心 的 人 機 介 面 畫 面 圖 11

12 第 四 圖 係 本 發 明 之 行 車 控 制 系 統 硬 體 架 構 圖 第 五 圖 係 本 發 明 之 行 車 控 制 中 心 程 式 流 程 圖 第 六 圖 係 本 發 明 之 區 間 模 組 作 動 流 程 圖 第 七 圖 係 本 發 明 之 轉 轍 器 作 動 模 式 圖 第 八 圖 係 本 發 明 之 平 交 道 作 動 流 程 圖 第 九 圖 係 本 發 明 之 車 站 停 車 再 開 作 動 流 程 圖 第 十 圖 係 本 發 明 之 車 速 控 制 模 組 流 程 圖 第 十 一 圖 係 本 發 明 之 一 介 面 模 組 的 接 腳 圖 元 件 符 號 說 明 : 1 行 車 控 制 中 心 111 訊 號 傳 輸 卡 112 區 間 狀 態 判 讀 模 組 113 車 輛 位 置 辨 識 模 組 114 系 統 參 數 以 及 列 車 路 線 輸 入 模 組 2 區 間 模 組 21 道 旁 作 動 元 件 210 Web cam 211 區 間 速 限 訊 號 發 射 器 212 車 站 發 車 訊 號 發 射 器 213 車 站 停 車 訊 號 發 射 器 214 車 輛 到 站 訊 號 接 收 器 215 車 輛 訊 號 接 收 器 216 平 交 道 驅 動 模 組 217 轉 轍 器 驅 動 模 組 218 平 交 道 219 轉 轍 器 22 區 間 控 制 單 元 221 平 交 道 控 制 程 式 222 轉 轍 器 控 制 程 式 223 車 站 停 車 再 開 控 制 程 式 224 區 間 速 限 控 制 程 式 3 車 輛 控 制 單 元 311 馬 達 及 變 速 箱 312 馬 達 驅 動 器 313 車 速 控 制 晶 片 314 車 輛 訊 號 發 射 器 315 區 間 速 限 接 收 器 六 申 請 專 利 範 圍 : 1 一 種 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統, 可 作 為 軌 道 系 統 運 轉 的 模 擬 及 測 試, 及 可 作 為 軌 道 行 車 控 制 課 程 或 光 12

13 機 電 整 合 課 程 之 教 學 平 台, 該 系 統 包 含 行 車 控 制 中 心 區 間 模 組 以 及 車 輛 控 制 單 元, 其 中, 行 車 控 制 中 心 具 有 行 車 中 心 控 制 器 以 及 人 機 介 面, 以 進 行 系 統 的 監 控 以 及 列 車 運 轉 模 式 的 規 劃, 且 在 行 車 控 制 中 心 與 區 間 模 組 之 間 設 有 介 面 模 組, 介 面 模 組 用 來 進 行 訊 號 的 轉 接, 而 區 間 模 組 是 由 道 旁 作 動 元 件 以 及 區 間 控 制 單 元 所 組 成, 道 旁 作 動 元 件 包 含 了 道 旁 訊 號 收 發 模 組 轉 轍 器 平 交 道 車 站 控 制 單 元, 該 道 旁 訊 號 收 發 模 組 傳 輸 發 射 給 列 車 的 訊 號 為 區 間 的 行 車 速 度 限 制, 且 其 所 接 收 的 訊 號 則 是 列 車 的 編 號, 當 道 旁 訊 號 收 發 模 組 接 收 到 訊 號 時, 即 傳 輸 至 行 車 控 制 中 心 以 及 區 間 控 制 器, 以 便 作 系 統 監 控 以 及 列 車 路 線 導 引 的 動 作, 而 區 間 控 制 單 元 係 用 以 掌 控 區 間 模 組 中 之 所 有 作 動 元 件 的 控 制, 且 行 駛 的 列 車 配 備 有 訊 號 收 發 發 模 組 以 及 車 速 控 制 器, 訊 號 接 收 模 組 接 收 道 旁 訊 號 傳 送 模 組 傳 來 的 區 間 速 度 限 制, 並 將 此 一 訊 轉 接 至 車 速 控 制 器, 而 車 速 控 制 器 根 據 此 一 速 限 來 控 制 車 速 ; 據 上, 行 車 控 制 中 心 透 過 道 旁 訊 號 收 發 模 組 以 得 知 列 車 的 位 置, 經 由 人 機 介 面 透 過 電 腦 螢 幕 即 時 顯 示 列 車 目 前 動 向, 使 行 控 人 員 可 掌 握 整 個 系 統 者 2 如 申 請 專 利 範 圍 第 1 項 所 述 之 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統, 其 中, 轉 轍 器 由 直 流 馬 達 驅 動, 為 導 引 列 車 行 駛 其 規 劃 路 線 的 作 動 單 元, 當 區 間 控 制 單 元 接 收 到 行 駛 於 該 區 間 之 列 車 的 編 號 時, 依 該 列 車 之 規 劃 路 線 驅 動 轉 轍 器 者 3 如 申 請 專 利 範 圍 第 1 項 所 述 之 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統, 其 中, 車 輛 控 制 單 元 包 含 有 動 力 系 統 速 度 控 制 系 統 及 訊 號 收 發 模 組, 速 度 控 制 系 統 由 微 處 理 單 晶 片 及 驅 動 模 組 組 成, 其 用 以 接 收 由 區 間 訊 號 發 射 模 組 傳 送 來 的 車 速 目 標 而 控 制 車 速 4 如 申 請 專 利 範 圍 第 1 項 所 述 之 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統, 其 中, 道 旁 訊 號 收 發 模 組 是 以 紅 外 線 的 方 式 來 達 到 訊 號 傳 輸 者 5 如 申 請 專 利 範 圍 第 1 項 所 述 之 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統, 其 中, 區 間 控 制 單 元 是 利 用 可 程 式 控 制 器 (PLC) 來 執 行 區 間 作 動 元 件 的 控 制 6 如 申 請 專 利 範 圍 第 1 項 所 述 之 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統, 其 中, 行 車 中 心 控 制 程 式 係 利 用 區 間 模 組 轉 接 而 來 之 訊 號, 來 判 斷 整 個 系 統 是 否 發 生 狀 況 者 7 如 申 請 專 利 範 圍 第 1 項 所 述 之 軌 道 行 車 控 制 光 機 13

14 電 整 合 系 統, 其 中, 執 行 者 可 以 透 過 行 車 中 心 控 制 器 來 規 劃 行 車 的 營 運 模 式 者 8 如 申 請 專 利 範 圍 第 1 項 所 述 之 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統, 其 中, 各 個 模 組 是 以 其 功 能 來 規 劃 以 及 製 作, 不 論 是 硬 體 模 組 或 者 軟 體 模 組, 皆 清 楚 定 義 其 輸 出 入 接 腳, 以 利 模 組 的 更 新 以 及 維 護 9 如 申 請 專 利 範 圍 第 1 項 所 述 之 軌 道 行 車 控 制 光 機 電 整 合 系 統, 其 中, 列 車 與 道 旁 的 通 訊 模 組 是 由 光 感 測 元 件 所 構 成, 道 旁 的 通 訊 模 組 以 及 列 車 上 的 通 訊 模 組 之 間 互 有 相 對 應 的 光 發 射 器 以 及 光 接 收 器, 其 排 列 方 式 可 依 照 車 身 空 間 設 計, 但 每 一 個 光 發 射 器 或 者 接 收 器 接 對 應 於 二 進 位 當 中 的 某 一 位 元, 透 過 控 制 光 發 射 器 的 明 暗, 可 將 所 欲 傳 輸 的 訊 號 依 照 二 進 位 編 碼 的 方 式 傳 輸 出 去, 而 接 收 模 組 接 收 的 此 一 訊 號 之 後, 便 可 透 過 二 進 位 轉 十 進 位 的 轉 換 方 式 進 行 解 碼 的 動 作 14

15 第 一 圖

16 第 二 圖

17 第 三 圖

18

19 第 四 圖

20 開 始 讀 取 VO 介 面 訊 號 VO 介 面 是 否 有 訊 號 訊 號 是 否 正 確 顯 示 警 告 訊 號 於 人 機 介 面 車 輛 編 號 解 碼 顯 示 相 關 訊 號 於 人 機 介 面 計 算 列 車 所 處 區 間 判 斷 是 否 兩 列 車 同 處 一 個 區 間 判 斷 列 車 是 否 於 區 間 中 故 障 圖 五 : 行 車 控 制 中 心 程 式 流 程 第 五 圖

21 列 車 訊 號 發 射 模 組 列 車 編 號 道 旁 訊 號 接 收 模 組 平 交 道 控 制 程 式 轉 撤 器 控 制 程 式 222 車 站 停 車 再 開 控 制 程 式 平 交 道 驅 動 模 組 216 轉 撤 器 驅 動 模 組 217 車 站 訊 號 傳 輸 模 組 註 : 虛 線 表 示 無 線 傳 輸 圖 六 : 區 間 模 組 作 動 流 程 第 六 圖

22 開 始 接 收 列 車 發 出 之 訊 號 有 無 列 車 之 訊 號 無 有 辨 別 車 號 依 據 車 號 驅 動 轉 轍 器 方 向 程 式 END 結 束 註 解 : 此 程 式 是 用 來 判 斷 轉 轍 器 轉 動 方 向, 當 程 式 接 收 到 到 旁 紅 外 線, 可 辨 別 車 號, 程 式 會 依 其 車 號 的 不 同 來 驅 動 轉 轍 器 轉 動 方 向 第 七 圖 圖 七 : 轉 轍 器 作 動 模 式

23 開 始 無 有 無 火 車 到 達 有 第 一 區 間 進 入 和 離 開 紅 外 線 觸 出 發 訊 號 進 入 觸 發 訊 號 ( 註 ) 離 開 觸 發 訊 號 ( 註 ) 繼 電 器 ON 或 OFF END [ 註 ] 1. 列 車 進 入 第 一 區 間 時, 紅 外 線 觸 發 訊 號 第, 使 八 繼 電 圖 器 OFF 2. 列 車 離 開 第 一 區 間 時, 紅 外 線 觸 發 訊 號, 使 繼 電 器 ON 圖 八 : 平 交 道 作 動 流 程

24 開 始 接 收 訊 號 無 判 斷 有 無 列 車 進 入 有 辨 識 列 車 訊 號 否 判 斷 列 車 是 否 要 停 車 是 發 射 停 車 訊 號 給 到 站 列 車 接 收 列 車 已 經 停 車 的 訊 號 根 據 列 車 應 停 車 時 間, 進 行 計 時 否 靠 站 時 間 是 否 完 成 是 發 射 開 車 訊 號 給 列 車 列 車 啟 動 圖 九 第 九 圖

25 開 始 擷 取 接 收 模 組 訊 號 否 判 斷 是 否 到 達 新 的 區 間 是 辨 識 區 間 速 限 目 標 速 度 車 速 控 制 單 元 控 制 訊 號 馬 達 驅 動 器 312 驅 動 電 流 馬 達 311 第 十 圖

26 1 區 間 Or BL Ye Gr Rad Br BL Wh Gr Pur 1 號 轉 轍 器 1 號 轉 轍 器 1 號 發 射 1 號 發 射 1 號 接 收 1 號 接 收 1 號 接 收 1 號 接 收 1 號 接 收 1 號 接 收 第 一 排 排 線 Or BL 2 號 轉 轍 器 2 號 轉 轍 器 第 二 排 排 線 第 三 排 排 線 第 四 排 排 線 第 五 排 註 :BL Bl Br Ge Gr Or Pur Red W h Ye 排 線 第 十 一 圖