轨道交通信号ACppt课件.ppt

什么是ATC系统 为了适应城市轨道交通的发展 用一种能实现列车速度自动控制和列车运行间隔自动调整的新的信号系统来替代 这就是列车运行自动控制 ATC 系统 列车自动控制 ATC 系统是城市轨道交通信号系统最重要的组成部分 它实现行车指挥和列车运行自动化 能最大程度地保证列车运行安全 提高运输效率 减轻运营人员的劳动强度 发挥城市轨道交通的通过能力 ATC系统的技术含量高 运用了许多当代重要的科技成果 一 ATC系统 一 ATC系统的组成和功能列车自动控制 ATCAutomaticTrainControl 系统包括三个子系统 列车自动防 ATPAutomaticTrainProtection 列车自动运行 ATOAutomaticTrainOpera tion 列车自动监控 ATSAutomaticTrainSupervision ATC系统包括五个原理功能 ATS功能 联锁功能 列车检测功能 ATC功能和PTI 列车识别 功能 3 1 ATS功能 可自动或由人工控制进路 进行行车调度指挥 并向行车调度员和外部系统提供信息 ATS功能主要由位于OCC 控制中心 内的设备实现 2 联锁功能 响应来自ATS功能的命令 在随时满足安全准则的前提下 管理进路 道岔和信号的控制 将进路 轨道电路 道岔和信号的状态信息提供给ATS和ATC功能 联锁功能由分布在轨旁的设备来实现 3 列车检测功能 一般由轨道电路完成 4 4 ATC功能 在联锁功能的约束下 根据ATS的要求实现列车运行的控制 ATC功能有三个子功能 ATP ATO轨旁功能 ATP ATO传输功能和ATP ATO车载功能 ATP ATO轨旁功能负责列车间隔和报文生成 ATP ATO传输功能负责发送感应信号 它包括报文和ATC车载设备所需的其他数据 ATP ATO车载功能负责列车的安全运营 列车自动驾驶 且给信号系统和司机提供接口 5 PTI功能 是通过多种渠道传输和接收各种数据 在特定的位置传给ATS 向ATS报告列车的识别信息 目的号码和乘务组号和列车位置数据 以优化列车运行 5 二 ATC系统的水平等级为确保行车安全和线路最大通过能力 根据国内外的运营经验 一般最大通过能力小于30对h的线路宜采用ATS和ATP系统 实现行车指挥自动化及列车的超速防护 在最大通过能力较低的线路 行车指挥可采用以调度员人工控制为主的CTC 调度集中 系统 最大通过能力大于30Xf h的线路 应采用完整的ATC系统 实现行车指挥和列车运行自动化 7 三 ATC系统选用原则1 ATC系统选用按下列原则选择 1 ATC系统应采用安全 可靠 成熟 先进的技术装备 具有较高的性能价格比 8 2 城市轨道交通运营线路宜采用准移动闭塞式ATC系统或移动闭塞式ATC系统 也可以采用固定闭塞式ATC系统 因为城市轨道交通具有客流量大 行车密度高的特点 而准移动闭塞式和移动闭塞式ATC系统可以实现较大的通过能力 对于客运量变化具有较强的适应性 可以提高线路利用率 具有高效运行 节能等作用 并且控制模式与列车运行特性相近 能较好地适应不同列车的技术状态 其技术水平较高 具有较大的发展前景 虽然固定闭塞式ATC系统技术水平相对较低 但由于可满足2min行车间隔的行车要求 且价格相对低廉 因此也宜选用 根据实际情况 因地制宜选择三种不同制式的ATC系统是完全必要的 9 3 ATC系统构成水平的选择按前述原则执行 10 2 不同闭塞制式的ATC系统固定闭塞式ATC系统准移动闭塞式ATC系统移动闭塞式ATC系统 移动闭塞线路拓扑结构示意图 四 不同结构的ATC系统 ATC 点式 应答器 连续式 轨道电路 电缆或无线 1 点式ATC系统 在欧洲干线铁路及城市轨道交通中应用十分广泛 上海轨道交通5号线采用德国西门子公司的点式ATC系统 主要优点 采用无源 高信息容量的地面应答器 结构简单 安装灵活 可靠性高 价格明显低于连续式自动列车运行控制系统 基本结构 组成 地面应答器 路旁电子单元以及车载设备 1 地面应答器 设置在信号机的旁侧或需要降速的缓行区间的始 终端 应答查询器 TI及应TI天线负责与轨旁信标通信并确定列车的轨道位置 处理信标发出的消息并传送给车载控制器 A型应答器 无源设备 1 用于确定列车位置 2 当一辆列车驶过应答器 它会收到一条标识应答器的消息 B型应答器 有源设备 1 信号机B信标 安装于信号机旁与信号机相联锁 2 进路B信标 安装于道岔前 指示是否需要侧向速度通过道岔 2 轨旁电子单元LEU地面应答器与信号机直接的电子接口设备 功能是将不同的信号显示转换为约定的数码形式 3 车载设备 点式ATC车载设备 点式ATC系统的基本原理 点式ATC系统的车载设备接收信号点或标志点的应答器信息 还接收列车速度和制动压力信息 输出控制命令和向司机显示 地面应答器向列车传送每一信号点的允许速度 目标速度 目标距离 线路坡度 信号机号码等信息 车载中央控制单元根据地面应答器传至车上的信息以及列车自身的制动率 负加速度 计算得出的两个信号机之间的速度监控曲线 22 基本工作原理 点式数据传输 连续速度监控 地车之间的数据传递 地面 车上应答器之间的数据传递是一种按协议的串行数码传输方式 电码以频移键控方式传送 为了防止干扰 载频通常在800kHz 1MHz之间 数码速率一般为50kbit s 信息码一般包括以电码组合的方式来传递有关信息 点式ATC系统的主要缺点是信息传递的不连续性 有时会对列车运行造成不利影响 24 2 连续式列车自动运行控制系统 连续式ATC ATC 连续式ATC系统可分为有线与无线两大类采用轨道电路的连续式ATC系统 有线 ATC系统有速度码系统和距离码系统两种速度码系统通常使用频分制方法 采用的是移频轨道电路 即用不同的频率来代表不同的允许速度 26 距离码系统从地面传至车上 是前方目标点的距离等一系列基本数据 车载计算机根据地面传至车上的各种信息 包括区间的最大限速 目标点的距离 目标点的允许速度 区间线路的坡度等 以及储存在车载单元内的列车自身的固有数据 如 列车长度 常用制动及紧急制动的制动率 测速及测距信息等 实时计算出允许速度曲线 并按此曲线对列车的实际运行速度进行监控 2 采用轨间电缆的ATC 采用轨间电缆的ATC系统 利用轨间铺设的电缆传输信息 控制中心储存线路的固定数据 区间线路坡度 弯道 缓行区段的位置及长度等 该类ATC系统主要由控制中心设备 轨间传输电缆及车载设备组成 2 模拟式无绝缘轨道电路的ATC 上海轨道交通1号线的ATC是从美国GRS公司引进的 是一种典型的频分制速度码系统 图7 10音频无绝缘轨道电路频率配置图 表7 1不同调制频率含义 载频2250Hz 速度命令是指列车运行至某轨道区段 出口端的目标速度 速度命令根据与先行列车相隔几个闭塞分区 列车间的间隔距离 和线路条件等确定 32 速度码系统的限制速度是阶梯分级的 即限速值是跳跃式的 不利于平稳驾驶 节能运行及提高行车效率 3 数字编码轨道电路的ATC系统 是近阶段城市轨道交通ATC系统的主要制式 距离码系统特点 根据地面传至车上的信息 包括区间最大限速 目标点的距离 区间线路坡度等 以及列车自身的数据 如列车长度 制动率等 由车载计算机实时计算得出允许速度曲线 由于数据传输 实时计算及列车速度监控都是连续的 所以该系统实现的速度监控是无级的 可以有效地实现平稳驾驶与节能运行 图7 13采用FTGS型轨道电路的ATC系统 表7 2电码结构 表7 396bit信息码中4bit表示区间坡度 36 五 ATC系统控制模式 ATC系统控制模式控制中心自动控制模式CA 控制中心自动控制时的人工介入控制或利用ATC系统的人工控制模式CM 车站自动控制模式 车站人工控制模式 以上控制等级遵循的原则是 车站人工控制优先于控制中心人工控制 控制中心人工控制优先于控制中心的自动控制或车站自动控制 控制模式间的转换转换至车站操作 强制转换至车站操作 转换至控制中心ATS操作 六 驾驶模式及模式转换 驾驶模式列车自动运行驾驶模式 ATO AM 列车自动防护驾驶模式 SM CM 限制人工驾驶模式 RM 非限制人工驾驶模式 URM 关断模式 还有自动折返驾驶模式 AR a RM速度监督RM速度监督以限制列车速度达到低速值为目的 这个低速值 例如25km h 适用于RM模式 RM速度监督在RM模式中有效 它不用于任何其他模式 限制速度是固定的 例如不考虑列车的位置 并在系统设计时确定 这个确定值编程在ATP车载单元中 b 最大列车允许速度的监督最大列车允许速度的监督以限制列车运行速度到最大允许值 就车辆允许而言 为目的 它在SM ATO和AR模式中有效 速度限制是固定的 它定义在ATP车载单元中 40 列车驾驶模式转换 列车驾驶模式转换的规定 ATC系统控制区域与非ATC系统控制区域的分界处 应设驾驶模式转换区 或称转换轨 转换区的信号设备应与正线信号设备一致 驾驶模式转换可采用人工方式或自动方式 并应予以记录 当采用人工方式时 其转换区域的长度宜大于一列车的长度 当采用自动方式时 应根据ATC系统的性能特点确定转换区域的设置方式 ATC系统宜具有防止列车在驾驶模式转换区域 未将驾驶模式转换至列车自动运行驾驶模式或列车自动防护驾驶模式 而错误进入ATC系统控制区域的能力 为保证行车安全 在ATC控制区域内 使用限制模式或非限制模式时应有破铅封 记录或特殊控制指令授权等技术措施 各种驾驶模式间的切换RM模式切换到SM模式SM模式切换到ATO模式ATO模式切换到SM模式SM ATO模式切换到RM模式SM模式切换到AR模式AR模式切换到SM模式AR模式切换到RM模式RM模式切换到关断模式 ATC系统的可用性 ATC系统应满足本系统设备和通信 供电等相关系统设备故障的特殊条件下安全行车的需要 ATC系统应能降级运用 实现故障弱化处理 满足故障复原的需要信号系统降级运用是指系统由自动控制降级为人工控制 由遥控变为局控 由实现全部功能至仅完成部分功能等 车载ATC系统的设计指标具有非常高的可靠性和实用性 ATP和ATO的主控器中有结构配置数据 能确定驾驶模式转换的条件 ATO地面设备与ATS系统通信 ATS系统更新与每个站间运行有关的信息 以便满足时刻表的要求 ATP子系统基本原理 ATP的基本概念ATP子系统是保证行车安全 防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备 ATP负责全部的列车运行保护 是列车安全运行的保障 ATP系统执行以下安全功能 速度限制的接收和解码 超速防护 车门管理 自动和手动模式的运行 司机控制台接口 车辆方向保证 永久车辆标识 ATP系统 工作原理 将信息 包括来自联锁设备和操作层面上的信息 地形信息 前方目标点信息和容许速度信息等 从地面传至车上 从而得到列车当前容许的安全速度 依此来对列车实现速度监督及管理 ATP优点 缩短列车间隔 提高线路的利用率和行车的安全可靠性 ATP系统的功能是对列车运行进行超速防护 对与安全有关的设备实行监控 实现列车位置检测 保证列车间的安全间隔 保证列车在安全速度下运行 完成信号显示 故障报警 降级提示 列车参数和线路参数的输入 与ATS ATO及车辆系统接口并进行信息交换 ATP是ATC的基本环节 是安全系统 必须符合故障 安全的原则 ATP设备的组成采用轨道电路传送ATP信息时 ATP系统由设于控制站的轨旁单元 设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成 并包括与ATS ATO 联锁设备的接口设备 二 ATP的设备组成 广州地铁一号线司机室操控台 ATO按钮 控制列车牵引方向 牵引 零位 制动 快制 紧急制动 速度表 凤缸压力表 主控钥匙 连续式ATP系统利用数字音频轨道电路 向列车连续地发送数据 允许连续监督和控制列车运行 当轨道电路区段空闲时 发送轨道电路检测电码 当列车占用时 向轨道电路发送ATP信息 轨道旁的轨道电路连接箱内 发送 接收端各一个 仅有电路调谐用的无源元件 包括轨道耦合单元及长环线 信号安全技术 车载ATP设备完成命令解码 速度探测 超速下的强制执行 特征显示 车门操作等任务 车载ATP设备包括 两套ATP模块 信号处理器和速度处理器 两个速度传感器和两个接收天线 车辆接口 驾驶室内的操作和控制单元 MMI 等 信号安全技术 ATP系统的主要功能检测列车位置停车点防护超速防护列车间隔控制 移动闭塞时 临时限速测速测距车门控制记录司机操作 信号安全技术 1 ATP轨旁功能ATP轨旁功能负责列车安全间隔和生成报文 完成对列车安全运行授权许可的发布和报文的准备 这些报文包括安全 非安全和信号信息等 ATP轨旁功能又分为列车安全间隔功能和报文生成功能 55 2 ATP传输功能ATP传输功能负责发出报文信号 包括报文和ATP车载设备所需要的其他数据 音频轨道电路电流以二进制编码顺序调制 当音频轨道电路显示轨道区段空闲 二进制编码顺序为音频轨道电路设备内预设的顺序 当音频轨道电路显示轨道区段占用 二进制编码顺序为ATP报文产生功能生成相应的报文 对于每个占用的音频轨道电路产生单独的报文 55 3 ATP车载功能负责列车安全运行 并提供信号系统和司机间的接口 车载功能由下列子功能组成 ATP命令解码 ATP监督功能 ATP服务 自诊断功能 ATP状态功能 速度 距离功能 以及司机人机接口 MMI 功能 57 1 ATP命令解码轨旁音频轨道电路将格式化的数据传送到车上 车载ATP设备要将报文解码 以实现各种ATP功能 2 ATP监督功能ATP监督负责保证列车运行的安全 ATP监督包括 速度监督 方向监督 车门监督 紧急制动监督 后退监督 报文监督 设备监督等 57 58 速度监督功能速度监督功能是超速防护的基础 是最重要的功能 它由7个速度监督子功能组成 每个子功能选定一个专用的以速度为基准的安全标准 各标准即为一个速度限制 这个限制速度可以是固定的 也可以根据列车的位置连续改变或阶梯式改变 方向监督功能方向监督功能的作用是监督列车在 反方向 运行中的任何移动 如果此方向的移动距离超过规定值 那么就会实施紧急制动 58 59 车门监督功能如果检测到列车在移动 而车门没有锁在关闭状态 车门监督功能就会实施紧急制动 紧急制动监督功能紧急制动监督功能保证接收到紧急制动报文时在最短距离内停车 后退监督后退监督功能防止列车后退时超过某特定的距离 报文监督功能报文监督功能是监测从ATP传输功能接收到的报文 59 60 设备监督功能设备监督功能是用来监控ATP车载设备的正常工作 确保当设备故障时的安全 列车不经检查是不允许运行的 60 61 3 ATP服务 自诊断功能负责采集 存储 记录 调用列车数据 状态信息 为ATP监督提供服务 完成ATP车载设备的自诊断 4 ATP状态功能ATP状态功能负责根据主要情况选定正确的状态和模式 在列车有电的情况下 ATP车载单元可能处于三种状态中的一种 激活的 待用的 备用的 其中备用状态是暂时的状态 61 62 5 车门释放功能车门释放功能保证当显示安全时允许打开车门 在所有的信号模式中可以连续使用此功能 6 速度 距离功能速度 距离功能基于测速单元的输入 负责测定列车的运行速度 运行距离和运行方向 7 距离同步功能一接收到ATP轨旁功能的同步化信息 距离同步化功能就通过计算在报文中消逝时间内列车运行的部分距离来计算列车前方的位置 计算包括列车前方位置相对于第一个轮轴的调整 检测报文中延误的偏离值 62 63 8 本地再同步化功能对于列车位置高精度要求 提供本地再同步化 例如停车窗和车门释放监督 9 报文接收 同步定位环线检测功能报文接收 同步定位环线检测功能的一个作用是从ATP轨旁功能接收 解码报文信号 通过安装在前方列车驾驶室底部的接收天线接收报文 63 64 10 司机人机接口 MMI 功能 司机显示功能司机显示功能向司机提供驾驶列车时所需的全部信息 包括 实际速度 允许速度 从最大限制的ATP功能条件下推算出的目标距离 速度 驾驶状态 即在牵引 惰行和制动方式下的移动 运行模式 列车折返运行 列车停在预定停车窗以外 车门状态显示 向司机提供列车车门打开一侧的显示 关门指令 出站命令 车辆段显示 列车在车辆段时的车辆段识别显示 实施紧急制动 ATP ATO故障等 音响报警功能当列车速度 位置超过警告速度曲线时发出音响报警 64 65 11 折返 改换驾驶室功能在列车进行折返的情况下 要求司机改换驾驶室 ATP车载设备必须考虑到使用不同的驾驶操作台 保存有关相对轨旁位置 列车前部和后部的信息 改换驾驶室引起列车前部和后部的互换 ATP车载设备必须相应地调整位置信息 65 四 ATP系统的技术要求ATP系统的基本要求1 ATP系统由列车自动防护的轨旁设备 车载设备和控制区域内的联锁设备组成 联锁设备属于安全系统并纳入ATP系统 2 城市轨道交通必须配置ATP系统3 闭塞分区的划分或列车运行安全间隔 应通过列车运行模拟确定 并经列车实际运行校验 4 城市轨道交通的ATP系统应采用连续式控制方式 信号安全技术 ATP车载设备的技术要求1 ATP系统导致列车停车为最高的安全准则2 ATP车载设备的车内信号应是行车的主体信号3 ATP执行强迫停车控制时 应切断列车牵引 列车停车过程不得中途缓解4 车载信号设备与车辆接口电路的布线 应与其主回路等环节的高压布线分开敷设并实施防护 与车辆电器的接口应有隔离措施 信号安全技术 ATP地面设备的技术要求1 ATP地面设备宜采用报文式无绝缘轨道电路或适用于其他准移动闭塞 移动闭塞ATC系统的地面设备 也可采用模拟式移频轨道电路 2 ATC控制区域宜采用无绝缘轨道电路 道岔区段 车辆段及停车场线路可采用有绝缘轨道电路 区间轨道电路应为双轨条回流方式 道岔区段 车辆段及停车场轨道电路可采用单轨条回流方式 相邻轨道电路应加强干扰防护 轨道电路利用兼作牵引回流的走行轨时 装设的横向均流线应不影响轨道电路的正常工作 信号安全技术 3 ATP地面设备向ATP车载设备传送的允许速度指令或线路状态 目标速度 目标距离等信息 应满足ATP车载设备控制方式和控制精度的需要 70 ATP的基本工作原理 1 列车检测采用轨道电路等作为列车检测设备 2 列车自动限速ATP车载设备列车实际速度与列车允许速度进行比较 当列车速度超过列车允许速度时 ATP的车载设备就发出制动命令 发出报警后控制列车进行常用全制动或实施紧急制动 使列车自动地制动 当列车速度降至ATP所指示的速度以下时 便自动缓解 70 71 3 目标速度和目标距离ATP轨旁单元从联锁和轨道空闲检测系统获得驾驶指令 形成计划数据后传输至ATP车载设备 驾驶指令主要包括目标坐标 目标速度和目标距离 最大允许线路速度和线路坡度 ATP车载设备通过此数据计算现有位置的列车允许速度 驾驶列车所需的数据经由司机室显示器指示给司机 实际的列车速度和驶过的距离由测速装置连续进行测量 71 72 3 目标速度和目标距离 72 73 ATP轨旁设备向在其控制范围内的列车分配一个 目标距离 再由轨道电路生成代码 通知列车前方有多少个未占用的区段 接着 车载ATP车载设备调用存储器里的信息 决定在列车任何时刻列车的运行速度和可以运行的最远距离 确保在抵达障碍物或限制区之前安全停车 列车的实际行驶速度不断与计算出来的最高速度进行比较 如果实际车速超过最高速度 则自动启用紧急制动 73 74 4 制动模式列车制动控制模式分为分级制动模式和一级制动模式 分级制动分级制动是以闭塞分区为单元 根据与前行列车的运行距离来调整列车速度 各闭塞分区采用不同的低频频率调制 指示不同的速度等级 在此基础上确定限速值 74 分级制动的速度曲线 76 一级制动一级制动是按目标距离制动的 根据距前行列车的距离或距运行前方停车站的距离 由控制中心根据目标距离 列车参数和线路参数计算出列车制动模式曲线 或由车载计算机予以计算 按制动模式曲线控制列车运行 移动闭塞制式的ATC通常采用一级制动模式 76 一级制动的速度曲线 78 5 测速与测距确定车辆速度和位置是车载设备关键 重要的功能 测速列车运行速度的测量非常重要 列车实际运行速度是速度控制的依据 该速度值的准确和精度直接影响调速效果 测速有车载设备自测和系统测量两种方法 78 79 测距在目标距离模式中 列车位置对于安全性至关重要 如果列车无法掌握它在线路中的准确位置 那么它就无法保证在抵达障碍物或限制区之前停下或减速 测距通过测速与轮径完成 距离测量系统记录车轮旋转的次数 考虑运行方向和车轮直径 计算出列车走行的距离 79 80 6 速度限制速度限制分为固定限速 临时限速 在道岔或道岔前方的限速 具有短安全轨道停车点的限速 固定限速固定限速是在设计阶段设置的 车载ATP和ATO设备都储存着整条线路上的固定限速区信息 速度梯降级别为1km h 它决定了 目标距离 工作模式下的可能给出的最优行车间隔 临时限速限制速度在某些条件下 施工现场 临时危险点 可以被降低 临时速度限制区段的范围总是限制在一个或多个轨道电路 ATP通过设置区域限速或闭塞分区限速来设置速度限制 80 81 7 常用制动和紧急制动ATP车载设备具有常用制动和紧急制动两级防护控制的能力 在常用制动失效后 可施行紧急制动 常用制动是直接控制列车主管压力使机车制动与缓解 不影响原有列车制动系统的功能 紧急制动是将压缩空气全部排入大气 使副风缸内压缩空气很快推动活塞 施行制动 使列车很快停下来 81 82 8 停站车站定点停车是靠一组地面标志线圈 或者环线 提供至停车点的距离信息 标志线圈设置的多少可视定位停车精度而异 一般为3一4个 车站程序停车和车站定位停车 9 车门控制在通常的情况下 在车辆没有停稳靠在站台或是车辆段转换轨上时 ATP不允许车门开启 左右车门选择由车门开启命令来执行 此命令通过轨旁ATP系统取得 82 停车点防护 六 ATP的运行特性1 危险点和保护区段2 安全停车点和运营停车点3 输入数据4 列车方向保证5 出入车辆段的运行 1 危险点和保护区段危险点是不能越过的轨道区段的始端或已占用的轨道区段的始端 列车无论如何不能越过危险点 否则将导致危险情况的发生 ATP保护区段长度以运营条件为基础 确保常用制动或紧急制动的列车最迟在ATP保护区段末端 危险点前方 停稳2 安全停车点和运营停车点 安全停车点是在危险点的基础上定义的 运营停车点是对列车应停车的车站设置的 3 输入数据生成报文所需的数据由联锁设备 轨道空闲检测设备 相邻轨旁ATP单元和紧急关闭按钮提供4 列车方向保证列车方向由司机控制台上的方向开关状态控制 ATP根据由两个速度传感器所接收到的速度脉冲确定运行方向 此课件下载可自行编辑修改 供参考 感谢您的支持 我们努力做得更好 87