城市轨道交通信号系统目录一、概述二、列车自动控制系统(ATC 系统分类三、列车自动控制系统的基本功能四、列车自动控制系统的监控运行模式五、基于无线通信的列车自动控制系统(CBTC六、影响列车运行能力的因素一、概述城市轨道交通信号系统是整个轨道交通自动化控制系统中的重要组成部分,其作用:1. 保障列车运营安全;2. 提高运输能力;3. 实现快速、有序、高密度行车调度指挥。
由于城市轨道交通运营安全、准点率要求高,行车密度大,信号系统一般均采用列车自动控制系统 (ATC ,包括:1. 列车自监控系统(ATS2. 列车自动防护系统(ATP3. 列车自动运行系统(ATO二、列车自动控制系统(ATC 分类1. 按列车控制方式可分为:台阶式和曲线式,台阶式→曲线式;2. 按闭塞方式可分为:固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞,固定闭塞→准移动闭塞→移动闭塞。
3. 按信息传输方式可分为:点式和连续式,点式→连续式。
按上述列车速度控制方式、闭塞方式、信息传输方式的不同搭配组合,可组成:1. 点式 ATC 系统(点状的曲线式固定闭塞 ATC 系统2. 固定闭塞 ATC 系统(连续的台阶式固定闭塞 ATC 系统3. 准移动闭塞 ATC 系统(连续的曲线式固定闭塞 ATC 系统4. 移动闭塞 ATC 系统(连续的曲线式移动闭塞 ATC 系统1. 点式 ATC 系统通过安装在两钢轨之间点式应答器向运行中的列车车载设备传送信息,轨道电路(或计轴仅用于检查列车的占用情况。
列车运行获得的信息始终是不连续的,列车必须运行至应答器上方才能获得信息,实现变速,其行车效率较低。
目前作为移动闭塞(CBTC 系统的降级(后备模式使用。
图 1点式 ATC 系统2. 固定闭塞 ATC 系统系指基于轨道电路的自动闭塞方式,闭塞分区由牵引计算来确定,一旦划定固定不变,列车以闭塞分区为最小行车间隔。
闭塞分区由模拟音频轨道电路设备组成,通过钢轨传送地面对列车的单向信息。
音频轨道电路作用:1 检测列车位置;2 向运行中的列车连续地传送车载设备所需的控制信息。
由于传输信息量少,向列车传送是代表某个限制速度的信息代码,车载设备依据接收到的信息代表的控制列车运行速度,列车制动控制采用台阶(阶梯方式。
图 2 固定闭塞 ATC 系统从上图可以看出,固定闭塞 ATC 系统必须要有一段完整的闭塞分区,用作列车运行的安全保护距离, 列车运行间隔相对较大,一般列车运行设计最小追踪间隔只能达到 100秒。
3. 准移动闭塞 ATC 系统准移动闭塞 ATC 系统是以数字编码轨道电路为基础,也需要通过牵引计算来划分闭塞分区,与固定闭塞相同列车仍以闭塞分区为最小行车间隔,数字轨道电路作用:1检测列车位置;2向运行列车连续地传送车载设备所需的控制信息。
数字编码无绝缘轨道电路具有较大的信息传输量,通过钢轨向车载设备提供目标速度、目标距离、线路状态(曲线半径、坡道等数据等数字编码信息,列车车载设备结合车辆性能数据计算出适合于本列车运行的速度-距离控制曲线,控制列车在速度-距离曲线下安全运行。
从上图可以看出,准移动闭塞 ATC 系统后续列车制动停车点为前行列车所处轨道电路区段边界,相比固定闭塞列车运行间隔要小,一般列车运行设计最小追踪间隔达到 90秒。
4. 移动闭塞 ATC 系统移动闭塞 ATC 系统通常采用无线通信、地面交叉感应环线、波导管、漏泄电缆等媒体实现双向车 -地通信,通过地面应答器矫正列车位置积累误差。
移动闭塞 ATC 系统不再划分固定的闭塞分区,根据精确的列车定位以及线路、列车参数等信息,计算每一列车的运行权限,并动态更新发送给列车,列车车载设备根据接收到的运行权限和自身的运行状态, 计算出列车运行的速度曲线,控制列车在该速度曲线下安全运行。
从上图可以看出,移动闭塞 ATC 系统列车追踪运行的最小安全行车间隔,仅为后续列车指令停车点至前行列车尾部确认位置之间的安全保护距离,其追踪列车间的安全间隔距离最小,一般列车运行设计最小追踪间隔可达到 80秒。
5. 各种闭塞制式列车运行能力固定闭塞 ATC 系统必须要有一段完整的闭塞分区,用作列车追踪运行的安全保护距离。
准移动闭塞 ATC 系统列车追踪运行的最小安全间隔为一个距停车点的安全保护距离。
移动闭塞 ATC 系统列车追踪运行的最小安全行车间隔,仅为后续列车指令停车点至前行列车尾部确认位置之间的安全保护距离。
三、列车自动控制系统的基本功能(一 ATS系统1. 信息采集通过 ATS 车站设备,采集轨旁及车载 ATP/ATO提供的列车占用状态、进路状态、列车识别号、列车运行状态以及信号设备故障等控制和监督列车运行的基础信息。
2. 列车运行自动描述能对正线控制区段内列车识别号(服务号、目的号进行自动追踪,从列车占用转换轨时开始,至终到站或返回车辆基地离开转换轨结束。
列车识别号可由中央自动生成或调度员人工设定,也可由驾驶员在列车上人工输入。
标识号能随着列车的走行,从一个车次窗向另一个车次窗移位显示。
3. 自动设置列车进路平时中央计算机根据指定运行图及列车位置,自动生成、输出进路控制命令,传送至车站联锁设备设置列车进路。
需要时:1 中央人工控制由控制中心调度员在调度大厅工作站进行进路和信号机控制;2 车站人工控制由车站值班员在车站控制室操作工作站上进行进路和信号机控制;3 车站自动控制当中央 ATS 设备(含通道故障时,可由车站 ATS 设备根据计划运行图、时刻表或列车识别号自动进行进路和信号机控制;4. 运行图编制和管理由调度员输入基本数据(各区间运行时间、车站停站时间、运行间隔、起始和终到站等,由计算机辅助编制完成列车时刻表和运行图。
基本运行图编制完成后,按不同种类(包括平日、节假日、特殊情况等存入数据库内,以备调度员随时调用。
在调度员工作站上, 能将当前的实施运行图、实迹运行图用不同颜色在一个画面上显示和打印。
5. 培训和演示能在专用培训 /演示工作站上提供离线培训和演示功能,用于培训及参观显示。
6. 自动调整列车运行能够根据列车实际运行的偏离情况,自动生成调整计划供调度员参考。
当偏离时间在一定范围内时, 系统能对单列车或多列车进行自动调整;而当偏离时间超过规定的自动调整范围后,以起始或终到站为基点,对所有列车自动按等间隔运行的原则生成调整计划,经调度员确认后对全线列车进行调整。
自动调整或人工调整列车运行需与 ATO 系统结合进行,主要手段有:1调整列车区间走行时间;2调整列车停站时分,控制列车出发时刻;3在车站“扣车”与“放行”;4取消或增加列车。
7. 列车运行监视和报警通过中央调度大厅显示屏及调度台工作站, 能对车站及区间轨道区段、道岔、信号机和在线运行列车、车辆基地线路等进行监视。
当列车运行或信号设备发生异常时,控制中心计算机能自动将有关信息在调度员工作站上给出报警及故障源提示。
8. 故障情况下的降级处理1中心设备故障(1由车站 ATS 设备按自动进路方式控制列车;(2联锁设备按自动追踪进路方式控制列车;(3由车站人工进行进路控制。
2车站设备故障(1联锁设备按自动追踪进路方式控制列车;(2由车站人工进行进路控制。
9. 终端备通过设在车辆段(停车场的终端设备,向车辆管理及行车人员提供必要信息,便于车辆管理人员编制车辆运用计划和派班作业,信号楼行车人员为进出段(停车场列车设置进路。
10. 事件报告能自动进行运行统计,包括列车运行报告、计划报告、偏移时刻表报告等,并根据需要进行显示和打印。
11. 在操作工作站上,能对不同的操作人员赋予相应的职责、权限,以确保对设备的正确控制。
12. 车站 ATS 设备能实现对站台列车发车表示器的控制。
(二 ATP 系统ATP 系统是保证列车运行的安全系统,提供列车追踪间隔保护和超速防护,必须符合故障——安全原则。
1. 列车运行间隔能连续地对列车位置进行检测,并根据列车位置、线路条件、限制速度、列车进路等信息确定列车运行的移动授权和最大安全运行速度,保证前行与后续追踪列车之间的安全间隔。
2. 超速防护通过无绝缘轨道电路或无线设备等, 能连续地对列车位置进行检测, 并向列车连续地发送必要的速度、距离、线路条件等信息,确定列车运行的最大安全运行速度,实时监督列车的运行速度,在列车超速时提供常用制动或紧急制动控制。
3. 车门控制只有列车停在站台区域规定的停车范围内,才允许向列车发送开门命令;车门均已关闭后,才允许启动列车。
允许开左或右门需符合站台的位置和列车的运行方向。
4. 列车移动当列车停车误差超出 ATP 停车窗时 (±500mm , 允许列车前进或后退, 一般后退速度不得大于 5km/h, 最大后退距离不得大于 5m 。
5. 紧急关闭按钮当按下车站控制室或站台上的紧急关闭按钮,将切断接近区段、离去区段和站台区域速度命令,并须经人工确认后才能恢复;如有地面信号机,还应切断信号开放电路。
6. 车载 ATP 设备驾驶模式1 ATP 监督下的人工驾驶模式2 ATP 限速下的人工驾驶模式7. 车载 ATP 设备具有的主要功能1列车超速防护及报警;2设备故障时实施紧急制动;3列车非正常移动的检测并实施紧急制动;4监督车门的开启和关闭;5向车载 ATO 传送列车实际速度和目标速度等信息;6设备的自诊断、故障报警、记录;列车运行的实际速度、最大允许速度、目标速度、目标距离等信息存储记录;7具有人工或自动轮径磨耗补偿;8. 联锁备1联锁设备是保证道岔、信号机、区段正确联锁关系的关键设备,必须满足故障——安全原则。
2 在对正常进路防护的同时, 能根据安全要求自动建立列车进路的保护区段并予以防护,以及能防止侧面列车冲撞。
3 能在操作工作站上对道岔实行单独操作和单独锁闭,对列车开放引导进路,还能对道岔、信号机、区段等信号控制元素实施封锁,禁止通过该元素排列进路。
4能利用操作工作站对轨道和道岔区段设置临时限速。
5向 ATP 提供信号机状态、列车进路的设置情况、保护区段的建立、区段临时限速以及区间运行方向等信息。
6 与车站 ATS 设备结合, 能根据车站值班员和中央调度员的指令, 实现车站和中央的两级控制权的转换。
在特殊情况下,车站可进行强行站控。
根据运营需要,可实现自动或人工控制模式办理进路。
7 中央或车站可设置整个联锁区的所有或部分信号机处于自动控制模式状态, 并具有自动选择折返进路的功能(对多条折返线。
(三 ATO系统1. 自动驾驶在 ATP 的保护下,根据 ATS 的指令实现列车的自动驾驶,能够自动完成对列车的启动、牵引、匀速、惰行和制动的控制。
2. 自动调整可根据 ATS 的调整指令无级或有级改变区间走行时间。
3. 自动折返与 ATP/ATS结合,实现折返站列车有人或无人驾驶自动折返。