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1、,城市轨道交通信号与通信系统 -ATC,内容提要,1.掌握ATC系统的组成和工能；2.掌握ATC系统控制模式转换条件；3.了解不同制式的ATC系统的特点 ；4.掌握ATP的基本概念；5.掌握ATP的组成和基本工作原理；,第一节、ATC系统概述,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，
2、运用了许多当代重要的科技成果。,一、ATC系统的组成与功能,列车自动控制(ATC Automatic Train Control)系统包括三个子系统：列车自动防(ATP Automatic Train Protection)、列车自动运行(ATO Automatic Train Opera-tion）、列车自动监控（ATS Automatic Train Supervision）。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。,（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
3、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）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
4、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。,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30 Xf /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。,三、ATC系统选用原则,1、A
5、TC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。（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。（3）ATC系统构成水平的选择按前述原则执行。,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
6、满足2 min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 。,2、不同闭塞制式的ATC系统,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。,组成：地面应答器路旁电子单元车载设备,（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
7、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,LEU=Lineside Electronic Unit 定义是：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的基本原理,点式ATC系统的车载设备接收信
8、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。,地-车之间的数据传输地面-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50kbits。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
9、。,2、连续式的ATC系统,连续式ATC,ATC,速度码系统（Speed Code System）,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。,距离码系统（Distance Code System）,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。,采用轨间电缆的
10、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。,五、ATC系统控制模式,ATC系统控制模式主要包括： 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。,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。,六、驾驶模式及模式转换,1、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
11、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。,2、列车驾驶模式转换以上5种基本运行模式，在满足一定条件下可以互相转换：1
12、）列车驾驶模式转换的规定（1）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。,（2）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。（3）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。,（4）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。,
13、2）各种驾驶模式的切换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SMATO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,七、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
14、。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。,第二节、ATP子系统基本原理,一、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系统的工作原理：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
15、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。,二、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。,ATO按钮,控制列车牵引方向,牵引
16、、零位、制动、快制,紧急制动,速度表,凤缸压力表,主控钥匙,三、ATP系统的主要功能,ATP系统应该具有以下主要功能：,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,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
17、应的报文。对于每个占用的音频轨道电路产生单独的报文。,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,四、ATP系统的技术要求,1、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
18、制方式。（5）城市轨道交通宜采用计算机联锁设备，也可采用继电联锁设备。,2、ATP车载设备的技术要求,ATP车载设备在满足ATP系统基本要求以外，还应符合以下规定：ATP系统导致列车停车为最高的安全准则ATP车载设备的车内信号应是行车的主体信号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。,3、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
19、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。,（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。,五、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
20、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。,（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。,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
21、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。,（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。,分级制动的速度曲线,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
22、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。,一级制动的速度曲线,（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。,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。,（6）速度限制速度限制分为
23、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。,（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,（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,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,
