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1、,城市轨道交通信号与通信系统-ATO与ATS系统,内容提要,1.掌握ATOATS系统基本概念2.熟悉ATOATS系统的组成3.了解ATOATS系统的主要功能4.掌握ATOATS系统基本工作原理5.了解ATO与ATP的关系,ATO子系统的工作原理,2023/7/5,4,ATO子系统,一、ATO系统结构 ATO作为列车自动控制系统（ATC）的一个重要的子系统，利用车载固化信息和地面信息实现对列车牵引、制动的控制，使列车经常处于最佳运行状态，提高乘客的舒适度，提高列车准点率，节约能源。,2023/7/5,5,ATO是提高城市轨道交通列车运行水平(准点、舒适、节能)的重要技术，但它的功能是要依靠ATC
2、各子系统协调工作共同完成的。ATO并不是故障安全系统，它的运行速度始终低于ATP的防护速度，且它的运行任务是由ATS根据需求实时给出的，缺少ATP和ATS子系统，ATO将无法正常工作。ATO的系统结构图如图所示。,2023/7/5,6,ATO子系统基本原理,ATO系统基本概念 ATO子系统主要用以实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，包括列车自动折返，根据控制中心指令自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动，送出车门和屏蔽门同步开关信号，使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行。ATO为非故障-安全系统，主要目的是模拟最佳司机的驾驶，实现正常情况下高质量的自动驾驶，提高列车运
3、行效率，提高列车运行的舒适度，节省能源。,ATO子系统基本原理,ATO也载有有关轨道布置和坡度的所有资料，以便优化列车控制指令。ATO还装有一个双向的通信系统，使列车能够直接与车站内的ATS系统接口，保证实现最佳的运行图控制。当列车处在自动驾驶模式下，车载ATO运用牵引和制动控制，实现列车自动运行。,ATO子系统基本原理,ATO系统的组成各公司的ATO系统结构不尽相同，但ATO系统的基本组成相同。都由轨旁设备和车载设备组成；ATO车载设备由设在列车每一端司机室内的ATO控制器(包括司机控制台)及安装在列车每一端司机室车体下的两个ATO接收天线和两个ATO发送天线组成，还包括ATO附件，这些附件
4、用于速度测量、定位和司机接口。ATO车载设备通常和ATP车载设备安装在一个机架内。,ATO子系统基本原理,ATO具有一个双向通信系统，通过车载ATO天线和地面ATO环线允许列车直接与车站内的ATS连接，可以实现最佳的运营控制，完成下列ATO功能：程序停车、运行图和时刻表调整、轨旁列车数据交换、目的地和进路控制功能。ATO还具有定位停车系统，ATO车载单元是非故障-安全的一取一配置。,ATO子系统基本原理,ATO向列车广播设备及车厢信息显示牌提供报站信息(即目的地号、下一车站号)。ATO车载通信系统在所有模式中处于活动状态，向轨旁设备传输信息。点式ATC系统。ATO车辆报告系统在自动模式中处于活
5、动状态，提供车站标识和车站停车状态信息连续式ATC系统。,三、ATO 系统的主要功能,1.ATO 系统基本控制功能：2.ATO服务功能,1.ATO 系统基本控制功能：,1.自动驾驶功能,自动调整列车运行速度 ATO 车载控制器通过比较实际列车运行速度及 ATP 给出的最大允许速度及目标速度，并根据线路的情况，自动控制列车的牵引及制动，使列车在区间内的每个区段始终控制速度(ATP 计算出来的限制速度减去 5km/h)运行，并尽可能减少牵引、惰行和制动之间的转换。,1.ATO 系统基本控制功能：,停车点的目标制动 车站停车点作为目标点，车站停车点由 ATP 轨旁单元和 ATS 系统控制。当停车特征
6、被 启动后，ATO 系统基于列车速度、预先决定的制动率和距停止点的距离计算出个制动曲线，采用最合适的减速度(制动率)使列车准确、平稳地停在规定的停车点。列车定位系统相配合，可使停车位置的误差达到 0.5m 以下。假如列车超过了停车点，ATP 准许后退一定距离。如果超过后退速度限制值，向列车 司机发出声音和视觉报警。,1.ATO 系统基本控制功能：,从车站自动发车当发车安全条件符合时(在 ATO 模式下，关闭了车门，这由 ATP 系统监视)，ATO 系统 给出启动显示，司机按下启动按钮，ATO 系统使列车从制动停车状态转为驱动状态。停车 制动将被缓解，然后列车加速。ATO 通过预设的数据提供牵引
7、控制，该引控制可使列车平稳加速。停站时间由 ATS 控制，并传送给 ATP。另外，基于车站和方向的停车时间也储存在 ATP 轨旁单元中，用作 ATS 故障下的后备程序。,1.ATO 系统基本控制功能：,区间内临时停车 由 ATP 系统给出目标点位置(例如前方有车)及制动曲线，并将数据传送给 ATO 系统车 载单元，ATO 系统得到目标速度为“0”的速度信息后自动启动列车制动器，使列车停稳在目 标点前方 10m 左右。此时车门还是由 ATP 系统锁住的。一旦前方停车目标点取消，速度信 息改为进行码后，ATO 系统使列车自动启动。假如车门由紧急开门打开，或是司机手柄被 移至非零位置，那么列车必须由
8、司机重新启动 SM 模式或 ATO 模式(如果允许)。,1.ATO 系统基本控制功能：,限速区间 临时性限速区间的数据出轨道电路报文传输给 ATP 车载设备，再由 ATP 车载设备将减速命令经 ATO 系统传达给动车驱动、制动控制设备。此时 ATO 车载设备的功能犹如 ATP 系统与驱动、制动控制设备之间的一个接口。对于长期的限速区间，数据可事前输入 ATO 系统，在执行自动驾驶时，ATO 系统会自动考虑到该限速区间。,1.ATO 系统基本控制功能：,2、无人自动折返,无人自动折返是一种特殊情况下的驾驶模式，在这种驾驶模式下无需司机控制，而且列 车上的全部控制台将被锁闭。从接收到无人驾驶折返运
9、行许可时，就自动进入 AR 模式。授权经驾驶室 MMI 显示给 司机，司机必须确认这个显示，并得到授权，锁闭控制台。只有按下站台的 AR 按钮以后，才实施无人驾驶列车折返运行。ATC 轨旁设备提供所 需的数据以驾驶列车进入折返轨。列车将自动回到出发站台。列车一到出发站台，ATC 车 载设备就会退出 AR 模式。无人自动折返功能的输入是来自车载速度/距离功能的列车当前的速度和位置以及 ATP 速度曲线。无人自动折返功能的输出至列车制动和牵引控制系统的命令。,1.ATO 系统基本控制功能：,3、自动控制车门开闭,由 ATP 系统监督开门条件，当 ATP 系统给出开门命令时，可以按事前的设定由 AT
10、O 系统自动地打开车门，也可由司机手动打开正确一侧的车门。车门的关闭只能由司机完成。当列车空车运行时，从 ATS 接收到的指定的目的地号阻止车门的打开。车门打开功能的输人是来自 ATP 功能的车门释放、运行方向和打开车门的数据，以及 来自 ATS 功能的确定目的地号。车门打开功能的输出将车门打开命令发给负责控制车门的列车系统。,2.ATO 系统服务功能,ATO系统服务功能组成：列车位置允许速度巡航/惰行功能PTI 支持功能,ATO服务功能,列车位置,列车位置功能从 ATP 功能中接收到当前列车的位置和速度等详细信息。根据上一次计 算后所运行的距离来调整列车的实际位置。此调整也考虑到在 ATP
11、功能计算列车位置时传 送和接收的延迟时间，以及打滑和滑行。,ATO服务功能,允许速度,允许速度功能为 ATO 速度控制器提供列车在轨道任意点的对应速度值。这个速度没有 被优化，只是低于当前速度限制和制动曲线给的限制。允许列车速度调整是为了能源优化或 由惰行/巡航功能完成的列车运行。允许速度功能的输入来自 ATP 功能的轨道当前位置的速度限制，以及列车制动曲线。允许速度功能的输出至 ATO 速度控制器。,ATO服务功能,巡航/惰行功能,巡航/惰行功能的任务是按照时刻表自动实现列车区间运行的惰行控制，同时节省能源，保证最大能量效率。ATO 巡航/惰行功能协同 ATS 中的 ATR 功能，并通过确定
12、列车运行时间和能源优化轨 迹功能实现巡航/惰行功能。确定列车运行时间的功能 能源优化轨迹功能,ATO服务功能,PTI 支持功能,PTI 支持功能是通过多种渠道传输和接收各种数据，在特定的位置(通常设在列车进入 正线的入口处)传给ATS，向 ATS 报告列车的识别信息、目的号码和乘务组号，以及列车位 置数据(例如当前轨道电路的识别和速度表的读数)，以优化列车运行。PTI 功能是由车载设备和轨旁设备实现的。由 ATC车载设备提供的数据，通过 ATO 功 能，传输到 PTI 的轨旁设备，进而传给ATS。,ATO子系统基本原理,ATO系统的基本要求根据线路条件、道岔状态、前方列车位置等，实现列车速度自
13、动控制。列车在区间停车应尽量接近前方目的地。ATO应能提供多种区间运行模式，满足不同行车间隔的运行要求，适应列车运行调整的需要ATO定点停车精度应根据站台计算长度、列车性能和屏蔽门的设置等因素选定。ATO控制过程应满足舒适度和快捷性的要求。自动记录运行状态、自诊断及故障报警。,ATO子系统基本原理,ATO系统基本工作原理列车自动驾驶ATO存储了轨道布局和坡度信息，能够优化列车控制命令。ATO利用通过地面ATP设备传来的编码得知前方未被占用的轨道电路数目或者前行列车的位置，知道当前本次列车的位置，列车就可以在到达安全停车点之前，综合考虑安全因素，尽量以全速行驶。,ATO子系统基本原理,ATO系统
14、的自动驾驶功能通过ATO车载设备控制列车牵引和制动系统而实现。ATO系统执行的自动驾驶过程是一个闭环反馈控制过程，其基本关系框图如图所示。,ATO子系统基本原理,ATO模式被激活的条件ATP在SM模式中；已过了车站停车时间；联锁系统排列了进路；车门关闭；驾驶手柄处于零位。司机通过按压启动按钮开始ATO模式，列车加速达到计算的速度曲线。,ATO子系统基本原理,车站程序停车线路上的车站都有预先确定的停站时间间隔。控制中心ATS监督列车时刻表，计算需要的停站时间以保证列车正点到达下一个车站。控制中心通过集中站ATS缩短或延长车站停站时间。在控制中心要求下，列车可跳过某车站。这一跳停命令由控制中心通过
15、集中站ATS传给列车。,ATO子系统基本原理,车站定位停车 车站精确停车通过车站区域的轨道电路标识、分界过渡和ATO环线变换进行。当停车特征启动后，ATO基于列车速度、预先确定的制动率和距停止点的距离计算制动特征。车门控制ATO只有在自动模式下才执行车门开启。在手动模式，由司机进行车门操作(ATP仍会提供一种安全的车门使用功能).,2023/7/5,31,为了保证列车能在车站定位停车，一般应在车站内设有地面标志器（如图3-5所示），当列车接近车站时，它首先检出离停车点350m的最外方的标志器(110kHz，140kHz)，从而启动车站制动曲线并点亮司机操作台上的程序停车表示灯，列车通过离停车点
16、150m中间标志器(120kHz，150kHz)和离停车点25m的内方标志器(160kHz)时分别更新制动曲线，而当列车对位天线检出8m标志(14.4kHz)时，,车站定位停车,2023/7/5,32,再次更新制动曲线，一旦车辆对天线直接位于地面对位线圈，控制列车精确定位停车，这时地面向列车发送对位信息(13.2kHz)，车辆检出此信号时，ATO将设定常用全制动并启动开门程序，当车门打开，程序停车表示灯将熄灭。如果跳停生效，说明列车在该站不停，所以跳停表示灯点亮，程序停车表示灯不亮而且标志器的输入不起作用，列车根据ATP/ATS速度命令下运行。,2023/7/5,33,2023/7/5,34,
17、在程序停车正在作用时，车站停车功能还可以通过司机按下跳停按钮来取消，即在列车对位信号生成前，在任何时间都可以人工取消一次程序停车，跳停的输入，不论由ATS还是由人工输入，只能取消一个车站停车。,ATO子系统基本原理,车辆收到允许打开车门信号，使相应的门控继电器工作，并提供相应的广播和允许开门的信号显示，这时司机按压与此信号显示相一致的门控按钮，才可以打开规定的车门。有了车门打开信号以后，使车辆定位发送器改发打开屏蔽门信号，当站台定位接收器收到此信号，使打开屏蔽门继电器吸起，打开与列车车门相对的屏蔽门(包括屏蔽门的数量及位置)。,ATO子系统基本原理,车门控制系统在发出车门关闭请求后，如果发生车
18、门关闭被阻止时，车门将会循环关闭。如果车辆在“x”秒后还探测不到车门关闭，将告知车辆报告系统(VAS)，同时产生一条关于关闭车门被阻止的报告。然后，车门在“y”秒的延迟后请求关闭。在“z”秒后，如果车门还是被检出没关，车门将会打开，一条关门受阻的报警就送到轨旁设备。“x”、“y”、“z”的时间从l s到15 s可改变。,ATO子系统基本原理,轨旁列车数据交换列车与轨旁的通信是非安全的。任何情况下，控制中心需要与列车通信时，轨旁设备都作为数据交换的接口。列车发到轨旁的数据：分配列车号；目的地；车门状态；车轮磨损表示(从ATP到控制中心)；在接近车站时制动所产生的过量车轮滑动；紧急情况或异常情况(
19、比如不正确的开门)。轨旁发到列车的数据：车辆车门开启命令；列车号的确认；列车长度；性能修改数据；出发测试指令；车门循环测试；主时钟参考信号；跳停指令；搁置命令；申请车载系统和报警状态。,ATO子系统基本原理,性能等级性能等级是列车标识的一部分，可被中央ATC修改。列车从轨旁接收到由中央ATC所确定的性能等级。性能等级由速度限制、命令的加速、预定的减速构成。滑行模式滑行模式是一种额外的性能等级，其要求是级别1到5处于有效状态，并且当申请滑行时，目标速度大于40kmh。滑行模式会使列车在上电的间隙进行滑行。,ATO子系统基本原理,ATO与ATP的关系不论是由司机手动驾驶还是由ATO系统自动驾驶，A
20、TP系统始终是执行其速度监督和超速防护功能。可以这样认为：手动驾驶=司机人工驾驶+ATP系统；自动驾驶=ATO系统自动驾驶+ATP系统。ATP是ATO的基础，ATO不能脱离ATP单独工作，必须从ATP系统获得基础信息。,ATS子系统基本原理,ATS系统的基本概念ATS子系统主要实现对列车运行的监督和控制，包括：列车运行情况的集中监视、自动排列进路、自动列车运行调整、自动生成时刻表、自动记录列车运行实迹、自动进行运行数据统计及自动生成报表、自动监测设备运行状态等，辅助调度人员对全线列车进行管理。,ATS子系统基本原理,ATS系统主要是实现对列车运行及所控制的道岔、信号等设备运行状态的监督和控制，
21、给行车调度人员显示全线列车的运行状态，监督和记录运行图的执行情况，在列车因故偏离运行图时及时做出调整，辅助行车调度人员，完成对全线列车运行的管理。,ATS子系统基本原理,ATS系统功能主要包括：时刻表编辑、列车运行监视、列车自动调整、自动排列进路等。ATS工作方式为集中管理，分散控制。ATS系统能与ATP系统、计算机联锁设备或继电联锁设备配套使用，并有与时钟系统、旅客向导系统和综合监控系统的接口。ATS系统负责监控列车的运行，是非安全系统。,ATS子系统基本原理,ATS系统组成ATS系统由控制中心设备、车站设备、车辆段设备、列车识别系统及列车发车计时器等组成。控制中心设备是ATS的核心。用于状
22、态表示、运行控制、运行调整、车次追踪、时刻表编制及运行图绘制、运行报告、调度员培训、与其他系统的接口。,ATS子系统基本原理,车站设备：车站分集中联锁站和非集中联锁站，设备不同。集中联锁站设有一台ATS分机，是ATS与ATP地面设备和ATO地面设备接口，用于连接联锁设备和其他外围系统，采集车站设备的信息，传送控制命令，使车站联锁设备能接收ATS系统的控制，以实现车站进路的自动控制。,ATS子系统基本原理,非集中联锁站不设ATS分机。非集中联锁站的PTI、PIIS和DTI均通过集中联锁站的ATS分机与ATS系统联系。有岔非集中联锁站的道岔和信号机由集中联锁站的计算机控制，通过集中联锁站的ATS分
23、机接收ATS系统的控制命令。,ATS子系统基本原理,车辆段设备 ATS分机和车辆段终端列车识别系统(PTI)列车发车计时器(TDT)。,ATS子系统基本原理,ATS系统的基本要求一个ATS系统可监控一条或多条运营线路，多条运营线路共用，可实现相关线路的统一指挥，并且也有利于实现资源的共享。TS的计算机及网络系统应采用冗余技术，设调度员工作站、调度长工作站、时刻表编辑工作站、工程师工作站，以及其他必要的设备。运营线路上的车站应纳入ATS系统监控范围，涉及行车安全的应急直接控制，由车站办理。,ATS子系统基本原理,ATS系统的基本要求ATS系统应满足列车运行交路的需要，凡有道岔的车站均应按具有折返
24、作业处理。出入车辆段、停车场的列车不应影响正线列车的运行。系统故障或车站作业需要时，经控制中心调度员与车站值班员办理必要的手续后，可实现站控与遥控转换，车站值班员也可强行办理站控作业。,ATS子系统基本原理,ATS系统的基本要求列车进路控制应以联锁表为依据，根据运行时刻表和列车识别号等条件实现控制。ATS系统应具有良好的实时控制性能。ATS系统的进路控制方式应与联锁设备的进路控制方式相适应；ATS系统控制命令的输出持续时间应保证继电联锁设备的可靠动作，其与安全相关的接口应有可靠的隔离措施。ATS系统宜从时钟系统获取标准时钟信号,ATS子系统基本原理,ATS系统主要功能列车监视和跟踪时刻表处理自
25、动建立进路列车运行调整旅客信息显示系统列车确实位置识别,ATS子系统基本原理,ATS系统主要功能遥控联锁运行报告监测与报警,ATS子系统基本原理,ATS系统基本原理自动列车跟踪-列车追踪系统监视受控区域内列车的移动。不论是自动还是人工方式，每列列车与一个列车车次号相关连。当列车由车辆段进入正线运行时，ATS系统根据计划时刻表自动给该列车加入车次识别号。,ATS子系统基本原理,自动列车跟踪列车识别号报告。-列车识别号包括目的地号、序列号和服务号。目的地号规定列车行程终到地点。序列号按每次行程自动累增。乘务组号和车组号将显示在特定的对话框中。列车识别号跟踪-自动列车跟踪要完成：列车号定位、列车号删
26、除、车次号处理。,ATS子系统基本原理,自动排列进路列车进路系统，实现了进路的自动排列。可节约调度员大量的操作工作量。其功能是将进路排列指令及时地输出到联锁设备中。调度员可在任何时候都绕过列车进路系统，用手动方式办理进路。列车进路系统则在可用性检查中检测这一行动。列车进路系统可由调度员关闭，这一点是必要的，当调度员人工办理进路时，要避免列车进路系统发出命令的危险。,ATS子系统基本原理,时刻表系统时刻表编辑-时刻表的编制和修改在离线模式下，用给定的数据在时刻表编辑器中编辑。时刻表系统处理程序-手动选择当天运行的时刻表，这样的时刻表当天运行有效。时刻表查询功能通过向时刻表系统查询，得到列车的计划
27、到达或出发时间及到达下一站的时间。列车自动调整从时刻表系统得到用于列车调整的时刻表数据。如果列车识别号在列车自动追踪时丢失，则向时刻表系统询问列车识别号，时刻表系统能给一个列车识别号建议。,ATS子系统基本原理,时刻表比较 时刻表比较器比较时刻表上预定的到达或出发时间和当前列车的到达和出发时间，为列车运行图表示器和自动列车跟踪提供列车与当前时刻表的偏差，启动列车自动调整。列车自动调整 当出现车辆故障或其他情况时，列车运行紊乱程度更加严重。就需要从整体上大范围地调整已紊乱的运行秩序，尽快恢复运行。,ATS子系统基本原理,记录功能 按顺序和类别存档从其他ATS功能得到的信息，记录序列存放在MMI工
28、作站上，必要时能够回放。列车运行图显示列车运行图在线路-时间坐标上显示。横坐标是线路轴，纵坐标是时间轴。线路上的车站按次序描绘在线路轴上。,ATS子系统基本原理,培训演示 培训演示系统能完整测试。ATC系统全线的列车运行调整和列车跟踪功能的有效性。此外，模拟应能验证特定时刻表的有效性。模拟功能是交互式，允许调度员输入。培训演示系统具有两种供学员选择的模式：一是列车运行模式，在该模式下学员可以通过选择某一联锁管辖区，由显示器上观察该区的工作情况，作为系统的初步培训；另一模式为指令模式，在该模式下，学员可进行各种命令输入，并能通过显示器动态地给出命令响应，如果命令错误，自动给出提示报警。,ATS子
29、系统基本原理,ATS系统运行 ATS正常运行ATS系统的正常运行，在大部分情况下，是自动进行的，无需调度员干预。车站的ATS处理器通过信号系统收到轨道电路占用信息，监视列车运行情况，据此为列车办理进路。办理哪条进路以及何时办理进路的依据是时刻表，或者根据调度员为该列车提前指派的目的地信息。,ATS子系统基本原理,ATS自动运行 ATS分机将有关其控制区内的列车和信号设备(轨道、道岔、信号机等)的信息传给OCC中的ATS设备，这些信息在工作站的屏幕上显示，供调度员监控，并在显示盘上显示整个线路的情况。正常的自动运行发生问题(例如要求的进路无法设定)时，ATS分机向OCC发出报警信号，要求调度员人
30、为干预。调度员也可以根据需要，脱离系统的自动运行，而ATS能提供对列车分配、进路办理和道岔转换的全面人工控制。车辆段内的ATS设备没有自动运行模式。,ATS子系统基本原理,列车调度 列车调度数据包括：列车标识号、转换区和终端区的出发时间、车站到达和出发时间、每列车的起始站和终点站。在列车计划出发前的一个指定时间内，列车没有到达转换区或终端区，将引发值班员控制台处的一条报警。列车要出发时，ATS系统通过列车出发指示器发送一个指示给司机。,ATS子系统基本原理,列车控制 ATS系统以自动控制或人工控制模式来控制和调整列车。运行图时刻表凋整 在每个车站，集中站ATS与控制中心ATS相连，将运行图和时
31、刻表的调整信息传给列车。运行图调整由控制中心确定，控制中心计算保证列车正点到达下一个车站所需要的运行图。,ATS子系统基本原理,目的地进路控制在有车地通信环线的任何集中站，车站ATS都能通过轨旁车地通信模块询问列车的目的地编号。列车进路在正常情况，通过车地通信系统的进路申请建立，该申请受控制中心的监督。,ATS子系统基本原理,自动排列进路在中央自动模式(CA)中，系统根据当前时刻表，自动地请求排列进路。通过使用时刻表和由系统采集的实际列车数据(实际到达出发时间和实际到达出发进路)，计算机将检测冲突，提议解决的方法，以有效和及时的方式自动设置进路。历史数据记录所记录的列车数据包括：计划和实际到达时间、计划和实际出发时间、计算的计划偏差。,ATS子系统基本原理,其他支持功能模拟调试重放构成常备时刻表故障模式运行控制中心工作服务器故障控制中心设备全面失灵车站ATS服务器失灵,小结,小结1.掌握ATOATS系统基本概念2.熟悉ATOATS系统的组成3.了解ATOATS系统的主要功能4.掌握ATOATS系统基本工作原理5.了解ATO与ATP的关系,
