城市轨道交通第7章信号系统

第七章信号系统（ATC）AutomaticTrainControl第一节概述第二节信号系统的轨旁基础设施第三节ATC的系统结构和基本功能城市轨道交通第一节概述一、城市轨道交通信号的作用1、用于指挥和控制列车运行，保证行车安全。尽管其投资额在整个工程中所占的比例甚低（通常在3％以下），但对于提高列车通过能力、提高运能、保证行车安全却有着至关重要的作用。城市轨道交通2、提高运行效率单线自动闭塞系统，在组织追踪运行的条件下，可提高通过能力25%-30%；复线自动闭塞系统，可提高通过能力1-2倍；采用ATS（自动监控）子系统，在不增加车站到发线的情况下，可提高通过能力12%-24%；3、是现代化信息技术综合应用的集中体现自动控制技术——车载信号、超速防护、定位停车计算机技术数据通信技术——数字编码轨道电路、无线通信城市轨道交通二、城市轨道交通信号的特点1、车载信号是“主体信号”城市轨道交通线路短、站间距小、运营密度大、运营线路条件差（隧道、弯道多），不能完全套用大铁路信号的概念、设施和手段；信号系统要根据这些特点加以改进、更新和发展。除正线道岔外，一般不设地面信号机。2、车载信号的内容是具体的目标速度或目标距离目标速度：列车进入某一区段时，接受到列车离开该区段时的控制速度；速度等级根据与先行列车之间的距离来设定。目标距离：该区段的长度。城市轨道交通3、自动调整列车运行间隔，实现超速防护正线列车运行的最小时间间隔，可达到1.5-2min；如果列车“晚点”，ATC系统可通过缩短列车在站时间或提高列车在区间的运行速度等级来自动完成调整。CBTC（基于无线通信的列车运行自动控制系统）可实现车地信息交换不间断进行。当列车速度超过目标速度时，车载ATP子系统自动启动超速防护，确保列车安全、高速运行。城市轨道交通第二节信号子系统的轨旁基础设备一、轨道交通信号的组成轨道交通信号是“信号（显示）、联锁、闭塞”的总称。是由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙装置等主体设备及其他有关附属设施构成的一个完整的体系。城市轨道交通1、信号（显示）（1）早期信号信号的起源也来源于英国。最早的列车指挥是由一位带绅士礼帽、穿黑大衣和白裤子的铁路员工骑马在前引导运行的，他边跑边以各种手势发出信号指挥列车的前进和停止。显而见之，随着列车数量的增加和列车速度超过马速度的情况下，这种信号就不起作用了。城市轨道交通a、臂板信号的出现为了确保安全，人们开始研究固定的信号设备：用一块长方形的板子，横向线路是停车信号，顺向线路是进行信号。可是顺向线路的板子实际上很难看见，所以又在顶端加块圆板。当必须在晚间开车时，就以红色灯光表示停车信号，白色灯光表示进行信号。1841年英国人戈里高利提出用长方形臂板作为信号显示，装设在伦敦桥车站，这是铁路上首次使用的臂板式信号机。城市轨道交通臂板信号机城市轨道交通巴黎地铁的壁板信号城市轨道交通b、色灯信号机：二显示和三显示城市轨道交通（2）车载信号如果有办法可以将地面信号传递给机车，在司机操作台上显示，这就是车载信号。对于线路条件不好、气候条件不好的情况下机车信号的作用是不可估量的。在轨道交通线路中，由于站间距小、运营线路条件差，仅仅靠车载信号显示、由司机来控制机车是很难做到大密度运营的。较为先进的轨道交通系统已摈弃“用信号显示来指挥列车”的旧有概念了，引进了系统，操作台上显示的是反映列车运营的状态。城市轨道交通2、闭塞概念的提出轨道交通的安全问题是至关重要的。确定列车在线路的确切位置是保证安全的关键。最简单的方法是划分一定长度的“区段”，在此区段内只容许一列车占有（运行、停放）。这就是“闭塞”概念——为保证行车安全，而将列车正在运行、停放的线路区段予以“封闭”，不允许其他列车进入此区段，以防止对向列车、后续列车的正面冲突或追尾事故的发生。城市轨道交通（1）闭塞区段的划分早期阶段，闭塞区段均以车站作为划分依据；以车站值班员“眼见为实”作为判断标准；以站间电报、电话多次确定作为允许列车通行的先决条件；以各种形式的信号指挥列车运行。——人工闭塞随着轨道电路的发展、完善，闭塞区段逐渐改为以轨道电路作为闭塞区段。城市轨道交通的闭塞则开始取消固定“闭塞区段”的概念，从固定闭塞向移动闭塞方向发展。城市轨道交通人工闭塞的实现采用路签或路牌作为列车占用区段的凭证，由接车站值班员检查区间是否空闲。单路签闭塞是早期使用的一种人工闭塞方式，后来发展为电话、电报人工闭塞。城市轨道交通人工闭塞——人工开启信号，关闭信号，依靠路签、路牌、路票或电话、电报使用线路城市轨道交通（2）轨道电路的出现钢轨是导体，左右两根钢轨可以用来形成回路，组成电路，用来检查列车占用钢轨线路状态，这就是轨道电路。作用：检测列车是否占用区段；通过轨道电路向列车传递实时信息。它的出现代表铁路自动信号的诞生。美国人鲁宾逊1870年发明了开路式轨道电路，1872年研制成功了闭路式轨道电路。但真正实际应用于轨道交通中是二十世纪三十年代的事。分为有绝缘接头的轨道电路和无绝缘轨道电路城市轨道交通A、有绝缘接头的轨道电路城市轨道交通工作原理没有列车进入的轨道电路轨道继电器发送端变压器中继变压器城市轨道交通没有列车进入的GJ动作城市轨道交通没有列车进入的轨道电路城市轨道交通列车进入后的轨道电路城市轨道交通列车进入的GJ动作城市轨道交通列车进入后的轨道电路城市轨道交通半自动闭塞——人工开启信号，列车经过后，自动关闭信号的闭塞方式——在进站和出站处各安装一个轨道电路，就可实现半自动闭塞。城市轨道交通自动闭塞如果全线分段都铺设轨道电路，每段轨道电路前都架设信号机，在列车占有该轨道电路线路，信号自动显示红灯；前一段线路信号自动显示黄灯；再前一段线路信号自动显示绿灯。闭塞区段则突破了“车站”的限制，1.3km一段轨道电路，理论上可以同时有三列车。城市轨道交通自动闭塞城市轨道交通有绝缘接头轨道电路的缺点有绝缘轨道电路其优点是传输距离长、信息量大。但随着无缝线路的出现，有绝缘轨道电路在运营中其轨端绝缘节是最薄弱的环节，故障率比较高，逐步暴露出其在自动闭塞系统中的不适应性，因此需要将有绝缘轨道电路进行无绝缘改造。城市轨道交通B、无绝缘轨道电路城市轨道交通无绝缘轨道电路示意城市轨道交通无绝缘轨道电路示意城市轨道交通无绝缘轨道电路示意轨道电路中再并联一个同样的电路则可以在这个电路中产生振荡信号，这就是接收端。城市轨道交通无绝缘轨道电路示意列车进入则产生短路（车轴短路），振荡信号消失，发出另一种信号。在相连的轨道电路中，使用不同的信号加以区分，可以不互相干扰。可以区分不同的轨道交通线路区段，进而可以将控制信息通过轨道电路传送到机车上。城市轨道交通无绝缘轨道电路的应用城市轨道交通实际使用的无绝缘轨道电路的电气绝缘设备：S-BondS形连接线城市轨道交通3、联锁的概念联锁的概念是在线路中引进了道岔、线路平面由“一维”变为“两维”后产生的。为了确定车辆在线路平面中的位置，必须首先确定列车走那条线路，既确定“进路”；要让列车可以进入这条线路，则必须扳动相关的道岔；扳动道岔后，不能让其他人再扳动这组道岔，则必须“锁定”道岔。要让司机知道走这条道，则相应给出明确的信号；城市轨道交通联锁示意----走直道时的信号显示城市轨道交通联锁定义“联锁”——是指为保证行车安全，而将轨道交通线路中的所有信号机、轨道电路及道岔等相对独立的信号设备构成一种相互制约、互为控制的连带环扣关系，即“联锁”关系。城市轨道交通微机联锁利用微型电子计算机对车站值班员的操作命令及现场设备表示信息进行逻辑计算，以实现对信号机、轨道电路及道岔转辙机等设备进行集中控制的车站联锁设备。城市轨道交通微机联锁城市轨道交通第三节ATC系统结构和基本功能一、系统组成列车自动控制（ATC）系统。——AutomaticTrainControl列车自动防护（ATP）子系统——AutomaticTrainProtection;列车自动监控（ATS）子系统——AutomaticTrainSupervision;列车自动运行（ATO）子系统——AutomaticTrainOperation:城市轨道交通二、ATC系统的定义根据与先行列车之间的距离和进路条件，在车内连续地显示出容许的速度信息，或按设定的运行条件达到该容许速度的距离信息，根据上述信息，列车自动地控制运行速度，进行超速防护，以达到自动调整行车间隔的目的，并实现列车在车站的程序定位停车。城市轨道交通三、ATC系统的设备ATC系统的设备分布于控制中心（centralcontrol）、车站信号设备室及轨旁（wayside）、车载（Vehicle）。指挥列车运行的控制中心，设有作为ATC系统中枢的系统控制服务器及其用于调度控制的工作站；现场的列车在线信息，车次号信息以及道岔、信号状态信息等，传送至控制中心，通过显示屏及调度员工作站的CRT显示。列车上车载设备，接收并解译地面送来的调度指令和ATP速度命令或距离信息，实现列车的自动运行；并将列车的运行状态和设备状态信息，经车站服务器传送给控制中心。城市轨道交通城市轨道交通四、ATOATO子系统主要用于实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制。由于使用ATO子系统后，可以使列车经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此明显提高了旅客的舒适度，提高列车准点率及减少轮轨磨损，与列车的再生制动相配合，可以节省电能的消耗。城市轨道交通五、ATSATS子系统主要是实现对列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理。它给行车调度人员显示出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反应（提出调整建议或者自动修整运行图,通过ATO的接口，向旅客提供运行信息通报。例如：列车到达、出发时间，运行方向，中途停靠站名……）。城市轨道交通六、ATPATP子系统是安全地实现地铁列车高密度高速度运行所必备的车上信号设备，也是ATC系统的核心。轨旁ATP发送和接收各种行车命令，确保列车的运行安全，完成列车运行进路控制、速度控制和实现列车间隔控制，车载ATP接受轨旁ATP设备传递的指令信息，进行列车运行的超速防护，与ATO配合，实现列车的自动控制和定位停车。城市轨道交通中央控制计算机城市轨道交通车载ATC列车地面通信系统TWC：列车与地面信息交换系统城市轨道交通七、传送控制信号方式目前我国已建成的地铁、轻轨，基本上都采用轨道电路向车传递控制信息的方式。除采用钢轨或设环线来连续地传递信息外，也可以通过设于运行线路的点式传感器向车上传递点式信息。（上海5号线）现在大多采用无线通信的方式CBTC。城市轨道交通上海地铁采用的ATC制式1号线：采用美国GRS的ATC系统（模拟）；建于80年代末、当时模拟技术仍占主导地位，选用了基于模拟音频无绝缘轨道电路的ATC系统，信息量小而且是不连续的。2号线：采用美国US的ATC系统；上海地铁二号线建设时，数字技术走向成熟应用阶段，选择了基于数字编码轨道电路的ATC系统，控制中心向列车连续发送“目标速度”。3、4号线：采用法国ALSTOM公司的ATC系统；向列车传送的信息内容是“进路地图”的“目标距离”，由车载计算机自己决定运行速度。5号线：采用点式ATC系统；由于其运量及其车辆性能等原因。8号线：采用基于无线通信CBTC系统。城市轨道交通八、定位停车的实现车地多次交换信息保证停车位置准确当列车进入站台区域，站台区段轨道电路的ATP接收器，检测到列车到达车站，列车到达停车点，经列车ATO系统确认，保证列车的制动。当检测到列车的速度为零，列车向地面送出列车停站信号，列车收到开门信息，使相应的门控继电器动作，司机按压与门控继电器相对应的门控按钮后，才可打开列车车门。城市轨道交通地铁一号线停车标记和定位标城市轨道交通地铁一号线停车标记和定位标记城市轨道交通地铁二号线停车标记和定位标记城市轨道交通地铁