第六章 列車自動控制(ATC)系統(tǒng)

1、城市軌道交通信號與通信系統(tǒng) -列車自動控制（ATC）系統(tǒng) 內(nèi)容提要 1.掌握ATC系統(tǒng)的組成和功能 2.掌握ATC系統(tǒng)控制模式轉(zhuǎn)換條件 3.了解不同制式ATC系統(tǒng)的特點 4.掌握ATP的基本概念 5. 掌握ATP設(shè)備的組成及功能 6.熟悉ATP的基本工作原理ATC系統(tǒng)綜述 ATC系統(tǒng)的組成和功能 列車自動控制(ATC-Automatic Train Control)系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng)：列車自動防護(hù)(ATP-Automatic Train Protection)、列車自動運行(ATO-Automatic Train Operation)、列車自動監(jiān)控(ATS-Automatic Train Su

2、pervision)。 ATS功能 聯(lián)鎖功能 列車檢測功能 ATC功能 PTI(列車識別)功能。ATC系統(tǒng)綜述ATC系統(tǒng)綜述 ATC系統(tǒng)的水平等級為確保行車安全和線路最大通過能力，根據(jù)國內(nèi)外的運營經(jīng)驗，一般最大通過能力小于30對h的線路宜采用ATS和ATP系統(tǒng)，實現(xiàn)行車指揮自動化及列車的超速防護(hù)。在最大通過能力較低的線路，行車指揮可采用以調(diào)度員人工控制為主的CTC(調(diào)度集中)系統(tǒng)。最大通過能力大于30對h的線路，應(yīng)采用完整的ATC系統(tǒng)，實現(xiàn)行車指揮和列車運行自動化。ATC系統(tǒng)綜述 ATC系統(tǒng)選用原則ATC系統(tǒng)應(yīng)采用安全、可靠、成熟、先進(jìn)的技術(shù)裝備，具有較高的性能價格比；城市軌道交通運營線路宜采

3、用準(zhǔn)移動閉塞式ATC系統(tǒng)或移動閉塞式ATC系統(tǒng)，也可以采用固定閉塞式ATC系統(tǒng)。ATC系統(tǒng)構(gòu)成水平的選擇按前述原則執(zhí)行。ATC系統(tǒng)綜述 不同閉塞制式的ATC系統(tǒng)固定閉塞式ATC系統(tǒng)準(zhǔn)移動閉塞式ATC系統(tǒng)移動閉塞式ATC系統(tǒng)。ATC系統(tǒng)綜述 不同結(jié)構(gòu)的ATC系統(tǒng) 點式ATC系統(tǒng) 連續(xù)式ATC系統(tǒng) ATC系統(tǒng)綜述 點式ATC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)地面應(yīng)答器軌旁電子單元(LEU，又稱為信號接口)車載設(shè)備。ATC系統(tǒng)綜述點式點式ATCATC系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理點式點式ATCATC系統(tǒng)的車載設(shè)備接收信號點或標(biāo)志點系統(tǒng)的車載設(shè)備接收信號點或標(biāo)志點的應(yīng)答器信息，還接收列車速度和制動壓力的應(yīng)答器信息，還接收列

4、車速度和制動壓力信息，輸出控制命令和向司機(jī)顯示。地面應(yīng)信息，輸出控制命令和向司機(jī)顯示。地面應(yīng)答器向列車傳送每一信號點的允許速度、目答器向列車傳送每一信號點的允許速度、目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、線路坡度、信號機(jī)號碼標(biāo)速度、目標(biāo)距離、線路坡度、信號機(jī)號碼等信息。車載中央控制單元根據(jù)地面應(yīng)答器等信息。車載中央控制單元根據(jù)地面應(yīng)答器傳至車上的信息以及列車自身的制動率傳至車上的信息以及列車自身的制動率( (負(fù)加負(fù)加速度速度) )，計算得出的兩個信號機(jī)之間的速度監(jiān)，計算得出的兩個信號機(jī)之間的速度監(jiān)控曲線?？厍€。ATC系統(tǒng)綜述n 地車之間的數(shù)據(jù)傳遞地車之間的數(shù)據(jù)傳遞地面地面- -車上應(yīng)答器之間的數(shù)據(jù)傳遞是一種按

5、協(xié)議車上應(yīng)答器之間的數(shù)據(jù)傳遞是一種按協(xié)議的串行數(shù)碼傳輸方式，電碼以頻移鍵控方式傳送，的串行數(shù)碼傳輸方式，電碼以頻移鍵控方式傳送，為了防止干擾，載頻通常在為了防止干擾，載頻通常在800kHz-1MHz800kHz-1MHz之間，之間，數(shù)碼速率一般為數(shù)碼速率一般為50kbit50kbits s。信息碼一般包括以。信息碼一般包括以電碼組合的方式來傳遞有關(guān)信息。電碼組合的方式來傳遞有關(guān)信息。點式點式ATCATC系統(tǒng)的主要缺點是信息傳遞的不連續(xù)性，系統(tǒng)的主要缺點是信息傳遞的不連續(xù)性，有時會對列車運行造成不利影響。有時會對列車運行造成不利影響。ATC系統(tǒng)綜述l連續(xù)式連續(xù)式ATCATC系統(tǒng)系統(tǒng)l連續(xù)式連續(xù)式

6、ATCATC系統(tǒng)可分為有線與無線兩大類系統(tǒng)可分為有線與無線兩大類采用軌道電路的連續(xù)式采用軌道電路的連續(xù)式ATCATC系統(tǒng)系統(tǒng)vATCATC系統(tǒng)有速度碼系統(tǒng)和距離碼系統(tǒng)兩種系統(tǒng)有速度碼系統(tǒng)和距離碼系統(tǒng)兩種v速度碼系統(tǒng)通常使用頻分制方法，采用的是速度碼系統(tǒng)通常使用頻分制方法，采用的是移頻軌道電路，即用不同的頻率來代表不同的移頻軌道電路，即用不同的頻率來代表不同的允許速度。允許速度。ATC系統(tǒng)綜述v距離碼系統(tǒng)從地面?zhèn)髦淋嚿?，是前方目?biāo)點的距離等一系列基本數(shù)據(jù)，車載計算機(jī)根據(jù)地面?zhèn)髦淋嚿系母鞣N信息(包括區(qū)間的最大限速、目標(biāo)點的距離、目標(biāo)點的允許速度、區(qū)間線路的坡度等)以及儲存在車載單元內(nèi)的列車自身的固

7、有數(shù)據(jù)(如：列車長度、常用制動及緊急制動的制動率、測速及測距信息等)，實時計算出允許速度曲線，并按此曲線對列車的實際運行速度進(jìn)行監(jiān)控。 ATC系統(tǒng)綜述 采用軌間電纜的ATC系統(tǒng)利用軌間鋪設(shè)的電纜傳輸信息?？刂浦行膬Υ婢€路的固定數(shù)據(jù)，區(qū)間線路坡度、彎道、緩行區(qū)段的位置及長度等。該類ATC系統(tǒng)主要由控制中心設(shè)備、軌間傳輸電纜及車載設(shè)備組成。 ATC系統(tǒng)綜述無線ATC系統(tǒng) v無線通信有采用波導(dǎo)管、漏泄電纜和無線空間天線三種方式。v地面編碼器生成編碼信息，通過天線向車上發(fā)送。信號顯示控制接口負(fù)責(zé)檢測要發(fā)送的信號顯示，并從已編程的數(shù)據(jù)中選出有用數(shù)據(jù)送編碼器，同時選出與限制速度、坡度、距離等有關(guān)的軌道數(shù)據(jù)

8、。編碼器用高安全度的代碼將這些數(shù)據(jù)編碼，經(jīng)過載波調(diào)制，饋送至無線通道向機(jī)車發(fā)送。車上接收設(shè)備接收限制速度、坡度、距離后，由車載計算機(jī)計算出目標(biāo)速度，對機(jī)車進(jìn)行監(jiān)控。ATC系統(tǒng)綜述 ATC系統(tǒng)控制模式 控制中心自動控制模式；控制中心自動控制時的人工介入控制或利用ATC系統(tǒng)的人工控制模式；車站自動控制模式；車站人工控制模式。 以上控制等級遵循的原則是：車站人工控制優(yōu)先于控制中心人工控制、控制中心人工控制優(yōu)先于控制中心的自動控制或車站自動控制。ATC系統(tǒng)綜述 控制模式間的轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換至車站操作。強(qiáng)制轉(zhuǎn)換至車站操作。轉(zhuǎn)換至控制中心ATS操作ATC系統(tǒng)綜述 駕駛模式及模式轉(zhuǎn)換 駕駛模式v列車自動運行駕駛模

9、式；v列車自動防護(hù)駕駛模式；v限制人工駕駛模式；v非限制人工駕駛模式。v還有自動折返駕駛模式。ATC系統(tǒng)綜述列車駕駛模式轉(zhuǎn)換v列車駕駛模式轉(zhuǎn)換的規(guī)定uATC系統(tǒng)控制區(qū)域與非ATC系統(tǒng)控制區(qū)域的分界處，應(yīng)設(shè)駕駛模式轉(zhuǎn)換區(qū)(或稱轉(zhuǎn)換軌)，轉(zhuǎn)換區(qū)的信號設(shè)備應(yīng)與正線信號設(shè)備一致。u駕駛模式轉(zhuǎn)換可采用人工方式或自動方式，并應(yīng)予以記錄。當(dāng)采用人工方式時，其轉(zhuǎn)換區(qū)域的長度宜大于一列車的長度。當(dāng)采用自動方式時，應(yīng)根據(jù)ATC系統(tǒng)的性能特點確定轉(zhuǎn)換區(qū)域的設(shè)置方式。ATC系統(tǒng)綜述uATC系統(tǒng)宜具有防止列車在駕駛模式轉(zhuǎn)換區(qū)域，未將駕駛模式轉(zhuǎn)換至列車自動運行駕駛模式或列車自動防護(hù)駕駛模式，而錯誤進(jìn)入ATC系統(tǒng)控制區(qū)域的

10、能力。u為保證行車安全，在ATC控制區(qū)域內(nèi)，使用限制模式或非限制模式時應(yīng)有破鉛封、記錄或特殊控制指令授權(quán)等技術(shù)措施。ATC系統(tǒng)綜述v 各種駕駛模式間的切換RM模式切換到SM模式SM模式切換到ATO模式 ATO模式切換到SM模式SMATO模式切換到RM模式SM模式切換到AR模式AR模式切換到SM模式 AR模式切換到RM模式 RM模式切換到關(guān)斷模式ATC系統(tǒng)綜述 ATC系統(tǒng)的可用性ATC系統(tǒng)應(yīng)滿足本系統(tǒng)設(shè)備和通信、供電等相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備故障的特殊條件下安全行車的需要。ATC系統(tǒng)應(yīng)能降級運用，實現(xiàn)故障弱化處理，滿足故障復(fù)原的需要信號系統(tǒng)降級運用是指系統(tǒng)由自動控制降級為人工控制，由遙控變?yōu)榫挚?，由實現(xiàn)全部

11、功能至僅完成部分功能等ATC系統(tǒng)綜述車載ATC系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)具有非常高的可靠性和實用性。ATP和ATO的主控器中有結(jié)構(gòu)配置數(shù)據(jù)，能確定駕駛模式轉(zhuǎn)換的條件。ATO地面設(shè)備與ATS系統(tǒng)通信，ATS系統(tǒng)更新與每個站間運行有關(guān)的信息，以便滿足時刻表的要求。ATP子系統(tǒng)基本原理 ATP的基本概念 ATP子系統(tǒng)是保證行車安全、防止列車進(jìn)入前方列車占用區(qū)段和防止超速運行的設(shè)備。ATP負(fù)責(zé)全部的列車運行保護(hù)，是列車安全運行的保障。 ATP系統(tǒng)執(zhí)行以下安全功能：速度限制的接收和解碼、超速防護(hù)、車門管理、自動和手動模式的運行、司機(jī)控制臺接口、車輛方向保證、永久車輛標(biāo)識。信號安全技術(shù) ATP系統(tǒng)的功能是對列車運行進(jìn)

12、行超速防護(hù)，對與安全有關(guān)的設(shè)備實行監(jiān)控，實現(xiàn)列車位置檢測，保證列車間的安全間隔，保證列車在安全速度下運行，完成信號顯示，故障報警，降級提示，列車參數(shù)和線路參數(shù)的輸入，與ATS、ATO及車輛系統(tǒng)接口并進(jìn)行信息交換。ATP是ATC的基本環(huán)節(jié)，是安全系統(tǒng)，必須符合故障-安全的原則。信號安全技術(shù) ATP設(shè)備的組成 采用軌道電路傳送ATP信息時，ATP系統(tǒng)由設(shè)于控制站的軌旁單元、設(shè)于線路上各軌道電路分界點的調(diào)諧單元和車載ATP設(shè)備組成，并包括與ATS、ATO、聯(lián)鎖設(shè)備的接口設(shè)備。信號安全技術(shù) 連續(xù)式ATP系統(tǒng)利用數(shù)字音頻軌道電路，向列車連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)，允許連續(xù)監(jiān)督和控制列車運行。當(dāng)軌道電路區(qū)段空閑時，發(fā)

13、送軌道電路檢測電碼。當(dāng)列車占用時，向軌道電路發(fā)送ATP信息。軌道旁的軌道電路連接箱內(nèi)(發(fā)送、接收端各一個)僅有電路調(diào)諧用的無源元件，包括軌道耦合單元及長環(huán)線。信號安全技術(shù) 車載ATP設(shè)備完成命令解碼、速度探測、超速下的強(qiáng)制執(zhí)行、特征顯示、車門操作等任務(wù)。車載ATP設(shè)備包括：兩套ATP模塊(信號處理器和速度處理器)、兩個速度傳感器和兩個接收天線、車輛接口、駕駛室內(nèi)的操作和控制單元(MMI)等。信號安全技術(shù) ATP系統(tǒng)的主要功能檢測列車位置停車點防護(hù)超速防護(hù)列車間隔控制(移動閉塞時)、臨時限速測速測距車門控制記錄司機(jī)操作信號安全技術(shù) ATP軌旁功能ATP軌旁功能負(fù)責(zé)列車安全間隔和生成報文，完成對列

14、車安全運行授權(quán)許可的發(fā)布和報文的準(zhǔn)備，這些報文包括安全、非安全和信號信息等。ATP軌旁功能又分為列車安全間隔功能和報文生成功能 ATP傳輸功能ATP傳輸功能負(fù)責(zé)發(fā)出報文信號，包括報文和ATP車載設(shè)備所需要的其他數(shù)據(jù)ATP傳輸功能的輸入來至ATP軌旁功能的要傳輸?shù)膱笪暮拖鄳?yīng)選擇傳輸方向的控制信號ATP傳輸功能的輸出：感應(yīng)信號沿著整個軌道區(qū)段連續(xù)地傳輸信息，信號利用鋼軌作為傳輸天線，以合適的傳輸方向發(fā)出，只包括報文數(shù)據(jù)；感應(yīng)信號利用同步定位環(huán)線作為傳輸天線傳輸間歇的信號，并提供本地再同步的精確位置信息信號安全技術(shù) ATP車載功能負(fù)責(zé)列車安全運行，并提供信號系統(tǒng)和司機(jī)間的接口。車載功能由下列子功能組

15、成：ATP命令解碼、ATP監(jiān)督功能、ATP服務(wù)自診斷功能、ATP狀態(tài)功能、速度距離功能，以及司機(jī)人機(jī)接口(MMI)功能信號安全技術(shù) ATP系統(tǒng)的技術(shù)要求ATP系統(tǒng)的基本要求vATP系統(tǒng)由列車自動防護(hù)的軌旁設(shè)備、車載設(shè)備和控制區(qū)域內(nèi)的聯(lián)鎖設(shè)備組成；聯(lián)鎖設(shè)備屬于安全系統(tǒng)并納入ATP系統(tǒng)。v城市軌道交通必須配置ATP系統(tǒng)v閉塞分區(qū)的劃分或列車運行安全間隔，應(yīng)通過列車運行模擬確定，并經(jīng)列車實際運行校驗。v城市軌道交通的ATP系統(tǒng)應(yīng)采用連續(xù)式控制方式信號安全技術(shù) ATP車載設(shè)備的技術(shù)要求ATP系統(tǒng)導(dǎo)致列車停車為最高的安全準(zhǔn)則ATP車載設(shè)備的車內(nèi)信號應(yīng)是行車的主體信號ATP執(zhí)行強(qiáng)迫停車控制時，應(yīng)切斷列車牽

16、引，列車停車過程不得中途緩解車載信號設(shè)備與車輛接口電路的布線，應(yīng)與其主回路等環(huán)節(jié)的高壓布線分開敷設(shè)并實施防護(hù)；與車輛電器的接口應(yīng)有隔離措施。信號安全技術(shù) ATP地面設(shè)備的技術(shù)要求ATP地面設(shè)備宜采用報文式無絕緣軌道電路或適用于其他準(zhǔn)移動閉塞、移動閉塞ATC系統(tǒng)的地面設(shè)備，也可采用模擬式移頻軌道電路。ATC控制區(qū)域宜采用無絕緣軌道電路，道岔區(qū)段、車輛段及停車場線路可采用有絕緣軌道電路。區(qū)間軌道電路應(yīng)為雙軌條回流方式；道岔區(qū)段、車輛段及停車場軌道電路可采用單軌條回流方式。相鄰軌道電路應(yīng)加強(qiáng)干擾防護(hù)。軌道電路利用兼作牽引回流的走行軌時，裝設(shè)的橫向均流線應(yīng)不影響軌道電路的正常工作。信號安全技術(shù)ATP地

17、面設(shè)備向ATP車載設(shè)備傳送的允許速度指令或線路狀態(tài)、目標(biāo)速度、目標(biāo)距離等信息，應(yīng)滿足ATP車載設(shè)備控制方式和控制精度的需要。信號安全技術(shù) ATP的基本工作原理列車檢測采用軌道電路等作為列車檢測設(shè)備列車自動限速ATP車載設(shè)備列車實際速度與列車允許速度進(jìn)行比較。當(dāng)列車速度超過列車允許速度時，ATP的車載設(shè)備就發(fā)出制動命令，發(fā)出報警后控制列車進(jìn)行常用全制動或?qū)嵤┚o急制動，使列車自動地制動；當(dāng)列車速度降至ATP所指示的速度以下時，便自動緩解信號安全技術(shù)目標(biāo)速度和目標(biāo)距離 ATP軌旁設(shè)備向在其控制范圍內(nèi)的列車分配一個“目標(biāo)距離”，再由軌道電路生成代碼，通知列車前方有多少個未占用的區(qū)段，接著，車載ATP車

18、載設(shè)備調(diào)用存儲器里的信息，決定在列車任何時刻列車的運行速度和可以運行的最遠(yuǎn)距離，確保在抵達(dá)障礙物或限制區(qū)之前安全停車制動模式分為：分級制動模式和一級制動模式信號安全技術(shù)測速與測距測速有車載設(shè)備自測和系統(tǒng)測量兩種方法測距通過測速與輪徑完成，距離測量系統(tǒng)記錄車輪旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，考慮運行方向和車輪直徑，計算出列車走行的距離速度限制速度限制分為固定限速、臨時限速、在道岔或道岔前方的限速、具有短安全軌道停車點的限速。信號安全技術(shù)常用制動和緊急制動v 常用制動是直接控制列車主管壓力使機(jī)車制動與緩解，不影響原有列車制動系統(tǒng)的功能v 緊急制動是將壓縮空氣全部排入大氣，使副風(fēng)缸內(nèi)壓縮空氣很快推動活塞，施行制動，使列車很快停下來停站包括：車站程序停車和車站定位停車 車門控制 v左右車門選擇由車門開啟命令來執(zhí)