地鐵信號系統(tǒng)知識介紹

地鐵信號系統(tǒng)知識介紹主要內(nèi)容一、地鐵信號系統(tǒng)基礎知識介紹二、信號系統(tǒng)的運營模式三、信號系統(tǒng)故障降級對地鐵運營的影響四、ATS系統(tǒng)知識介紹一、地鐵信號系統(tǒng)基礎知識介紹1.概述2.信號系統(tǒng)功能3.信號系統(tǒng)分類4.XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)(1)XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)原理(2)XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)組成(3)XX地鐵二號線正線信號基礎設備1.概述

在城市軌道交通系統(tǒng)中，信號系統(tǒng)是一個集行車指揮和列車運行控制為一體的非常重要的機電系統(tǒng)，它直接關系到城市軌道交通系統(tǒng)的運營安全、運營效率以及服務質(zhì)量。它保證乘客和列車的安全，實現(xiàn)列車快速、高密度、有序運行的功能。地鐵信號系統(tǒng)的核心是列車自動控制（ATC）系統(tǒng)。它由計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)（CBI）、列車自動防護（ATP）子系統(tǒng)、列車自動駕駛（ATO）子系統(tǒng)、列車自動監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng)構成。各子系統(tǒng)之間相互滲透，實現(xiàn)地面控制與車上控制相結合、現(xiàn)地控制與中央控制相結合，構成一個以安全設備為基礎，集行車指揮、運行調(diào)整以及列車駕駛自動化等功能為一體的自動控制系統(tǒng)。它是現(xiàn)代城市軌道交通核心控制技術之一。計算機聯(lián)鎖（CBI）子系統(tǒng)列車自動防護（ATP）子系統(tǒng)列車自動監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng)列車自動運行（ATO）子系統(tǒng)ATC系統(tǒng)ATC系統(tǒng)構成示意圖系統(tǒng)滿足以下要求：信號系統(tǒng)必須確保列車運行安全。滿足運營及行車組織的要求。需嚴格按照預定的時刻表（運行圖）組織列車運行。在控制中心能對全線列車集中監(jiān)控，自動/人工運行調(diào)整。實現(xiàn)列車自動駕駛或有超速防護的人工駕駛。具有必要的降級/后備控制模式。2.信號各子系統(tǒng)功能（1）列車自動監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng)

列車識別號追蹤、傳遞和顯示列車運行圖編制及管理列車運行的自動調(diào)整列車進路的控制實時監(jiān)視在線列車運行和信號設備的狀態(tài)(其中含道岔、信號機、電源等)實現(xiàn)與無線通信、乘客導向、綜合監(jiān)控等系統(tǒng)的接口提供司機發(fā)車指示培訓和運行模擬統(tǒng)計、管理與記錄等（2）列車自動保護（ATP）（含正線聯(lián)鎖）子系統(tǒng)列車定位/測速安全列車間隔控制列車速度和方向的監(jiān)督防護經(jīng)濟制動使能（實施）列車完整性監(jiān)督輪徑確認及磨損補償車門/屏蔽門監(jiān)控軌道終點、工作區(qū)域和折返作業(yè)的防護列車篩選（3）列車自動運行（ATO）子系統(tǒng)列車在區(qū)間運行的自動控制及調(diào)整控制列車按運行圖規(guī)定的區(qū)間走行時分行車，自動實現(xiàn)對列車的啟動、加速、巡航、惰性、減速和停車的合理控制。在正線車站、折返線和試車線自動實現(xiàn)列車的精確停車控制。在ATP子系統(tǒng)的允許下，向列車和屏蔽門控制系統(tǒng)發(fā)送開/關車門和屏蔽門的命令。向車輛自動廣播系統(tǒng)提供相關信息。記錄和統(tǒng)計系統(tǒng)事件的時間和日期。3.信號系統(tǒng)分類

盡管各類信號系統(tǒng)在實現(xiàn)列車控制方式、車地數(shù)據(jù)傳輸方式、列車定位方式和信息量等方面各有不同，但基本上可按以下方式分類：

按各信號設備所處地域、實現(xiàn)功能又可分為：控制中心ATS子系統(tǒng)、車站及軌旁子系統(tǒng)、車載設備子系統(tǒng)。

基于固定閉塞階梯式速度控制方式示意圖固定閉塞ATC系統(tǒng)：固定閉塞又稱分級速度控制方式或階梯式速度控制模式。其特點是采用固定劃分區(qū)段的軌道區(qū)段、計軸區(qū)段，提供分級速度信息，實施臺階式的速度監(jiān)督，使列車由最高速度逐步降至零。列車超速時由設備自動實施最大常用制動或緊急制動。

采用階梯式速度控制方式的ATC系統(tǒng)設備構成簡單，具有投資成本低，性能可靠等優(yōu)點。固定閉塞軌道電路傳輸?shù)男畔⑹悄M信號，抗干擾能力差。此外，軌道電路傳輸?shù)男畔⒘坑邢?，速度信息劃分為若干等級，因此，采用階梯式速度控制方式的ATC系統(tǒng)控制精度不高，不易實現(xiàn)列車優(yōu)化和節(jié)能控制，也限制了行車效率的提高。

基于準移動閉塞連續(xù)曲線速度控制方式示意圖準移動閉塞ATC系統(tǒng)：固定閉塞又稱分級速度控制方式或階梯式速度控制模式。其特點是采用固定劃分區(qū)段的軌道電路，提供分級速度信息，實施臺階式的速度監(jiān)督，使列車由最高速度逐步降至零。列車超速時由設備自動實施最大常用制動或緊急制動。

采用階梯式速度控制方式的ATC系統(tǒng)設備構成簡單，性能可靠。但固定閉塞軌道電路傳輸?shù)男畔⑹悄M信號，抗干擾能力差。此外，軌道電路傳輸?shù)男畔⒘坑邢蓿俣刃畔澐譃槿舾傻燃?。因此，采用階梯式速度控制方式的ATC系統(tǒng)控制精度不高，不易實現(xiàn)列車優(yōu)化和節(jié)能控制，也限制了行車效率的提高。

基于移動閉塞連續(xù)曲線速度控制方式示意圖移動閉塞ATC系統(tǒng)：移動閉塞沒有固定的閉塞分區(qū)，無需軌道電路裝置判別閉塞分區(qū)列車占用與否。移動閉塞ATC系統(tǒng)利用無線電臺實現(xiàn)車地數(shù)據(jù)傳輸。軌旁ATC設備根據(jù)控制區(qū)列車的連續(xù)位置、速度及其它信息計算出列車移動授權，并傳送給列車，車載ATC設備根據(jù)接收到的移動授權信息和列車自身運行狀態(tài)計算出列車運行速度曲線，對列車進行牽引、巡航、惰行、制動控制。在移動閉塞ATC系統(tǒng)中，列車之間保持最小“安全距離”進行追蹤運行。該安全距離是指后續(xù)列車安全行車間隔停車點與前行列車尾部位置之間的動態(tài)距離。

由于在移動閉塞制式下，列車安全行車間隔停車點較準移動閉塞和固定閉塞更靠近前行列車，因此安全行車間隔距離也較短，在保證安全的前提下，能最大程度地提高列車區(qū)間通過能力。并且由于軌旁設備數(shù)量的減少，降低了設備投資、運營及維護成本。

4.XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)

XX地鐵二號線信號系統(tǒng)可根據(jù)供貨商及地理位置分為正線信號和車輛段信號兩大部分。其中：正線信號系統(tǒng)：正線信號系統(tǒng)為浙大網(wǎng)新公司集成，采用基于無線通信技術的、移動閉塞制式的、具有完整ATC功能的列車自動控制系統(tǒng)，即CBTC信號系統(tǒng)。同時還提供了連續(xù)式ATP功能喪失情況下的點式ATP列車超速防護系統(tǒng)。滿足二號線一期工程的技術指標、功能以及行車組織和運營要求。車輛段信號系統(tǒng)：車輛段信號系統(tǒng)由北京國鐵信通科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的DS6-K5B計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)、TJWX-2006-hh微機監(jiān)測系統(tǒng)、DSG2電源系統(tǒng)組成。該技術較為成熟，已應用于我國多條地鐵線路中。（由于車輛段信號系統(tǒng)技術成熟，和國鐵信號原理較為接近，故本節(jié)主要針對正線信號系統(tǒng)進行介紹。）

(1)XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)原理

車載控制器負責列車安全定位。CC通過速度傳感器和加速度傳感器來確定列車的安全位置，該安全位置通過數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)(DCS)，傳輸?shù)絽^(qū)域控制器(ZC)以及列車自動監(jiān)控(ATS)系統(tǒng)。CC通過檢測安裝在軌道中間的靜態(tài)信標的來修正列車的位置誤差。區(qū)域控制器基于該區(qū)域內(nèi)所有列車的位置和方向，發(fā)出移動權限(MAL)指令，并持續(xù)更新和傳輸。計算移動權限，以保證列車安全隔離，并達到最小的列車運行間隔。車載控制器利用MAL信息來執(zhí)行ATP和ATO功能。每個區(qū)域控制器通過DCS，與區(qū)域內(nèi)的軌旁聯(lián)鎖控制器單元接口。每個設備集中站都配備聯(lián)鎖控制器。聯(lián)鎖控制器控制和監(jiān)測軌旁設備，諸如轉轍機、計軸器、信號機和屏蔽門等，并將狀態(tài)信息傳遞到區(qū)域控制器和ATS。ATC列車在線位置＋進路條件生成移動授權終點計算制動曲線制動曲線制動控制與列車的位置、速度比較列車位置信息基于線路數(shù)據(jù)和停車點信息逐次生成制動曲線車載設備車載控制設備防護距離車頭位置車尾位置追蹤列車的停車點停車點的信息XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)原理示意圖17APCCAPZCRadioRadioATS1.聯(lián)鎖控制軌旁道岔動作，并將道岔的狀態(tài)信息傳遞給ZC。2.ZC(基于列車位置和道岔狀態(tài)信息)給車載傳送移送授權，并將列車位置信息傳遞給ATS聯(lián)鎖3.CC計算制動曲線，防止列車超速。正線信號原理動態(tài)示意圖(2)XX地鐵正線信號系統(tǒng)組成

(3)XX地鐵二號線正線信號基礎設備◆正線軌旁子系統(tǒng)設備包括：正線信號聯(lián)鎖主機、區(qū)域控制器、轉轍機、信號機、計軸、應答器等。◆正線車載子系統(tǒng)設備包括：車載ATP/ATO、人機界面TOD、測速傳感器、加速度計、車載MR天線、車載應答器天線等。◆正線ATS子系統(tǒng)設備包括：ATS中央服務器、ATS各工作站、人機界面MMI、現(xiàn)地控制工作站LCW、發(fā)車指示器PDI等?！粽€DCS子系統(tǒng)設備包括：軌旁AP、骨干交換機、接入交換機、光/電纜等。整個正線信號系統(tǒng)由DCS統(tǒng)一組網(wǎng)。下面就XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)使用的“室外三大件”設備（即轉轍機及道岔、信號機、計軸）進行簡單介紹。①

ZDJ9型轉轍機功能：轉換道岔鎖閉道岔表示道岔位置擠岔保護道岔

轉轍機

安裝裝置

鎖閉系統(tǒng)

表示系統(tǒng)

轉轍機安裝示意圖

二.道岔轉換系統(tǒng)組成和功能多點多機一機多點②

LED信號機

LED信號機是在地鐵站場、區(qū)間作為進站、出站、進路、防護、預告、調(diào)車、復示、遮斷、通過及引導等地面燈光信號之用，具有結構緊湊、能耗低、壽命長、無需調(diào)焦等特點。國鐵中信號機是給司機提供信號指示的最主要的設備。而在地鐵正線信號系統(tǒng)中，正常CBTC信號模式下信號機是沒有作用的（亮藍燈或直接滅燈），司機只依靠車載人機界面上的信號顯示來行車，不用觀看軌旁信號機指示。只有在CBTC故障降級的情況下，正線信號機才發(fā)揮指示行車的作用。③

計軸

計軸是正線信號系統(tǒng)重要設備之一，具有軌道區(qū)段空閑檢查、列車完整性檢查等功能，是正線信號系統(tǒng)降級后的重要設備。圖中給出計軸系統(tǒng)的主要設備：1、磁頭2、電子盒3、安裝盒4、計軸評估器（ACE）

1234二、信號系統(tǒng)的運營模式

1、ATS自動監(jiān)控模式

正常情況下ATS系統(tǒng)自動監(jiān)控在線列車的運行，自動向聯(lián)鎖設備下達列車進路命令，列車在ATP的安全保護下由司機按規(guī)定的運行圖時刻表駕駛列車運行?？刂浦行男熊囌{(diào)度員僅需監(jiān)督列車和設備的運行狀況。每天開班前，控制中心調(diào)度員選擇當日的行車運行圖/時刻表，經(jīng)確認或作必要的修改，作為當日行車指揮的依據(jù)。

2、調(diào)度員人工介入模式

調(diào)度員可通過工作站發(fā)出有關行車命令，對全線列車運行進行人工干預。調(diào)整列車運行計劃包括對列車實施“扣車”、“終止站?！薄⒏淖兞熊囘M路、增減列車等。

3、列車出入車場調(diào)度模式

車輛調(diào)度員根據(jù)當日列車運行圖/時刻表編制車輛運用計劃和場內(nèi)行車計劃，并傳至控制中心。車場信號值班員按車輛運用計劃設置相應的進路，以滿足列車出入段作業(yè)要求。

4、車站現(xiàn)地控制模式

除設備集中站其他車站不直接參與運營控制，車站聯(lián)鎖和車站ATS系統(tǒng)結合實現(xiàn)車站和中央兩級控制權的轉換。在中央ATS設備故障或經(jīng)車站值班員申請，中央調(diào)度員同意放權后，可改由車站現(xiàn)地控制。

在現(xiàn)地控制模式下，車站值班員可直接操從車站聯(lián)鎖設備，可將部分信號機置于自動模式狀態(tài)，也可將全部信號機設為自動模式狀態(tài)，控制中心行車調(diào)度員應通過通信調(diào)度系統(tǒng)與列車駕駛員、車站值班員保持聯(lián)系。

5、車場控制模式

列車出入場和場內(nèi)的作業(yè)均由場值班員根據(jù)用車計劃，直接排列進路。車場與正線之間設置轉換軌，出入場線與正線間采用聯(lián)鎖照查聯(lián)系保證行車安全。

6、列車運行控制模式

列車在正線、折返線上的運行作業(yè)時，常用ATO自動駕駛模式和ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式，限制人工駕駛和非限制人工駕駛模式均為非常用模式。

（1）ATO自動駕駛模式

列車啟動后，在ATP設備安全保護下，車載ATO設備自動控制列車加速、巡航、惰行、制動，并控制列車在車站的停車位置，開關車門，司機僅需監(jiān)督ATP/ATO車載設備運行狀況。

（2）ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式

列車啟動后，車載ATP設備根據(jù)地面提供的信息，自動生成連續(xù)監(jiān)督列車運行的一次速度模式曲線，實時監(jiān)督列車運行。司機根據(jù)ATP顯示的速度信息駕駛列車，當列車運行速度接近限制速度時，提出報警；當列車運行速度超過限制速度時，ATP車載設備將對列車實施制動。

（3）限制人工駕駛模式

司機以不超過車載ATP的限制速度行車，列車運行安全由司機負責，當列車超過該限制速度時，ATP車載設備則對列車實施制動。

（4）非限制人工駕駛模式

在車載ATP設備故障狀態(tài)下運用，ATP將不對列車運行起監(jiān)控作用。列車運行安全由司機、調(diào)度員、車站值班員共同負責。

7、列車折返模式

列車在ATP監(jiān)督人工駕駛模式下折返時，列車由人工駕駛自到達股道牽出至折返線，由司機轉換駕駛端，并折返至發(fā)車股道。

在ATO有人駕駛模式下折返時，列車能以較合理的速度從到達股道牽出至折返線，由司機轉換駕駛端和啟動列車，然后從折返線進入發(fā)車股道。

三、信號系統(tǒng)故障降級對地鐵運營的影響

信號系統(tǒng)故障由于種類較多、影響較大、處理較難、預見性較差，一直以來都是地鐵運營工作的難點。信號故障一般會造成列車晚點、行車間隔較大、列車舒適度較差等問題，關鍵設備故障甚至會造成危及行車安全的大事故。近些年來各大信號集成商越來越重視信號系統(tǒng)降級后備模式的應用問題，信號故障降級模式的性能已作為一個信號系統(tǒng)好壞的重要參考指標?；跓o線通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）故障降級模式較復雜，在其他城市地鐵的應用情況已漸漸趨向成熟，但相對于正常運營模式而言，降級模式依然對行車安全、行車效率、行車質(zhì)量具有一定的影響。

XX地鐵二號線信號系統(tǒng)故障降級模式

XX地鐵二號線信號系統(tǒng)故障后有多個降級運營等級，在與列車沒有通信時，運營等級有點式ATP降級模式、聯(lián)鎖控制降級模式、站間閉塞降級模式3種。列車在降級模式下有3種駕駛模式：iATP、RM、NRM。其中NRM不提供保護，司機對列車的安全運行完全由司機負責，RM提供25kph的超速防護并可轉換到iATP，iATP提供了冒進信號防護、超速防護等功能。當ATS不可用，聯(lián)鎖系統(tǒng)的默認模式是自動模式，也可以手動通過LCW設置進路，自動模式使用默認的進路設置。1.CBTC通信故障下的點式ATP降級模式后備系統(tǒng)運行基本原理如下圖所示。軌旁信號機設置在每個車站正常運行方向站臺區(qū)段的末端，計軸將負責對列車占用的檢測。如果CBTC列車和區(qū)域控制器的通信連接中斷，當列車以iATP模式運行時，后備系統(tǒng)將執(zhí)行超速防護和將出站信號機亮紅燈。只有在站間計軸區(qū)段無車占用的情況下，安全的聯(lián)鎖邏輯允許車站(上圖S2站)的出站信號機顯示允許信號。每個車站使用一個與出站信號機相關聯(lián)的動態(tài)信標。

Distance?SpeedEnforcedOverspeedFTS1S280kphEBprofilePerformanceprofileCBTCTrainwithFailedCommunicationandwaysidedynamictagoperationAxleCounterHeadOneaxlecounterblockDistance?SpeedEnforcedOverspeedPerformanceprofile動態(tài)信標CBTCTrainwithFailedCommunicationandwaysidedynamictagoperationAxleCounterHeadS1S2

此模式是CBTC信號系統(tǒng)中比較常用到的降級模式，根據(jù)信號技術合同所示，此降級模式下應能保證行車