城市軌道交通運營信號基礎 課件 徐紀康 第1-3章 緒論、城市軌道交通信號設備、CBTC信號系統(tǒng)

城市軌道交通

運營信號基礎CONTENTS01第一章

緒論02第二章

城市軌道交通信號設備03第三章CBTC信號系統(tǒng)04第四章信號系統(tǒng)中的運營性能目錄01PartOne緒論1.1城市軌道交通信號的歷史和發(fā)展隨著社會與經(jīng)濟的發(fā)展，城市化已成為當今世界發(fā)展的重要趨勢。在城市化的歷程中，不同規(guī)模及不同發(fā)展階段的城市產(chǎn)生了不同的交通需求，需要通過相應的交通技術水平及運輸工具來加以滿足。從許多國際化大都市發(fā)展的實踐來看，軌道交通以其運量大、速度快的技術優(yōu)勢已成為城市交通結構中不可缺少的組成部分，它較好地解決了大、中城市交通日益增長的供需矛盾問題，并滿足了城市化的要求。與城市的形成、發(fā)展及城市化進程的初級階段、中級階段和高級階段相對應，城市交通的發(fā)展也分為初級、中級和高級三個階段；相應地，作為城市交通主要組成部分的城市軌道交通的發(fā)展也經(jīng)歷了生成期、成長期和成熟期三個階段。1.1.1生成期的城市軌道交通1.1.2成長期的城市軌道交通1.1.3成熟期的城市軌道交通1.2城市軌道交通信號與運營之間的關系當時的線路比較單一，時刻表非常簡單，如表1所示，運輸能力也非常低。乘客需要在車站的等待時間非常長，沒有服務效率。軌道交通發(fā)展到第二階段，隨著軌道交通設備道岔的產(chǎn)生，允許列車在車站?？吭谲壍乐Ь€的條件了。運輸能力有了進一步的提高，可以保證兩個列車在同一條線上運營。當有兩列以上的列車在區(qū)間運行時，后車并不知道前方列車的允許情況。如果前車發(fā)生故障而導致列車無法運行時，需要考慮安全和影響因素。所以，產(chǎn)生了信號機等設備，用于提前告訴后續(xù)列車的司機能夠提前知道并采取相應的措施。隨著信號設備的發(fā)展和完善，達到如今的城市軌道交通運營效率。城市軌道交通具備了ATC信號系統(tǒng)后，實現(xiàn)高效的運行能力，同時也降低了司機的工作強度。

運行圖的顯示02PartTwo城市軌道交通信號設備2.1 繼電器繼電器是自動控制系統(tǒng)中常用的電器，用于接通和斷開電路，以發(fā)布控制命令和反映設備狀態(tài)，從而構成自動控制和遠程控制電路。信號繼電器是用于城市軌道交通信號技術中各類繼電器的統(tǒng)稱（在信號系統(tǒng)中簡稱繼電器），主要作為電子式或計算機式信號系統(tǒng)的接口部件，發(fā)揮著不可缺少的重要作用。繼電器動作的可靠性直接影響到信號系統(tǒng)的可靠性和安全性。繼電器的基本原理繼電器種類很多，性能各不相同，結構形式各種各樣，但都由電磁系統(tǒng)和接點系統(tǒng)兩大主要部分組成。其中電磁系統(tǒng)由線圈、固定鐵芯、軛鐵以及可動的銜鐵構成，接點系統(tǒng)由動接點和靜接點構成。當線圈通入一定數(shù)值的電流后，由于電磁感應產(chǎn)生電磁吸引力，吸引銜鐵，由銜鐵帶動接點系統(tǒng)，改變其狀態(tài)，從而反映輸入電流的情況。最簡單的電磁繼電器如圖2-1所示。當給線圈通以一定數(shù)值的電流后，在銜鐵和鐵芯之間產(chǎn)生一定數(shù)量的磁通，該磁通通過鐵芯、銜鐵、軛鐵和氣隙，形成一個閉合磁路，鐵芯對銜鐵就產(chǎn)生了吸引力。繼電器的基本原理吸引力的大小取決于所通電流的大小。當電流增大到一定值時，吸引力增大到能客服銜鐵想鐵芯運動的阻力時（主要是銜鐵自重），銜鐵就被吸向鐵芯。由銜鐵帶動的動接點（隨銜鐵一起動作的接點）也隨之動作，與動合接點（前接點，以下簡稱前接點）接通。此狀態(tài)稱為繼電器勵磁吸起（以下簡稱吸起）。吸引力隨電流的減小而減小，當吸引力減小到不足以克服銜鐵重力時銜鐵靠自重落下（稱為釋放），銜鐵帶動動接點與前接點斷開，與動斷接點（后接點，以下簡稱后接點）接通。此狀態(tài)稱為繼電器失磁落下（以下簡稱落下）。信號繼電器的分類（一）按動作原理分類，可分為電磁繼電器和感應繼電器（二）按動作電流分類，可分為直流繼電器和交流繼電器（三）按輸入量的物理性質分類，可分為電流繼電器和電壓繼電器（四）按動作速度分類，可分為正常動作繼電器和緩動繼電器（五）按接點結構分類，可分為普通接點繼電器和加強接點繼電器（六）按工作可靠程度分類，可分為安全型繼電器和非安全型繼電器常用安全型繼電器（JWXC型直流無極繼電器）安全型繼電器為直流24V系列的重力式直流繼電器。其典型結構為無極繼電器，其他各型繼電器均為無極繼電器派生，因此，絕大多數(shù)零件都能通用。常用安全型繼電器（

JZXC型整流式繼電器）在只有交流電源供電處，其監(jiān)督或記錄繼電器采用整流式繼電器。整流式繼電器一般常用的有JZXC-480、JZXC-H156、JZXC-0.14、JZXC-H18以及派生的JZXC-H18F等。各種型號的整流式繼電器的工作原理與構成基本相同，均由整流器與直流無極繼電器構成。整流方式有兩種：橋式整理和半波整流。整流式繼電器磁路工作原理與直流無極繼電器相同。通過繼電器線圈的電流是整流而來的。實際在線圈上所加的是一種全波或半波的脈動直流。由于這種脈動直流使磁路中磁通也存在交變成分，電磁吸力也產(chǎn)生脈動，引起繼電器工作時發(fā)出聲響，這對繼電器工作不利。常用安全型繼電器（JPXC型偏極繼電器）偏極繼電器能反映通入繼電器線圈電流的極性，一般使用在道岔表示電路中。偏極繼電器與無極繼電器的結構基本相同，只是磁路系統(tǒng)中有特殊部分，即鐵芯極靴為方形，銜鐵為方形，方形極靴下端裝有L形永久磁鐵，磁路系統(tǒng)的結構如圖2-3所示。當輸入線圈的電流大小達到規(guī)定值，并且極性與要求相同時，繼電器才能勵磁，而電流的方向相反時，銜鐵保持不動。常用安全型繼電器（JYXC型有極繼電器）JYXC型繼電器主要用于道岔啟動電路。一般有兩種類型，普通接點型，如JYXC-270；加強接點型，如JYJXC-220/220。有極繼電器的接點系統(tǒng)與無極繼電器基本相同，在磁路中有所不同，磁路中增加了永久性磁鐵。用一塊端部成刀型的永久磁鐵代替無極繼電器的部分軛鐵，磁鐵與銜鐵間用螺釘緊固，銜鐵上沒有止片，如圖2-4所示。典型繼電器電路在城市軌道交通中，繼電器的應用主要作為計算機聯(lián)鎖與軌旁室外設備的接口電路，包括狀態(tài)采集電路和命令驅動電路。整個電路在與室外設備一一對應的基礎上，以組合柜的形式安裝在軌旁信號設備室中。組合柜的布置方式如圖2-5所示。典型繼電器電路典型繼電器電路第一行“架別”是指組合柜的編號。第一列“層”是指組合柜每一層的編號，2米高的組合柜可安裝繼電器的空間，自下而上共計8層。第二行“位置”是指每一層中可安裝繼電器的位置編號，標準1米寬的組合柜每層可供安裝繼電器的位置為10個。第二列“名稱”是指軌旁室外設備的名稱。每組格子中，第一格表示繼電器功能，第二格表示繼電器型號，如：P4-BHJ表示道岔P4保護繼電器，JWXC-1700表示該繼電器的型號是直流無極繼電器1700。典型繼電器電路主要有計軸區(qū)段采集和復位電路、信號機采集/驅動和控制電路、道岔轉轍機采集/驅動和控制電路。繼電器電路圖形符號計軸區(qū)段采集和復位電路計軸器是列車位置檢測設備，經(jīng)過計軸室內(nèi)設備處理后，通過計軸區(qū)段狀態(tài)表示列車的占用與出清。計軸區(qū)段采集電路計軸區(qū)段采集電路是用于采集列車是否占用的繼電器電路，如圖2-6所示。計軸系統(tǒng)與軌道繼電器GJ的線圈相連，當區(qū)段無列車時，GJ吸起；當區(qū)段檢測到列車時，GJ落下。計算機聯(lián)鎖通過組合柜中的采集電路獲取計軸區(qū)段GJ繼電器的接點狀態(tài)。同時，還需獲取計軸區(qū)段復位繼電器FWJ的回采接點狀態(tài)。計軸區(qū)段復位電路計軸區(qū)段復位電路是在計軸區(qū)段故障時，通過室內(nèi)信號設備遠程復位的電路，如圖2-7所示。計算機聯(lián)鎖通過組合柜中的復位電路驅動計軸區(qū)段復位繼電器FWJ的線圈。計軸系統(tǒng)與FWJ繼電器接點串聯(lián)，當FWJ吸起時，計軸系統(tǒng)進行故障計軸區(qū)段的復位操作。信號機采集/驅動和控制電路信號機是行車指示設備，計算機聯(lián)鎖通過組合柜中的繼電器電路采集信號機各燈位表示，同時輸出控制各燈位的驅動命令。在實際應用中，信號機可以有很多燈位，這里以最簡單的紅綠燈為例講解信號機相關電路。2.2 信號機信號機是在室外向列車司機指示各類行車命令的設備，包括停車、正常通過、故障通過等命令。2.2.1信號機的基本原理信號機種類很多，性能各不相同，結構形式各種各樣，但都由點燈單元、光源和報警電路組成。信號機基本原理如圖2-12所示。2.2.1信號機的基本原理輸入的交流電源首先經(jīng)過具有防雷功能的高絕緣隔離變壓器，由于該變壓器一次、二次線圈經(jīng)過高絕緣隔離處理，所以它能有效地抑制感應雷的沖擊。晶閘管和報警模塊平時處于半工作狀態(tài)，只有出現(xiàn)故障時才工作。小型繼電器負責向室內(nèi)燈絲斷絲繼電器輸送報警條件。室內(nèi)報警單元具備顯示功能，使用數(shù)碼顯示器或液晶顯示器。轉換盒負責將故障報警發(fā)送給微機監(jiān)測系統(tǒng)，指示信號維修人員進行設備維護工作。2.2.2信號機的分類信號機類型繁多，可按不同方式分類。（一）按顯示光源分類，可分為透鏡式信號機和LED信號機透鏡式色燈信號機采用燈泡作為顯示光源，配有主副燈絲，結構簡單，安全方便，控制電路所需電纜芯線少，早期應用較多。LED信號機采用LED發(fā)光盤作為顯示光源，結構緊湊、能耗低、壽命長、無需調(diào)焦等特點，在城市軌道交通得到廣泛應用。（二）按顯示顏色分類，可分為紅燈、綠燈、黃燈、引導、藍燈、白燈紅燈表示停車。綠燈表示列車可以通行。黃燈表示列車應減速通行。引導為紅燈和黃燈同時顯示，表示列車應以人工模式低速通行。藍燈和白燈，通常應用在城市軌道交通的車輛段和停車場。藍燈表示停車；白燈表示列車可以通行。2.2.2信號機的分類（三）按燈光配列分類，可分為一顯示信號機、兩顯示信號機、三顯示信號機等一顯示信號機通常為紅燈，多安裝在線路盡頭。兩顯示信號機為組合式信號機，在正線通常為紅燈和綠燈，在車輛段通常為藍燈和白燈。三顯示信號機也是組合式信號機，通常為紅燈、綠燈和黃燈，多安裝在正線。（四）按功能分類，可分為進站信號機、出站信號機、道岔防護信號機、線路盡頭信號機、模式信號機、復示信號機、場段信號機、調(diào)車信號機等2.2.2信號機的分類（五）按交通制式分類，地鐵和輕軌信號機、有軌電車信號機、膠輪路軌APM信號機等地鐵和輕軌所采用的信號機屬于常用信號機，參見上文的描述。有軌電車由于采用混合路權，所以存在與汽車同向行駛的情況，為了與交通信號燈區(qū)分，會設置特殊顯示的信號機，如：橫線表示停車，豎線表示通行，45度斜線表示減速通行、快速閃爍的圓點表示列車接近道口等。膠輪路軌APM由于采用特殊道岔，所以設置了專門的道岔位置指示器。2.2.3常用信號機透鏡式信號機LED信號機2.2.4信號機的布置原則

正線信號機典型布置2.2.4信號機的布置原則城市軌道交通軌旁信號機布置是與需要防護的設備或位置有關的，在正線、車場（車輛段或停車場）及轉換區(qū)均不相同。正線信號機主要用于防護站臺、道岔及線路盡頭，包括進站信號機、出站信號機、道岔防護信號機和線路盡頭信號機。如圖2-15所示，X04、X13和X01是進站信號機，X02、X19和X03是出站信號機，其中X01又是上一站的出站信號機，X03是下一站的進站信號機；X09、X11、X13、X15、X17和X19是道岔防護信號機；X05和X07是線路盡頭信號機。在無道岔車站，進站和出站信號機只需要兩顯示的紅綠燈信號機。道岔防護信號機均采用三顯示的紅、綠、黃燈信號機，除根據(jù)列車進路方向顯示單個燈位外，還需根據(jù)引導命令同時開放紅燈和黃燈。X01和X04雖然不是道岔防護信號機，但是由于防護進路包含道岔，也需引導功能，所以增加設置黃燈。當正線區(qū)間較長，為了減小運行間隔，也可以增設虛擬信號機，該信號機只存在于信號系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，軌旁室外不需要安裝硬件設備，但是虛擬信號機不能用于防護道岔。2.2.4信號機的布置原則車場信號機典型布置2.2.4信號機的布置原則車輛段或停車場信號機主要用于防護車場道岔，支持調(diào)車進路。如圖2-16所示，在道岔的前方和后方均設置調(diào)車信號機D88、D89、D92~D98，包括藍白燈兩顯示。在車場咽喉區(qū)域，還需要設置調(diào)車轉場作業(yè)信號機，采用紅白燈兩顯示信號機，提醒司機通過該信號機后就將進入轉換區(qū)。在停車列檢庫中，如果每條存車線支持雙列位，那么雙列位中間需要設置庫線列車阻擋信號機，采用紅綠白三顯示信號機，綠燈位封閉。當車場內(nèi)配有試車線時，試車線區(qū)域除設置調(diào)車信號機外，為了配合列車全功能測試，也需要設置類似于正線的紅綠燈信號機，區(qū)別在于該信號機可以是虛擬信號機。試車線盡頭需要設置單顯示紅燈信號機。2.2.4信號機的布置原則正線和車場之間轉換區(qū)信號機典型布置。正線和車場之間轉換區(qū)信號機主要用于防護列車是否可以進入正線或車場。如圖2-17所示，XA和XB是進場信號機，屬于車場，采用帶引導的五顯示機構，其中，一個黃燈或兩個黃燈是指示不同進路方向的列車允許信號，紅燈是列車禁止信號，紅白燈同時顯示是列車引導信號，綠燈位封閉。X01和X02是正線入口信號機，采用紅綠白三顯示信號機，紅燈是列車禁止信號，綠燈是前方道岔在定位時的列車允許信號，白燈是前方道岔在側向位置時的列車允許信號，紅白燈同時顯示是列車引導信號。2.3 道岔與轉轍機道岔是決定列車運行進路的關鍵設備，而動作道岔的設備是轉轍機，轉轍機設置于道岔尖軌的軌旁或軌間，其動作和表示都需接受信號系統(tǒng)的控制和監(jiān)督。2.3.1道岔組成道岔的機械結構如圖2-18所示，有兩根可以移動的尖軌，尖軌的外側是兩根固定的基本軌，與尖軌和基本軌相連接的是4根合攏軌，其中兩根合攏軌是直向的，另外兩根合攏軌是彎向的（其曲線叫道岔導曲線），兩根內(nèi)側合攏軌相連的轍叉，它由兩根翼軌、一個岔心和兩根護輪軌組成。護輪軌和翼軌用于固定車輪運行方向，因為機車車輛通過道岔時都要經(jīng)過轍叉的“有害空間S”，如果不固定車輪輪緣的前進方向，就有可能造成脫軌事故。目前，在我國國家鐵路上，大多采用9、12、18號三個型號的道岔，它們所允許的側向通過速度分別為30、45、80km/h。城市軌道交通線路正線一般都采用9號道岔。道岔的兩根尖軌可以移動，正常情況下，一根密貼于基本軌，另一根離開基本軌。當轉轍機動作時，通過與尖軌相連的各類桿件，可以同時改變兩根尖軌的位置，使原來密貼的分離，而原來分離的密貼，可見道岔有兩個可以改變的位置。我們通常把道岔經(jīng)常所處的位置叫做定位，臨時根據(jù)需要改變的另一位置叫做反位。2.3.1道岔組成2.3.1道岔組成根據(jù)道岔的打開方式分類，常見的有單開道岔、雙開道岔、三開道岔和復式交分道岔。單開道岔的打開方向包括一個直向和一個側向；雙開道岔呈Y形，岔后的兩股道向兩側分岔；三開道岔像Ψ形，同時銜接三股道，由兩組轉轍機操作兩套尖軌；復式交分道岔如X形，相當于四組單開道岔和一副菱形交叉的組合。城市軌道交通最常用道岔是單開道岔，也有少量三開道岔。2.3.2轉轍機基本原理轉轍機基本原理轉轍機是道岔控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機構，是轉轍設備的核心和主體，和連接桿、尖端桿、密貼調(diào)整桿、表示桿等各類桿件，以及外鎖閉裝置，共同完成轉換道岔、鎖閉道岔和反映道岔的位置狀態(tài)。轉轍機的基本功能如下：轉換道岔尖軌的位置，根據(jù)需要將道岔轉換至定位或反位；道岔轉至所需位置而且尖軌密貼后，實現(xiàn)鎖閉，防止外力轉換道岔；正確地反映道岔的實際位置，道岔的尖軌密貼于基本軌后，應給出相應的表示；道岔被擠或因故處于“四開”（兩側尖軌均不密貼）位置時，及時給出報警及表示。2.3.2轉轍機基本原理（一）按動作能源和傳動方式分類，可分為電動轉轍機、電動液壓轉轍機和電空轉轍機電動轉轍機由電動機提供動力，采用機械傳動的方式。多數(shù)轉轍機都是電動轉轍機，包括我國國家鐵路大量使用的ZD6系列轉轍機和S700K型電動轉轍機。電動液壓轉轍機簡稱電液轉轍機，由電動機提供動力，采用液力傳動的方式，ZY(J)系列轉轍機即為電液轉轍機。城市軌道交通常用轉轍機型號有ZD6、ZYJ7和ZDJ9轉轍機，將在后續(xù)章節(jié)詳細介紹。2.3.2轉轍機基本原理直流轉轍機采用直流電動機，工作電源是直流電。ZD6系列電動轉轍機就是直流轉轍機，由直流220V供電。ZY系列電液轉轍機也是直流轉轍機，亦由直流220V供電。電空轉轍機則由24V直流電供電。直流電動機的缺點是，由于存在換向器和電刷，易損壞，故障率較高。交流轉轍機采用三相交流電源或單相交流電源，由三相異步電動機或單相異步電動機（現(xiàn)大多采用三相異步電動機）作為動力。提速道岔用的S700K型電動轉轍機和ZYJ7型電液轉轍機均為交流轉轍機。交流轉轍機采用感應式交流電動機，不存在換向器和電刷，因此故障率低，而且單芯電纜控制距離遠。2.3.2轉轍機基本原理（三）按動作速度分類，可分為普通動作轉轍機和快動轉轍機大多數(shù)轉轍機轉換道岔時間在3.8s以上，屬于普通動作轉轍機。ZD7型電動轉轍機和ZK系列電空轉轍機轉換道岔時間在0.8s以下，屬于快動轉轍機?？靹愚D轍機主要用于駝峰調(diào)車場，以滿足分路道岔快速轉換的要求。2.3.2轉轍機基本原理（四）按鎖閉道岔的方式，可分為內(nèi)鎖閉轉轍機和外鎖閉轉轍機內(nèi)鎖閉轉轍機依靠轉轍機內(nèi)部的鎖閉裝置鎖閉道岔尖軌，是間接鎖閉的方式。ZD6系列等大多數(shù)轉轍機均采用內(nèi)鎖閉方式。內(nèi)鎖閉方式，鎖閉可靠程度較差，列車對轉轍機的沖擊大。外鎖閉轉轍機雖然內(nèi)部也有鎖閉裝置，但主要依靠轉轍機外的外鎖閉裝置鎖閉道岔，將密貼尖軌直接鎖于基本軌，斥離尖軌鎖于固定位置，是直接鎖閉的方式。用于提速道岔的S700K型電動轉轍機和ZYJ7型電液轉轍機均采用外鎖閉方式。外鎖閉方式鎖閉可靠，列車對轉轍機幾乎無沖擊。2.3.2轉轍機基本原理（五）按是否可擠，可分為可擠型轉轍機和不可擠型轉轍機可擠型轉轍機內(nèi)設擠岔保護（擠切或擠脫）裝置，道岔被擠時，動作桿解鎖，保護了整機。不可擠型轉轍機內(nèi)不設擠岔保護裝置，道岔被擠時，擠壞動作桿與整機連接結構，應整機更換。電動轉轍機和電液轉轍機都有可擠型和不可擠型。此外，各種轉轍機還有不同轉換力和動程的區(qū)別。2.3.2轉轍機基本原理常用轉轍機城市軌道交通常用轉轍機是隨著我國國家鐵路轉轍機的發(fā)展而變化的，從早期的ZD6直流轉轍機，到后來的ZYJ7電液轉轍機。近年來，為了克服電液轉轍機維護復雜的問題，各城市新建線路陸續(xù)采用ZDJ9電動轉轍機。2.4 應答器城市軌道交通信號系統(tǒng)的列車定位功能是安全關鍵功能，列車定位的準度和精度直接關系到列車自動防護系統(tǒng)的安全性，這在移動閉塞制式的CBTC信號系統(tǒng)中表現(xiàn)得尤為突出。列車定位有兩種方式：絕對定位和相對定位。絕對定位是指通過車載查詢設備讀取地面定位設備得到列車當前位置的方式；相對定位是指在絕對定位基礎上，通過速度計或雷達的測速測距累加得到列車當前位置的方式。應答器系統(tǒng)即屬于列車絕對定位設備。2.4.1應答器基本原理應答器基本原理城市軌道交通中應用最為廣泛的列車絕對定位系統(tǒng)主要是基于射頻識別（RFID）技術的“查詢機—應答器”系統(tǒng)。如圖2-23所示，列車絕對定位系統(tǒng)由車載查詢機和軌旁應答器組成。車載查詢機包括車載解碼器和車載定位天線，車載解碼器通過車載定位天線讀取軌旁應答器信息，并發(fā)送給車載信號主機。軌旁應答器包括無源應答器和有源應答器兩種，其中，無源應答器提供列車絕對定位信息，而有源應答器則與信號機、道岔關聯(lián)，輔助實現(xiàn)后備模式下的點式ATP防護功能。常用列車絕對定位系統(tǒng)有兩種制式：歐式應答器系統(tǒng)（EuroBaliseBeacon）和美式信標系統(tǒng)（AARTranscoreTag）。2.4.1應答器基本原理2.4.2常用應答器系統(tǒng)目前，國內(nèi)應用歐式應答器系統(tǒng)的廠商主要有阿爾斯通、西門子等，而應用美式信標系統(tǒng)的廠商則有泰雷茲、安薩爾多。此外，歐式應答器系統(tǒng)在國鐵CTCS-2、CTCS-3列控系統(tǒng)中也廣泛應用。美式信標系統(tǒng)在國鐵貨運鐵路車號自動識別系統(tǒng)（ATIS）有所應用。2.4.3應答器的布置原則無論歐式應答器系統(tǒng)，還是美式信標系統(tǒng)，為了配合列車在站臺自動停站對準，其布置原則都是比較復雜的，下面以美式信標系統(tǒng)為例進行說明。車站定位停車軌旁輔助設備主要是接近盤和信標。無線CBTC信號系統(tǒng)支持雙向運營，因此每一側站臺均有兩個接近盤，接近盤長1米，其中心點到站臺邊緣的距離與列車上接近盤天線到最近列車邊緣的距離相等。信標可以標示線路位置，無線CBTC信號系統(tǒng)使用的是無源信標，其中只存儲信標標識碼。圖2-26標示了車站站臺區(qū)域信標布置的典型規(guī)則，這個規(guī)則主要是考慮車載控制器測距上的位置不確定性。當列車自左向右運行時，如果列車狀態(tài)檢測設備在車頭，自動列車車站定位停車階段主要依靠信標3、2和1進行精確定位；如果列車狀態(tài)檢測設備在車尾，自動列車車站定位停車階段主要依靠信標7、6和5進行精確定位。當列車反向運行時，則主要依靠信標2、3和4。2.5 計軸器與軌道電路類似，計軸器是列車位置檢測設備，它克服了軌道電路對地絕緣不良跳紅光帶、區(qū)段分界處“壓不死”等多發(fā)故障，通過自身的安全處理機制，為信號系統(tǒng)提供更加可靠的區(qū)段的占用/出清狀態(tài)。2.5.1計軸系統(tǒng)基本原理計軸系統(tǒng)包括室外設備和室內(nèi)設備，如圖2-27所示。室外設備有車輪傳感器和電子連接箱；室內(nèi)設備有運算器、UPS電源、繼電器以及由計算機構成的計軸器主機系統(tǒng)。室內(nèi)設備和室外設備由專用計軸電纜相連。2.5.1計軸系統(tǒng)基本原理當列車駛入該軌道區(qū)段，列車車輪抵達入口車輪傳感器的作用區(qū)域，該傳感器通過電子連接箱把車軸脈沖發(fā)送給室內(nèi)計算機主機系統(tǒng)，由主機系統(tǒng)計算車軸數(shù)量，并根據(jù)兩套磁頭的作用時機，判斷列車運行方向；同樣，當列車車輪抵達出口車輪傳感器的作用區(qū)域，該傳感器也通過電子連接箱把車軸脈沖發(fā)送給室內(nèi)計算機主機系統(tǒng)，由主機系統(tǒng)確定對軸數(shù)是累加計數(shù)還是遞減計數(shù)。依據(jù)該軌道區(qū)段駛入點和駛出點所記錄軸數(shù)的比較結果，確定該區(qū)段的占用或空閑狀態(tài)。當輸入軸數(shù)大于輸出軸數(shù)時，計軸主機系統(tǒng)判定該區(qū)段占用，并控制該區(qū)段的軌道繼電器落下；當輸入軸數(shù)等于輸出軸數(shù)時，計軸主機系統(tǒng)判定該區(qū)段空閑，并控制該區(qū)段的軌道繼電器吸起。2.5.2常用計軸系統(tǒng)

常用計軸系統(tǒng)阿爾卡特AzLM計軸系統(tǒng)西門子AzS(M)350U計軸系統(tǒng)福豪盛ACS2000計軸系統(tǒng)安潤通ARTJZ-2計軸系統(tǒng)2.5.3計軸器的布置原則城市軌道交通正線區(qū)間內(nèi)一般不設置計軸器，但是為了提供行車效率，可以在區(qū)間設置信號機，以縮短行車間隔，這種情況下，在設置信號機的位置，必須設置計軸器；另外，在正線無岔站，一般將計軸器設置于站臺的出口處；而有岔站的道岔區(qū)域，每一條進路的兩端，都必須設置計軸器，如圖2-39所示。2.5.3計軸器的布置原則在區(qū)域邊界往往也需要設置計軸器，如圖2-40所示，控制區(qū)域ZC1和ZC2在上行和下行的分界點分別是計軸器A0202和A0101。為了實現(xiàn)區(qū)域邊界區(qū)段的狀態(tài)共享，上行的計軸器A0103和A0202構成的區(qū)段G0103需要連接到ZC2的室內(nèi)計軸主機，上行的計軸器A0202和A0206構成的區(qū)段G0202需要連接到ZC1的室內(nèi)計軸主機。同樣，下行的區(qū)段G0101狀態(tài)需要送至ZC2的室內(nèi)計軸主機，下行的區(qū)段G0204狀態(tài)需要送至ZC1的室內(nèi)計軸主機。03PartThree

CBTC信號系統(tǒng)3.1.1聯(lián)鎖基本原理聯(lián)鎖是進路、道岔和信號機之間的關系，因此進路可以認為是聯(lián)鎖的主題。列車和調(diào)車車列在站內(nèi)運行所經(jīng)過的路徑，稱為進路。按各道岔的不同開通方向可以構成不同的進路。列車和調(diào)車車列必須依據(jù)信號機的開放而通過進路，即每條進路必須由相應的信號機來防護。通常情況下，聯(lián)鎖的基本工作原理是：選路—鎖閉進路—開放信號機—解鎖。所有聯(lián)鎖關系，包括檢查道岔位置正確、軌道區(qū)段空閑且鎖閉、敵對進路未建立且鎖閉在未建立狀態(tài)，及經(jīng)檢查聯(lián)鎖關系正確后，鎖閉進路，開放信號機，各種解鎖條件的檢查都是聯(lián)鎖設備來完成的。3.1.1聯(lián)鎖基本原理聯(lián)鎖的基本內(nèi)容包括：1）防止建立會導致列車相沖突的進路；2）必須使列車或調(diào)車車列經(jīng)過的所有道岔均鎖閉在與進路開通方向相符合的位置；3）必須使信號機的顯示與所建立的進路相符。進路上各區(qū)段空閑時才能開放信號機，這是聯(lián)鎖最基本的技術條件之一。如果進路上有車占用，卻能開放信號機，則會引起列車、調(diào)車車列與原停留車沖突。這絕對不容許。上述基本內(nèi)容和技術條件，最終通過聯(lián)鎖表的形式得以實現(xiàn)。3.1.1聯(lián)鎖基本原理聯(lián)鎖表編制內(nèi)容有：進路名稱。以始端信號機和終端信號機或站臺命名的進路名稱。進路編號。按照集中站分別編制的進路編號，用于聯(lián)鎖軟件使用。進路方向。列車通過進路時的行駛方向，上行或下行。可用模式。進路的工作模式，包括自動進路和人工進路。自動進路可以由ATS自動辦理或人工命令辦理，當列車通過時，該模式進路會根據(jù)列車占用/出清的“三點檢查”自動解鎖。人工進路只能由人工命令辦理，當列車通過時，進路始端信號機變禁止信號，列車完全通過后，始端信號機會重新開放允許信號。信號機名稱。始端信號機的名稱。信號機表示。當進路辦理成功后，始端信號機開放的表示，包括綠燈和黃燈。綠燈表示進路為直向路徑，黃燈表示進路中有道岔處于反位，為側向路徑。引導信號可用。用于指示該進路是否允許辦理引導信號。道岔區(qū)域的進路一般都有引導信號，區(qū)間無岔區(qū)域的進路往往沒有引導信號。3.1.1聯(lián)鎖基本原理辦理引導信號需占用的區(qū)段。引導信號辦理時，需要列車接近始端信號機，該區(qū)段是始端信號機前的區(qū)段。主進路道岔位置、側防道岔位置和側防道岔鎖閉區(qū)段。主進路是始端信號機和終端信號機或站臺之間的路徑。主進路道岔位置是進路開通時所要求的主進路內(nèi)的道岔定位或反位位置，側防道岔位置是側向防護所要求的道岔定位或反位位置，側防道岔鎖閉區(qū)段是主進路開通時所要求鎖閉的側防道岔所在的區(qū)段。防護路道岔位置、側防道岔位置和側防道岔鎖閉區(qū)段。防護進路是終端信號機或站臺之后的一段路徑，用于防止列車在進路終點未能停車的情況。防護進路道岔位置是進路開通時所要求的防護進路內(nèi)的道岔定位或反位位置，側防道岔位置是側向防護所要求的道岔定位或反位位置，側防道岔鎖閉區(qū)段是防護進路開通時所要求鎖閉的側防道岔所在的區(qū)段。軌道區(qū)段。進路開通所要求檢查的軌道區(qū)段，包括主進路和防護進路。3.1.1聯(lián)鎖基本原理其它聯(lián)鎖條件。根據(jù)應用環(huán)境的需要而增加的聯(lián)鎖條件，有出入場段的特殊條件、站臺門狀態(tài)、站臺門旁路、站臺緊急停車按鈕等?？紤]道岔位置的敵對進路。由于使用相同道岔可能引起的與主進路沖突的進路編號?？紤]運行方向的敵對進路。運行方向與主進路相反的進路編號。接近鎖閉區(qū)段和特殊條件。觸發(fā)接近鎖閉的區(qū)段或特殊條件。接近鎖閉取消延時時間。接近鎖閉激活時，人工取消進路所需要的時間。防護區(qū)段解鎖延時時間。防護區(qū)段鎖閉激活時，緊急情況下，人工解鎖進路所需要的時間。3.1.1聯(lián)鎖基本原理根據(jù)實現(xiàn)的技術水平，聯(lián)鎖分為機械聯(lián)鎖、電氣聯(lián)鎖（繼電聯(lián)鎖）和電子聯(lián)鎖（計算機聯(lián)鎖）。機械聯(lián)鎖是鐵路發(fā)展初期使用的簡單系統(tǒng)，通過各類機械桿件，把道岔和信號機控制連接起來。電氣聯(lián)鎖是用各種繼電器電路控制和監(jiān)督全站的道岔、進路和信號機，并實現(xiàn)它們之間的聯(lián)鎖，最典型的系統(tǒng)是6502電氣集中聯(lián)鎖，在早期的城市軌道交通線路有所應用。計算機聯(lián)鎖（ComputerInterlocking，簡寫CI）是以計算機技術為核心，采用通信技術、可靠性與容錯技術以及“故障-安全”技術實現(xiàn)車站聯(lián)鎖要求的實時控制系統(tǒng)，是目前應用最廣泛的聯(lián)鎖系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)應用環(huán)境，聯(lián)鎖分為正線聯(lián)鎖和車輛段聯(lián)鎖。城市軌道交通中，正線聯(lián)鎖作為CBTC信號系統(tǒng)的一部分，需要與軌旁ATP相配合，因而有兩種工作模式：CBTC模式和后備模式。CBTC模式下，正線聯(lián)鎖僅作為軌旁ATP的接口單元，接收命令控制軌旁外圍設備，如：道岔、信號機等；后備模式下，正線聯(lián)鎖發(fā)揮主要功能，通過進路控制實現(xiàn)列車固定閉塞方式的運營。車輛段聯(lián)鎖是用于車輛段或停車場的控制系統(tǒng)，通過各類進路控制列車在場段的安全運行。下面將按正線計算機聯(lián)鎖和車輛段計算機聯(lián)鎖分別介紹。3.1.2正線計算機聯(lián)鎖正線計算機聯(lián)鎖主要由聯(lián)鎖主機、人機接口、系統(tǒng)維護臺組成。3.1.2正線計算機聯(lián)鎖正線計算機聯(lián)鎖配有通信單元，機柜內(nèi)配有交換機，同時滿足各系主機之間的通信，以及與外部子系統(tǒng)之間的通信。正線計算機聯(lián)鎖運行所需軟件至少包括：安全計算機應用軟件；安全計算機平臺軟件；通信單元軟件；安全開關量輸入輸出軟件；計算機聯(lián)鎖診斷維護軟件。3.1.2正線計算機聯(lián)鎖正線計算機聯(lián)鎖能容易擴展，并能夠控制至少10公里至多20公里長的線路。正線計算機聯(lián)鎖從收到ATS命令到開始執(zhí)行該命令的響應時間不超過0.5秒。正線計算機聯(lián)鎖從收到ZC命令到開始執(zhí)行該命令的響應時間不超過0.5秒。在降級運營模式，正線計算機聯(lián)鎖提供180秒的運營間隔。正線計算機聯(lián)鎖可用性目標能大于等于99.999%。正線計算機聯(lián)鎖的安全完整性等級能是SIL4。正線計算機聯(lián)鎖功能正線計算機聯(lián)鎖主要功能有：1、信號模式輔助列車定位后備移動授權判定聯(lián)鎖進路判定信號機監(jiān)督和控制信號機重開道岔監(jiān)督和控制計軸區(qū)段復位區(qū)段封鎖站臺門監(jiān)督和控制站臺緊急按鈕3.1.3車輛段計算機聯(lián)鎖車輛段計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)為分布式多計算機系統(tǒng)，主要由以下部分組成：監(jiān)視控制機、聯(lián)鎖機、執(zhí)表機、接口設備、防雷元件、電源系統(tǒng)、電務維護終端，另外根據(jù)需求設應急操作盤。其系統(tǒng)框圖如圖3-2所示。系統(tǒng)中所有的計算機設備均為A、B雙套，聯(lián)鎖機、執(zhí)表機具有熱備，自動切換功能，其他如監(jiān)視控制機和控制臺的設備由人工切換。各備用的計算機同樣構成系統(tǒng)與主機同步工作，備用系統(tǒng)可脫機,作為現(xiàn)場聯(lián)鎖測試用。車輛段計算機聯(lián)鎖功能車輛段計算機聯(lián)鎖實現(xiàn)進路上道岔、信號機和軌道電路的正確聯(lián)鎖，確保進路正確和列車運行安全。聯(lián)鎖功能包括：建立進路進路鎖閉開放信號進路解鎖單操道岔、單鎖道岔……等等單鉤溜放調(diào)車與干線列控系統(tǒng)或區(qū)間閉塞結合場間結合非進路調(diào)車機務段聯(lián)系與道口結合與軌道電碼化結合與DMIS系統(tǒng)和微機監(jiān)測系統(tǒng)的聯(lián)系與CTC系統(tǒng)結合3.2閉塞原理為保證鐵路必要的通過能力和行車安全，鐵路線路以車站為分界點劃分若干個區(qū)間。列車在區(qū)間內(nèi)運行時，速度快、質量重、制動距離長，由于區(qū)間內(nèi)一般不設置道岔，因此不能避讓。所以必須采取技術措施確保列車在區(qū)間內(nèi)運行安全，在同一區(qū)間，只準許一列列車運行。我們把在規(guī)定區(qū)間，只準許一列列車運行的方式成為閉塞，實現(xiàn)閉塞方式的設備叫做閉塞設備。3.2.1閉塞制式及發(fā)展人工閉塞半自動閉塞自動閉塞移動閉塞工作原理無線CBTC信號系統(tǒng)往往采用移動閉塞制式，其列車運行許可主要依靠移動授權（MovementAuthority，簡記為MA）功能，以此來保證安全的列車運行間隔。無線CBTC信號系統(tǒng)主要包括區(qū)域控制器（軌旁ATP）和計算機聯(lián)鎖、ATS系統(tǒng)以及裝備在列車上的車載控制器。移動授權功能主要是由區(qū)域控制器來完成的。移動授權的定義和分類LMA定義為受控列車（ATO/ATPM模式的列車）的移動授權，是實現(xiàn)移動閉塞的基礎。LMA起點是受控列車車尾的位置，終點是MA辦理請求的目的地（包括信號機、站臺和虛擬站臺）之后再增加一個50米的防護區(qū)段，該防護區(qū)段的長度是列車在連續(xù)制動過程中超速實施緊急制動時越過MA請求目的地的最大距離。移動授權功能分析移動授權的辦理移動授權的解鎖移動授權的回撤移動授權的轉換3.3CBTC信號系統(tǒng)原理和功能基于無線通信的CBTC系統(tǒng)是支持移動閉塞的列車運行控制系統(tǒng)，現(xiàn)在是城市軌道交通信號系統(tǒng)的主流制式。近些年來，在中國城市軌道交通協(xié)會的組織下，陸續(xù)發(fā)布了一系列CBTC系統(tǒng)的技術標準，下文將結合這些標準進行介紹。典型的城市軌道交通CBTC系統(tǒng)，按照地點來分，即物理架構，包括控制中心、設備集中站、軌旁室外、列車、車輛段/停車場、試車線、維修中心、培訓中心?？刂浦行氖钦麠l線路調(diào)度列車和指揮運營的中樞，具備最高的控制權限和管理能力，主要有控制中心ATS設備、控制中心DCS設備及控制中心電源，通常安裝在信號設備室和調(diào)度大廳。一條線路只有一個控制中心，根據(jù)具體項目要求，也可配置備用控制中心。設備集中站是控制中心調(diào)度列車和指揮運營的基石，具備區(qū)域內(nèi)的控制權限和管理能力。根據(jù)設備性能和管理要求，整條線路會劃分為若干區(qū)域，每個區(qū)域包括一個設備集中站和多個非設備集中站。設備集中站主要有車站ATS、車站DCS、計算機聯(lián)鎖CI、地面ATP、車站MSS、軌旁電子單元LEU及車站電源等設備，通常安裝在信號設備室和車站控制室。軌旁室外設備通常是指信號設備室和車站控制室以外的信號設備，主要有發(fā)車計時器、計軸、道岔、信號機、站臺門、緊急停車按鈕、可變應答器、固定應答器、軌旁無線通信設備等，通常安裝在線路和站臺。列車是承載乘客的最小運營單位，有多種車輛編組構成，配合控制中心和設備集中站等軌旁信號設備，實現(xiàn)列車的安全運行控制。列車主要有車載ATP/ATO、應答器傳輸模塊BTM、輪軸轉速傳感器、多普勒雷達傳感器、車載顯示器、車載無線通信設備、車載MSS等設備，通常安裝在車內(nèi)和車底。車輛段是停放、檢查、維修、測試和清洗列車的場所，主要有安裝在信號設備室和車輛段控制室的車輛段ATS、車輛段DCS、計算機聯(lián)鎖CI、車輛段MSS、車輛段電源，以及安裝在車輛段室外線路的軌道電路、道岔、信號機等設備。由于不含特殊工藝設備，停車場通常不具備列車維修、測試及清洗等功能，但是信號設備組成與車輛段類似。試車線通常設置在車輛段，是列車維修后進行車輛和信號測試的一段線路，由于需要具備與載客運營線路相同的系統(tǒng)功能，試車線包含一套比較完整的CBTC系統(tǒng)，主要有安裝在信號設備室和試車線控制室的試車線ATS、試車線DCS、計算機聯(lián)鎖CI、地面ATP、試車線MSS、軌旁電子單元、試車線電源，以及安裝在試車線室外線路的計軸、道岔、信號機、可變應答器、固定應答器、軌旁無線通信設備等。對于個別110km/h和120km/h的高速線路，為了節(jié)約利用車輛段土地資源，也可在載客運營線路選取一段作為試車線。維修中心是整條線路監(jiān)測設備、維護支持和備件管理的機構，主要有維修中心MSS、維修中心電源，及其他用于維護的特殊工具等設備。培訓中心是對整條線路工作人員進行操作和維護培訓的場所，由于需要具備與載客運營線路相同的系統(tǒng)功能，培訓中心包含一套比較完整的CBTC系統(tǒng)，主要有安裝在信號設備室和培訓室的控制中心和車站ATS、控制中心和車站DCS、計算機聯(lián)鎖CI、地面ATP、維修中心和車站MSS、軌旁電子單元、培訓中心電源，以及發(fā)車計時器、計軸、道岔、信號機、可變應答器、固定應答器、軌旁無線通信設備等。培訓中心設備與載客運營線路設備是獨立的，即離線工作，根據(jù)具體項目要求，也可配置室外真實線路。典型的城市軌道交通CBTC系統(tǒng)，按照功能來分，即邏輯架構，包括ATP子系統(tǒng)、ATO子系統(tǒng)、CI子系統(tǒng)、ATS子系統(tǒng)、DCS子系統(tǒng)、MSS子系統(tǒng)、培訓子系統(tǒng)，以及電源子系統(tǒng)。ATS子系統(tǒng)是向運營人員顯示全線軌旁和車載設備狀態(tài)和報警，提供全線軌旁和車載設備控制命令，支持列車運行的自動調(diào)整，并配有系統(tǒng)運營記錄和回放功能，及系統(tǒng)運營培訓功能的安全相關子系統(tǒng)，包括控制中心ATS、車站ATS和車輛段ATS。ATP子系統(tǒng)是采用速度-距離控制模式曲線，實現(xiàn)列車速度控制，放置列車超速，確保追蹤列車之間的安全行車間隔的安全苛求子系統(tǒng)，包括地面ATP和車載ATP。由軌旁電子單元LEU、可變應答器、固定應答器，以及應答器傳輸模塊BTM，構成的應答器系統(tǒng)，輔助ATP子系統(tǒng)實現(xiàn)列車定位和點式移動授權功能。ATO子系統(tǒng)是在ATP子系統(tǒng)的保護下，自動駕駛列車，根據(jù)ATS子系統(tǒng)的命令，實現(xiàn)列車在區(qū)間運行的自動調(diào)整，并可實現(xiàn)列車的節(jié)能運行控制的安全相關子系統(tǒng)，主要是車載ATO。CI子系統(tǒng)是按一定的程序和條件控制軌旁的道岔轉轍機和信號機，建立列車運行進路，確保進路上軌道區(qū)段、道岔、信號機之間聯(lián)鎖的安全苛求子系統(tǒng)，包括設備集中站CI和車輛段/停車場CI。DCS子系統(tǒng)是子系統(tǒng)間信息交換的傳輸通道，提供透明通道傳輸能力，包括控制中心DCS、車站DCS、車輛段DCS構成的DCS骨干網(wǎng)，以及軌旁無線通信設備、車載無線通信設備構成的車地無線網(wǎng)。MSS子系統(tǒng)是向維護人員提供就地監(jiān)測和遠程報警的系統(tǒng)，包括維修中心MSS、車站MSS、車輛段MSS、車載MSS。由于維護信息數(shù)據(jù)量較大，通常情況下，MSS骨干網(wǎng)及車地無線網(wǎng)與DCS骨干網(wǎng)及車地無線網(wǎng)是獨立的。培訓子系統(tǒng)能夠模擬CBTC系統(tǒng)的設備運營情況，展示系統(tǒng)與設備的工作原理，實現(xiàn)正線典型設備集中站管轄區(qū)域的模擬培訓，設備組成詳見上文的培訓中心相關描述。電源子系統(tǒng)主要是為軌旁信號設備提供電源，包括控制中心電源、車站電源、車輛段電源、試車線電源、維修中心電源、培訓中心電源。每個信號設備室的電源主要由智能電源屏、不間斷電源和電池組成，并能經(jīng)過通信專業(yè)的傳輸系統(tǒng)，把全線電源設備的狀態(tài)和報警發(fā)送至控制中心的電源子系統(tǒng)監(jiān)控服務器。3.3.2CBTC信號系統(tǒng)功能作為涉及行車安全的關鍵設備，CBTC系統(tǒng)能識別和防護的系統(tǒng)風險有：列車沖突（追尾、側沖、迎面沖突）：該風險映射為列車間隔防護、退行防護、列車完整性防護、聯(lián)鎖安全進路功能；列車與軌旁設備相撞：該風險映射為軌道末端防護、進路限制防護；列車脫軌：該風險映射為列車超速防護、聯(lián)鎖安全進路防護等；與列車移動和列車車門及站臺門相關的乘客人身風險：該風險映射為CBTC系統(tǒng)和列車車門及站臺門系統(tǒng)接口防護、列車停穩(wěn)檢測、發(fā)車聯(lián)鎖。CBTC系統(tǒng)遵循右側行車原則。CBTC區(qū)域覆蓋正線、轉換軌及各線路之間的聯(lián)絡線。車輛段/停車場通常不設置地面ATP和應答器系統(tǒng)，也就無法實現(xiàn)車地之間連續(xù)通信及控制，屬于非CBTC區(qū)域；試車線通常設置全套CBTC設備，屬于CBTC區(qū)域。3.3.2CBTC信號系統(tǒng)功能CBTC系統(tǒng)的列車運行控制級別分為三級：連續(xù)式列車控制級別、點式列車控制級別、聯(lián)鎖控制級別。連續(xù)式列車控制級別為信號系統(tǒng)的正常控制方式，基于移動閉塞原理，采用連續(xù)速度曲線控制方式，實時監(jiān)督列車運行；點式列車控制級別為系統(tǒng)的降級控制方式，基于固定閉塞原理，采用一次模式速度曲線控制方式，實時監(jiān)督列車運行；聯(lián)鎖控制級別為系統(tǒng)的降級控制方式，基于固定閉塞原理，司機根據(jù)軌旁信號機的顯示行車。連續(xù)式列車控制級別原理圖點式列車控制級別原理圖聯(lián)鎖控制級別原理圖控制級別與駕駛模式

非限制人工駕駛模式EUM限制人工駕駛模式RM列車自動防護模式CM列車自動運行模式AM聯(lián)鎖控制級別√√××點式列車控制級別××√√連續(xù)式列車控制級別××√√控制級別與駕駛模式對照