第五章 列车自动控制系统ATC

第五章列车自动控制（ATC）系统基本原理轨道交通信号系统运行与维修主要内容第一节ATC系统综述第二节ATP子系统基本原理第三节ATO子系统基本原理第四节ATS子系统基本原理第一节ATC系统综述引子法国TGV576.8km/h新加坡无人驾驶地铁车辆•列车自动防护系统ATP列车自动驾驶系统ATO•列车自动监视系统ATSAutomaticTrainProtectionAutomaticTrainOperationAutomaticTrainSupervision一、ATC系统的组成和功能ATS功能联锁功能列车检测功能ATC功能PTI功能ATC系统包括五个原理功能一、ATC系统的组成和功能三、ATC系统选用选择•安全•可靠•成熟•先进•较高性价比•准移动闭塞•或移动闭塞•也可采用固定闭塞式•ATC系统构成水平的选择按前述原则执行ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.四、不同闭塞制式的ATC系统按照闭塞模式，城市轨道交通的ATC可以分为3.移动闭塞2.准移动闭塞1.固定闭塞四、不同闭塞制式的ATC系统9轨道电路工作稳定性容收环境影响，如道床阻抗变化、牵引电流干扰等1.固定闭塞存在以下缺点轨道电路传输信息量小。利用轨道电路难以实现车队第的信息传输闭塞分区长度是按照不利条件设计的，分区较长，且一个分区只能被一列车占用，不利于缩短列车行车间隔。无法知道列车在谋一份区内的具体位置。四、不同闭塞制式的ATC系统安全距离制动距离S安全距离限制速度asv2四、不同闭塞制式的ATC系统2.准移动闭塞移动闭塞定位方式固定闭塞定位方式能够了解其具体位置仅知道其在哪个分区内速度限制有一个阶跃式上升当其移动并出清一个分区后续列车对自身前行列车速度限制为连续式变化当其静止四、不同闭塞制式的ATC系统安全距离制动距离S安全距离限制速度asv2四、不同闭塞制式的ATC系统（1）基本概念3.移动闭塞前行列车后续列车移动定位方式与地面通信移动定位方式与地面通信地面控制中心感应环线或无线通信四、不同闭塞制式的ATC系统（2）移动闭塞的特点•制动的起点和终点是动态的，与轨旁设备数量及行车间隔关系不大•没有固定分区，行车间隔是动态的，并随前一列车的移动而移动，速度限制连续变化。•列车间隔按照后续列车在当前速度下所需的制动距离加上安全余量计算而得。•可实现车地双向通信，易于实现无人驾驶。舒适先进•可实现较小的行车间隔高效灵活安全四、不同闭塞制式的ATC系统（3）移动闭塞的技术优势•安全关联计算机采用3取2或2取2冗余配置，可保证故障安全。•数据通信对所有的子系统透明•可以与无人驾驶结合，避免司机误操作或延误，从而提高效率•车地双向通信，实时提供列车的位置及速度等信息。•模块化设计，核心部分采用软件实现，硬件数量大大减少CBTC（communicationsbasedtraincontrol）四、不同闭塞制式的ATC系统安全距离制动距离S限制速度asv2（4）移动闭塞的工作原理四、不同闭塞制式的ATC系统后续列车制动曲线保护段后续列车先行列车四、不同闭塞制式的ATC系统紧急制动紧急制动点测距不确定性余量（后方防护）虚拟移动分区正常制动点测距不确定性余量（后方防护）障碍物正常紧急制动失控加速惰性线路拓扑示意图n5n6n8n1n2n3n4n7n9n10n11n12e1e2e3e4e5e6e7e8e9e10e11e12e13四、不同闭塞制式的ATC系统（5）移动闭塞系统的ATC分类四、不同闭塞制式的ATC系统•基于电缆环线•基于无线通信和传输媒介•直接序列扩频•跳频扩频方式•点式应答器•自由空间波•裂缝波导管•漏泄电缆等按无线扩频通信方式按传输媒介按传输速率分类五、不同结构的ATC1.点式ATC系统无源，高信息容量，安装灵活，结构简单。价格明显低于连续式ATC在北京5号线有应用难以适应行车密度大的情况点式ATC系统五、不同结构的ATC中央处理单元应答器天线测速传感器LEU车载设备地面设备信号机或联锁设备ATP总线(1)式ATC的基本结构五、不同结构的ATC①地面应答器评估100KHz发生器50kHz100kHz850kHz50kHz100kHz850kHz50KHz发生器发送/接收监视通道能量通道车载应答器数据传输轨旁应答器ZUB车载单元信号模块五、不同结构的ATC应答查询器（TI及应TI天线负责与轨旁信标通信并确定列车的轨道位置，处理信标发出的消息并传送给车载控制器）五、不同结构的ATC•.A型应答器（无源设备）•(1)用于确定列车位置•(2)当一辆列车驶过应答器，它会收到一条标识应答器的消息•.B型应答器（有源设备）•(1)信号机B信标（安装于信号机旁与信号机相联锁）•(2)进路B信标（安装于道岔前，指示是否需要侧向速度通过道岔）五、不同结构的ATC②轨旁电子单元LEU将不同的信号显示转化为电码并发送至列车。③车载设备a、车载应答器b、测速传感器c、中央处理单元d、驾驶台上的显示五、不同结构的ATC机车控制箱速度表电源中间存储器发送接收计算机继电气组操作及指示盘制动命令车载蓄电池机车应答器路程脉冲发生器五、不同结构的ATC（2）点式ATC系统的基本原理五、不同结构的ATC2.连续式ATC系统采用轨道电路的连续式ATC系统采用轨间电缆的ATC系统无线ATC系统速度码模式距离码模式五、不同结构的ATC发送f4接收f3速度码P发送f3接收f2速度码P发送f2接收f1速度码P发送f1接收f4速度码PJUJUJUJUf1f2f3f4行车方向来自控制中心速度码模式下的车地通信采用轨道电路的连续式ATC系统速度码模式五、不同结构的ATC2040608080/8080/8080/6060/4040/00/0距离入口/出口速度速度（km/h）速度码模式五、不同结构的ATC轨旁连接盒轨旁连接盒RTBPCABS联锁室内ATP天线行车方向室内用数字编码轨道电路实现列车速度监控的系统（距离码模式）距离码模式五、不同结构的ATCf1f300100100f3f50100011000100100f1f3f5车载设备自动调谐距离码模式五、不同结构的ATC接收调谐电路A接收调谐电路B逻辑控制后续电路来自地面的信息码五、不同结构的ATC外部接口系统管理中心（SMC）车站控制器（STC）SMC车站级工作站感应通信环线道岔车载控制器（VOBC）信号机计轴器车辆控制中心（VCC）中心设备轨旁设备车载设备采用轨间电缆的ATC系统五、不同结构的ATC轨道电路中继器中继器中继器控制中心中继器联锁电路五、不同结构的ATC运行方向运行方向3.2km25m3.13m钢轨127126125321255254253…………130129中继器控制中心钢轨机车天线轨间电缆五、不同结构的ATC过压保护放大器带通震荡器解调器带通叉形电路带通限幅转换器低通放大器(36±0.6)kHz(56±0.2)kHz震荡器(5.5±0.2)kHz(17±0.4)kHz5.05kHzTCTC控制中心…电缆五、不同结构的ATC控制中心v允许vmaxv允许v允许v列车信息列车信息ABA五、不同结构的ATC输入处理程序区间数据表列车数据表输入处理程序输出形成程序操作系统节拍脉冲数据输入数据输出五、不同结构的ATC控制器无线设备控制器无线设备区域间通信无线连接无线连接2区1区五、不同结构的ATC列车自动监控（ATS）区域控制器（ZC）区域控制器（ZC）联锁站台门联锁站台门PASPIDSCADA轨旁无线电轨旁无线电轨旁无线电车载无线电车载无线电TODPASVOBCCCTVPIDTOD以太网第二节ATP系统引子多年来，英国人经历了大量的铁路事故。而在1988年发生的最致命的一次事故是在伦敦南部靠近克拉彭禄口的撞车事件。由于发生在运输繁忙时段，两辆相撞的列车中搭载了近1300人，事故发生后造成35人死亡。事发后，事故调查小组建议整个英国的铁路系统都需要安装自动列车保护系统。一、ATP的基本概念车载ATP主机接口电路牵引系统制动系统牵引指令制动指令速度输入速度传感器地面信号速度控制车轴二、ATP的设备组成采用轨道电路传送ATP信息时，ATP系统由：设于控制站的轨旁单元；设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元；车载ATP设备；并包括与ATS、ATO、联锁设备的接口设备。二、ATP的设备组成广州地铁一号线司机室操控台ATO按钮控制列车牵引方向牵引、零位、制动、快制紧急制动速度表凤缸压力表主控钥匙三、ATP的主要功能ATP系统应具有下列主要功能：检测列车位置、停车点防护、超速防护、列车间隔控制（移动闭塞时）、临时限速、测速测距、车门控制、记录司机操。轨旁功能传输功能车载功能三、ATP的主要功能ATP轨旁功能列车安令间隔功能1报文生成功能2负责列车安全间隔和生成报文，完成任务对列车安全运行授权许可的发布和报文的准备保持列车之间的最小安全距离，发出运行授权。在进路已经排列，联锁功能中才发出列车运行授权.完成整理数据、准备和格式化要传送到ATP车载设备的报文，并决定传输方向。.三、ATP的主要功能2.ATP传输功能三、ATP的主要功能3.ATP车载功能监督功能速度监督功能方向监督功能车门监督功能紧急制动监督功能后退监督报文监督功能设备监督功能三、ATP的主要功能速度监督功能RM速度监督最大列车允许速度监督停车点的监督限制速度起始点的监督进入速度监督线路允许速度的监督没有距离同步的监督三、ATP的主要功能方向监督三、ATP的主要功能背景介绍ATS系统在ATP系统的支持下完成对列车运行的自动监控，在ATO的配合下，完成对列车的控制。ATP和ATO分为车载设备和轨旁设备。ATCATP自动防护系统ATO自动驾驶系统ATS自动监视系统车载ATP车载ATO轨旁ATP轨旁ATO本节课主要涉及的内容车载ATPATP功能1，距离测量2，实际速度测量3，速度监督4，列车追踪间隔5，紧急停车6，车门控制7，列车自动折返控制8，车辆故障信息和紧急制动的记录ATP接口包括：一、ATP与ATO接口二、ATP与车辆接口1.与电源接口2.静态输入接口（重点）3.静态输出接口（重点）三、ATP与联锁的接口四、ATP与FTGS的接口重点内容ATP接口ATP车载单元ATO设备测速仪信息和精确停车信息总线一、ATP与ATO接口1、主控钥匙开关主控钥匙开关打开，接点闭合，ATP检测到DC110V电压，ATP激活；主控钥匙开关没打开，接点没闭合，ATP检测不到DC110V电压，ATP主控钥匙没有打开。车辆ATP车载单元+110V主控钥匙开关双通道ATP接口车辆ATP车载单元左门锁闭右门锁闭+24V2、门控接点左右两边门都关闭，两锁闭继电器接点闭合，送回24V电压给ATP，否则，不能送回24V电压，ATP车载单元通过检测是否送回该电压来判断两车门是否关闭。ATP接口3、ATO启动按钮两个按钮，分别为双通道，当按钮被按下，24V电压接地，ATP车载单元通过检测该电压是否接地来判断ATO启动按钮是否被按下。车辆ATP车载单元主ATO按钮副ATO按钮+24V双通道双通道ATP接口此模式用于正线上列车的正常运营,运行中列车不需司机驾驶,而是按设计要求自动运行,司机负责监督ATP/ATO显示,以及列车运行所要通过的轨道、道岔和信号的状态,并在必要时人工介入。ATO运行模式ATP接口车辆ATP车载单元+110V4、ATO释放方向手柄主控手柄当方向杆向前，主控手柄在零位时，110V电压被送回给ATP车载单元，此时为”ATO释放“，ATP车载单元通过检测是否送回该电压来判断是否有”ATO“释放。ATP接口车辆ATP车载单元+24V5、RM按钮RM按钮接点当按压RM按钮，接点闭合，24V电压接地，ATP车载系统通过检测该电压是否接地来判断RM按钮是否被按压。ATP接口RM运行模式在下列情况使用:1.列车在车辆段范围内运行