CBTC原理

CBTC原理站务中心张毅目录一、概述二、1号线信号系统构架三、车载设备四、轨旁设备五、车站设备六、故障处理一、概述1、1号线信号系统原理南昌地铁1号线采用的信号系统是由自仪&泰雷兹联合体提供的CBTC系统。该信号系统分为CBTC模式和后备模式两种，在CBTC模式下列车以移动闭塞方式运行，而在后备模式下列车以双红灯防护的固定闭塞方式运行。一、概述2、CBTC概述CBTC全称为CommunicationBasedTrainControlSystem，即基于无线通信的列车自动控制系统。该系统是一种采用先进的通信、计算机技术，连续控制、监测列车运行的信号系统。它的特点是实现了列车和轨旁的双向通信，用无线双向通信代替轨道电路实现了对列车运行的控制，有效、安全地提高线路通过能力并缩短行车间隔。一、概述3、1号线闭塞方式概述正常情况下，1号线列车采用移动闭塞方式运行，当信号系统故障时，列车可采用固定闭塞方式运行。一、概述3、1号线闭塞方式概述移动闭塞：移动闭塞系统是一种区间不分割、根据连续检测先行列车位置和速度进行列车运行间隔控制的列车安全系统。系统把先行列车的后部看作是假想的闭塞区间，这个假想的闭塞区间随着列车的移动而移动，所以叫作移动闭塞。一、概述3、1号线闭塞方式概述移动闭塞原理:在移动闭塞系统中，前行列车经车载设备将本车的实际位置、运行速度等信息通过通信系统传送给轨旁的移动闭塞处理器，并将此信息处理生成后续列车的运行权限，传送给后续列车，后续列车的速度曲线随着目标点的移动而实时计算，后续列车到先行列车的保护段后部之间的距离等于列车制动距离加上列车制动反应时间内驶过的距离。移动闭塞原理图一、概述3、1号线闭塞方式概述移动闭塞较之传统的固定闭塞有以下优点：①信息量大。因为车—地双向通信的实现，系统能收到更多的列车信息；②行车间隔更短。在移动闭塞中不再以物理分区（轨道电路）作为闭塞区段，而是以列车作为虚拟的闭塞分区，将前车作为后车的追踪目的地，使得两车间隔更短；③系统可靠性更高。系统能实时地将前车信息告知后车，后车可以根据前车的速度变化及时采取应对措施（加速或减速），以保障两车在更短的间隔内仍有足够的安全制动距离；④节能。因为实现了车—地双向通信，使得系统能够采用更为平缓的速度曲线，最大限度的降低了不必要的制动和加速度，继而实现节能。一、概述3、1号线闭塞方式概述固定闭塞后备模式下，1号线采用固定闭塞轨旁信号控制系统，基于双红灯防护的自动闭塞法行车，前后相邻列车之间安全运行间隔由计轴区段自动防护。双红灯防护原理图二、1号线信号系统构架1号线信号系统主要由以下几部分组成：ATS、区域控制器、车载设备、轨旁设备等。1号线信号系统构架简图二、1号线信号系统构架1、ATSATS是一个非安全系统，是信号系统的管理设备。该系统提供了线路的总览，显示了站台、道岔、指定列车等的位置。其主要功能为：1）状态和性能监视；2）列车时刻表和列车运行间隔调整；3）列车进路的控制/分配；4）列车追踪；5）行调/值班员的人机接口；6）产生数据采集和选择报告；7）轨旁和车载设备接口；8）事件记录。二、1号线信号系统构架1、ATS1号线ATS系统分为中央和本地两部分。中央ATS有两个服务器计算机（一台主用、一台备用）。如果主用计算机故障，则系统会自动的切换到备用服务器。当控制中心两个服务器故障时，ATC系统会自动的转换为ATS本地控制模式。车站值班员可以在本地ATS服务器上追踪列车，并控制可控区域内的轨旁设备。一旦ATS中央服务器再次运行，则本地ATS服务器关闭，并以被动模式重新启动。二、1号线信号系统构架2、区域控制器（ZoneController，以下简称ZC）ZC主要由移动授权单元（以下简称MAU）和联锁控制器（以下简称PMI）两部分组成。1号线全线共有八个ZC，分别在以下车站：双港站（管辖范围：双港站、蛟桥站）珠江路站（管辖范围：长江路站、珠江路站、八一桥西站）地铁大厦站（管辖范围：绿茵路站、会展路站、地铁大厦站、秋水广场站、中山西路站）子固路站（管辖范围：子固路站、八一馆站、八一广场站）彭家桥站（管辖范围：丁公路北站、师大南路站、彭家桥站、谢家村站）高新大道站（管辖范围：青山湖大道站、高新大道站）艾溪湖东站（管辖范围：艾溪湖西站、艾溪湖东站、太子殿站）奥体中心站（管辖范围：天祥大道站、奥体中心站）二、1号线信号系统构架3、MAU在CBTC模式下，MAU是整个信号系统的核心，它主要由主处理单元和多个外设处理单元组成，是一个三取二的冗余系统。MAU的主要功能有：1）负责列车的安全行车间隔和运行；2）负责与列车建立双向通信；3）接受ATS发出的进路请求；4）向PMI发送联锁进路的请求；5）通过列车定位信息，实现逐段解锁进路；6）监控车站屏蔽门/安全门注：在后备模式下，MAU只负责监控车站屏蔽门/安全门二、1号线信号系统构架4、PMIPMI主要负责监控车站相关联锁设备（道岔、信号机、紧急关闭、计轴），由以下几部分组成：1）电子联锁模块（MEI）：接受轨旁设备（道岔、信号机、计轴等）的状态并确保联锁的安全性，它是个二取一的冗余系统；2）看门狗继电器架：确保信息传递的安全性；3）操作和通信模块（SCOM）：完成诸如报警管理、数据记录等操作和维护工作，同时SCOM也是PMI与其他系统通信的桥梁；二、1号线信号系统构架4、PMIPMI主要功能有：1）操作和锁闭道岔；2）接受MAU发送的进路请求；3）根据MAU的命令排列进路、开放信号；4）根据MAU的命令解锁进路、关闭信号；5）检测道岔、计轴、紧急关闭等设备的信息。三、车载设备列车上主要有车载控制器、车载无线单元、信标查询器、速度传感器、加速计、司机显示屏等设备，其中车载控制器是列车的核心设备。三、车载设备1、车载控制器（以下简称VOBC）VOBC是ATC系统中的一个安全部件，它主要负责计算列车的位置。VOBC检测位于轨道上的应答器，在数据库中寻找应答器的位置，并使用速度传感器的输入信号来测量从最近检测到的应答器开始的行车距离。存储在VOBC中的数据库包括与线路相关的所有信息，如车站、坡度、土建速度限制、轨道道岔位置和轨旁信号机位置等。VOBC将向ATS报告列车的位置。三、车载设备2、车载无线单元（以下简称OBRU）OBRU是安装在列车上的无线通信设备，前后车头各有一个，每一个包含两根天线。OBRU是列车与轨旁间通信传媒媒介之一。三、车载设备3、信标查询器信标查询器及其天线主要负责与轨旁信标通信并确定列车位置，处理信标发出的消息并将消息传送给VOBC三、车载设备4、速度传感器和加速计速度传感器和加速度计用于测定列车速度和行驶距离。每一套VOBC设备都有两个速度传感器。速度传感器安装在拖车中两个独立车轴的两端。每一套VOBC设备具有3个加速计。加速计集中地安装在电子设备车厢内机车地面的固定金属板上。三、车载设备5、司机显示屏（以下简称TOD）TOD是一个非安全的单元，它为列车司机（TO）提供人机接口。在TOD上显示列车当前的运行模式以及各种工况状态。轨旁设备四、轨旁设备1、信号机1号线信号机种类有：道岔防护信号机（也称为联锁信号机）、进站信号机、出站信号机和通过信号机。CBTC模式下，信号机仅作为行车辅助设备。四、轨旁设备1、信号机四、轨旁设备2、道岔1号线正线均采用9号道岔。9号道岔侧向通过最高速度为30km/h。四、轨旁设备3、轨旁无线单元（以下简称WRU）WRU铺设于线路沿线，用于传输和接受列车与其他子系统之间的信息。WRU是战略性的布置在轨道沿线，确保列车在线路的任意一点至少能与2个WRU通信。四、轨旁设备4、轨旁天线（以下简称AP天线）AP天线是WRU的外围设备，是WRU与列车间通信传输的媒介。AP天线主要安装在轨道桅杆上或车站的建筑物上。四、轨旁设备5、信标信标也称为应答器，是位于道床上的设备。1号线信标分为A类和B类信标两大类。1）A类信标为无源信标，用于建立列车位置，当列车经过应答器时，列车收到识别应答器的消息。2）B类信标为有源信标，通过电线实现外部加电。B类信标与信号机相关联，它指示列车前方进路上信号机显示的颜色、道岔所处的位置（若该信号机为道岔防护信号机）及列车可通过的速度四、轨旁设备6、校准应答器校准应答器布置在每个车站的入口处及定修段、停车场和其它线路的入口以确保轮径校准。VOBC自动确定安装速度传感器的车轮直径（补偿车轮磨损），使用在VOBCATP数据库里定义的两个指定的应答器进行校准操作。当列车通过这两个应答器，车下的应答器天线读到应答器使VOBC比较由速度传感器实际测得的距离与数据库中的距离。通过比较来确定实际车轮直径。如果车轮没有被校准，VOBC将监督列车按照22kph的最高限速以RMF模式运行，当车轮被校准后，ATPM，ATO和无人折返模式方可使用。列车在运营过程中VOBC断电后，若其在一定时间内（40分钟）重新启动，则轮径值会被保留。若超过此时间进行VOBC重启，则需要重新校准获得轮径值。四、轨旁设备7、计轴计轴器：计轴器安装在钢轨上，用于计算通过它的车轴的数量。计轴区段：在轨道入口和出口处安装了计轴器的一段轨道区段，线路轨道可分成“区段”，列车驶过计轴磁头就视为进入及离开一个区段。计轴评估器：计轴器计算以某一方向通过固定点时车轴的数量。计轴器将信息传递给计轴评估器，计算区段占用情况，并报告给ZC。五、车站设备1、发车表示器列车发车表示器用数字倒计时方式向司机显示离站时间。显示“H”表示扣车，显示“———”表示可以发车。五、车站设备2、紧急关闭按钮（以下简称ESB）岛式站台上、下行方向各设2个、车控室上下行各设1个紧急关闭按钮。侧式站台上下行方向各设2个、车控室设1个紧急关闭按钮。车控室设有恢复按钮。六、故障处理1、基础概念1）通信列车（CT）和非通信列车（NCT）上线列车的车载无线单元（OBRU）、轨旁无线单元（WRU）及AP天线正常情况下，可建立车—地通讯，则该列车为CT，当上述三个部分之一出现故障时，无法建立车—地通讯，则该列车为NCT。NCT一定是非受控列车。六、故障处理1、基础概念2）受控列车和非受控列车上线通讯列车轮径校准成功后，系统接受该车为受控列车，可使用ATPM/ATO驾驶模式。上线非通讯列车，系统认为是非受控列车，只能使用RM驾驶模式。上线通讯列车轮径校准失败，系统认为是非受控列车，只能使用RM驾驶模式。受控列车轮径丢失，系统认为是非受控列车，只能使用RM驾驶模式。受控列车VOBC检测不到信标或者连续检测到信标位置错误，系统认为是非受控列车，只能使用RM驾驶模式。六、故障处理1、基础概念3）人工进路授权（AMT）：为非受控列车排列的进路，称为人工进路授权（AMT）。AMT可以从信号机到信号机，或者从列车到目的地（信号机、站台、虚拟站台）排列。区别是：信号机到信号机间的AMT系统不会自动解锁，列车到目的地的AMT，待列车通过后系统自动解锁。六、故障处理1、基础概念4）移动进路授权（LMA）：为受控列车排列的进路，称为移动进路授权（LMA）。LMA只能从列车到目的地（信号机、站台、虚拟站台）排列，待列车通过后系统自动解锁。LMA排列后，如列车变为非受控列车，则系统自动将LMA转为AMT。待列车变为受控列车，则系统再次自动将AMT转为LMA（信号机到信号机间的AMT，不会转为LMA）。列车在车站发车时，如与前车有安全距离，但是该距离不能保证列车整列出清站台，此时LMA会排列，出站信号机开放绿灯，司机室TOD上有目标距离，但是目标速度为零。为了防止列车在风井处停车，系统在排列LMA时，会延长或缩短进路，以保证列车能一次性通过。已排列的LMA系统会时时检测安全性，当进路条件不满足（道岔失表、屏蔽门打开或失效、车站紧急关闭使用、轨道关闭）时，LMA会自动回撤到安全距离，此时如安全距