城市轨道交通概论 单元6

丁太生——编辑丁太生主讲1.掌握城市轨道交通信号设备的特点、功能2.了解列车自动控制系统的组成和功能3.了解城市轨道交通通信传输系统的结构特点4.掌握城市轨道交通通信传输系统组成部分的功能为保证城市轨道交通系统列车运行的安全、可靠、准点、高密度和高效率，实现运输的集中统一指挥，行车调度自动化和列车运行自动化，对城市轨道交通信号与通信提出了很高的要求，因此其地位和作用十分重要。城市有轨交通的信号和通信设备从早期的机械式装置到采用继电式电气设备，在到计算机时代的自动控制和远程控制体系。信号是“信号（显示）、联锁、闭塞”的总称，由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙装置等主体设备及其他有关附属设施构成的一个完整的体系，是现代信息技术的重要领域。一、信号装置所谓信号装置，就是指示列车或车辆运行条件的信号及附属设备。以上海地铁一号线为例，信号装置包括色灯信号机、发车表示器及机车速度信号。信号表示是命令，必须遵照执行。色灯信号机是用不同的颜色灯光来显示信号。通常有红色、绿色、白色三种颜色。①红色表示禁止列车越过该信号机。②绿色表示允许列车按规定的速度越过此信号机进出站。③绿色闪光+白色表示允许列车以不超过20km/h的速度越过此信号机。1.色灯信号机及其显示①进站信号机②出站信号机③调车信号机④防护信号机⑤复示信号机⑥阻挡信号机⑦引导信号机2.发车表示器及其显示设于正线车站站台列车正向发送车端，由它来向司机表示什么时候关车门及什么时候可以发车。3.机车速度信号机车速度信号为数字式信号，设于列车驾驶室便于司机确认的地方。由双针数字速度计显示，其中红针所指表示最大允许速度，黄针所指为列车实际速度。列车速度在自动控制时速度由自动运行设备自动调节。列车在人工控制时，列车速度由人工按自动监控所需速度进行调节。二、联锁装置在城市轨道交通线路中，信号设备和轨道结构比大铁路简单得多。但由于有一些站可能要折返，还由于一些区间线路要考虑列车进出车辆段，这就要在线路上加入道岔，使线路可以分岔。有道岔区段的线路，轨道交通信号就要根据运行图，将道岔搬动到位，并锁定位置、给出信号，指示列车是走直线股道还是曲线股道，这就是联锁的概念。1.联锁的基本概念（1）调车：列车在车站内有目的地移动位置的作业过程，即转线作业过程。（2）联锁:是指在有调车作业的轨道交通车站(或车辆基地等部门）,为保证行车安全，而将车站的所有信号机、轨道电路及道岔等相对独立的信号设备构成一种相互制约、互为控制的连带环扣关系，即联锁关系。在介绍联锁关系前需要介绍一下道岔、信号和进路之间的制约关系。进路：是列车或调车车列在站内运行时所经由的路径，所有进路都有起点和终点。终点通常是下一个信号机、终点站、调车场或车厂。敌对进路：两条或两条以上会产生交叉、重迭的进路。2.联锁的要求开通进路的道岔位置未确定到位之前,防护该进路的信号机不能开放;进路的道岔开通后,即进入锁闭状态不能再转换,防护该进路的信号机开放,敌对进路信号机不能开放;在主体信号未开放前,预告信号复示信号均不能开放.3、联锁技术及相应设备进路空闲的检测技术。检查进路空闲是保证行车安全的重要条件之一，目前主要是利用轨道电路实现这一任务的。道岔控制技术。道岔是进路上的可动部分，如果对它控制不当，有可能造成列车或车列脱轨，或者造成列车或车列驶入停有车辆的线路而发生撞车事故。因此，如何控制道岔是非常重要的。信号控制技术。信号机是联锁系统中极其重要的基础设备之一。只有在安全条件确认满足时才允许信号机开放，否则信号机必须在关闭状态。控制信号机的开放与关闭。直接关系到行车的安全。联锁技术。联锁技术是防止失误，且在失误的情况下仍能保证行车安全的技术。联锁技术是车站信号自动控制系统的主要内容。故障—安全技木。对铁路信号系统来说，必须考虑在发生故障后，其后果不应危及行车安全。4.联锁的种类电锁器联锁电锁器联锁就是道岔靠人力通过机械转换，信号机由有关人员通过电气或机械操纵，用电锁器完成联锁关系。继电联锁用电气方法通过信号楼内的控制台操纵车站内的色灯信号机和电动转辙机，使信号机、进路和道岔实现联锁并能监督列车运行和线路占用情况，这就是继电联锁。在继电联锁中实现联锁的主要元件是继电器。20世纪50年代以后，继电联锁都采用电磁继电器，以逻辑电路实现联锁，全站的信号机和道岔可由一个信号楼集中控制。微机联锁继电器联锁设备经过多年的发展，在安全性和可靠性等方面都日趋完善。但随着铁路运输的发展和科学技术的进步，人们对联锁设备又提出了更高的要求，希望用小巧的电子器件代替体积庞大的继电器，进一步提高系统的性能。一九七八年世界第一个微机联锁系统在瑞瑞典哥德堡问世以来，微机联锁技术发展相当迅速。日、英、德、法等国家都竞相进行微机联锁的研究开发工作。经过十几年的努力，各国的微机联锁技术日趋完善和成熟。许多国家决定今后重点发展微机联锁系统，对新建铁路不再采用继电器联锁设备。微机联锁系统是以微型计算机取代了传统的电气集中电路而构成的车站信号自动控制系统。在微机联锁系统中，计算机对车站值班员的操作命令和现场状态信息按规定的联锁逻辑进行分析与处理，实现对铁路车站信号设备的控制。理论和实践证明，微机联锁系统无论在安全性、可靠性，还是在经济效率上，都具有更大的优越性。随着科技的进一步发展，微机联锁系统也在不断的发展和完善。三.闭塞装置铁路线路以车站(线路所)为分界点划分为若干区间。列车在区间(分区)内运行的特点是：列车的运行轨道交通车辆是在一条特定的轨道上运行的，速度高，质量重，制动距离长，不能避让。由于是轨道交通，轨道起了承载和导向作用，列车A、B、C依次在线路上排队运行，不能超车、不能追尾相撞，而且为了提高线路的运载能力又必须尽可能地缩短两列车之间的间距。1.闭塞的基本概念:(1).定义:为了确保列车在区间内的运行安全，列车由车站向区间发车时，必须确认区间内没有列车，并需遵循一定的规律组织行车，以免发生列车正面冲突或追尾等事故。这种按照一定规律组织列车在区间内运行的方法，叫做行车闭塞法(简称闭塞)。办理闭塞所用的设备叫做闭塞设备。（2）方式：空间闭塞：把铁路线路划分为若干个段落(区间或闭塞分区)，在每个线段内同时只准许一列列车运行，这样使前行列车和追踪列车之间必须保持一定距离的行车方法。这种行车方法能严格地把列车分隔在两个空间，可以有效地防止列车追尾的发生，确保列车运行安全。这种行车方法是我国目前所采用的闭塞方法，我们所说的闭塞就是指空间间隔法。时间闭塞：列车按照事先规定好的时间由车站发车，使前行列车和追踪列车之间必须保持一定时间的行车方法。这种行车方法因追踪列车不能确切地得到前行列车的运行状况，所以不能确保列车在区间内的运行安全，我国已不再使用此种行车方法。正面冲突可根据两列对向列车不能同时向同一区间发车的原则来控制。（3）闭塞的制式1)．人工闭塞：它采用电气路签或路牌作为列车占用区间的凭证，由接车站值班员检查区间是否空闲。因为这种方法在交接凭证和检查区间状态都要依靠人来完成，所以叫做人工闭塞。这种闭塞方法在我国已经很少采用。2)．半自动闭塞：人工办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，出站信号机自动关闭的闭塞方法。发车站值班员必须在办理好闭塞手续后才能开放出站信号，列车出发后出站信号机自动关闭，在没有检测区间是否留有车辆的设备时，还须由接车站值班员确认列车的完全到达，办理解除闭塞手续。这种方法，因为既要人的操纵，又需依列车自动动作，所以叫做半自动闭塞。3)．自动闭塞：根据列车运行及有关闭塞分区状态，自动变换通过信号机的显示，而司机凭信号显示行车的闭塞方法。这种方法因为不需要人的操纵，所以叫做自动闭塞。四.轨道电路为使行进中的列车直接获取传输信号，从而达到固定的地面信号向车载信号传输显示的目的，利用两根钢轨构成电气回路，称为轨道电路。轨道电路的工作原理:当轨道发生断裂时，轨道电路形成断路，轨道继电器同样失去电流导致红灯亮，从而形成保护作用。五.列车自动控制系统ATC系统针对城市轨道交通的特点，其信号系统与传统大铁路的信号系统在控制原理上基本相同，但他也有自身诸多特点：城市轨道交通信号系统传统信号系统列车运行速度低，可采用较低速率的数据传输系统。列车运行速度高，可采用较高速率的数据传输系统。车站仅有上下客功能，一般车站不设道岔，联锁设备监控对象少。联锁设备对象多。行车组织简单，列车种类单一行车组织复杂，列车种类多。减少或取消了传统的地面信号，机车信号作为主体信号。通过设置在地面的色灯信号机指挥行车，机车信号作为辅助信号。传递给列车的是具体的速度或距离信息。传递不同的行车命令依靠ATO驾驶或无人驾驶，司机劳动强度大大减少。依赖于司机进行速度控制调整。城市轨道交通的信号系统是保证列车运行安全和提高线路通过能力的重要设施。传统的信号系统已不能适应城轨交通的发展，必须用一种能实现列车速度自动控制和列车运行间隔自动调整的新的系统来替代，这就是列车自动控制系统（AutomaticTrainControlSystem）。系统中后续列车根据与先行列车之间的距离和进路条件，在车内连续地显示出容许的速度信息，（或按设定的运行条件达到该容许速度的距离信息），根据上述信息列车自动地控制运行速度，以达到自动调整行车间隔的目的，提高运输效率，并由列车自动控制系统实现在车站的程序定位停车。ATC系统取消了传统的地面信号，将机车信号作为主体信号，信号的含义发生了质的变化，传递给列车的是具体的速度和距离信息，系统能可靠地防止由于司机失误而超速或追尾等事故，确保列车运行安全。列车运行控制系统ATC(AutomaticTrainControl)包括三个子系统：列车自动监控系统ATS(AutomaticTrainSupervision)列车自动保护系统ATP(AutomaticTrainProtection)列车自动运行系统ATO(AutomaticTrainOperation)简称“3A”系统。ATC是在保证行车安全，提高运营效率的情况下，实现列车的自动控制。●这三个子系统是通过信息交换网络构成闭环系统，可以充分发挥保证行车安全，提高运行效率，缩短行车间隔，促进管理现代化，提高综合运营能力贺服务质量的作用。其结构示意图如图城市轨道交通信号系统按子系统设备所在区域，由以下部分组成:(1)行车指挥控制中心：由列车运行监视（调度监督）或列车运行监控（调度集中）或列车自动监控等子系统构成。(2)车站及轨旁子系统：由行车指挥系统车站设备、联锁、行车运行控制系统的地面设备及其与联锁设备的接口、列车识别等其他设备组成。(3)车载子系统：由机车信号和自动停车设备、车载ATP/ATO及列车识别等设备组成。(4)车辆段（场）子系统：由联锁设备、行车指挥系统等设备组成。1.ATPATP子系统是保证行车安全的基本系统，可实现列车的间隔控制、超速防护和进路的安全监控、安全开关门的监督等功能，确保列车和乘客的安全。主要包括车载设备和地面设备。ATP主要功能有：轨旁ATP子系统的功能：(1)轨道区段空闲的检测；(2)自动检测车辆的位置；(3)控制列车运行安全间隔，满足规定通过能力；(4)连续监督列车速度，实现超速防护；(5)列车车门开、闭安全控制，为列车车门的关闭提供安全可靠的信息；(6)标志器及环线信息控制；(7)目的地选择；(8)停站时间控制及自动启动等；（9）向ATO传送控制信息。车载ATP子系统功能：(1)接收和解译限速指令；(2)根据限速进行超速防护；(3)测速、测距；(4)停站校核；(5)控制车门开、闭，发送站台屏蔽门开、闭信息等；(6)具有故障自检和报警、记录功能。2.ATSATS子系统主要由中央计算机网络系统和车站计算机或中断模块设备组成。它完成全县列车地运行管理和监控。其控制方式可由中心集中控制，也可由车站分散控制。ATS主要作用是编制、管理行车计划，实现对全线列车的监控和列车运行的自动调整。ATS主要功能有：控制中心ATS的主要功能：1)列车的运行控制等