第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础课件.ppt

1、第十三章城市轨道交通第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础信号设备铁路信号基础郑伟郑伟2012022-10-5第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 城市轨道交通（包括地下铁道和轻轨铁路）信号设备是城市轨道交通的主要技术装备，它担负着指挥列车运行、保证行车安全、提高运输效率的重要任务。现代化的城市轨道交通要求城市轨道交通信号设备的现代化。信号系统作为城市轨道交通调度指挥和运营管理的中枢神经，对城市轨道交通系统的安全、速度、输送能力和效率密切相关。选择合适的信号系统可以产生巨大的经济效率和社会效益。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201v城市轨道交通对信号系统的要求城市

2、轨道交通对信号系统的要求 城市轨道交通对其信号系统提出与铁路不尽相同的要求。安全性要求高安全性要求高通过能力大通过能力大保证信号显示保证信号显示抗干扰能力强抗干扰能力强可靠性高可靠性高自动化程度高自动化程度高第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201v城市轨道交通信号系统的特点城市轨道交通信号系统的特点 城市轨道交通信号系统沿袭铁路的制式，但由于其自身的特点，与铁路的信号系统有一定的区别。城市轨道交通信号系统的特点是：具有完善的列车速度监控功能具有完善的列车速度监控功能联锁关系较简单联锁关系较简单车辆段独立采用联锁设备车辆段独立采用联锁设备自动化水平高自动化水平高不要求兼容不要求兼容第

3、十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201v城市轨道交通信号系统的组成城市轨道交通信号系统的组成 城市轨道交通的信号系统通常由列车运行自动控制系统（ATC）和车辆段信号控制系统两部分组成，用于列车进路控制、列车间隔控制、调度指挥、信息管理、设备工况监测及维护管理，由此构成一个高效的综合自动化系统。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 列车运行自动控制系统（列车运行自动控制系统（ATC）ATC包括列车自动防护（ATP）、列车自动运行（ATO）及列车自动监控（ATS）三个系统。为确保行车安全和线路最大通过能力，一般最大通过能力小于30

4、对/h的线路宜采用ATS和ATP系统，实现行车指挥自动化及列车的超速防护。最大通过能力大于30对/h的线路，应采用完整的ATC系统，实现行车指挥和列车运行自动化。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 ATP子系统 功能 对列车运行进行超速防护，对与安全有关的设备实行监控，实现列车位置检测，保证列车间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行，完成信号显示、故障报警、降级提示、列车参数和线路参数的输入，与ATS、ATO及车辆系统接口进行信息交换。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 ATO子系统 功能 用于实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，包括列车

5、自动折返，根据控制中心的指令使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行，自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动，送出车门和屏蔽门同步开关信号。使用ATO后，可使列车经常处于最佳运行状态，高质量地自动驾驶，提高列车运行效率，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，提高了旅客舒适度、列车正点率以及减少了能耗和轮轨磨损。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 ATS子系统 功能与实现 主要实现对列车运行的监督和控制，辅助调度人员对全线列车进行管理，第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201v城市轨道交通信号系统的城市轨道交通信号系统的地域分布地域分布 按地域城市轨道交通信号系统分成五部

6、分：控制中心设备、车站及轨旁设备、车辆段设备。控制中心设备控制中心设备 控制中心设备属于 ATS 子系统，是 ATC 的核心。控制中心设备主要包括中心计算机系统、综合显示屏、调度员及调度长工作站、运行图工作站、培训/模拟工作站、绘图仪和打印机、维修工作站、UPS 及电池。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 其中，综合显示屏、调度员及调度长工作站设于主控制室。控制主机、通信处理器、数据库服务器、维修工作站设于设备室。运行图工作站设于运行图室。绘图仪和打印机设于打印室。培训/模拟工作站设于培训室。控制中心配备在线式UPS 及可提供30mi

7、n后备电源的蓄电池。UPS设于电源室，蓄电池设于蓄电池室。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 车站及轨旁设备车站及轨旁设备 车站分集中联锁站和非集中联锁站。集中联锁站一般为有道岔车站。非集中联锁站一般为无道岔的车站。有道岔车站根据需要和可能也可以由邻近车站控制，而成为非集中联锁站。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 集中联锁站及轨旁设备 集中联锁站设有ATS车站分机、车站联锁设备、ATP/ATO系统地面设备、电源设备、维修终端、乘客向导显示牌、紧急关闭按钮以及信号机及发车指示器、转辙机。第十三章城市轨道交通信号设备铁路

8、信号基础郑伟201 集中联锁车站配备一套适用于联锁设备、ATS、ATP、ATO设备的在线式UPS及可提供15min后备电源的蓄电池组。在站台适当位置设乘客向导显示牌，用以显示接近列车的到站时间等。紧急关闭按钮用于在遇到紧急情况危及行车安全时，关闭信号，使列车停车。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 非集中联锁站及轨旁设备 非集中联锁站的设备只有发车指示器、紧急关闭按钮和乘客向导显示牌。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 车辆段设备车辆段设备 车辆段信号设备包括ATS分机、车辆段终端、联锁设备、维修终端、信号机、转辙机、轨道电路、电源设备。车辆段设一台ATS分机。

9、车辆段派班室和信号楼控制台室各设一台终端，与车辆段ATS分机相连。车辆段设一套联锁设备，实现车辆段的进路控制。联锁设备只受车辆段值班员人工控制。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟20113.2 信号基础设备信号基础设备 城市轨道交通信号基础设备主要包括信号机、城市轨道交通信号基础设备主要包括信号机、转辙机、轨道电路、计轴器等，它们是城市轨道交转辙机、轨道电路、计轴器等，它们是城市轨道交通信号系统的重要基础设备。通信号系统的重要基础设备。v信号机信号机 城市轨道交通采用色灯信号机。除了车辆段和有岔站外，一般不设信号机。在城市轨道交通中，列车的

10、运行速度不取决于信号显示，即信号为非速差信号。允许信号的绿灯、黄灯并不表示列车的运行速度，而是代表列车的运行进路是走道岔直股还是弯股。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 信号机的设置信号机的设置 信号机的设置原则 设于列车运行方向右侧 城市轨道交通的地面信号机设于列车运行方向右侧，在地下部分一般安装在隧道壁上。特殊情况可设于列车运行方向的左侧或其他位置。信号机柱的选择 高柱信号机具有显示距离远，观察位置明确等优点，因此车辆段的进段、出段信号机（以及停车场的进场、出场信号机）均采用高柱信号机。而其他信号机由于对显示距离要求不远，以及隧道内安装空间有限，一般采用矮型信号机。第十三章

11、城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 正线上的信号机的设置 在ATC控制区域正线上的道岔区设防护信号机。防护信号机设于道岔岔前和岔后的适当地点。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 车站一般不设进、出站信号机，在正向出站方向的站台侧列车停车位置前方适当地点设置发车指示器。也可以根据需要设进站、出站信号机以及进站信号机的预告信号机。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 车辆段（停车场）的信号机设置 在车辆段（停车场）入口处设进段（场）信号机，在车辆段（停车场）出口处设出段（场）信号机。在同时能存放两列及以上列车的停车线中间进段方向设列车阻挡信号机（可兼作调车信号

12、机）。车辆段（停车场）内其他地点根据需要设调车信号机。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 信号显示信号显示 色灯信号机的机构有单显示、二显示、三显示。单显示机构仅用于阻挡信号机。二显示和三显示可以单独使用，也可以组合（以及与单显示机构组合）构成各种信号显示。信号显示意义 一般，除预告信号机外，所有正线信号机的主体信号均为绿、红两显示，绿灯表示进行，红灯表示停车。站台还设有发车表示器，发车前5s闪白光，发车时间到亮白色稳定光，列车出清后灭灯。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201v轨道电路轨道电路 对于城市轨道交通，除车辆段内可采用50Hz相敏轨道电路外，需要采用音频

13、轨道电路，不仅用来检测列车是否占用，更重要的是传输ATP信息。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟20113.3 联锁设备联锁设备 联锁设备是城市轨道交通的重要信号设备，用来在车站或车辆段实现联锁关系，建立进路、控制道岔的转换和信号机的开放，以及进路解锁，以保证行车安全。联锁设备分为正线车站联锁设备和车辆段联锁设备。联锁设备早期采用继电集中联锁，现在多采用计算机联锁。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201v继电集中联锁继电集中联锁 6502继电集中联锁继电集中联锁 早期的城市轨道交通，如北京、上海、广州地铁的车辆段曾采用6502继电集中联锁。第十三章城市轨道交通信号设备铁路

14、信号基础郑伟201v计算机联锁计算机联锁 计算机联锁应用于城市轨道交通计算机联锁应用于城市轨道交通 城市轨道交通对计算机联锁有特殊的要求，如列车运行的三级控制、多列车进路、追踪进路、折返进路、联锁监控区、保护区段和侧面防护。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 计算机联锁系统应用举例计算机联锁系统应用举例 用于我国城市轨道交通的计算机联锁主要有国产的TYJL-型计算机联锁，DS6-11型计算机联锁，VPI型计算机联锁和iLOCK型计算机联锁卡斯柯信号有限公司由从阿尔斯通信号（美国）公司即原美国GRS公司引进专利技术、结合中国铁路运营技术条件经过二次开发、从国外引进的SICAS计算

15、机联锁（SIEMENS公司研制，为双机热备方式）、MI-CROLOCK计算机联锁（US&S公司研制，双机热备方式）。前四种主要用于车辆段，后两种主要用于正线。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 与现场主要设备的结合与现场主要设备的结合 与ATS系统的结合 联锁系统可与ATS设备互联，以便于向ATS中央系统提供车辆段的进路状态、信号机状态、道岔位置、轨道电路状态、股道状态等信息。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟20113.4 列车自动控制（列车自动控制（ATC）系统）系统 列车自动控制（ATC）系统是城市轨道交通信号系统的最重要的组成部分，它实现行车指挥和列车运行自动

16、化，能最大限度地保证列车运行安全，提高运输效率，减轻运营人员的劳动强度，发挥城市轨道交通的通过能力。目前用于我国城市轨道交通的ATC系统大多是从国外引进的，有US&S公司的、西门子公司的、阿尔斯通公司的和阿尔卡特公司的等。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201vATP子系统子系统 ATP子系统是保证行车安全、防止错误进路、防止列车进入前方列车占用区段和防止速度码升级的设备。ATP负责全部的列车运行保护，是列车安全运行的保障。ATP是ATC的基本环节，属于故障-安全系统，必须符合故障-安全的原则。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 ATP功能功能 ATP子系统执行以下

17、安全功能：速度限制的接收和解码、超速防护、车门管理、自动和手动模式的运行、司机控制台接口、车辆方向保证、永久车辆标识。ATP功能分为ATP轨旁功能、ATP传输功能、ATP车载功能。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 ATP轨旁功能：负责负责列车安全间隔和生成报文，完成对列车安全运行授权许可的发布和报文的准备。ATP传输功能：负责发出报文信号，包括报文和ATP车载设备所需要的其他数据。ATP车载功能：负责列车安全运行，自动驾驶，并提供信号系统和司机间的接口。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 ATP设备组成设备组成 采用轨道电路传送ATP信息时，ATP子系统由设于

18、控制站的轨旁单元，设于线路上各轨道电路、调谐单元和车载ATP设备组成，以及与ATS、ATO、联锁设备的接口设备。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 ATP工作原理工作原理 列车检测 采用轨道电路等作为列车检测设备。当轨道电路区段空闲时，发送轨道电路检测电码，此时轨道电路的功能是检测是否空闲，检测结果送往联锁装置。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 列车自动限速 ATP轨旁单元根据获得的驾驶指令形成计划数据后传输至ATP车载设备，ATP车载设备通过此数据计算现有位置的列车允许速度。ATP可对列车运行速度进行分级或连续监督。当列车实际速度超过列车允许速度时，ATP车

19、载设备发出制动命令，发出报警后控制列车进行常用全制动或实施紧急制动，使列车自动地制动；当列车速度降至ATP所指示的速度以下时，便自动缓解。而运行操作仍由司机完成。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 车门开关 当列车在站台停稳且停车点的误差在允许范围内时，车载对位天线和地面对位天线才能很好地感应耦合并进行车门开关操作。这需要地面和车载ATC设备以及车辆门控电路共同配合。地面ATP设备还将列车停准、停稳信息送至控制中心作为列车到站的依据。门关闭后，车载ATP才具备安全发车条件。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 测速与测距测速与测距 测速 列车运行速度的测量非常重要

20、，列车实际运行速度是速度控制的依据。该速度值的准确和精度直接影响调速效果。测速有车载设备自测和系统测量两种方法，车载设备自测有测速发电机、路程脉冲发生器、光电式传感器和霍尔式脉冲转速传感器等方法。系统测量有卫星测速和雷达测速等方法。测距 如何测量距停车点的精确距离是列车运行超速防护系统的重要任务。测距是通过测速与轮径完成的。必须不断地对轮径进行修正。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 设置速度限制设置速度限制 ATP通过设置区域限速或闭塞分区限速来设置速度限制。区域速度限制 区域限速由ATP轨旁设备设置，也可在需要时由控制中心控制。设置限速后，ATP轨旁设备就将产生到限速区的新

21、的“目标”距离和实际的目标限制速度，并传送给接近限速区域的列车。闭塞分区限速 闭塞分区限速是对单独的轨道电路设置最大的线路和目标速度。通过ATP轨旁设备选择最大速度。所选的速度作为轨道电路的最大速度。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 紧急制动和常用制动紧急制动和常用制动 紧急制动 紧急制动是将压缩空气全部排入大气，使副风缸内压缩空气很快推动活塞，施行制动，使列车很快停下来。紧急制动时，列车冲击大，中途不能缓解，充风时间长，不能使列车安全平稳地运行。常用制动 常用制动是直接控制列车主管压力使机车制动与缓解，不影响原有列车制动系统的功能。它缩短了制动空走时间，大大减小了制动时的纵

22、向冲击加速度，使列车运行更安全、舒适。在常用制动失效后，可施行紧急制动。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201vATO子系统子系统 ATO即列车自动驾驶，它代替司机操纵列车驱动、制动设备，自动实现列车的起动、加速、匀速惰行、制动等驾驶功能。ATO功能功能 自动驾驶 自动调整列车运行速度 停车点的目标制动 从车站自动发车 区间内临时停车 限速区间的行车控制第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 ATO功能功能 无人自动折返 自动控制车门开闭 列车位置功能 允许速度功能 巡航/惰行功能 PTI支持功能第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 ATO设备组成设备组成

23、 ATO子系统包括地面和车载ATO单元两部分。ATO地面设备是设在每个车站ATC设备室内的车站停车模块或ATO通信器、沿每个站台设置的一组地面标志线圈或环路，以及和ATP、联锁系统的接口设备。ATO车载设备包括每一端司机室内的一个由微型计算机构成的ATO控制器，以及车底部的标志线圈和对位天线（接收、发送天线）。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 ATO与与ATP的关系的关系 ATP系统主要负责“超速防护”，起保证安全的作用，是不可少的安全保障；ATO系统主要负责正常情况下列车高质量地运行，是提高列车运行水平的质量（准点、平稳、节能）的技术措施。在ATP系统的基础上安装了ATO系

24、统，列车就可采用手动方式或自动方式进行驾驶。在选择自动驾驶方式时，ATO系统代替司机操纵。然而，不论是由司机手动驾驶还是由ATO系统自动驾驶ATP系统始终是执行其速度监督和超速防护功能。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201vATS子系统子系统 ATS子系统能与ATP子系统、计算机联锁设备或继电联锁设备配套使用，并预留与时钟系统、旅客向导系统和综合监控系统的接口。ATS系统功能系统功能 ATS系统在ATP和ATO系统的支持下，根据运行时刻表完成对列车运行的自动监控，可自动或由人工监督和控制正线（车辆段、试车线除外），及向调度员和外部系统提供信息。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号

25、基础郑伟201ATS系统具有下列主要功能：列车监视和追踪 时刻表处理 自动建立进路 列车运行调整 旅客信息显示系统 列车确实位置识别 服务操作 遥控联锁 报告、登记、档案、统计数据 监测与报警第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 系统组成系统组成 ATS子系统应由控制中心设备、车站设备、车辆段设备、列车识别系统及列车发车计时器等组成。因用户要求不同，ATS的硬件、软件配置差别很大。控制中心设备 控制中心设备属于ATS子系统，是ATC的核心，设于控制中心。控制中心ATS设备主要包括中心计算机系统、综合显示屏、调度员及调度长工作站、运行图工作站、培训模拟工作站、绘图仪和打印机、维修工

26、作站、UPS及电池。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 车站设备 车站分集中联锁站和非集中联锁站。集中联锁站设有一台ATS分机，用于采集车站设备的信息、传送控制命令，车站联锁设备能接收ATS系统的控制，以实现车站进路的自动控制。为从联锁设备取得所需数据，配备了可编程控制器型远程终端单元。采用模块化设计，扩展十分容易。它还控制站台上的列车目的显示器和下一列车到发和出发时间显示器。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 ATS系统基本原理系统基本原理 自动列车跟踪 列车追踪系统是监视受控区域内列车的移动的。当某一列车出现在列车追踪系统所监视区域时，该列车识别号必须报告给

27、列车追踪系统。列车识别号报告给列车追踪系统的方法有：手动输人；用读点（PTI）读入；从列车时刻表中导出；在步进检测中产生。自动列车跟踪要完成：列车号定位、列车号的删除、车次号的处理。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 列车自动进路排列 通过列车进路系统，将进路排列指令及时地输出到联锁设备中去，实现了进路的自动排列。调度员人工办理进路时，列车进路系统对其进行可用性检查，并把该列车转到被动状态，到列车到达一个新的运行触发点为止。列车到达下一个运行触发点时又恢复了列车进路自动排列。由自动列车跟踪报告的列车位置、列车号，它决定了所要求的目的地；进路设置命令在被输出到联锁设备功能前要进行

28、触发区段检查、进路可用性检查、办理进路检查等，该检查将决定执行或拒绝命令。列车自动进路排列功能不取消进路。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 时刻表系统 时刻表系统要完成：时刻表数据管理、向其他ATS功能模块提供时刻表数据、向外部系统提供时刻表数据、为停站时间时刻表的在线装载设置界面、为时刻表的离线修改设置界面、为使用中的时刻表增加或删除一个列车行程设置界面、按自动列车追踪请求安排列车识别号。时刻表的编制和修改在离线模式下用给定的数据在时刻表编辑器中编辑。基本数据代表一列列车在某段线路上的运行。系统时刻表中列车运行图或列车运行档案通过列车运行图表示器显示出来。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201 自动列车调整 自动列车调整功能按当天时刻表调整列车运行。自动列车调整功能的调整方式是当列车早点或晚点到达车站时，用改变列车停站时间的方式；当列车延误或提前发车时，用改变站间行车时间的方式。若没有重大的时刻表偏差，自动列车调整根据时刻表确定计划行车时间，包括列车出发、到达和停站时间。第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟2012022-10-5第十三章城市轨道交通信号设备铁路信号基础郑伟201