地铁信号系统知识介绍.pdf

地铁信号系统知识介绍主要内容、地铁信号系统基础知识介绍二、信号系统的运营模式三、信号系统故障降级对地铁运营的影响Ui1 ATS系统知识介绍、地铁信号系统基础知识介绍1.概述2.信号系统功能3.信号系统分类4.XX地铁二号线正线信号系统(1)XX地铁二号线正线信号系统原理(2)XX地铁二号线正线信号系统组成(3)XX地铁二号线正线信号基础设备1.概述在城市轨道交通系统中,信号系统是个集行车指挥和 列车运行控制为一体的非常重要的机电系统,它直接关系 到城市轨道交通系统的运营安全、运营效率以及服务质量。它保证乘客和列车的安全,实现列车快速、高密度、有序 运行的功能。地铁信号系统的核心是列车自动控制（ATC）系统。它 由计算机联锁子系统（CBI）、列车自动防护（ATP）子系 统、列车自动驾驶（ATO）子系统、列车自动监控（ATS）子系统构成。各子系统之间相互渗透,实现地面控制与车 上控制相结合、现地控制与中央控制相结合,构成一个以 安全设备为基础,集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自 动化等功能为一体的自动控制系统。它是现代城市轨道交 通核心控制技术之一。ATC系統构成示意图计算机联锁亠A)厂厂、(CBI)子系统 7 0列车自动防护(ATP)子系统上Q 列车自动监控丿(ATS)子系统rOJ列车自动运行_ I(AT0)子系统系统满足以下要求:信号系统必须确保列车运行安全。-满足运营及行车组织的要求。需严格按照预定的时刻表（运行图）组织列车运行。在控制中心能对全线列车集中监控,自动/人工运 行调整。实现列车自动驾驶或有超速防护的人工驾驶。具有必要的降级/后备控制模式。2.信号各子系统功能（1）列车自动监控（ATS）子系统列车识别号追踪、传递和显示 列车运行图编制及管理 列车运行的自动调整 列车进路的控制 实时监视在线列车运行和信号设备的状态（其中含道岔、信 号机、电源等）实现与无线通信、乘客导向、综合监控等系统的接口 提供司机发车指示 培训和运行模拟 统计、管理与记录等(2)列车自动保护(ATP)(含正线联锁)子系统列车定位/测速 安全列车间隔控制列车速度和方向的监督防护 经济制动使能(实施)列车完整性监督 轮径确认及磨损补偿 车门/屏蔽门监控轨道终点、工作区域和折返作业的防护 列车筛选(3)列车自动运行(ATO)子系统 列车在区间运行的自动控制及调整 控制列车按运行图规定的区间走行时分行车,自动实现对 列车的启动、加速、巡航、惰性、减速和停车務合理控制。在正线车站、折返线和试车线自动实现列车的精确停车控 制。在ATP子系统的允许下,向歹车和屏蔽门控制系统发送开/关车门和屏蔽门的命令。向车辆自动广播系统提供相关信息。记录和统计系统事件的时间和日期。3.信号系统分类尽管各类信号系统在实现列车控制方式、车地数据传输方式、列 车定位方式和信息量等方面各有不同,但基本上可按以下方式分类:号统制式 信系控方固定闭塞 准移动闭塞移动闭塞按各信号设备所处地域、实现功能又可分为:控制中心ATS子系 统、车站及轨旁子系统、车载设备子系统。基于固定闭塞阶梯式速度控制方式示意图固定闭塞ATC系统:固定闭塞又称分级速度控制方式或阶梯式速度控制模式。其特点是采 用固定划分区段的轨道区段、计轴区段,提供分级速度信息,实施台阶式 的速度监督,使列车由最高速度逐步降至零。列车超速时由设备自动实施 最大常用制动或紧急制动。采用阶梯式速度控制方式的ATC系统设备构成简单,具有投资成本低,性能可靠等优点。固定闭塞轨道电路传输的信息是模拟信号,抗干扰能力 差。此,轨道电路传输的信息量有限,速度信息划分为若干等级,因此,采用阶梯式速度控制方式的ATC系统控制精度不高,不易实现列车优化和节 能控制,也限制了行车效率的提高。准移动闭塞ATC系统:、国定闭塞称分级速度控制方式或阶梯式速度控制模式。其特点是采用固 智令!段的陰电整,提供分级速度信息,实施台卩卷速躍龍僉岸 由麻速度逐步降至零。列车超速时由设备自动实施最大常用制动或紧急制务。,美用阶梯式速度控制方式的ATC系统设备构成简单,性能可靠。但固定闭塞 曇塞專路”输的伊&是模拟信,抗干扰能力差。此外,轨道电路传输的信息 裏袞主修冬停息扫号为首营级。因些,养用阶梯式速度控制方式而ATC系 统控制柏度不咼,不切实现列军优花和能技制,也限制了行皐效率的提高。紧急制动速度曲线常用制动球唐曲线基于移动闭塞连续曲线速度控制方式示意图移动闭塞ATC系统:移动闭塞没有固定的闭塞分区,无需轨道电路装置判别闭塞分区列车占用 与否。移动闭塞ATC系统利用无线电台实现车地数据传输。轨旁ATC设备根据控 制区列车的连续位置、速度及其它信息计算出列车移动授权,并传送给列车,车载ATC设备根据接收到的移动授权信息和列车自身运行状态计算出列车运行 速度曲线对列车进行牵引、巡航、惰行、制动控制。在移动闭塞ATC系统 中,列车之间保持最小“安全距离”进行追踪运行。该安全距离是指后续列车 安全行车间隔停车点与前行列车尾部位置之间的动态距离。由于在移动闭塞制式下,列车安全行车间隔停车点较准移动闭塞和固定闭 塞更靠近前行列车,因此安全行车间隔距离也较短,在保证安全的前提下,能 最大程度地提高列车区间通过能力。并且由于轨旁设备数量的减少,降低了设 备投资、运营及维护成本。4.XX地铁二号线正线信号系统XX地铁二号线信号系统可根据供货商及地理位置分为正 线信号和车辆段信号两大部分。其中:正线信号系统:正线信号系统为浙大网新公司集成,采 用基于无线通信技术的、移动闭塞制式的、具有完整ATC功 能的列车自动控制系统,即CBTC信号系统。同时还提供了 连续式ATP功能丧失情况下的点式ATP列车超速防护系统。满足二号线一期工程的技术指标、功能以及行车组织和运 营要求。车辆段信号系统:车辆段信号系统由北京国铁信通科技 发展有限公司生产的DS6-K5B计算机联锁系统、TJWX-2006-hh微机监测系统、DSG2电源系统组成。该技术较为成熟,已应用于我国多条地铁线路中。（由于车辆段信号系统技术成熟,和国铁信号原理较为 接近,故本节主要针对正线信号系统进行介绍。）XX地铁二号线正线信号系统原理车载控制器负责列车安全定位。CC通过速度传感器和加 速度传感器来确定列车的安全位置,该安全位置通过数据 通信子系统(DCS),传输到区域控制器(ZC)以及列车自动 监控(ATS)系统。CC通过检测安装在轨道中间的静态信标的 来修正列车的位置误差。区域控制器基于该区域内所有列车的位置和方向,发出 移动权限(MAL)指令,并持续更新和传输。计算移动权限,以保证列车安全隔离,并达到最小的列车运行间隔。车载 控制器利用MAL信息来执行ATP和ATO功能。每个区域控制器通过DCS,与区域内的轨旁联锁控制器 单元接口。每个设备集中站都配备联锁控制器。联锁控制 器控制和监测轨旁设备,诸如转辙机、计轴器、信号机和 屏蔽门等,并将状态信息传递到区域控制器和ATS。停车点的信息X地段二号线正线号号系统和剧示惹图列车在线位置+进路条件生成移动授权终点制动曲线V1车尾位置:追踪列车的停车点车载控制设备列车位置信息防护距离与列车的位置、速度比较计算制动曲线基于线路数据 和停车点信息逐 次生成制动曲线制动控制17XX地铁正线信号系统组成区域控制器(ZC)区域控制器(ZC)区域控制器(ZC)联锁控制器(ILC)接入交换机AS轨旁数据通信网 络Wayside data communication network骨干交换机BS联锁控制器(ILC)轨旁骨干网络Wayside Backbone接入交换机AS000000 L轨旁APWayside AP车地无线通信网络车载控制器(CC)Wireless Network车载数据 通信网络图例以太网电缆Twisted pair 光纤FiberX无线信道Wireless tunnel(3)XX地铁二号线正线信号基础设备正线轨旁子系统设备包括:正线信号联锁主机、区域控制 器、转辙机、信号机、计轴、应答器等。正线车载子系统设备包括:车载ATP/ATO、人机界面TOD、测速传感器、加速度计、车载MR天线、车载应答器天线等。正线ATS子系统设备包括：ATS中央服务器、ATS各工作站、人机界面MMI、现地控制工作站LCW、发车指示器PDI等。正线DCS子系统设备包括:轨旁AP、骨干交换机、接入交 换机、光/电缆等。整个正线信号系统由DCS统组网。下面就XX地铁二号线正线信号系统使用的“室外三大件”设备(即转辙机及道岔、信号机、计轴)进行简单介绍。ZDJ9型转辙机功能:转换道岔 锁闭道岔 表示道岔位置挤岔保护转敝机安装示意图LED信号机LED信号机是在地铁站场、区间作为进站、出站、进路、防护、预告、调车、复示、遮断、通过及引导等地面灯光信号之用,具有结构紧凑、能耗低、寿命长、无需调焦等特点。国铁中信号机是给司机提供信号指示的 最主要的设备。而在地铁正线信号系统中,正常CBTC信号模式下信号机是没有作用的（亮蓝灯或直接灭灯）,司机只依靠车载 人机界面上的信号显示来行车,不用观 看轨旁信号机指示。只有在CBTC故障降级 的情况下,正线信号机发挥指示行车的 作用。计轴计轴是正线信号系统重要设备之一,具有轨道区段空闲检查、列车 完整性检查等功能,是正线信号系统降级后的重要设备。图中给出计轴 系统的主要设备:1、磁头2、电子盒3、安装盒4、计轴评估器(ACE)二、信号系统的运营模式1、ATS自动监控模式正常情况下ATS系统自动监控在线列车的运行,自动向 联锁设备下达列车进路命令,列车在ATP的安全保护下由司 机按规定的运行图时刻表驾驶列车运行。控制中心行车调 度员仅需监督列车和设备的运行状况。每天开班前,控制 中心调度员选择当日的行车运行图/时刻表,经确认或作必 要的修改,作为当日行车指挥的依据。2、调度员人工介入模式调度员可通过工作站发出有关行车命令,对全线列车运 行进行人工干预。调整列车运行计划包括对列车实施“扣 车”、“终止站停”、改变列车进路、增减列车等。3、列车出入车场调度模式车辆调度员根据当日列车运行图/时刻表编制车辆运用计 划和场内行车计划,并传至控制中心。车场信号值班员按 车辆运用计划设置相应的进路,以满足列车出入段作业要 求。4、车站现地控制模式除设备集中站其他车站不直接参与运营控制,车站联锁 和车站ATS系统结合实现车站和中央两级控制权的转换。在 中央ATS设备故障或经车站值班员申请,中央调度员同意放 权后,可改由车站现地控制。在现地控制模式下,车站值班员可直接操从车站联锁设 备,可将部分信号机置于自动模式状态,也可将全部信号 机设为自动模式状态,控制中心行车调度员应通过通信调 度系统与列车驾驶员、车站值班员保持联系。5、车场控制模式、列车出场和场内的作业均由场值班员根据用车计划,直接排列进路。车场与正线之间设置转换轨,出入场线与 正线间采用联锁照查联系保证行车安全。6、列车运行控制模式列车在正线、折返线上的运行作业时,常用AT0自动驾驶 模式和ATP监督下的人工驾驶模式,限制人工驾驶和非限制 人工驾驶模式均为非常用模式。(1)TO自动驾楚模式k 亠“列车启动后,在ATP设备安全保护下,车载ATO设备自动 控朝列车加速、巡航、惰行、制动,并控制列车在车站的 停车位置,开关车门,司机仅需监督ATP/ATO车载设备运行 状况。(2)ATP监督下的人工驾驶模式列车启动后,车载ATP设备根据地面提供的信息,自动生 成连续监督列车运行的一次速度模式曲线,实时监督列车 运行。司机根据ATP显示的速度信息驾驶列车,当列车运行 速度接近限制速度时,提出报警;当列车运行速度超过限 制速度时,ATP车载设备将对列车实施制动。(3)限制人工驾驶模式司机以不超过车载ATP的限制速度行车,列车运行安全由 司机负责,当列车超过该限制速度时,ATP车载设备则对列 车实施制动。(4)非限制人工驾驶模式在车载ATP设备故障状态下运用,ATP将不对列车运行起 监控作用。列车运行安全由司机、调度员、车站值班员共 同负责。7、列车折返模式列车在ATP监督人工驾驶模式下折返时,列车由人工驾驶 自到达股道牵出至折返线,由司机转换驾驶端,并折返至 发车股道。在ATO有人驾驶模式下折返时,列车能以较合理的速度从 到达股道牵出至折返线,由司机转换驾驶端和启动列车,然后从折返线进入发车股道。三、信号系统故障降级对地铁运营的影响信号系统故障由于种类较多、影响较大、处理较难、预 见性较差,一直以来都是地铁运营工作的难点。信号故障 一般会造成列车晚点、行车间隔较大、列车舒适度较差等 问题,关键设备故障甚至会造成危及行车安全的大事故。近些年来各大信号集成商越来越重视信号系统降级后 备模式的应用问题,信号故障降级模式的性能已作为一个 信号系统好坏的重要参考指标。基于无线通信的列车控制系统(CBTC)故障降级模式 较复杂,在其他城市地铁的应用情况已渐渐趋向成熟,但 相对于正常运营模式而言,降级模式依然对行车安全、行 车效率、行车质量具有一定的影响。XX地铁二号线信号系统故障降级模式XX地铁二号线信号系统故障后有多个降级运营等级,在 与列车没有通信时,运营等级有点式ATP降级模式、联锁控 制降级模式、站间闭塞降级模式3种。列车在降级模式下有 3种驾驶模式:iATP、RM、NRMO其中NRM不提供保护,司机 对列车的安全运行完全由司机负责,RM提供25kph的超速 防护并可转换到iATP,iATP提供了冒进信号防护、超速防 护等功能。当ATS不可用,联锁系统的默认模式是自动模式,也可以手动通过LCW设置进路,自动模式使用默认的进路设 置。1.CBTC通信故障下的点式ATP降级模式后备系统运行基本原理如下图所示。轨旁信号机设置在每个车站正 常运行方向站台区段的末端,计轴将负责对列车占用的检测。如果CBTC 列车和区域控制器的通信连接中断,当列车以iATP模式运行时,后备系 统将执行超速防护和将出站信号机亮红灯。只有在站间计轴区段无车占 用的情况下,安全的联锁逻辑允许车站（上图S2站）的出站信号机显示允 许信号。每个车站使用个与出站信号机相关联的动态信标。Enforced Overspeed 动态信标CBTC Train with Failed Communication and wayside dynamic tag operation此模式是CBTC信号系统中比较常用到的降级模式,根据信 号技术合同所示,此降级模式下应能保证行车间隔在4分钟 左右。联锁系统具备自动追踪排列进路功能,也可以人工进 行排路。在列车折返作业时,比较影响行车效率。同时站台 紧急停车按纽功能不可用,站台区域的行车安全性相对较低。在进站过程中由于没有ATO功能,对司机的驾驶水平要求比 较高。此外,该模式无法实现信号与屏蔽门的联动,需要由司机 或屏蔽门操作员控制屏蔽门的开启与关闭。2.联锁控制降级模式联锁控制降级模式提供固定闭塞列车间隔和联锁防护,具有联锁系 统的基本功能。不提供其他ATC功能。在RM驾驶模式下,车载ATO/ATP提 供25km/h超速防护。除联锁外,不需要其他ATC子系统存在或工作。如 下图所示,在RM模式下,司机需遵守轨旁信号机显示和值班员的命令。ATP Enforced Overspeedd-Driver 匚iMorced-25 kPhStop at red signalDistance-Axle Counter HeadCBTC Train with Failed Communications and RM mode of operation3.站间闭塞降级模式联锁故障,系统将降级成为站间闭塞模式。在此模式下,ATC系统功能以及联锁功能均无法实现,个车站区间只能 运行一列车辆,司机需通过车载无线电台时刻与行调保持 联系,确认前方站台区间情况。当列车到达个车站停稳 后,司机需向车站站务人员出示在前车站所获得的“路 票”,获得行调及站务人员批准方可行车。司机可由RM驾 驶模式或NRM驾驶模式行车,完全依靠车载电台中的行调指 挥驾驶列车。如转辙机故障,站务人员需人工给道岔加钩锁器,保 证道岔状态的稳定,以免造成挤岔事故。此模式非常影响 行车效率,是信号系统的最后一级降级模式。四、ATS系统知识介绍1、概述2、系统设备组成3、系统功能4、人机界面1、概述列车自动监控系统是城市轨道交通信号系统的个重 要组成部分,其核心设备位于信号系统的中央层,用于实 现对高密度、大流量的城市轨道交通运输进行自动化管理 和调度,是个综合的行车指挥调度控制系统。是套集 现代数据通信、计算机、网络和信号技术为一体的分布式 的实时监督控制系统,ATS系统通过数据通信网络与ATC系 统中的其他子系统进行数据交换和命令及协调配合,共同 完成对地铁运营列车和信号设备的管理和控制。2、ATS系统设备组成运营控制中心后备站（市图书馆）设备集中站车辆段其他工作站控制中心工作站调度工作站用于监视、控制线路和列车运行,包括2个 行车调度员和1个调度长ATS工作站。每个工作台均配有三 台21英寸彩色液晶显示器（LCD）,用于显示信号平面布置 图、监控信号系统设备状态。调度员可以根据他的权限通过这些终端屏幕选择或者取 消控制区域,向轨旁联锁系统发出指令办理进路,指挥列 车按照列车运行图来运行,实时了解和掌握列车的实际运 行情况,以便及时对行车作业进行分析和调整,保证全线 运营安全高效有序进行。后备站工作站无论哪种原因引起的中心ATS不可用情况下,备用服务 器（主机服务器和通信服务器）置于某个指定（市图书馆 站）的位置,服务器计算机设备与控制中心的配置是相同 的。后备主机服务器具有和控制中心服务器同样的时亥表 数据,不需要在控制中心服务器故障后下载。当时刻表更 改完成,更改后的时刻表被应用到所有的主机服务器上（包括控制中心也包括远程的主机服务器）。在线时刻表 调整也对所有的主机服务器有效,因此远程的主机服务器 可以在控制中心主机服务器故障后,继续根据时刻表运行 系统。此时本地调度员退出当前登录,然后以中央调度员 身份登录,本地车站工作站能用来控制全线（就向控制中 心的调度员工作站样）。设备集中站设备集中站的ATS车站工作站是单机工作站,各配有两 台LCD显示器,用于监视列车运行。联锁区域内的ATS车站 工作站的运行与ATS中央调度工作站的运行相似。一般情况 下,ATS车站工作站用户监视本联锁区内列车的移动,而 不需要控制本联锁区域。设备集中的ATS车站工作站是带有 本地控制工作站(LCW)功能的组合工作站,ATS与LCW使用 不同的用户接口。车辆段工作站派班工作站派班工作站位于停车库司机派班室,用于列车正线运行 以及返回车辆段/停车场所需的换班计划。ATS车辆段/停车 场派班工作站界面允许访问的窗体中包括存车线上的列车 列表,以及根据当前计划时亥袤运营所需要的列车列表。监视工作站监视工作站位于信号楼内,车辆段/停车场行车值班员 依据ATS列车时刻表,为车辆段/停车场的列车进出计划提 供支持信息。本工作站也用来监视本辆段/停车场轨道占用 情况,以及车辆段/停车场和正线之间的转换区情况,也用 来监视车辆段/停车场和转换区之间的进路。培训工作站培训设备具有完整的ATC模拟系统软件，能对 ATC系统进行功能演示,用于培训行调人员在日常 和紧急情况下如何操作系统,培训信号维修人员。3、ATS主要功能 列车监视和跟踪ATS系统对在线所有的运行列车进行实时的监视和跟 踪,并在相应的轨道图上显示列车的位置和状态。A系统自动识别、读取列车车次号;列车运行计划时刻表自动产生车次号;A人工输入、删除、变更车次号;A列车运行的识别和跟踪;在调度台及大屏幕上显示列车位置;A报告列车信息列车控制调度可以通过工作站人机界面实现对单列车、全线列 车扣车,设置列车的运行等级,运行模式（如巡航、惰性）等。控制权切换列车进路控制权的级别为本地控制优先于中央控制,人 控制优先于自动控制,当紧急情况下本地可以不经过中 央的授权直接取得控制权,调度员可以随时选择人工干预,进行人工排路。控制权的切换,有两种实现方式。第一种是向中央 ATS用户请求控制权。中央ATS用户可以接受或拒绝该请求。第二种是紧急控制,这种方法可以忽略请求/授权协议。不论后备站是如何获得的控制权,都不用授权就可以将控 制权返回给中央ATS,后备站的用户可以选择并且执行释 放功能。正常情况下,车站工作站只监视管辖范围内列车的运 行,当车站需要控制时,需要向控制中心申请取得对本站 的控制权限,控制中心也可收回对车站的控制权。紧急状态下车站可以不需要OCC的授权就取得控制权。但是在报警队列中会产生相应报警提示。设备控制信号机基本控制、操作,办理进路、开放信号,道岔基 本操作、控制等。时刻表和VR控制ATS系统中VR系统用以实现列车自动运行调整,在列车 运行偏离实施运行图或时刻表时,可自动或人工介入对列 车运行调整。列车运行自动调整包括:(1)停站时间控制;(2)运行时间控制。列车到达车站时,根据实际到达时分与图定时分的偏 差调整停车时间;列车从车站出发时,根据实际出发时分 与与图定时分的偏差调整区间运行等级回放功能回放功能可在指定时间内从系统的角度重现并 回放信号系统事件和设备状态。回放能重现特定 时间范围内的界面显示,并在回放文本窗口里显 示相匹配的已记录的文本信息。回放轨道窗口用于在回放期间动态显示设备、控制和表示。所有设备、控制和表示都将显示与 实际相同的属性。此窗口为MMI总览窗口且可根据 大标题“回放”区别于“现场”屏幕。4、人机界面ATS系统人机界面简洁、直观、方便,用户可通过系统 主菜单、背景弹出式菜单、设备菜单等方式执行ATS功能。默认显示在工作站的三个窗口为:轨道图窗 操作请求堆栈 报警队列