18 05 2020 1 项目八列车自动防护系统 主讲 徐胜志 知识要点 1 了解列车自动防护系统设备组成 2 掌握列车自动防护系统基本功能 3 掌握列车自动防护系统设备运用 18 05 2020 2 一 列车自动防护系统基本原理 理论内容 城市轨道交通的信号控制系统中 列车自动防护系统是信号控制系统非常重要的组成部分 它为列车行驶提供安全保障 有效降低列车驾驶员的劳动强度 提高行车作业效率 如果没有列车自动防护系统 列车的行车安全需要由列车驾驶员人工来保障 这样会造成列车驾驶员过度疲劳 产生安全隐患 对行车作业效率也会带来负面影响 因此在城市轨道交通中 尤其是在运营作业繁忙的线路上 信号控制系统中设置列车自动防护系统是非常必要的 它是行车作业的安全保障和体现 列车自动防护系统 其英文名称为 TrainAutomaticProtectSystem 简称为ATP系统 18 05 2020 3 1 列车运行的几个基本概念 在介绍列车自动防护系统如何控制列车运行速度时 需要简单了解列车如何起动和停车 以及列车常用制动和列车紧急制动的基本概念 1 列车起动和停车列车在人工驾驶时 列车驾驶员操作驾驶手柄 通过列车的牵引系统施加牵引力使列车向前加速行驶 或通过列车的制动系统施加制动力使列车减速行驶 列车驾驶手柄平常放中间位置 将驾驶手柄从中间位置向前推时 列车向前加速行驶 越往前推施加的牵引力越大 将驾驶手柄从中间位置向后推时 列车减速行驶 越往后推施加的制动力越大 这时列车在制动力的作用下减速运行 如图8一l所示 18 05 2020 4 图8 1列车驾驶室牵引制动手柄和紧急制动按钮 驾驶室 驾驶室内景 18 05 2020 5 2 列车常用制动和紧急制动列车常用制动就是列车在正常行驶过程中 由列车的制动系统施加给列车的制动 列车紧急制动就是列车在超速行驶 或遇到其他不正常会危及列车行车安全的情况时 对列车施加的制动 列车紧急制动时所产生的制动力 是列车的制动系统所能提供的最大制动力 列车紧急制动的响应时间比列车常用制动的响应时间要短 一旦对列车施加了紧急制动 只能通过特殊处理才能将紧急制动从列车上解除 18 05 2020 6 18 05 2020 7 3 速度限制城市轨道交通中 列车在轨道线路上行驶时 受轨道线路弯道 坡道 列车自身构造以及运营需求等因素的影响 列车只能在规定的速度范围内运行 如果列车运行速度比规定的最大速度值高 则会危及到列车的行车安全 导致列车相撞 出轨或颠覆等事故的发生 为确保列车行车安全 列车必须在所规定的速度范围内运行 以防止安全事故的发生 列车自动防护系统在每列车上都装有速度传感器 速度传感器安装在列车的车轴上 如图8 2所示 对列车的运行速度进行实时测定 并把速度值传送给列车自动防护系统主机 由列车自动防护系统主机对速度进行分析和处理 图8 2速度传感器 18 05 2020 8 18 05 2020 9 4 列车自动防护系统与列车之间的接口列车自动防护系统主机是列车自动防护系统的核心控制部分 列车自动防护系统主机与列车自身的牵引系统和制动系统由专门的接口电路连接 如图8 3所示 列车自动防护系统主机实时接收从地面信号传来的信号 通过实时分析和计算 实时向列车的牵引系统或制动系统发出控制指令 列车的牵引系统或制动系统在接收到控制指令后 对列车施加牵引力或制动力 以控制列车的运行速度 使列车在允许速度的范围内运行 列车自动防护系统主机安装在驾驶室内 图8 3列车自动防护系统与列车之间的接口关系 18 05 2020 10 2 列车自动防护系统基本原理 列车自动防护系统控制列车运行速度有两种基本方式 点式叠加方式和速度距离模式曲线方式 1 点式叠加方式列车自动防护系统以点式叠加方式控制列车运行速度 其速度距离曲线呈阶梯状 称为阶梯曲线 如图8 4所示 图8 4阶梯曲线 图中横坐标表示距离值 纵坐标表示列车运行速度值 图8 4中列车受到制动力的作用 减速运行 列车从某点O处以不超过S1的速度值运行 在运行到D1点时 对列车施加一定的制动力 使列车允许运行的最大速度值从S1速度值降为S2速度值 列车从D1点运行到D2点处 在这一区间 列车运行的最大允许速度值为S2 在S2点 再次对列车施加制动力 使列车减速运行 18 05 2020 11 列车运行在O D1区段 允许运行的最高速度为S1 在D1 D2区段 允许运行的最高速度为S2 在D2 D2区段 允许运行的最高速度为S3 图8 4阶梯曲线 18 05 2020 12 在每个区段 如果列车运行速度超过了在该运行区段所对应的最大速度值 列车自动防护系统会向列车的制动系统发出常用制动命令 列车的制动系统对列车施加制动力 使列车运行速度在系统所设定的时间内 降到允许的运行速度范围内 以保证列车安全运行 如果列车运行速度持续超过该运行区段所对应的最大速度值 在持续的时间超过系统设定的时间后 列车自动防护系统将对列车实施紧急制动 强制列车停车 以防止意外事故的发生 18 05 2020 13 阶梯曲线控制速度的方式所需要的硬件结构简单 容易实现 在图8 4中列车以不超过S1速度值运行 运行速度从S1变为S2时 使得列车的运行速度发生突变 这时强烈的减速会给列车上的乘客一种冲击 容易产生不适感 速度变化越大 冲击感越强 不利于旅客乘车的舒适度 图8 4阶梯曲线 18 05 2020 14 2 速度距离模式曲线列车受到制动力的作用 使列车减速运行 速度一距离图形曲线形状是连续平滑的曲线 这种列车速度控制方式称为速度距离模式曲线方式 如图8 5所示 图中横坐标表示距离值 纵坐标表示列车运行速度值 图8 5速度距离模式曲线 18 05 2020 15 图8 5中 列车自动防护系统根据运营计划 使列车从O点减速运行到D1点 列车自动防护系统根据各种数据 计算出列车从O点运行到前方D2点的区段内 各处所需的运行速度 并向列车的牵引和制动系统发出指令 控制列车按照速度距离模式曲线所绘制的速度值平滑稳定地从在0点减速运行到前方D2点 图8 5速度距离模式曲线 18 05 2020 16 在上图模式曲线的每点 都对应有一个速度值 如果列车运行速度超过了在该点所对应的速度值 列车自动防护系统实时向列车的制动系统发出常用制动命令 对列车施加制动力 使列车运行速度降到模式曲线的下方 保证列车以允许的速度运行 确保列车安全运行 如果列车运行速度持续超过模式曲线所规定的速度值 运行在模式曲线的上方 若所持续的时间超过系统设定的时间 列车自动防护系统将对列车实施紧急制动 强制列车停车 以防止意外事故的发生 18 05 2020 17 速度距离模式控制速度的方式 需要比较复杂的软件和硬件支持 系统调试过程比较复杂 列车平滑减速运行 运行速度没有发生突变 列车运行速度控制稳定 可以有效提高列车乘客的舒适度 防止列车超速运行是列车自动防护系统最重要的功能 也是城轨信号系统保障列车运行安全的核心 列车自动防护系统对列车速度的有效控制 保持列车速度运行不超过所允许的速度范围 能有效降低列车驾驶员的劳动强度 提高作业效率 避免人工操作带来的安全隐患 保障列车安全运行 18 05 2020 18 二 列车自动防护系统主要功能 列车自动防护系统不仅能控制列车运行速度 还有其他许多重要功能 它们是列车安全稳定运行的可靠保障 列车自动防护系统主要功能包括有 1 防止运营列车超速运行运营列车在线路上运行有多种速度限制 列车运行速度不能超出速度限制值 1 防止运营列车超过线路限制速度超速运行城市轨道交通中 线路在曲线段或坡道处 往往有速度限制 运营列车不能超过线路限速运行 否则容易出现列车脱轨或颠覆事件 2 防止运营列车超过列车允许最高速度超速运行车辆的自身构造决定了车辆所能运行的最大速度 超过这个速度值 列车可能会出现故障 危及车辆和行车安全 18 05 2020 19 3 防止运营列车超过道岔弯轨限制速度超速运行城市轨道交通中 线路上设有道岔 在列车通过道岔弯轨时 不能超过道岔弯轨限制速度超速运行 4 防止运营列车超过限速区段超速限速城市轨道交通中 线路上有故障或作业需要运营列车限速行驶 列车应按运营规定运行 5 防止运营列车超过临时限速城市轨道交通中 线路上有临时作业 需要运营列车限速行驶 列车应按运营规定运行 6 防止运营列车超过其他限速城市轨道交通中 运营作业需要任何限速的地方 列车应按运营规定运行 18 05 2020 20 2 接收和处理来自地面的信息列车运行在轨道上 地面轨道电路或地面的其他设备 将列车运行所需的信息发送出去 安装在列车车体上的列车自动防护系统设备会实时接收这些信息 并对这些信息进行实时分析和处理 以及时对列车的运行状态和运行速度进行控制 通常这些信息中包含有列车允许运行的最大速度值 线路位置等 18 05 2020 21 3 防止列车相撞城市轨道交通中 在某条线路上 往往会有很多列车同时运营作业 列车自动防护系统可以防止列车相撞 为这些平行作业的实施提供了安全保障 它有效提高了城市轨道交通线路的利用效率 增强了城市轨道交通的运营能力 列车自动防护系统可以防止列车相撞包括以下内容 1 防止运营列车撞上前面的列车 2 防止运营列车进入未开通的进路 3 防止运营列车冲出尽头线 4 防止运营列车进入封锁区段 5 防止运营列车进入发生故障的进路等 18 05 2020 22 4 车辆安全停靠站台城市轨道交通中 列车停靠站台时 需要列车完全停稳不动 确保乘客安全上下车 列车自动防护系统会检测列车的速度和列车所处的位置 保证列车在站台区域内安全停靠 18 05 2020 23 5 列车车门控制城市轨道交通中 列车左右两侧都有车门 列车停靠站台后 列车自动防护系统会控制列车开启靠近站台的车门 保证乘客安全上下车 18 05 2020 24 6 空转 打滑防护列车在线路上正常运行时 列车车轮在钢轨上滚动运行 因某种原因 列车车轮会发生空转 或列车车轮在线路上滑动运行 这种情况一方面会对车辆的车轮造成损伤 另一方面会危及列车行车安全 列车自动防护系统会实时检测列车空转和打滑情况 并及时采取措施 控制列车运营状态 7 防止列车发生溜车列车如果在线路的坡道处停车或在站台处停车 列车自动防护系统会给列车施加一定的制动力 保证列车不会发生溜车现象 防止发生安全事故 列车自动防护系统除了以上的重要功能外 根据城市轨道交通信号系统的配置情况和复杂程度 还可以有一些其他功能 如控制列车的运行方向 提供驾驶员操作接口界面等 18 05 2020 25 三 列车自动防护系统车载设备组成 列车自动防护系统所包含的设备分别安装在列车上和地面上 安装在列车上的设备 简称为车载设备 安装在地面的设备简称为地面设备 1 车载设备主要组成列车自动防护系统的车载设备主要包括有车载主机 驾驶员状态显示单元 速度传感器 列车地面信号接收器 列车接口电路 电源和辅助设备等 如图8 6所示 下面分别介绍有关设备的情况 图8 6车载主要设备 18 05 2020 26 1 车载主机列车自动防护系统的车载主机由各种印刷电路板 输人 输出接口板 安全继电器和电源等设备组成 这些设备分层放在机柜中 各板利用机柜上的总线进行通信 列车定位 测速电机 TACHO 多普勒雷达 DopplerRadar 绝对位置信标 APR 18 05 2020 27 2 状态显示单元状态显示单元是车载系统与列车驾驶人员之间的人机界面 可以显示列车当前运行速度 列车到达某点的目标速度 列车到达某点的走行距离 列车的驾驶模式和有关设备的运行状况等与行车直接相关的信息 还设置有一些按钮 用于驾驶员操作 控制列车运行 在下面详细介绍状态显示单元各个表示单元和按钮 列车司机显示屏 人机界面 显示屏 18 05 2020 28 3 速度传感器信号系统通常在列车上装有一个或多个速度传感器 安装在列车的车轴上 用于计算列车的运行速度和列车运行距离及列车运行方向的判定 列车的运