轨道交通控制系统学习包第一章 城市轨道交通信号设备概述城市轨道交通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。第一节城市轨道交通信号设备的特点城市轨道交通（包括地下铁道和轻轨铁路）是现代化都市的重要基础设施，它安全、迅速、舒适、便利地在城市范围内运送乘客，最大限度地满足市民出行的需要。在城市各种公共交通工具中，具有运量大、速度快、安全可靠、污染低、受其他交通方式干扰小等特点，对改变城市交通拥挤、乘车困难、行车速度下降是行之有效的。城市轨道交通是现代化都市所必需的交通工具。我国北京、天津、上海、广州、深圳、南京已建成档次和规模不同的地铁并进行扩展和延伸，武汉高架快速轨道线、重庆单轨运输线、大连轻轨线、长春轻轨线已建成通车，成都、沈阳、青岛、西安、哈尔滨、杭州、苏州等城市轨道交通也正在建设。我国城市轨道交通出现了建设高潮，前景十分广阔。城市轨道交通系统的安全、速度、输送能力和效率与信号系统密切相关，以速度控制为基础的列车自动控制系统已成为城市轨道交通信号系统的共同选择。信号系统实际上已成为城市轨道交通调度指挥和运营管理的中枢神经，选择合适的信号系统，可以带来较好的经济效益和社会效益。一、 城市轨道交通的特点1.城市轨道道交通有别于城市路交通的特点城市轨道交通具有城市道路交通无可比拟的优势：（1）容量大地下铁道单向每小时运送能力可达3000070000人次，轻轨交通在1000030000人次之间，而公共汽车、电车为8000人，在客流密集的城市建设城市轨道交通可疏散公交客流。（2）运行准时、速达城市轨道交通有自己的专用线路，与道路交通相隔离，不受其他交通工具的干扰，不会出现交通阻塞而延误运行时间，可保证乘客准时、迅速地到达目的地。（3）安全城市轨道交通或于地下或高架，即使在地面也与道路交通相隔离，与其他交通工具无相互干扰，如果不遇到自然灾害或发生意外，运行安全有充分的保障。（4）利于环境保护城市轨道交通噪声小，污染轻，对城市环境不造成破坏。（5)节省土地资源城市轨道交通（多建于地下或高架）即使在地面其占地也有限，充分利用了城市空间，节省了日益宝贵的土地资源。但是城市轨道交通也存在一定的局限性，如建设费用高，建设周期长，技术含量高，建设难度大；一旦遇有自然灾害尤其是火灾，乘客疏散困难，容易造成人员伤亡。城市轨道交通系统建成后就难以迁移和变动，不像地面公共交通可以机动地调整路线和设置站点，以满足乘客流量和流向变化的需要，其运输组织工作远比地面公共交通复杂。2.城市轨道交通有别于铁路的特点城市轨道交通虽然和铁路同为轨道交通，但和铁路有不少不同之处。（1）运营范围城市轨道交通运行范围是城市市区及郊区，往往只有几十千米，不像铁路那样纵横数千千米，而且连接城乡。（2）运行速度城市轨道交通因在城市范围内运行，站间距离短，且站站须停车，列车运行速度通常不超过80km/h。而铁路的运行速度比较高，许多线路在120km/h以上高谏铁路在300km/h以上。（3）服务对象城市轨道交通的服务对象单一，只有市内客运服务，不像铁路那样客、货混运。（4）线路与轨道城市轨道交通大部分线路在地下或高架通行，均为双线，各线路之间一般不过线运营。正线一般采用9号道岔，车辆段采用7号道岔，这些都与铁路有异。另外城市轨道交通还有铁路没有的跨座式和悬挂式。（5）车站城市轨道交通一般车站多为正线，多数车站也没有道岔，换乘站多为立体方式，不像铁路那样车站有数量不等的道岔及股道，有较复杂的咽喉区，换乘也为平面方式。（6）车辆段城市轨道交通的车辆段不同于铁路的车辆段，只有车辆检修的功能，而是类似于铁路的区段站，要进行车辆检修、停放以及大量的列车编解、接发车和调车作业。（7）车辆城市轨道交通采用电动车组，没有铁路那样的机车和车辆的概念，也没有铁路那样众多类型的车辆。（8）供电城市轨道交通的供电包括牵引供电和动力照明供电。城市轨道交通均为直流电力牵引，没有非电气化铁路的说法。城市轨道交通的动力、照明供电尤为重要，一旦供电中断，将陷人整体瘫痪状况。（9）通信信号城市轨道交通列车密度高，行车间隔短，普遍采用列车自动监控和列车自动运行的方式。城市轨道交通为了迅速、准确、可靠地传递信息，建有自成体系的独立完整的内部通信网，还包括广播和闭路电视。（10）运营管理城市轨道交通运营条件十分单纯，除了进、出段和折返外，没有越行，没有交会，正线上一般没有调车作业，易于实现自动监控。二、城市轨道交通对信号系统的要求城市轨道交通，尤其是地下铁道因其固有的特点，对其信号系统提出如下要求：（1)安全性要求高因城市轨道交通尤其是地下部分隧道空间小，行车密度大，故障排除难度大，若发生事故难以救援，损失将非常严重，所以对行车安全的保证，即对信号系统提出了更高的安全要求。（2)通过能力大城市轨道交通一般不设站线，进站列车均停在正线上，先行列车停站时间直接影响后续列车接近车站，所以要求信号设备必须满足通过能力的要求。另一方面，不设站线使列车正常运行的顺序是固定的，有利于实现行车调度自动化。（3)保证信号显示城市轨道交通虽然地面信号机少，地下部分背景暗，且不受天气影响，直线地段燎望条件好，但曲线地段受隧道壁的遮挡，信号显示距离受到限制，所以保证信号显示也是一个重要的问题。（4）抗干扰能力强城市轨道交通均为直流电力牵引，要求信号设备对其有较强的抗电气化干扰能力。（5）可靠性高由于城市轨道交通隧道净空小，且装有带电的接触网，行车时不便洞维修和排除设备故障，所以要求信号设备具有高可靠性，应尽量做到平时不维修或少维修。（6）自动化程度高城市轨道交通站间距短，列车密度大，行车工作十分频繁，而且地下部分环境潮湿，空气不佳，没有阳光，工作条件差，所以要求尽量采用自动化程度高的先进技术设备，以减少工作人员，并减轻他们的劳动强度。（7）限界条件苛刻城市轨道交通的室外设备及车载设备，受土建限界的制约，要求设备体积小，同时必须兼顾施工和维护作业空间。三、城市轨道交通信号系统的特点城市轨道交通的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：（1）具有完善的列车速度监控功能城市轨道交通所承担的客运量巨大，对行车间隔的要求远高于铁路，最小行车间隔达到90 s甚至更小，因此对列车运行速度监控的要求极高。（2）数据传输速率较低城市轨道交通的列车运行速度远低于铁路干线的列车运行速度，最高运行速度通常为80km/h，所以信号系统可以采用速率较低的数据传输系统。但是，随着城市轨道交通信号自动化技术的不断发展，对信息需求越来越多，信号系统也逐步采用速率较高且独立的数据传输系统。（3）联锁关系较简单但技术要求高城市轨道交通的大多数车站没有配线，不设道岔，甚至也不设地面信号机，仅在少数有岔联锁站及车辆段才设置道岔和地面信号机，故联锁设备的监控对象远少于铁路车站的监控对象，联锁关系远没有铁路复杂。除折返站外全部作业仅为旅客乘降，非常简单。通常一个控制中心即可实现全线的联锁功能。城市轨道交通信号自动控制最大的特点是把联锁关系和ATP编发码功能结合在一起，且包含一些特殊的功能，如自动折返、自动进路、紧急关闭、扣车等，增加了技术难度。（4）车辆段独立采用联锁设备城市轨道交通的车辆段类似于铁路区段站的功能，包括列车编解、接发列车和频繁的调车作业，线路较多，道岔较多，信号设备较多，一般独立采用一套联锁设备。（5）自动化水平高由于城市轨道交通的线路长度短，站间距离短，列车种类较少，行车规律性很强，因此它的信号系统中通常包含自动排列进路和运行自动调整的功能，自动化强度高，人工介人极少。第二节 城市轨道交通信号系统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大部分组成，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，由此构成了一个高效的综合自动化系统，如图1-1所示。自城市轨道交通问世以来，其安全程度和载客能力不断得到提高，信号系统也不断完善和得到发展。随着经济的发展，世界各国城市人口急剧膨胀，对城市轨道交通的载客能力提出了越来越高的要求，最重要而有效的措施就是缩短列车运行间隔。在这种情况下，随着计算机技术的飞速发展，城市轨道交通信号技术日趋成熟，成为城市轨道交通不可缺少的组成部分。图1-1城市轨道交通信号系统框图一、列车运行自动控制系统列车运行自动控制系统(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，简称“3A”。系统需设置行车控制中心，沿线各车站设计为区域性联锁，其设备放在控制站（一般为有岔站），列车上安装有车载控制设备。控制中心与控制站通过有线数据通信网连接，控制中心与列车之间可采用无线通信进行信息交换。ATC系统直接与列车运行有关，因此ATC系统中的数据传输要求比一般通信系统的安全性、可靠性、实时性更高。ATC地面设备分布如图1一2所示（不同制式的ATC设备组成可能不同，本图以西门子公司的ATC为例。1ATP子系统ATP子系统的功能是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人，与ATS、ATO及车辆系统接口并进行信息交换。ATP子系统不断将从地面获得的前行列车位置信息、线路信息、前方目标点的距离和允许速度信息等通过轨道电路等传至车上，由车载设备计算得到当前所允许的速度，或由行车指挥中心计算出目标速度传至车上，由车载设备测得实际运行速度，依此来对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下运行，以缩短列车运行间隔，保证行车安全。采用轨道电路传送ATP信息时，ATP子系统由设于控制站的轨旁单元、设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成，并包括与ATS、ATO、联锁设备的接口设备。2. ATO子系统ATO子系统主要用实现“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，传送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，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此明显提高了乘客的舒适度，提高了列车正点率并减少了能量消耗和轮轨磨损。ATO子系统包括车载ATO单元和地面设备两部分。地面设备有站台电缆环路、车地通信设备(TWC)以及与ATP,联锁系统的接口设备。3. ATS子系统ATS子系统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，其功能包括：调度区段内列车运行情况的集中监视与控制，监测进路控制、列车间隔控制设备的工作，按行车计划自动控制道旁信号设备以接发列车，列车运行实迹的自动记录，时刻表自动生成、显示、修改和优化，运行数据统计及报表自动生成，设备运行状态监测，设备状态及调度员操作记录，运输计划管理等，还具有列车车次号自动传递等功能。ATS子系统包括控制中心设备和ATS车站、车辆段分机。控制中心ATS设备有中心计算机系统、工作站、显示屏、绘图仪、打印机、UPS等。每个控制站设一台ATS分机，用于采集车站设备的信息和传送控制命令，并实现车站进路自动控制功能。车辆段ATS分机用于采集车辆段内库线的列车占用情况及进出车辆段的列车信号机的状态。此外，在ATC范围内的各正线控制站各设一套联锁设备，用以实现车站进路