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第十三章城市軌道交通信號設(shè)備 城市軌道交通 包括地下鐵道和輕軌鐵路 信號設(shè)備是城市軌道交通的主要技術(shù)裝備 它擔(dān)負著指揮列車運行 保證行車安全 提高運輸效率的重要任務(wù) 現(xiàn)代化的城市軌道交通要求城市軌道交通信號設(shè)備的現(xiàn)代化 2 13 1城市軌道交通信號設(shè)備概述 信號系統(tǒng)作為城市軌道交通調(diào)度指揮和運營管理的中樞神經(jīng) 對城市軌道交通系統(tǒng)的安全 速度 輸送能力和效率密切相關(guān) 選擇合適的信號系統(tǒng)可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效率和社會效益 3 城市軌道交通對信號系統(tǒng)的要求城市軌道交通對其信號系統(tǒng)提出與鐵路不盡相同的要求 安全性要求高通過能力大保證信號顯示抗干擾能力強可靠性高自動化程度高 4 城市軌道交通信號系統(tǒng)的特點城市軌道交通信號系統(tǒng)沿襲鐵路的制式 但由于其自身的特點 與鐵路的信號系統(tǒng)有一定的區(qū)別 城市軌道交通信號系統(tǒng)的特點是 具有完善的列車速度監(jiān)控功能聯(lián)鎖關(guān)系較簡單車輛段獨立采用聯(lián)鎖設(shè)備自動化水平高不要求兼容 5 城市軌道交通信號系統(tǒng)的組成城市軌道交通的信號系統(tǒng)通常由列車運行自動控制系統(tǒng) ATC 和車輛段信號控制系統(tǒng)兩部分組成 用于列車進路控制 列車間隔控制 調(diào)度指揮 信息管理 設(shè)備工況監(jiān)測及維護管理 由此構(gòu)成一個高效的綜合自動化系統(tǒng) 6 7 列車運行自動控制系統(tǒng) ATC ATC包括列車自動防護 ATP 列車自動運行 ATO 及列車自動監(jiān)控 ATS 三個系統(tǒng) 為確保行車安全和線路最大通過能力 一般最大通過能力小于30對 h的線路宜采用ATS和ATP系統(tǒng) 實現(xiàn)行車指揮自動化及列車的超速防護 在最大通過能力較低的線路 行車指揮可采用以調(diào)度員人工控制為主的CTC系統(tǒng) 最大通過能力大于30對 h的線路 應(yīng)采用完整的ATC系統(tǒng) 實現(xiàn)行車指揮和列車運行自動化 8 ATP子系統(tǒng)功能與實現(xiàn)對列車運行進行超速防護 對與安全有關(guān)的設(shè)備實行監(jiān)控 實現(xiàn)列車位置檢測 保證列車間的安全間隔 保證列車在安全速度下運行 完成信號顯示 故障報警 降級提示 列車參數(shù)和線路參數(shù)的輸入 與ATS ATO及車輛系統(tǒng)接口進行信息交換 ATP子系統(tǒng)不斷將來自聯(lián)鎖設(shè)備和操作層面上得信息 線路信息 前方目標(biāo)點的距離和允許速度信息等從地面通過軌道電路等傳至車上 從而由車載設(shè)備計算得到當(dāng)前允許速度 或由行車指揮中心計算出目標(biāo)速度傳至車上 由車載設(shè)備 9 測得實際運行速度 依此來對列車實行監(jiān)督 使之始終在安全速度下運行 以縮短列車運行間隔 保證行車安全 組成采用軌道電路傳送ATP信息時 ATP子系統(tǒng)由設(shè)于控制站的軌旁單元 設(shè)于線路上各軌道電路分界點的調(diào)諧單元和車載ATP設(shè)備組成 以及與ATS ATO 聯(lián)鎖設(shè)備的接口設(shè)備 10 ATO子系統(tǒng)功能與實現(xiàn)用于實現(xiàn) 地對車控制 即用地面信息實現(xiàn)對列車驅(qū)動 制動的控制 包括列車自動折返 根據(jù)控制中心的指令使列車按最佳工況正點 安全 平穩(wěn)地運行 自動完成對列車的啟動 牽引 惰行和制動 送出車門和屏蔽門同步開關(guān)信號 使用ATO后 可使列車經(jīng)常處于最佳運行狀態(tài) 高質(zhì)量地自動駕駛 提高列車運行效率 避免了不必要的 過于劇烈的加速和減速 提高了旅客舒適度 列車正點率以及減少了能耗和輪軌磨損 11 組成ATO子系統(tǒng)包括車載ATO單元和地面設(shè)備兩部分 地面設(shè)備有站臺電纜環(huán)線 車 地通信設(shè)備以及和ATP 聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口設(shè)備 ATO還裝有雙向通信系統(tǒng) 使列車能直接與車站內(nèi)的ATS系統(tǒng)接口 保證實現(xiàn)最佳的運行圖控制 12 ATS子系統(tǒng)功能與實現(xiàn)主要實現(xiàn)對列車運行的監(jiān)督和控制 輔助調(diào)度人員對全線列車進行管理 包括 調(diào)度區(qū)段內(nèi)列車運行情況的集中監(jiān)視與控制 監(jiān)測進路控制 列車間隔控制設(shè)備的工作 按行車計劃自動控制軌旁信號設(shè)備以接發(fā)列車 列車運行實跡的自動記錄 時刻表自動生成 顯示 修改和優(yōu)化 運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及報表自動生成 設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測 設(shè)備狀態(tài)及調(diào)度員操作記錄 運輸計劃管理等 還具有列車車次號自動傳遞等功能 ATS工作方式為集中管理 分散控制 13 組成ATS子系統(tǒng)包括控制中心設(shè)備和ATS車站 車輛段分機 此外 在ATC范圍內(nèi)的各正線控制站各設(shè)一套聯(lián)鎖設(shè)備 正線有岔站原則上獨立設(shè)置聯(lián)鎖設(shè)備 當(dāng)然也可以采用區(qū)域控制方法 14 車輛段聯(lián)鎖設(shè)備車輛段設(shè)一套聯(lián)鎖設(shè)備 用以實現(xiàn)車輛段的進路控制 并通過ATS車輛段分機與行車指揮中心交換信息 車輛段聯(lián)鎖設(shè)備前期曾采用6502繼電集中聯(lián)鎖 近來均采用計算機聯(lián)鎖 車輛段內(nèi)試車線設(shè)若干段與正線相同的ATP軌道電路和ATO地面設(shè)備 用于對車載ATC設(shè)備用進靜 動態(tài)試驗 15 城市軌道交通信號系統(tǒng)的地域分布按地域城市軌道交通信號系統(tǒng)分成五部分 控制中心設(shè)備 車站及軌旁設(shè)備 車輛段設(shè)備 試車線設(shè)備 車載設(shè)備 控制中心設(shè)備控制中心設(shè)備屬于ATS子系統(tǒng) 是ATC的核心 控制中心設(shè)備主要包括中心計算機系統(tǒng) 綜合顯示屏 調(diào)度員及調(diào)度長工作站 運行圖工作站 培訓(xùn) 模擬工作站 繪圖儀和打印機 維修工作站 UPS及電池 16 17 其中 綜合顯示屏 調(diào)度員及調(diào)度長工作站設(shè)于主控制室 控制主機 通信處理器 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 維修工作站設(shè)于設(shè)備室 運行圖工作站設(shè)于運行圖室 繪圖儀和打印機設(shè)于打印室 培訓(xùn) 模擬工作站設(shè)于培訓(xùn)室 控制中心配備在線式UPS及可提供30min后備電源的蓄電池 UPS設(shè)于電源室 蓄電池設(shè)于蓄電池室 18 車站及軌旁設(shè)備車站分集中聯(lián)鎖站和非集中聯(lián)鎖站 集中聯(lián)鎖站一般為有道岔車站 也可能是無道岔的車站 非集中聯(lián)鎖站一般為無道岔的車站 有道岔車站根據(jù)需要和可能也可以由鄰近車站控制 而成為非集中聯(lián)鎖站 19 20 集中聯(lián)鎖站及軌旁設(shè)備集中聯(lián)鎖站設(shè)有ATS車站分機 車站聯(lián)鎖設(shè)備 ATP ATO系統(tǒng)地面設(shè)備 電源設(shè)備 維修終端 乘客向?qū)э@示牌 緊急關(guān)閉按鈕以及信號機及發(fā)車指示器 轉(zhuǎn)轍機 ATP地面設(shè)備包括軌道電路 ATP地面編碼發(fā)碼設(shè)備 與ATS ATO 聯(lián)鎖設(shè)備的接口 用于實現(xiàn)列車占用的檢測和發(fā)送ATP信息 實現(xiàn)列車運行超速防護 ATO地面設(shè)備包括站臺電纜環(huán)路 TWC車 地通信設(shè)備 及與ATP 聯(lián)鎖設(shè)備的接口設(shè)備 以發(fā)送ATO命令 實現(xiàn)列車最佳控制或列車自動駕駛 21 集中聯(lián)鎖車站配備一套適用于聯(lián)鎖設(shè)備 ATS ATP ATO設(shè)備的在線式UPS及可提供15min后備電源的蓄電池組 設(shè)維修用彩色顯示器 鍵盤及鼠標(biāo) 顯示與控制用顯示器相同的內(nèi)容及必要的維修信息 并能對信號設(shè)備進行自動 手動測試 但不能進行控制 在站臺適當(dāng)位置設(shè)乘客向?qū)э@示牌 用以顯示接近列車的到站時間等 緊急關(guān)閉按鈕用于在遇到緊急情況危及行車安全時 關(guān)閉信號 使列車停車 22 正線上防護信號機設(shè)于道岔區(qū)段 線路盡頭設(shè)阻擋信號機 用于指示列車運行 防護列車進路 在正向出站方向的站臺側(cè)列車停車位置前方設(shè)置發(fā)車指示器 指示列車出站 轉(zhuǎn)轍機用以轉(zhuǎn)換道岔 23 非集中聯(lián)鎖站及軌旁設(shè)備非集中聯(lián)鎖站的設(shè)備只有發(fā)車指示器 緊急關(guān)閉按鈕和乘客向?qū)э@示牌 無道岔的非集中聯(lián)鎖站軌旁僅有軌道電路的耦合單元等 有道岔的非集中聯(lián)鎖站除了軌旁的耦合單元外 有防護信號機和轉(zhuǎn)轍機 24 車輛段設(shè)備車輛段信號設(shè)備包括ATS分機 車輛段終端 聯(lián)鎖設(shè)備 維修終端 信號機 轉(zhuǎn)轍機 軌道電路 電源設(shè)備 車輛段設(shè)一臺ATS分機 車輛段派班室和信號樓控制臺室各設(shè)一臺終端 與車輛段ATS分機相連 車輛段設(shè)一套聯(lián)鎖設(shè)備 實現(xiàn)車輛段的進路控制 并通過ATS分機與控制中心交換信息 聯(lián)鎖設(shè)備只受車輛段值班員人工控制 25 設(shè)備室內(nèi)設(shè)維修用彩色顯示器 鍵盤及鼠標(biāo) 顯示與控制室相同的內(nèi)容及維修 監(jiān)測有關(guān)信息 并能對信號設(shè)備進行自動或手動測試 但不能控制進路 車輛段人口處設(shè)進段信號機 出口處設(shè)出段信號機 存車庫線中間進段方向設(shè)列車阻擋信號機 段內(nèi)其他地點根據(jù)需要設(shè)調(diào)車信號機 車輛段內(nèi)每組道岔設(shè)一臺轉(zhuǎn)轍機 車輛段內(nèi)軌道電路采用50Hz相敏軌道電路 檢查列車的占用和空閑 車輛段信號樓內(nèi)設(shè)置適合于聯(lián)鎖設(shè)備 ATS設(shè)備的UPS及蓄電池 26 27 試車線設(shè)備試車線上設(shè)若干段與正線相同的ATP ATO地面設(shè)備 用于對車載ATC設(shè)備的試驗 試車線設(shè)備室內(nèi)設(shè)用于改變試車線運行方向和速度的控制臺 試車線設(shè)備室配備一套適合于ATP ATO設(shè)備的UPS 不設(shè)蓄電池 車載ATC設(shè)備車載設(shè)備包括ATP和ATO兩部分 用來接收軌旁設(shè)備傳送的ATP信息 計算列車運行曲線 測量列車運行速度和走行距離 實行列車運行超速防護以及列車自動運行 來保證行車安全和為列車提供最佳運行方式 28 13 2信號基礎(chǔ)設(shè)備 城市軌道交通信號基礎(chǔ)設(shè)備主要包括信號機 轉(zhuǎn)轍機 軌道電路 計軸器等 它們是城市軌道交通信號系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)備 信號機城市軌道交通采用色燈信號機 除了車輛段和有岔站外 一般不設(shè)信號機 在城市軌道交通中 列車的運行速度不取決于信號顯示 即信號為非速差信號 允許信號的綠燈 黃燈并不表示列車的運行速度 而是代表列車的運行進路是走道岔直股還是彎股 29 信號機的設(shè)置信號機的設(shè)置原則設(shè)于列車運行方向右側(cè)城市軌道交通的地面信號機設(shè)于列車運行方向右側(cè) 在地下部分一般安裝在隧道壁上 特殊情況可設(shè)于列車運行方向的左側(cè)或其他位置 信號機柱的選擇高柱信號機具有顯示距離遠 觀察位置明確等優(yōu)點 因此車輛段的進段 出段信號機 以及停車場的進場 出場信號機 均采用高柱信號機 而其他信號機由于對顯示距離要求不遠 以及隧道內(nèi)安裝空間有限 一般采用矮型信號機 30 信號機限界信號機不得侵人設(shè)備限界 設(shè)備限界是用以限制設(shè)備安裝的控制線 正線上的信號機的設(shè)置在ATC控制區(qū)域正線上的道岔區(qū)設(shè)防護信號機 防護信號機設(shè)于道岔岔前和岔后的適當(dāng)?shù)攸c 具有出站性質(zhì)的道岔防護信號機應(yīng)設(shè)引導(dǎo)信號 具有兩個以上運行方向的信號機可設(shè)進路表示器 31 區(qū)間分界點不設(shè)信號機 只有行車間隔較大采用自動閉塞作為過渡方式才設(shè)區(qū)間通過信號機 車站一般不設(shè)進 出站信號機 在正向出站方向的站臺側(cè)列車停車位置前方適當(dāng)她點設(shè)置發(fā)車指示器 也可以根據(jù)需要設(shè)進站 出站信號機以及進站信號機的預(yù)告信號機 或者只設(shè)出站信號機 線路盡頭設(shè)阻擋信號機 32 車輛段 停車場 的信號機設(shè)置在車輛段 停車場 入口處設(shè)進段 場 信號機 在車輛段 停車場 出口處設(shè)出段 場 信號機 在同時能存放兩列及以上列車的停車線中間進段方向設(shè)列車阻擋信號機 可兼作調(diào)車信號機 車輛段 停車場 內(nèi)其他地點根據(jù)需要設(shè)調(diào)車信號機 33 信號顯示色燈信號機的機構(gòu)有單顯示 二顯示 三顯示 單顯示機構(gòu)僅用于阻擋信號機 二顯示和三顯示可以單獨使用 也可以組合 以及與單顯示機構(gòu)組合 構(gòu)成各種信號顯示 信號顯示意義一般 除預(yù)告信號機外 所有正線信號機的主體信號均為綠 紅兩顯示 綠燈表示進行 紅燈表示停車 進站信號機帶引導(dǎo)月白燈 預(yù)告信號機為黃 綠 紅三顯示 站臺還設(shè)有發(fā)車表示器 發(fā)車前5s閃白光 發(fā)車時間到亮白色穩(wěn)定光 列車出清后滅燈 34 信號機燈光配列防護信號機采用三顯示機構(gòu) 自上而下燈位為黃 或月白 綠 紅 若設(shè)正線出站信號機燈光配列同防護信號機 阻擋信號機采用單顯示機構(gòu) 為一個紅燈 進段 場 信號機燈光配列可用防護信號機 亦可采用雙機構(gòu) 兩個二顯示 帶引導(dǎo)機構(gòu) 自上而下燈位為黃 綠 紅 黃 月白 出段 場 信號機燈光配列可同防護信號機 紅 綠 帶調(diào)車白燈 列車阻擋信號機三顯示 綠燈封閉 紅帶調(diào)車白燈 35 調(diào)車信號機采用二顯示機構(gòu) 自上而下燈位為白 藍 或紅 若采用自動閉塞 其通過信號機為三顯示機構(gòu) 自上而下燈位為黃 綠 紅 信號顯示距離行車信號和道岔防護信號應(yīng)不小于400m 調(diào)車信號和道岔狀態(tài)表示器應(yīng)不小于200m 引導(dǎo)和道岔狀態(tài)表示器以外的各種表示器應(yīng)不小于100m 36 轉(zhuǎn)轍機城市軌道交通的正線上一般采用9號道岔 車輛段 停車場 一般采用7號道岔 通常一組道岔由一臺轉(zhuǎn)轍機牽引 如果正線上采用的是9號AT道岔 其為彈性可彎道岔 需要兩點牽引 即一組道岔需兩臺轉(zhuǎn)轍機牽引 稱為雙機牽引 可采用外鎖閉裝置 也可采用內(nèi)鎖閉方式 對于前者采用S700K型電動轉(zhuǎn)轍機或ZYJ7型電液轉(zhuǎn)轍機 后者采用ZD6系列電動轉(zhuǎn)轍機 單機牽引時采用ZD6 D型 雙機牽引時采用一臺ZD6 E型和一臺ZD6 J型 37 城市軌道交通運行速度不高 可采用普通的直流轉(zhuǎn)轍機 但采用三相交流轉(zhuǎn)轍機優(yōu)點十分明顯 由于采用三相交流電動機 線路上的電能損失大大減少 又由于采用摩擦力非常小的滾珠絲杠傳動裝置 因此機械效率高 這樣 在同樣的控制電流下 可增大控制距離 或減小電纜芯線的截面 采用三相電動轉(zhuǎn)轍機后 由于沒有直流電動機的整流子 維修工作量大為減少 38 軌道電路對于城市軌道交通 除車輛段內(nèi)可采用50Hz相敏軌道電路外 需要采用音頻軌道電路 不僅用來檢測列車是否占用 更重要的是傳輸ATP信息 軌道電路的作用監(jiān)督列車的占用傳遞行車信息 39 軌道電路的分類按所傳送的電流特性分類 軌道電路分為工頻連續(xù)式軌道電路和音頻軌道電路 工頻連續(xù)式軌道電路唯一功能是監(jiān)督軌道的占用與否 不能傳送更多信息 音頻軌道電路又分為模擬式和數(shù)字編碼式 模擬音頻軌道電路用低頻調(diào)制載頻 除監(jiān)督軌道區(qū)段的占用外 可傳輸較多信息 主要是運行前方三個或四個閉塞分區(qū)的占用與否 數(shù)字編碼式軌道電路采用一個若干比特的一群調(diào)制頻率方式 根據(jù)編碼去調(diào)頻 編碼包含速度碼 線路坡度碼 閉塞分區(qū)長度碼 糾錯碼等 40 按使用處所分類 軌道電路分為正線區(qū)間軌道電路和車輛段內(nèi)軌道電路 區(qū)間軌道電路主要用于正線 監(jiān)督各閉塞分區(qū)是否空閑 同時傳輸有關(guān)行車信息 車輛段內(nèi)軌道電路 用于段內(nèi)各區(qū)段 一般只監(jiān)督本區(qū)段是否空閑 不能發(fā)送其他信息 按分割方式分類 軌道電路分為有絕緣軌道電路和無絕緣軌道電路 車輛段內(nèi)軌道電路為有絕緣軌道電路 正線區(qū)間軌道電路為無絕緣軌道電路 按軌道電路內(nèi)有無道岔分類 車輛段內(nèi)軌道電路分為無岔區(qū)段軌道電路和道岔區(qū)段軌道電路 41 交流工頻軌道電路城市軌道交通一般采用直流牽引 所以軌道電路可以采用50Hz電源 用于城市軌道交通的交流工頻軌道電路為50Hz相敏軌道電路 另有引進的美國US S公司PF軌道電路 它們只有監(jiān)督列車占用的功能 不能發(fā)送ATP信息 42 50Hz相敏軌道電路50Hz相敏軌道電路用于城市軌道交通的車輛段內(nèi) 包括繼電式和微電子式 43 50Hz相敏軌道電路的組成50Hz相敏軌道電路由送電端 受電端 鋼軌絕緣 鋼軌引接線 鋼軌接續(xù)線 回流線以及鋼軌組成 送電端包括軌道變壓器 變阻器以及斷路器 或熔斷器 安裝在室外的變壓器箱內(nèi) 軌道電源從室內(nèi)通過電纜送至送電端 受電端包括中繼變壓器 變阻器 斷路器 或熔斷器 軌道繼電器 電容器 防雷元件等 其中中繼變壓器 變阻器及斷路器 或熔斷器 安裝在室外的變壓器箱或電纜盒內(nèi) 其他安裝在室內(nèi)的組合架上 44 送 受電端視相鄰軌道電路的不同組合 有雙送 一送一受 雙受以及單送 單受等不同情況 除雙受 單受可采用電纜盒外 其他情況必須采用變壓器箱 變壓器箱或電纜盒用鋼軌引接線接向鋼軌 鋼軌接續(xù)線用來連接相鄰鋼軌 以減小鋼軌接頭處的接觸電阻 鋼軌絕緣設(shè)于軌道電路分界處 用以隔離相鄰的軌道電路 回流線連接相鄰的不同側(cè)鋼軌 為牽引回流提供越過鋼軌絕緣節(jié)的通路 45 50Hz相敏軌道電路的工作原理50Hz相敏軌道電路為有絕緣雙軌條軌道電路 牽引回流為單軌條流通 電源屏分別供出50Hz軌道電源和局部電源 送電端軌道電源經(jīng)軌道變壓器降壓后送至鋼軌 受電端由鋼軌來的電壓經(jīng)中繼變壓器升壓后送至軌道繼電器RGJ的軌道線圈 軌道繼電器RGJ的局部線圈接局部電源 當(dāng)軌道線圈和局部線圈電源滿足規(guī)定的相位和頻率要求時 RGJ吸起 軌道電路處于調(diào)整狀態(tài) 表示軌道電路空閑 列車占用時 軌道電源被分路 RGJ落下 若頻率 相位不符合要求時 RGJ也落下 這樣 50Hz相敏軌道電路就具有相位鑒別能力 即相敏特性 抗干擾性能較高 46 50Hz微電子相敏軌道電路由于50Hz相敏軌道電路的接收設(shè)備為交流二元繼電器 存在較多問題 50Hz微電子相敏軌道電路接收器采用微電子技術(shù)構(gòu)成相敏軌道電路接收器 代替交流二元繼電器 保留了原相敏軌道電路的優(yōu)點 克服其缺點 成為具有高可靠 高抗干擾能力的一種新型相敏軌道電路 47 50Hz微電子相敏軌道電路 48 50Hz微電子相敏軌道電路 其軌道電源 局部電源 調(diào)相防雷器 微電子相敏接收器 軌道繼電器設(shè)在室內(nèi) 節(jié)能器 軌道變壓器 送電端防護電阻及熔斷器設(shè)在室外送電端變壓器箱內(nèi) 中繼變壓器 受電端防護電阻及熔斷器設(shè)在室外受電端變壓器箱內(nèi) 室內(nèi) 外設(shè)備用電纜相連 軌道電源 局部電源分別由電源屏提供 并且局部電源超前軌道電路90 送電端軌道電源經(jīng)節(jié)能器 軌道變壓器降壓后送至鋼軌 受電端經(jīng)中繼變壓器升壓后送至調(diào)相防雷器 再送至兩臺微電子相敏接收器 兩臺接收器雙機并用 只要有一臺接收器有輸出 軌道繼電器GJ即吸起 以提高軌道電路的可靠性 當(dāng)25Hz微電子相敏軌道電路接收器接收到25Hz軌道信號 且局部電壓 49 超前軌道電壓一定范圍的角度時 微電子接收器使軌道繼電器吸起 在 90 時 處于最佳接收狀態(tài) 當(dāng)收到的信號不能完全滿足以上條件時 軌道繼電器落下 調(diào)相防雷器內(nèi)設(shè)電容器和防雷元件 用于調(diào)整軌道電路的相位和防雷 R1 R2為送 受電端防護電阻 R1同時是限流電阻 在一送多受時 每個分支用一個接收器和軌道繼電器 在主接收器的軌道繼電器電路中串接其他分支軌道繼電器的前接點 50 音頻軌道電路音頻軌道電路具有檢測列車占用和傳遞ATP ATO信息兩個功能 為便于牽引電流流通 提高線路性能 方便維修 音頻軌道電路是無絕緣的 音頻軌道電路多采用調(diào)頻方式 近年來采用的是高可靠性 多信息量的數(shù)字編碼式音頻軌道電路 51 音頻無絕緣軌道電路概述無絕緣軌道電路無絕緣軌道電路多采用諧振式 早期的無絕緣音頻軌道電路采用短路聯(lián)接式 該軌道電路通過軌道區(qū)段兩側(cè)的短路鋼條用來確保相鄰軌道電路區(qū)段互不干擾 并使兩條鋼軌中的牽引電流平衡 該軌道電路在接收端存在 死區(qū) 具有一定的危險性 52 為了克服上述缺陷 目前一般采用S形聯(lián)接音頻軌道電路 該軌道電路把短路鋼條聯(lián)成S形 發(fā)送器和接收器的一個輸出 輸出端接在S形導(dǎo)線的中間 電容器C1與鋼軌L1組成諧振于區(qū)段1音頻頻率f1的并聯(lián)諧振電路 C2與L2組成諧振于區(qū)段2音頻頻率f2的并聯(lián)諧振電路 C3與L3組成諧振于區(qū)段3音頻頻率f3的并聯(lián)諧振電路 53 音頻無絕緣軌道電路分類按信息處理技術(shù)分為模擬軌道電路和數(shù)字編碼軌道電路模擬音頻軌道電路用代表不同速度信息的低頻調(diào)制載頻 該調(diào)制信號是模擬量 以實現(xiàn)對列車速度的控制 它只能傳輸速度信息 只能實現(xiàn)階梯式分級制動模式的固定閉塞 數(shù)字編碼軌道電路則用報文形式 通過數(shù)字編碼對載頻進行數(shù)字調(diào)頻 該調(diào)制信號是數(shù)字量 以實現(xiàn)列車控制用各種信息 包括目標(biāo)速度 目標(biāo)距離 線路坡度 區(qū)間限制 軌道電路長度等信息 的傳輸 通過這種軌道電路可實現(xiàn)曲線型分級制動模式的準(zhǔn)移動閉塞 54 按調(diào)制方式分為調(diào)幅軌道電路和調(diào)頻軌道電路調(diào)幅軌道電路采用調(diào)幅的方式將低頻信號載在載頻上予以傳送 GRS音頻無絕緣軌道電路即采用調(diào)幅方式 它用2Hz 3Hz去調(diào)制2625Hz 2925Hz 3375Hz 4275Hz 檢測列車占用 調(diào)頻軌道電路采用調(diào)頻和數(shù)字調(diào)頻的方式將低頻信號或報文載在載頻上 多數(shù)音頻軌道電路均采用此種方式 例如FTGS917型軌道電路采用9 5kHz 10 5kHz 11 5kHz 12 5kHz 13 5kHz 14 5kHz 15 5kHz 16 5kHz作為載頻 偏頻為 64Hz 64Hz為 l 64Hz為 0 進行數(shù)字調(diào)頻 55 按功能分為檢測列車占用與傳輸ATP信息分開和檢測列車占用與傳輸ATP信息合一兩種方式檢測列車占用與傳送ATP信息分開的方式是檢測列車占用采用一種方式 而ATP信息采用另一種方式 例如FTGS軌道電路用位模式調(diào)制載頻作為檢測列車占用用 用報文調(diào)制載頻發(fā)送ATP信息 檢測列車占用與傳送ATP信息合一的方式是檢測列車占用和傳送ATP信息由同一種方式實現(xiàn) 例如FS 2500軌道電路 用14種速度碼傳送ATP信息 同時作為檢測列車占用 在接收端收不到信號 即為列車占用本區(qū)段 但發(fā)送端照樣可為列車傳送ATP命令 56 無絕緣軌道電路的基本形式無絕緣軌道電路的發(fā)送和接收有感應(yīng) 互耦 方式和直接注入 自耦 方式 感應(yīng)方式是用阻抗連接器耦合 感應(yīng)方式亦有兩種 一是發(fā)送器 接收器經(jīng)阻抗連接器接至鋼軌 二是將連接器布置成S形電纜 其兩端焊接到鋼軌上 由一匝電線構(gòu)成的環(huán)線與連接器耦合 發(fā)送的軌道信號電流在S形電纜中形成環(huán)流 并感應(yīng)進入鋼軌 接收的信號也從鋼軌感應(yīng)進入電纜 借助其外形尺寸 可提供很強的方向性 以設(shè)定軌道電路電流的方向 直接注入方式是軌道電路的發(fā)送器和接收器經(jīng)調(diào)諧單元直接由引接線焊接到鋼軌上 57 電氣絕緣節(jié)音頻軌道電路一般由電氣絕緣節(jié)分隔 它由鋼軌間的 棒 和調(diào)諧單元組成 調(diào)諧單元位于軌旁連接箱內(nèi) 棒 有S棒 O棒 I棒等三種 I棒 O棒 S棒 調(diào)整短路棒 58 一般情況下 主要是正線區(qū)間的軌道電路 相鄰的軌道電路通過S棒隔離 它是鏡像對稱的 以S棒的中心線作為軌道區(qū)段的物理劃分 S棒長7 8m左右 模糊區(qū)段長 3 9m S捧還起平衡兩個走行軌牽引電流的作用 在兩個軌道電路區(qū)段之間需清晰分離或由于缺少空間 道岔處 無法安裝S棒時 使用機械絕緣節(jié) 此時電氣節(jié)由終端短路棒 O棒 和一個機械絕緣節(jié)共同組成 來劃分兩個軌道電路 它主要應(yīng)用在雙軌條牽引回流區(qū)段 終端棒長約3 5m 距機械納緣節(jié)0 3 0 6m 短路棒 I棒 用于一端為軌道電路區(qū)段 另一端為非軌道電路區(qū)段的情況 棒長約4 2m 調(diào)整短路棒是短路棒的改進型 主要應(yīng)用于車站站臺區(qū)段兩端 59 音頻無絕緣軌道電路舉例GRS公司的音頻無絕緣軌道電路GRS公司的音頻無絕緣軌道電路 是模擬音頻軌道電路 調(diào)幅方式 載頻為2625Hz 2925Hz 3375Hz 4275Hz 兩種調(diào)制頻率 碼率 為2Hz和3Hz 可組成8種不同的組合 作為列車檢測用 相鄰軌道電路采用不同頻率不同碼率的組合 可防止干擾 提高安全性 利用雙軌條傳輸ATP速度命令和門控命令 還可用作牽引電流回路 60 ATP速度命令采用調(diào)幅方式 載頻為2250Hz 有8種不同的調(diào)制頻率 6種用于ATP速度命令 2種用于門控命令 開左門4 5Hz 開右門5 54Hz 頻率范圍0 20Hz 6個ATP速度命令分別為20km h 30km h 45km h 55km h 65km h 80km h 每個閉塞分區(qū)的速度命令選擇要符合安全和列車間隔要求 只有當(dāng)安全制動距離所要求的運行前方軌道電路出清時 才向該分區(qū)的列車發(fā)送適當(dāng)?shù)乃俣让?61 音頻無絕緣軌道電路設(shè)備典型框圖 62 軌道電路設(shè)備包括室內(nèi) 軌旁兩部分 集中站ATC設(shè)備 每段軌道電路有4塊PC板 其中三塊用在發(fā)送端 即碼率振蕩板 軌道和列車調(diào)制 驅(qū)動板 線性功放板 一塊用在受電端 即接收板 軌道繼電器為GRS公司的RNPN型繼電器 軌旁設(shè)備 包括小型調(diào)諧阻抗連接變壓器 用于雙發(fā)或雙收 還可發(fā)送ATP命令和TWC信息 調(diào)諧雙接收連接器 用在雙收端 調(diào)諧環(huán)線耦合器 用在道岔區(qū)段的音頻軌道電路發(fā)送端 63 FTGS音頻無絕緣軌道電路FTGS型軌道電路 是報文式數(shù)字編碼軌道電路 FTGS軌道電路用于檢測軌道電路的占用狀態(tài) 并發(fā)送ATP報文 當(dāng)區(qū)段空閑時 由室內(nèi)發(fā)送設(shè)備傳來移頻鍵控信號 通過軌旁單元在軌道電路始端饋入軌道 并由軌道電路終端接收傳至室內(nèi)接收設(shè)備 經(jīng)過信號鑒別判斷 幅值計算 調(diào)制檢驗 編碼檢驗 完成軌道區(qū)段的空閑檢測 當(dāng)接收器計算出接收的軌道電壓的幅值足夠高 并且解調(diào)器鑒別到發(fā)送的編碼調(diào)制是正確時 接收器產(chǎn)生一個 軌道空閑 狀態(tài)信息 這時軌道繼電器吸起表示 軌道空閑 64 列車占用時 由于列車車輪分路 降低了終端接收電壓 以致接收器不再響應(yīng) 軌道繼電器達不到相應(yīng)的響應(yīng)值而落下 發(fā)出一個 軌道占用 狀態(tài)信息 當(dāng)軌道區(qū)段被占用時 發(fā)送器將ATP報文送入軌道 供車上接收 為提高對牽引回流的諧波干擾 FTGS采用移頻鍵控方式 載頻頻率有12個 分配給兩種型號的FTGS 即FTGS46和FTGS917 FTGS46的載頻頻率為4 75kHz 5 25kHz 5 75kHz 6 25kHz FTGS917的載頻頻率為9 5kHz 10 5kHz 11 5kHz 12 5kHz 13 5kHz 14 5kHz 15 5kHz 16 5kHz 65 軌道電路由15個不同的位模式進行頻率調(diào)制 偏頻 64Hz 位模式是數(shù)碼組合 以15ms為一位 用 64Hz為 1 64Hz為 0 構(gòu)成不同的數(shù)碼組合 即帶有位模式 接收器把 64Hz作為一個位 而 64Hz不作為一個位 最少的4比特 最多的8比特 15種位模式是 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 3 2 3 3 3 4 3 5 4 2 4 3 4 4 5 2 5 3 6 2 例如2 2位模式即每個周期共4比特 連續(xù)2比特為1 另外2比特為0 頻率為 64Hz 64Hz 64Hz 64Hz 64Hz 64Hz 66 報文式數(shù)字編碼從ATP軌旁設(shè)備向ATP車載設(shè)備傳輸 傳輸速率200波特 電碼有效長度136位 含車站停車點 下一個軌道電路的制動曲線 運行方向 開門 入口速度 允許速度 緊急停車 限速區(qū)段速度 目標(biāo)速度 目標(biāo)距離 當(dāng)前軌道電路識別 下一個軌道電路識別 軌道電路長度 下一個軌道電路的坡度 下一個軌道電路的頻率等信息 67 FTGS軌道電路由室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備兩部分組成 每段軌道電路之間由S棒隔開 不需要絕緣節(jié) 室內(nèi)設(shè)備主要是發(fā)送器和接收器 室外設(shè)備為耦合單元和S棒 發(fā)送器和接收器被集中安裝在控制室內(nèi) 從控制室到軌道區(qū)段的最大距離可達6km 室外設(shè)備有電氣絕緣節(jié)和軌旁盒 室內(nèi) 外設(shè)備通過電纜連接 發(fā)送電纜和接收電纜分開使用 排除了由于芯線的接觸而引起的電氣干擾 68 計軸器在采用CBTC的城軌線路 當(dāng)無線傳輸設(shè)備發(fā)生故障 可用計軸器檢查列車的位置 構(gòu)成 降級 信號 對于無岔區(qū)段 在其兩端各設(shè)一個測軸點 如圖 a 所示 對于數(shù)個無岔區(qū)段構(gòu)成的帶形區(qū)段 其測軸點的設(shè)置如圖 b 所示 對于無岔區(qū)段構(gòu)成的重疊區(qū)段 其測軸點的設(shè)置如圖 c 所示 69 對于道岔區(qū)段 在其岔前 岔后直向和岔后側(cè)向各設(shè)一個測軸點 如圖 a 所示 對于交叉點 其測軸點的設(shè)置如圖 b 所示 對于交叉渡線 其測軸點的設(shè)置如圖 c 所示 70 13 3聯(lián)鎖設(shè)備 聯(lián)鎖設(shè)備是城市軌道交通的重要信號設(shè)備 用來在車站或車輛段實現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)系 建立進路 控制道岔的轉(zhuǎn)換和信號機的開放 以及進路解鎖 以保證行車安全 聯(lián)鎖設(shè)備分為正線車站聯(lián)鎖設(shè)備和車輛段聯(lián)鎖設(shè)備 聯(lián)鎖設(shè)備早期采用繼電集中聯(lián)鎖 現(xiàn)在多采用計算機聯(lián)鎖 71 繼電集中聯(lián)鎖6502繼電集中聯(lián)鎖早期的城市軌道交通 如北京 上海 廣州地鐵的車輛段曾采用6502繼電集中聯(lián)鎖 根據(jù)城軌行車作業(yè)的需要 上海地鐵一號線正線道岔聯(lián)鎖區(qū)段采用的6502繼電集中設(shè)備在原電路基礎(chǔ)上 設(shè)計了與ATP子系統(tǒng)的接口電路 親增了如下功能 自動信號 用于自動排列進路 自動進路 用于正向連續(xù)通過的進路 區(qū)間封鎖 禁止列車進人某區(qū)間 用于區(qū)間維修作業(yè)等 72 區(qū)間限速 限速為45km h 站臺緊急關(guān)閉 乘客不慎墜下站臺時使用 通過安裝在該站臺側(cè)的緊急關(guān)閉按鈕使足夠數(shù)量的軌道電路發(fā)零速度命令 使列車不能進入站臺 扣車 控制列車停站時間 發(fā)車表示器 發(fā)車5s前閃白光 發(fā)車時間到亮白色穩(wěn)定光 列車出清站臺后滅燈 73 其他繼電集中聯(lián)鎖北京地鐵一號線改造信號工程的聯(lián)鎖正線車站采用9101型整架式聯(lián)鎖電路 該電路可以實現(xiàn)中心控制及車站控制 并在其中的一方控制時 另一方不能實施進路控制 電路可以實現(xiàn)用于ATC列車的正常的自動閉塞運行方式 也可提供為非運營時間內(nèi)的非ATC列車的運行的自動站間閉塞電路 站間閉塞時出站信號機的開放顯示為綠色閃光 同時還具有在站控條件下 實現(xiàn)車站值班員的自動進路 自動折返進路以及全自動折返進路控制的功能 其中全自動折返進路為先進先出方式 74 北京地鐵復(fù)八線正線采用非定型繼電聯(lián)鎖設(shè)備 零散組合繼電聯(lián)鎖設(shè)備不但完成了聯(lián)鎖技術(shù)條件 而且完成了ATP編碼功能 75 計算機聯(lián)鎖計算機聯(lián)鎖應(yīng)用于城市軌道交通城市軌道交通對計算機聯(lián)鎖有特殊的要求 如列車運行的三級控制 多列車進路 追蹤進路 折返進路 聯(lián)鎖監(jiān)控區(qū) 保護區(qū)段和側(cè)面防護 列車運行控制列車運行進路控制采用三級控制 即控制中心控制 遠程控制終端控制和車站工作站控制 控制中心控制為全自動的列車監(jiān)控模式 在該模式下 列車進路設(shè)置命令由自動進路設(shè)定系統(tǒng)發(fā)出 其信息來源于時刻表和列車運行自動調(diào)整系統(tǒng) 控制中心列車調(diào)度員也可以人工干預(yù) 76 對列車進行調(diào)整 操作非安全相關(guān)命令 排列和取消進路 在控制中心設(shè)備故障或控制中心與下級設(shè)備的通信線路故障時 自動轉(zhuǎn)入遠程控制終端控制模式 此時 由司機在車上輸入目的地碼 通過列車上的車次號發(fā)送系統(tǒng)發(fā)出的帶有列車去向的車次號信息 遠程控制終端自動產(chǎn)生進路控制命令 聯(lián)鎖系統(tǒng)根據(jù)來自遠程控制終端的進路號排列進路 在站級控制模式下 列車運行的進路在車站工作站控制 77 多列車進路城市軌道交通運行間隔小 車流密度大 在一條進路中可能出現(xiàn)多列車在運行 對于多列車進路 當(dāng)?shù)?列車離開進路始端信號機后的監(jiān)控區(qū)后 可以排列第2條相同終端的進路 第2條進路排出 第l列車通過后進路中的軌道區(qū)段直到第2列車通過后才解鎖 追蹤進路追蹤進路為聯(lián)鎖系統(tǒng)本身的一種自動排列進路功能 列車接近信號機 占用其前方第1個接近區(qū)段 也可能是第2個接近區(qū)段 時 列車運行所要通過的進路自動排出 78 折返進路列車需折返時通過列車自動選路 追蹤進路或人工排列的進路 從指定的折返線出發(fā) 聯(lián)鎖監(jiān)控區(qū)段在裝備準(zhǔn)移動閉塞的城市軌道交通中開放信號機前聯(lián)鎖設(shè)備不需要檢查全部區(qū)段 只要檢查部分區(qū)段 這些被檢查的區(qū)段叫做聯(lián)鎖監(jiān)控區(qū)段 只要監(jiān)控區(qū)段空閑 進路防護信號機便可正常開放 79 保護區(qū)段為了保證列車的運行安全 避免列車由于某種原因不能在信號機停住而導(dǎo)致事故的發(fā)生 充分考慮了列車的制動距離及線路等因素 在停車點后設(shè)置了保護區(qū)段 即終端信號機后方的一至兩個區(qū)段為保護區(qū)段 側(cè)面防護城市軌道交通的道岔控制全部用單動 不設(shè)雙動道岔 所有的渡線道岔均按單動處理 也不設(shè)帶動道岔 這些都靠采取側(cè)面防護來防止列車的側(cè)面沖突 側(cè)面防護是指為了避免其他列車從側(cè)面進入進路 與列車發(fā)生側(cè)向沖突 80 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用舉例用于我國城市軌道交通的計算機聯(lián)鎖主要有國產(chǎn)的TYJL 型計算機聯(lián)鎖 DS6 11型計算機聯(lián)鎖 VPI型計算機聯(lián)鎖和iLOCK型計算機聯(lián)鎖 卡斯柯信號有限公司由從阿爾斯通信號 美國 公司 即原美國GRS公司引進專利技術(shù) 結(jié)合中國鐵路運營技術(shù)條件經(jīng)過二次開發(fā) 從國外引進的SICAS計算機聯(lián)鎖 SIEMENS公司研制 為雙機熱備方式 MI CROLOCK 計算機聯(lián)鎖 US S公司研制 雙機熱備方式 前四種主要用于車輛段 后兩種主要用于正線 81 與現(xiàn)場主要設(shè)備的結(jié)合與ATS系統(tǒng)的結(jié)合聯(lián)鎖系統(tǒng)可與ATS設(shè)備互聯(lián) 以便于向ATS中央系統(tǒng)提供車輛段的進路狀態(tài) 信號機狀態(tài) 道岔位置 軌道電路狀態(tài) 股道狀態(tài)等信息 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)與車輛段ATS設(shè)備間 采用可靠的隔離措施 以確保不影響聯(lián)鎖設(shè)備的正常工作 82 與試車線設(shè)備的結(jié)合試車線的聯(lián)鎖受車輛段計算機聯(lián)鎖設(shè)備統(tǒng)一控制 當(dāng)需要對列車進行動態(tài)試驗時 計算機聯(lián)鎖設(shè)備按非進路調(diào)車方式下放對試車線的控制權(quán) 試車完畢后 經(jīng)試車線控制室交權(quán) 信號樓控制室重新收回對試車線的控制權(quán) 有關(guān)信號機關(guān)閉 道岔延時30s解鎖 與正線聯(lián)鎖設(shè)備的結(jié)合正線車站與車輛段之間的出 入段按列車方式辦理 車輛段與正線車站間的接口電路考慮出段和利用轉(zhuǎn)換軌調(diào)車時的聯(lián)鎖敵對照查條件以及對方防護信號機的狀態(tài)顯示 進 出段作業(yè) 轉(zhuǎn)換軌至段內(nèi)停車庫 按列車方式辦理 83 13 4列車自動控制 ATC 系統(tǒng) 列車自動控制 ATC 系統(tǒng)是城市軌道交通信號系統(tǒng)的最重要的組成部分 它實現(xiàn)行車指揮和列車運行自動化 能最大限度地保證列車運行安全 提高運輸效率 減輕運營人員的勞動強度 發(fā)揮城市軌道交通的通過能力 目前用于我國城市軌道交通的ATC系統(tǒng)大多是從國外引進的 有西屋公司的 US S公司的 西門子公司的 阿爾斯通公司的和阿爾卡特公司的等 84 ATC系統(tǒng)綜述ATC系統(tǒng)的功能ATC系統(tǒng)包括五個原理功能 ATS功能 聯(lián)鎖功能 列車檢測功能 ATC功能和PTI功能 ATS功能可自動或由人工控制線路 及向行車調(diào)度員和外部系統(tǒng)提供信息 ATS功能由完全位于控制中心內(nèi)的設(shè)備實現(xiàn) 聯(lián)鎖功能響應(yīng)來自ATS功能的命令 在隨時滿足安全準(zhǔn)則的前提下 管理進路 道岔和信號的控制 進路 軌道電路 道岔和信號的狀態(tài)信息提供給ATS和ATC功能 聯(lián)鎖功能由分布在軌旁的設(shè)備來實現(xiàn) 85 列車檢測功能一般由軌道電路完成 ATC功能在聯(lián)鎖功能的約束下 根據(jù)ATS的要求實現(xiàn)列車運行的控制 ATC功能有三個ATC子功能 ATC軌旁功能 ATC傳輸功能和ATC車載功能 ATP ATO軌旁功能負責(zé)列車間隔和報文生成 ATP ATO傳輸功能負責(zé)生成感應(yīng)信號 它包括報文和ATC車載設(shè)備所需的其他數(shù)據(jù) ATP ATO車載設(shè)備負責(zé)列車的安全運營 列車自動駕駛 且給信號系統(tǒng)和司機提供接口 PTI功能是通過多種渠道傳輸和接收各種數(shù)據(jù) 在特定的位置傳給ATS 向ATS報告列車的識別信息 目的號碼和乘務(wù)組號和列車位置數(shù)據(jù) 以優(yōu)化列車運行 86 閉塞及其實現(xiàn)在城市軌道交通內(nèi) 閉塞均由列車運行自動完成 故為自動閉塞 由于采用了ATC系統(tǒng) 閉塞分區(qū)均不設(shè)通過信號機 而由車載ATP系統(tǒng)予以顯示 也沒有鐵路那樣專用的閉塞設(shè)備的概念 閉塞作用由ATP系統(tǒng)完成 按照閉塞實現(xiàn)的方式 城市軌道交通的閉塞可分為固定閉塞 準(zhǔn)移動閉塞 移動閉塞 準(zhǔn)移動閉塞式和移動閉塞式ATC系統(tǒng)技術(shù)水平較高 可實現(xiàn)較大的通過能力 具有較大的發(fā)展前景 固定閉塞式ATC系統(tǒng)可滿足2min通過能力的行車要求 且價格相對低廉 因此也宜選用 87 根據(jù)實際情況 因地制宜選擇三種不同制式的ATC系統(tǒng)是完全必要的 固定閉塞固定閉塞將線路劃分為固定的區(qū)段 不論前 后列車的位置 還是前 后列車的間距都是用固定的地面設(shè)備 如軌道電路等 檢測和表示的 線路條件和列車參數(shù)等均需在閉塞設(shè)計過程中加以考慮 并體現(xiàn)在地面固定區(qū)段的劃分中 固定閉塞的速度控制模式是分級的 在這種制式中 需要向被控列車傳送速度等級的信息碼 固定閉塞方式需要大量的軌旁設(shè)備 維護工作量較大 存在較多缺點 無法滿足提高系統(tǒng)能力 安全性和互用性的要求 88 準(zhǔn)移動閉塞準(zhǔn)移動閉塞是介于固定閉塞和移動閉塞之間的閉塞方式 它對前 后列車的定位方式是不同的 前行列車的定位仍沿用固定閉塞的方式 而后續(xù)列車的定位則采用連續(xù)的或稱為移動的方式 準(zhǔn)移動閉塞方式的速度控制模式 既具有無級 連續(xù) 的特點 又具有分級 臺階 的性質(zhì) 若前行列車不動而后續(xù)列車前進時 其最大允許速度是連續(xù)變化的 而當(dāng)前行列車前進 其尾部駛過固定區(qū)段的分界點時 后續(xù)列車的最大速度將按 臺階 跳躍上升 89 準(zhǔn)移動閉塞在控制列車的安全間隔上比固定閉塞進了一步 它通過采用報文式軌道電路輔之環(huán)線或應(yīng)答器來判斷分區(qū)占用并傳輸信息 信息量大 可以告知后續(xù)列車?yán)^續(xù)前行的距離 后續(xù)列車可根據(jù)這一距離合理地采取減速或制動 列車制動的起點可延伸至保證其安全制動的地點 從而可改善列車速度控制 縮小列車安全間隔 提高線路利用效率 但準(zhǔn)移動閉塞中后續(xù)列車的最大目標(biāo)制動點仍必須在先行列車占用分區(qū)的外方 因此它并沒有完全突破軌道電路的限制 90 移動閉塞移動閉塞是一種新型的閉塞制式 它克服了固定閉塞的缺點 它不設(shè)固定閉塞區(qū)段 前 后兩列車都采用移動式的定位方式 移動閉塞可解釋為 列車安全追蹤間隔距離不預(yù)先設(shè)定 而隨列車的移動不斷移動并變化的閉塞方式 移動閉塞可借助感應(yīng)環(huán)線或無線通信的方式實現(xiàn) 早期的移動閉塞系統(tǒng) 如武漢輕軌一期和廣州地鐵三號線等大多采用基于感應(yīng)環(huán)線的移動閉塞技術(shù) 現(xiàn)今大多數(shù)先進的移動閉塞系統(tǒng)已采用無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)各子系統(tǒng)間的通信 構(gòu)成基于無線通信技術(shù)的移動閉塞 91 不同結(jié)構(gòu)的ATC系統(tǒng)ATP按地面信息的傳輸方式分為點式和連續(xù)式兩種結(jié)構(gòu) 點式ATC系統(tǒng)點式自動列車運行控制系統(tǒng)因其主要功能是實現(xiàn)列車超速防護 所以又稱為點式ATP系統(tǒng) 它點式傳遞信息 用車載計算機進行信息處理 點式ATC系統(tǒng)的主要優(yōu)點是采用無源 高信息容量的地面應(yīng)答器 結(jié)構(gòu)簡單 安裝靈活 可靠性高 價格明顯低于連續(xù)式ATC系統(tǒng) 但其難以勝任列車密度大的情況 列車只有抵達運行前方的地面應(yīng)答器時 才能更新信息 獲得新的速度控制信息 92 點式ATP系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 93 點式ATP系統(tǒng)由車載設(shè)備和地面設(shè)備組成 主要是地面應(yīng)答器 軌旁電子單元以及車載設(shè)備 地面應(yīng)答器地面應(yīng)答器通常設(shè)置在信號機的旁側(cè)或者設(shè)置在一段需要降速的緩行區(qū)間的始 終端 地面應(yīng)答器無源 接收車載設(shè)備發(fā)射的能量 供內(nèi)部電路與回答發(fā)送用 其內(nèi)部寄存器按協(xié)議以數(shù)碼形式存放實現(xiàn)列車速度監(jiān)控及其他行車功能所必需的數(shù)據(jù) 當(dāng)列車駛過地面應(yīng)答器 且車載應(yīng)答器與地面應(yīng)答器對準(zhǔn)時 車載應(yīng)答器首先以一定的頻率 通過電磁感應(yīng)方式將能量傳遞給地面應(yīng)答器 地面應(yīng)答器的內(nèi)部電路在接收到來自車上的能量后即開始工作 將所存儲的數(shù)據(jù)以某種調(diào)制方式通過電磁感應(yīng)傳送至車上 94 軌旁電子單元軌旁電子單元是地面應(yīng)答器與信號機之間的電子接口設(shè)備 其任務(wù)是將不同的信號顯示轉(zhuǎn)換為約定的數(shù)碼形式 車載設(shè)備車載設(shè)備由車載應(yīng)答器 測速傳感器 中央處理單元 駕駛臺上的顯示 操作與記錄裝置等部分組成 95 車載應(yīng)答器完成車 地的耦合聯(lián)系 將能量送至地面應(yīng)答器 接收地面應(yīng)答器所儲存的數(shù)據(jù)并傳送至中央處理單元 測速傳感器通常裝在輪軸上 根據(jù)每分鐘車輪的轉(zhuǎn)數(shù)與車輪直徑在中央處理單元內(nèi)換算成列車目前的速度 中央處理單元的核心是安全型計算機 它負責(zé)對所接收到的數(shù)據(jù)進行處理 形成列車當(dāng)前允許的最大速度 將此最大允許速度值與列車的現(xiàn)行速度值進行比較 以決定是否給出啟動常用制動乃至緊急制動的信息 此外 從車載應(yīng)答器傳向地面應(yīng)答器的高頻電磁能量也是由它產(chǎn)生的 96 連續(xù)式ATC系統(tǒng)按地 車信息傳輸所用的媒體分類 連續(xù)式ATC系統(tǒng)可分有線與無線兩大類 前者又可分為利用軌間電纜與利用數(shù)字編碼音頻軌道電路兩類 采用軌道電路的連續(xù)式ATC系統(tǒng)按地 車之間所傳輸信息的內(nèi)容 ATC系統(tǒng)有速度碼系統(tǒng)和距離碼系統(tǒng)兩種 不論是速度碼系統(tǒng)還是距離碼系統(tǒng) 其軌道電路都被用作雙重通道 當(dāng)軌道電路區(qū)段上無車時 軌道電路發(fā)送的是軌道電路檢測信號或檢測碼 當(dāng)列車駛?cè)胲壍离娐穮^(qū)段 立即轉(zhuǎn)發(fā)速度信號或者有關(guān)數(shù)據(jù)電碼 97 速度碼系統(tǒng)速度碼系統(tǒng)通常使用頻分制方法 采用的是模擬音頻軌道電路 即用不同的頻率來代表不同的允許速度 由控制中心通過信息傳輸媒體將列車最大允許速度直接傳至車上 這類制式在信息傳遞與車上信息處理方面比較簡單 速度分級是階梯式的 上海地鐵一號線從美國GRS公司引進的ATC系統(tǒng)是典型的頻分制速度碼系統(tǒng) 無列車經(jīng)過時 軌道電路用于檢測列車占用 當(dāng)列車進入某軌道電路區(qū)段后 檢測繼電器失磁落下 向軌道電路改發(fā)來自控制中心的速度信息 載頻2250Hz 調(diào)制頻率f1 f6分別6 83Hz 8 31Hz 10 10Hz 12 43Hz 15 30Hz和18 14Hz 六個調(diào)制頻率各代表不同的允許速度 這種速度分級比較粗略 另外設(shè)置了兩個調(diào)制頻率 4 5Hz 5 54Hz 用以給出左 右車門的門控信號 98 速度碼系統(tǒng)傳遞給的允許速度 限速值 是階梯分級的 在軌道電路區(qū)段分界處的限速值是跳躍式的 這對于平穩(wěn)駕駛 節(jié)能運行及提高行車效率非常不利 因此 速度碼系統(tǒng)已逐漸被能實時計算限速值的距離碼系統(tǒng)所取代 99 距離碼系統(tǒng)距離碼系統(tǒng)使用時分制數(shù)字電碼方式 按協(xié)議來組成各種信息 該系統(tǒng)采用數(shù)字編碼音頻軌道電路 是使用最廣泛的ATC 距離碼系統(tǒng)傳輸?shù)氖乔胺侥繕?biāo)點的距離等一系列基本數(shù)據(jù) 車載計算機根據(jù)接收的各種信息 區(qū)間的最大限速 目標(biāo)點的距離 目標(biāo)點的允許速度 區(qū)間線路的坡度等 以及儲存在車載單元內(nèi)的列車自身固有數(shù)據(jù) 列車長度 常用制動及緊急制動的制動率 測速及測距信息等 實時算出允許速度曲線 并按此曲線對列車的實際運行速度進行監(jiān)控 由于數(shù)據(jù)傳輸 實時計算以及列車車速監(jiān)控都是連續(xù)的 所以速度監(jiān)控是實時 無級的 可有效地實現(xiàn)平穩(wěn)駕駛與節(jié)能運行 但這種制式的信息傳輸比較復(fù)雜 100 采用軌間電纜的ATC系統(tǒng)該系統(tǒng)利用軌間鋪設(shè)的電纜傳輸信息 控制中心儲存線路的固定數(shù)據(jù) 區(qū)間線路坡度 彎道 緩行區(qū)段的位置及長度等 經(jīng)聯(lián)鎖設(shè)備 將沿線的信號顯示 道岔位置等信息傳送至控制中心 列車將其數(shù)據(jù)如 載重量 列車長度 制動率 所在位置 實際速度經(jīng)電纜傳給控制中心 控制中心的計算機根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出該時刻的列車允許速度 此速度值經(jīng)電纜傳送給運行在線路上的相應(yīng)列車 列車獲得此速度值對列車速度進行監(jiān)控 這種方式統(tǒng)一指揮全部列車運行 遇有發(fā)生行車晚點或其他障礙 可迅速地將行車命令傳給列車 但控制中心故障則全線癱瘓 因此采用另一種控制方式 控制中心將有關(guān)信息 線路坡度 緩行區(qū)段位置 目標(biāo)距離或 101 目標(biāo)速度等 通過電纜送至列車 由車載計算機計算其允許速度 這類ATC系統(tǒng)主要由控制中心設(shè)備 軌間傳輸電纜及車載設(shè)備組成 102 采用軌間電纜超速防護系統(tǒng)的室內(nèi)室外設(shè)備聯(lián)系用兩級控制方式來實現(xiàn) 即控制中心與若干個沿線設(shè)置的中繼器相連 在控制中心與敷設(shè)在軌間的電纜之間的信息交換將在中繼器內(nèi)進行中間變換 頻率變換 電平變換 功率放大等 軌間電纜每隔一定距離 例如每隔25m 作交叉配置 可以抗?fàn)恳娏鞯母蓴_以及實現(xiàn)列車定位 事先約定點嗎結(jié)構(gòu) 包括 列車運行方向碼 中繼器的代碼 粗地址代碼 細地址代碼 列車定位地址解碼后即可知道列車所在的確切位置 中繼器是控制中心與軌道電纜之間的中間環(huán)節(jié) 它的功能是把控制中心的命令通過軌間電纜傳給機車 將機車信息傳到控制中心 103 車載設(shè)備包括接收天線 車在計算機 發(fā)送及接收電路 操作及指示盤 與制動機的接口 路程脈沖發(fā)生器等 采用軌間電纜的ATC系統(tǒng)的信息傳遞的連續(xù)性是以昂貴的軌間電纜為代價的維修費用也高 而且軌間電纜的存在給線路養(yǎng)護工作帶來了不便 104 無線ATC系統(tǒng)無線ATC系統(tǒng)利用無線通信的方式傳輸信息 地面編碼器生成編碼信息 通過天線向車上發(fā)送 信號顯示控制接口負責(zé)檢測要發(fā)送的信號顯示 并從已編程的數(shù)據(jù)中選出有用數(shù)據(jù)送編碼器 同時選出與限制速度 坡度 距離等有關(guān)的軌道數(shù)據(jù) 編碼器用高安全度的代碼將這些數(shù)據(jù)編碼 經(jīng)過載波調(diào)制 饋送至無線通道向機車發(fā)送 車上接收設(shè)備接收限制速度 坡度 距離后 由車載計算機計算出目標(biāo)速度 對機車進行監(jiān)控 無線ATC系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上得移動閉塞 無線通道可采用自由空間波 波導(dǎo)管或漏泄電纜 105 無線移動閉塞系統(tǒng)以列車為中心 其主要子系統(tǒng)包括 區(qū)域控制器 車載控制器 列車自動監(jiān)控 中央控制 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和司機顯示等 106 區(qū)域控制器通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)保持與控制區(qū)域內(nèi)所有列車的安全信息通信 并根據(jù)來自列車的位置報告跟蹤列車并對區(qū)域內(nèi)列車發(fā)布移動授權(quán) 實施聯(lián)鎖 ATS 列車自動監(jiān)控 可與所有列車運行控制子系統(tǒng)通信 傳輸命令及監(jiān)控子系統(tǒng)狀況 車載控制器實現(xiàn)ATP和ATO的功能 車載應(yīng)答器查詢器和天線與地面的應(yīng)答器進行列車定位 測速發(fā)電機用于測速和對列車定位進行校正 司機顯示顯示的信息包括最大允許速度 當(dāng)前速度 到站距離 列車運行模式及系統(tǒng)出錯信息等 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實現(xiàn)所有列車運行控制子系統(tǒng)間的通信 107 CBTC采用軌間電纜感應(yīng)通信和無線通信的列車控制系統(tǒng)稱為基于通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng) CBTC 該系統(tǒng)是城市軌道交通領(lǐng)域積極采用的一種移動閉塞方式 系統(tǒng)采用先進的通信 計算機技術(shù) 實現(xiàn)連續(xù)控制 監(jiān)測列車運行 CBTC具有更大的優(yōu)越性 實現(xiàn)列車與軌旁設(shè)備實時雙向通信且信息量大 可減少軌旁設(shè)備 便于安裝維修 利于緊急狀態(tài)下利用線路作為人員疏散的通道和降低成本 確立 信號通過通信 的新理念 是列車與地面緊密結(jié)合 整體處理 改變以往車 地相互隔離 以車為主的狀態(tài) 108 ATC系統(tǒng)控制模式ATC系統(tǒng)包括 控制中心自動控制模式 CA 控制中心自動控時的人工介入控制或利用CTC系統(tǒng)的人工控制模式 CM 車站自動控制模式 車站人工控制模式 每種模式說明了操作對給定車站和歸屬控制地段中的列車運行所采取的控制等級 然而在同一時間只能處于一種模式 以上控制等級應(yīng)遵循的原則是 車站人工控制優(yōu)先于控制中心人工控制 控制中心人工控制優(yōu)先于控制中心的自動控制或車站自動控制 109 列車駕駛模式城市軌道交通列車的主要駕駛模式應(yīng)包括 列車自動運行駕駛模式 ATO模式 列車自動防護駕駛模式 SM模式 限制人工駕駛模式 RM模式 非限制人工駕駛模式 自動折返駕駛模式 AR模式 自動駕駛模式和無人駕駛模式可以提高列車行車效率 實現(xiàn)列車運行自動調(diào)整 維護列車運行次序 減少司機勞動強度和人員的數(shù)量 然而 由于無人駕駛涉及車輛 行車組織 車輛段配置等多種因素 系統(tǒng)造價高 我國剛開始運用 需要在探索經(jīng)驗后逐漸采用 110 ATP子系統(tǒng)ATP子系統(tǒng)是保證行車安全 防止錯誤進路 防止列車進入前方列車占用區(qū)段和防止速度碼升級的設(shè)備 ATP負責(zé)全部的列車運行保護 是列車安全運行的保障 ATP是ATC的基本環(huán)節(jié) 屬于故障 安全系統(tǒng) 必須符合故障 安全的原則 111 ATP功能ATP子系統(tǒng)執(zhí)行以下安全功能 速度限制的接收和解碼 超速防護 車門管理 自動和手動模式的運行 司機控制臺接口 車輛方向保證 永久車輛標(biāo)識 ATP功能分為ATP軌旁功能 ATP傳輸功能 ATP車載功能 112 ATP軌旁功能 負責(zé)負責(zé)列車安全間隔和生成報文 完成對列車安全運行授權(quán)許可的發(fā)布和報文的準(zhǔn)備 ATP傳輸功能 負責(zé)發(fā)出報文信號 包括報文和ATP車載設(shè)備所需要的其他數(shù)據(jù) ATP車載功能 負責(zé)列車安全運行 自動駕駛 并提供信號系統(tǒng)和司機間的接口 113 ATP設(shè)備組成采用軌道電路傳送ATP信息時 ATP子系統(tǒng)由設(shè)于控制站的軌旁單元 設(shè)于線路上各軌道電路 調(diào)諧單元和車載ATP設(shè)備組成 以及與ATS ATO 聯(lián)鎖設(shè)備的接口設(shè)備 114 ATP工作原理列車檢測采用軌道電路等作為列車檢測設(shè)備 當(dāng)軌道電路區(qū)段空閑時 發(fā)送軌道電路檢測電碼 此時軌道電路的功能是檢測是否空閑 檢測結(jié)果送往聯(lián)鎖裝置 115 列車自動限速ATP軌旁單元根據(jù)獲得的駕駛指令形成計劃數(shù)據(jù)后傳輸至ATP車載設(shè)備 ATP車載設(shè)備通過此數(shù)據(jù)計算現(xiàn)有位置的列車允許速度 ATP可對列車運行速度進行分級或連續(xù)監(jiān)督 當(dāng)列車實際速度超過列車允許速度時 ATP車載設(shè)備發(fā)出制動命令 發(fā)出報警后控制列車進行常用全制動或?qū)嵤┚o急制動 使列車自動地制動 當(dāng)列車速度降至ATP所指示的速度以下時 便自動緩解 而運行操作仍由司機完成 116 車門開關(guān)當(dāng)列車在站臺停穩(wěn)且停車點的誤差在允許范圍內(nèi)時 車載對位天線和地面對位天線才能很好地感應(yīng)耦合并進行車門開關(guān)操作 這需要地面和車載ATC設(shè)備以及車輛門控電路共同配合 地面ATP設(shè)備還將列車停準(zhǔn) 停穩(wěn)信息送至控制中心作為列車到站的依據(jù) 門關(guān)閉后 車載ATP才具備安全發(fā)車條件 117 制動模式列車制動控制模式分為分級制動模式和一級制動模式 分級制動是以閉塞分區(qū)為單元 根據(jù)與前行列車的運行距離來調(diào)整列車速度 各閉塞分區(qū)采用不同的低頻頻率調(diào)制 指示不同的速度等級 在此基礎(chǔ)上確定限速值 分級制動模式又分為階梯型和曲線型 一級制動是按目標(biāo)距離制動的 根據(jù)距前行列車的距離或距運行前方停車站的距離 由控制中心根據(jù)目標(biāo)距離 列車參數(shù)和線路參數(shù)計算出列車制動模式曲線 或由車載計算機予以計算 按制動模式曲線控制列車運行 118 119 測速與測距測速列車運行速度的測量非常重要 列車實際運行速度是速度控制的依據(jù) 該速度值的準(zhǔn)確和精度直接影響調(diào)速效果 測速有車載設(shè)備自測和系統(tǒng)測量兩種方法 車載設(shè)備自測有測速發(fā)電機 路程脈沖發(fā)生器 光電式傳感器和霍爾式脈沖轉(zhuǎn)速傳感器等方法 系統(tǒng)測量有衛(wèi)星測速和雷達測速等方法 測距如何測量距停車點的精確距離是列車運行超速防護系統(tǒng)的重要任務(wù) 測距是通過測速與輪徑完成的 必須不斷地對輪徑進行修正 120 設(shè)置速度限制ATP通過設(shè)置區(qū)域限速或閉塞分區(qū)限速來