軌道交通-信號系統(tǒng)

第三章信號系統(tǒng)正線信號系統(tǒng)組成閉塞制式分類難點：主要內(nèi)容信號系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展信號系統(tǒng)的組成車輛段信號系統(tǒng)正線信號系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機與信號機信號系統(tǒng)什么是信號系統(tǒng)？控制和指揮列車運行的自動控制系統(tǒng)在軌道運輸中的地位和作用？（1）確保列車行車安全（2）提高軌道交通的運輸效率（在保證安全的前提下，縮短行車間隔）（3）信號系統(tǒng)是軌道交通現(xiàn)代化信息技術(shù)綜合應(yīng)用的集中體現(xiàn)信號系統(tǒng)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。（1）安全性要求高（2）通過能力大（3）保證信號顯示（4）抗千擾能力強（5）可靠性高（6）自動化程度高信號系統(tǒng)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:（1）具有完善的列車速度監(jiān)控功能（2）聯(lián)鎖關(guān)系較簡單。（3）車輛段獨立采用聯(lián)鎖設(shè)備（4）自動化水平高（5）不要求兼容信號系統(tǒng)車站聯(lián)鎖設(shè)備簡稱車站聯(lián)鎖：聯(lián)鎖——是指為保證行車安全，而將軌道交通線路中的所有信號機、軌道電路及道岔等相對獨立的信號設(shè)備構(gòu)成一種相互制約、互為控制的連帶環(huán)扣關(guān)系。

閉塞設(shè)備是用來保證列車在區(qū)間內(nèi)運行安全，并提高區(qū)間通過能力的區(qū)間信號設(shè)備。為防止一個區(qū)間內(nèi)同時進入兩列對向運行的列車而發(fā)生正面沖突，以及避免兩列同向運行的列車（包括復(fù)線區(qū)間）發(fā)生追尾事故，規(guī)定區(qū)間兩端在向區(qū)間發(fā)車前必須辦理的行車聯(lián)絡(luò)手續(xù)，叫做行車閉塞（簡稱閉塞）手續(xù)。（一）城市軌道交通信號系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展

大鐵路信號系統(tǒng)與城市軌道交通信號系統(tǒng)并無本質(zhì)上的區(qū)別，應(yīng)該說大鐵路信號技術(shù)的發(fā)展，曾帶動了城市軌道交通信號技術(shù)的發(fā)展。但由于城市軌道交通具有行車密度大、線路短、運營作業(yè)相對簡單的特點，其信號技術(shù)水平較大鐵路信號技術(shù)發(fā)展快，使城市軌道交通信號系統(tǒng)既與大鐵路信號系統(tǒng)相通，又獨樹一枝。我國城市軌道交通信號ATC系統(tǒng)自七十年代投入運用至今，從自主研制到全系統(tǒng)引進，經(jīng)歷了三十年的技術(shù)發(fā)展，逐漸形成了我國富有改革開放特色的城市軌道交通信號系統(tǒng)?？纱笾路譃橐韵氯齻€階段：

（一）城市軌道交通信號系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展

第一階段：起步階段從60-70年代開始，我國城市軌道交通建設(shè)處于起步階段。這個階段的城市軌道交通建設(shè)代表項目是北京地鐵1號線，其信號系統(tǒng)為國產(chǎn)的基于模擬軌道電路的固定閉塞制式設(shè)備。

第二階段：引進階段從80-90年代，為我國城市軌道交通建設(shè)開始發(fā)展階段。代表項目有上海地鐵1、2號線，廣州地鐵1號線，北京地鐵復(fù)八線、2號線等，信號系統(tǒng)開始引進國外先進的設(shè)備及技術(shù)，部分城市軌道交通線路信號系統(tǒng)采用了較為先進的基于數(shù)字軌道電路的準(zhǔn)移動閉塞制式的ATC系統(tǒng)。

（一）城市軌道交通信號系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展

第三階段：引進和消化吸收并存

從90年代末以來，為我國城市軌道交通建設(shè)的大發(fā)展階段。先后有多座城市開始建設(shè)城市軌道交通線路，信號系統(tǒng)也隨之進入了快速發(fā)展時期，準(zhǔn)移動閉塞制式的ATC系統(tǒng)得到更為廣泛的應(yīng)用。隨著國內(nèi)城市軌道交通建設(shè)方與運營商對信號系統(tǒng)全生命周期內(nèi)成本最低和線路間聯(lián)通聯(lián)運的需求，信號系統(tǒng)的選擇已從固定閉塞和準(zhǔn)移動閉塞制式向移動閉塞制式轉(zhuǎn)變。隨著計算機技術(shù)（Computer）、通信技術(shù)（Communication）和控制技術(shù)（Control）（合稱為3C）的飛躍發(fā)展，用3C技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)軌道電路而形成的列車控制系統(tǒng)，稱為“基于通信的列車運行控制系統(tǒng)”(CommunicationBasedTrainControl，簡稱CBTC)，基本上已經(jīng)成為目前國內(nèi)在建城市軌道交通信號ATC技術(shù)的首選制式。（二）信號系統(tǒng)的基本組成城市軌道交通的信號系統(tǒng)框圖（三）車輛段信號系統(tǒng)

微機(計算機)聯(lián)鎖電氣集中簡稱微機聯(lián)鎖：用工控計算機取代電磁繼電器的繼電電路實行控制并實現(xiàn)聯(lián)鎖，只保留部分單元電路的設(shè)備。1、TYJL系列微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的組成TYJL-II型雙機熱備型計算機聯(lián)鎖為分布式多計算機系統(tǒng)，它主要由以下5部分組成：控制臺、監(jiān)控機、聯(lián)鎖機、執(zhí)表機和電務(wù)維修終端?？刂婆_和維修終端是單套配置；監(jiān)控機、聯(lián)鎖機、執(zhí)表機均為主、備雙套。聯(lián)鎖機、執(zhí)表機具有熱備和自動切換功能，監(jiān)控機雙機工作、人工切換。各備用計算機構(gòu)成備用子系統(tǒng)，與工作子系統(tǒng)同步工作，也可脫離工作子系統(tǒng)獨立工作(備用系統(tǒng)對繼電部分永遠無控制權(quán))，故備用子系統(tǒng)還可作為軟件修改時模擬聯(lián)鎖試驗用。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。1、TYJL系列微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的組成TYJL-II型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)框圖2、TYJL系列微機聯(lián)鎖系統(tǒng)各組成部分的功能

(1)控制臺。顯示站場狀態(tài)，接受操作命令。將站場狀態(tài)、進路狀態(tài)、操作結(jié)果用彩色監(jiān)視器或單元表示盤的光帶顯示給操作人員；將操作人員的操作命令傳輸給監(jiān)控機。(2)監(jiān)控機。實現(xiàn)與聯(lián)鎖機的通信功能，接收聯(lián)鎖機的表示信息，將站場狀態(tài)、進路狀態(tài)、操作提示傳送給彩色監(jiān)視器。(3)聯(lián)鎖機。實現(xiàn)與上位機和執(zhí)表機的通信調(diào)度；實現(xiàn)信號設(shè)備的聯(lián)鎖邏輯處理功能，完成進路選擇、鎖閉，發(fā)出開放信號和動作道岔的控制命令；采集現(xiàn)場信號設(shè)備狀態(tài)，如軌道狀態(tài)、道岔表示狀態(tài)、信號機狀態(tài)等；輸出動態(tài)控制命令，通過動態(tài)驅(qū)動盒驅(qū)動偏極繼電器，控制動作現(xiàn)場設(shè)備。1、核心是列車自動控制系統(tǒng)（ATC），主要由以下部分組成：列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）列車自動防護子系統(tǒng)(ATP)列車自動運行子系統(tǒng)(ATO)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（四）正線信號系統(tǒng)（1）列車自動防護子系統(tǒng)（ATP）功能與實現(xiàn)

ATP子系到的功能是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)接口并進行信息交換。ATP子系統(tǒng)不斷將從地面獲得的前行列車位置信息、線路信息、前方目標(biāo)點的距離和允許速度信息等通過軌道電路等傳至車上,由車載設(shè)備計算得到當(dāng)前所允許的速度,或由行車指揮中心計算出目標(biāo)速度傳至車上,（1）列車自動防護子系統(tǒng)（ATP）由車載設(shè)備測得實際運行速度,依此來對列車速度實行監(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,并包括與ATS、ATO、聯(lián)鎖設(shè)備的接口設(shè)備。（2）列車自動運行子系統(tǒng)（ATO）功能與實現(xiàn)

ATO子系統(tǒng)主要用實現(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,傳送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),避免了不必要的、過于劇烈的加速和減速,因此明顯提高了乘客的舒適度,提高了列車正點率并減少了能量消耗和輪軌磨損。（2）列車自動運行子系統(tǒng)（ATO）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)路、車地通信設(shè)備以及與ATP、聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口設(shè)備。（3）列車運行自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）功能與實現(xiàn)

ATS子系統(tǒng)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,其功能包括: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道旁信號設(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。（3）列車運行自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）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。在ATC范圍內(nèi)的各正線控制站各設(shè)一套聯(lián)鎖設(shè)備,用以實現(xiàn)車站進路控制。聯(lián)鎖設(shè)備接收車站值班員和ATS控制?？紤]到運用的靈活性,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。

聯(lián)鎖子系統(tǒng)：在有道岔車站和車輛段里，聯(lián)鎖設(shè)備是實現(xiàn)道岔、信號機、軌道電路間的正確聯(lián)鎖關(guān)系及進路控制的安全設(shè)備。聯(lián)鎖設(shè)備是自動化信號系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是ATP子系統(tǒng)的重要組成部分，是確保行車安全的基礎(chǔ)設(shè)備，必須符合故障一安全原則及必要的設(shè)備冗余。

（4）聯(lián)鎖子系統(tǒng)2、信號系統(tǒng)閉塞制式分類閉塞：是指利用信號設(shè)備把軌道線路人為地劃分成若干個物理上或邏輯上的閉塞分區(qū)，以滿足安全行車間隔和提高運輸效率的要求。目前，用于城市軌道交通系統(tǒng)的閉塞方式有：固定閉塞、準(zhǔn)移動閉塞和移動閉塞3種。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；固定閉塞式價格相對低廉，因此也宜選用。

（1）基于傳統(tǒng)的音頻軌道電路的固定閉塞ATP系統(tǒng)利用鋼軌、環(huán)線等作為傳輸載體，一般通過模擬軌道電路信息來完成列車定位功能。采用階梯式速度控制方式，為了保證列車運行安全，運行前方需要較長的保護區(qū)段。由于傳輸?shù)男畔⒘可伲瑢α熊囘\行控制精度不高，對列車運行的舒適度控制不好，司機的勞動強度較大，不易實現(xiàn)列車的優(yōu)化控制和節(jié)能控制，限制了行車效率的提高。（1）基于傳統(tǒng)的音頻軌道電路的固定閉塞ATP系統(tǒng)

線路被劃分為固定位置、某一長度的閉塞分區(qū)，一個分區(qū)只能被一列車占用；閉塞分區(qū)的長度按最長列車、滿負(fù)載、最高速度、最不利制動率等不利條件設(shè)計；列車間隔為若干閉塞分區(qū)，而與列車在分區(qū)內(nèi)的實際位置無關(guān)，制動的起點和終點總是某一分區(qū)的邊界。速度速度3速度2速度1限制速度允許運行速度保護區(qū)段距離（2）基于報文式軌道電路的準(zhǔn)移動閉塞ATP系統(tǒng)準(zhǔn)移一般是以數(shù)字信號技術(shù)為基礎(chǔ)，利用鋼軌或環(huán)線等作為車地信息的傳送載體。由于信號傳輸、處理過程的數(shù)字化，使系統(tǒng)具有信息量大，抗干擾能力強的特點。軌道電路可以向列車傳遞足夠用于列車連續(xù)曲線速度控制的信息（包括目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、線路狀態(tài)、線路允許速度、軌道電路標(biāo)號及長度等），車載設(shè)備可以實現(xiàn)對列車的連續(xù)曲線速度控制。采用“跳躍式”連續(xù)速度/距離曲線的列車控制方式，該系統(tǒng)減少了階梯式控制的安全保護距離對列車運行間隔的影響，提高了列車控制的精度和行車效率，使得司機在駕駛中比較輕松，不需要進行頻繁的制動、牽引，可以達到較好的節(jié)能效果，提高乘客的乘坐舒適度。

（2）基于報文式軌道電路的準(zhǔn)移動閉塞ATP系統(tǒng)

線路被劃分為固定位置、某一長度的閉塞分區(qū)，一個分區(qū)只能被一列車占用；列車間隔是按后續(xù)列車在當(dāng)前速度下所需的制動距離，加上安全余量計算和控制的，確保不冒進前行列車占用的閉塞分區(qū)；制動的起點是動態(tài)的，終點是固定在某一分區(qū)的邊界處。距離速度緊急制動速度曲線實際速度曲線常用制動速度曲線保護距離（3）基于通信的移動閉塞ATP系統(tǒng)利用無線通信技術(shù)，通過車載設(shè)備、傳輸媒介與車站或控制中心實現(xiàn)信息交換，能夠?qū)崿F(xiàn)高速度、大容量的車-地間雙向通信。由于沒有預(yù)先設(shè)置的閉塞分區(qū)，不以固定閉塞分區(qū)為列車追蹤的最小單元。此方式后續(xù)列車所知道的目標(biāo)距離是距前車尾部的實際距離。采用“連續(xù)式”連續(xù)速度/距離曲線模式，系統(tǒng)較準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)具有較大的運用靈活性和較小的行車間隔。該系統(tǒng)硬件設(shè)備數(shù)量相對較少，通過能力也更高于準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)，并且有更好的列車運行的調(diào)整能力或系統(tǒng)對于運行紊亂的適應(yīng)性。（3）基于通信的移動閉塞ATP系統(tǒng)

沒有預(yù)先設(shè)置的閉塞分區(qū)，通過車－地實時雙向通信，以列車的實際運行速度和列車位置，動態(tài)計算相鄰列車間的安全距離。因此，與固定閉塞相比，列車運行間隔相對減少；與準(zhǔn)移動閉塞相比，則具有更大運用靈活性和更小行車間隔，也因此具備了更大的運行調(diào)整能力。距離速度緊急制動速度曲線實際速度曲線常用制動速度曲線保護距離三種制式的ATC系統(tǒng)速度曲線比較距離速度固定閉塞速度曲線移動閉塞速度曲線準(zhǔn)移動閉塞速度曲線保護距離保護距離（五）轉(zhuǎn)轍機與信號機轉(zhuǎn)轍機是信號系統(tǒng)的重要組成部分在車輛段和聯(lián)鎖站內(nèi)的每組道岔處都要設(shè)置一臺轉(zhuǎn)轍機，用以轉(zhuǎn)換道岔、機械鎖閉道岔并反映道岔的實際位置。1、轉(zhuǎn)轍機的具體作用1)轉(zhuǎn)換道岔的位置，根據(jù)需要轉(zhuǎn)換至左位或右位。2)道岔轉(zhuǎn)至所需位置而且密貼后，實現(xiàn)鎖閉，