地鐵信號系統(tǒng)知識介紹

地鐵信號系統(tǒng)知識介紹主要內(nèi)容一、地鐵信號系統(tǒng)基礎(chǔ)知識介紹二、信號系統(tǒng)的運(yùn)營模式三、信號系統(tǒng)故障降級對地鐵運(yùn)營的影響四、ATS系統(tǒng)知識介紹一、地鐵信號系統(tǒng)基礎(chǔ)知識介紹1.概述2.信號系統(tǒng)功能3.信號系統(tǒng)分類4.XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)(1)XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)原理(2)XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)組成(3)XX地鐵二號線正線信號基礎(chǔ)設(shè)備1.概述

在城市軌道交通系統(tǒng)中，信號系統(tǒng)是一個(gè)集行車指揮和列車運(yùn)行控制為一體的非常重要的機(jī)電系統(tǒng)，它直接關(guān)系到城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營安全、運(yùn)營效率以及服務(wù)質(zhì)量。它保證乘客和列車的安全，實(shí)現(xiàn)列車快速、高密度、有序運(yùn)行的功能。地鐵信號系統(tǒng)的核心是列車自動控制（ATC）系統(tǒng)。它由計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（CBI）、列車自動防護(hù)（ATP）子系統(tǒng)、列車自動駕駛（ATO）子系統(tǒng)、列車自動監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng)構(gòu)成。各子系統(tǒng)之間相互滲透，實(shí)現(xiàn)地面控制與車上控制相結(jié)合、現(xiàn)地控制與中央控制相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車指揮、運(yùn)行調(diào)整以及列車駕駛自動化等功能為一體的自動控制系統(tǒng)。它是現(xiàn)代城市軌道交通核心控制技術(shù)之一。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）子系統(tǒng)列車自動防護(hù)（ATP）子系統(tǒng)列車自動監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng)列車自動運(yùn)行（ATO）子系統(tǒng)ATC系統(tǒng)ATC系統(tǒng)構(gòu)成示意圖系統(tǒng)滿足以下要求：信號系統(tǒng)必須確保列車運(yùn)行安全。滿足運(yùn)營及行車組織的要求。需嚴(yán)格按照預(yù)定的時(shí)刻表（運(yùn)行圖）組織列車運(yùn)行。在控制中心能對全線列車集中監(jiān)控，自動/人工運(yùn)行調(diào)整。實(shí)現(xiàn)列車自動駕駛或有超速防護(hù)的人工駕駛。具有必要的降級/后備控制模式。2.信號各子系統(tǒng)功能（1）列車自動監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng)

列車識別號追蹤、傳遞和顯示列車運(yùn)行圖編制及管理列車運(yùn)行的自動調(diào)整列車進(jìn)路的控制實(shí)時(shí)監(jiān)視在線列車運(yùn)行和信號設(shè)備的狀態(tài)(其中含道岔、信號機(jī)、電源等)實(shí)現(xiàn)與無線通信、乘客導(dǎo)向、綜合監(jiān)控等系統(tǒng)的接口提供司機(jī)發(fā)車指示培訓(xùn)和運(yùn)行模擬統(tǒng)計(jì)、管理與記錄等（2）列車自動保護(hù)（ATP）（含正線聯(lián)鎖）子系統(tǒng)列車定位/測速安全列車間隔控制列車速度和方向的監(jiān)督防護(hù)經(jīng)濟(jì)制動使能（實(shí)施）列車完整性監(jiān)督輪徑確認(rèn)及磨損補(bǔ)償車門/屏蔽門監(jiān)控軌道終點(diǎn)、工作區(qū)域和折返作業(yè)的防護(hù)列車篩選（3）列車自動運(yùn)行（ATO）子系統(tǒng)列車在區(qū)間運(yùn)行的自動控制及調(diào)整控制列車按運(yùn)行圖規(guī)定的區(qū)間走行時(shí)分行車，自動實(shí)現(xiàn)對列車的啟動、加速、巡航、惰性、減速和停車的合理控制。在正線車站、折返線和試車線自動實(shí)現(xiàn)列車的精確停車控制。在ATP子系統(tǒng)的允許下，向列車和屏蔽門控制系統(tǒng)發(fā)送開/關(guān)車門和屏蔽門的命令。向車輛自動廣播系統(tǒng)提供相關(guān)信息。記錄和統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)事件的時(shí)間和日期。3.信號系統(tǒng)分類

盡管各類信號系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)列車控制方式、車地?cái)?shù)據(jù)傳輸方式、列車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類：

按各信號設(shè)備所處地域、實(shí)現(xiàn)功能又可分為：控制中心ATS子系統(tǒng)、車站及軌旁子系統(tǒng)、車載設(shè)備子系統(tǒng)。

基于固定閉塞階梯式速度控制方式示意圖固定閉塞ATC系統(tǒng)：固定閉塞又稱分級速度控制方式或階梯式速度控制模式。其特點(diǎn)是采用固定劃分區(qū)段的軌道區(qū)段、計(jì)軸區(qū)段，提供分級速度信息，實(shí)施臺階式的速度監(jiān)督，使列車由最高速度逐步降至零。列車超速時(shí)由設(shè)備自動實(shí)施最大常用制動或緊急制動。

采用階梯式速度控制方式的ATC系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成簡單，具有投資成本低，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。固定閉塞軌道電路傳輸?shù)男畔⑹悄M信號，抗干擾能力差。此外，軌道電路傳輸?shù)男畔⒘坑邢?，速度信息劃分為若干等級，因此，采用階梯式速度控制方式的ATC系統(tǒng)控制精度不高，不易實(shí)現(xiàn)列車優(yōu)化和節(jié)能控制，也限制了行車效率的提高。

基于準(zhǔn)移動閉塞連續(xù)曲線速度控制方式示意圖準(zhǔn)移動閉塞ATC系統(tǒng)：固定閉塞又稱分級速度控制方式或階梯式速度控制模式。其特點(diǎn)是采用固定劃分區(qū)段的軌道電路，提供分級速度信息，實(shí)施臺階式的速度監(jiān)督，使列車由最高速度逐步降至零。列車超速時(shí)由設(shè)備自動實(shí)施最大常用制動或緊急制動。

采用階梯式速度控制方式的ATC系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成簡單，性能可靠。但固定閉塞軌道電路傳輸?shù)男畔⑹悄M信號，抗干擾能力差。此外，軌道電路傳輸?shù)男畔⒘坑邢?，速度信息劃分為若干等級。因此，采用階梯式速度控制方式的ATC系統(tǒng)控制精度不高，不易實(shí)現(xiàn)列車優(yōu)化和節(jié)能控制，也限制了行車效率的提高。

基于移動閉塞連續(xù)曲線速度控制方式示意圖移動閉塞ATC系統(tǒng)：移動閉塞沒有固定的閉塞分區(qū)，無需軌道電路裝置判別閉塞分區(qū)列車占用與否。移動閉塞ATC系統(tǒng)利用無線電臺實(shí)現(xiàn)車地?cái)?shù)據(jù)傳輸。軌旁ATC設(shè)備根據(jù)控制區(qū)列車的連續(xù)位置、速度及其它信息計(jì)算出列車移動授權(quán)，并傳送給列車，車載ATC設(shè)備根據(jù)接收到的移動授權(quán)信息和列車自身運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算出列車運(yùn)行速度曲線，對列車進(jìn)行牽引、巡航、惰行、制動控制。在移動閉塞ATC系統(tǒng)中，列車之間保持最小“安全距離”進(jìn)行追蹤運(yùn)行。該安全距離是指后續(xù)列車安全行車間隔停車點(diǎn)與前行列車尾部位置之間的動態(tài)距離。

由于在移動閉塞制式下，列車安全行車間隔停車點(diǎn)較準(zhǔn)移動閉塞和固定閉塞更靠近前行列車，因此安全行車間隔距離也較短，在保證安全的前提下，能最大程度地提高列車區(qū)間通過能力。并且由于軌旁設(shè)備數(shù)量的減少，降低了設(shè)備投資、運(yùn)營及維護(hù)成本。

4.XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)

XX地鐵二號線信號系統(tǒng)可根據(jù)供貨商及地理位置分為正線信號和車輛段信號兩大部分。其中：正線信號系統(tǒng)：正線信號系統(tǒng)為浙大網(wǎng)新公司集成，采用基于無線通信技術(shù)的、移動閉塞制式的、具有完整ATC功能的列車自動控制系統(tǒng)，即CBTC信號系統(tǒng)。同時(shí)還提供了連續(xù)式ATP功能喪失情況下的點(diǎn)式ATP列車超速防護(hù)系統(tǒng)。滿足二號線一期工程的技術(shù)指標(biāo)、功能以及行車組織和運(yùn)營要求。車輛段信號系統(tǒng)：車輛段信號系統(tǒng)由北京國鐵信通科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的DS6-K5B計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、TJWX-2006-hh微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、DSG2電源系統(tǒng)組成。該技術(shù)較為成熟，已應(yīng)用于我國多條地鐵線路中。（由于車輛段信號系統(tǒng)技術(shù)成熟，和國鐵信號原理較為接近，故本節(jié)主要針對正線信號系統(tǒng)進(jìn)行介紹。）

(1)XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)原理

車載控制器負(fù)責(zé)列車安全定位。CC通過速度傳感器和加速度傳感器來確定列車的安全位置，該安全位置通過數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)(DCS)，傳輸?shù)絽^(qū)域控制器(ZC)以及列車自動監(jiān)控(ATS)系統(tǒng)。CC通過檢測安裝在軌道中間的靜態(tài)信標(biāo)的來修正列車的位置誤差。區(qū)域控制器基于該區(qū)域內(nèi)所有列車的位置和方向，發(fā)出移動權(quán)限(MAL)指令，并持續(xù)更新和傳輸。計(jì)算移動權(quán)限，以保證列車安全隔離，并達(dá)到最小的列車運(yùn)行間隔。車載控制器利用MAL信息來執(zhí)行ATP和ATO功能。每個(gè)區(qū)域控制器通過DCS，與區(qū)域內(nèi)的軌旁聯(lián)鎖控制器單元接口。每個(gè)設(shè)備集中站都配備聯(lián)鎖控制器。聯(lián)鎖控制器控制和監(jiān)測軌旁設(shè)備，諸如轉(zhuǎn)轍機(jī)、計(jì)軸器、信號機(jī)和屏蔽門等，并將狀態(tài)信息傳遞到區(qū)域控制器和ATS。ATC列車在線位置＋進(jìn)路條件生成移動授權(quán)終點(diǎn)計(jì)算制動曲線制動曲線制動控制與列車的位置、速度比較列車位置信息基于線路數(shù)據(jù)和停車點(diǎn)信息逐次生成制動曲線車載設(shè)備車載控制設(shè)備防護(hù)距離車頭位置車尾位置追蹤列車的停車點(diǎn)停車點(diǎn)的信息XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)原理示意圖17APCCAPZCRadioRadioATS1.聯(lián)鎖控制軌旁道岔動作，并將道岔的狀態(tài)信息傳遞給ZC。2.ZC(基于列車位置和道岔狀態(tài)信息)給車載傳送移送授權(quán)，并將列車位置信息傳遞給ATS聯(lián)鎖3.CC計(jì)算制動曲線，防止列車超速。正線信號原理動態(tài)示意圖(2)XX地鐵正線信號系統(tǒng)組成

(3)XX地鐵二號線正線信號基礎(chǔ)設(shè)備◆正線軌旁子系統(tǒng)設(shè)備包括：正線信號聯(lián)鎖主機(jī)、區(qū)域控制器、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)、計(jì)軸、應(yīng)答器等?！粽€車載子系統(tǒng)設(shè)備包括：車載ATP/ATO、人機(jī)界面TOD、測速傳感器、加速度計(jì)、車載MR天線、車載應(yīng)答器天線等?！粽€ATS子系統(tǒng)設(shè)備包括：ATS中央服務(wù)器、ATS各工作站、人機(jī)界面MMI、現(xiàn)地控制工作站LCW、發(fā)車指示器PDI等?！粽€DCS子系統(tǒng)設(shè)備包括：軌旁AP、骨干交換機(jī)、接入交換機(jī)、光/電纜等。整個(gè)正線信號系統(tǒng)由DCS統(tǒng)一組網(wǎng)。下面就XX地鐵二號線正線信號系統(tǒng)使用的“室外三大件”設(shè)備（即轉(zhuǎn)轍機(jī)及道岔、信號機(jī)、計(jì)軸）進(jìn)行簡單介紹。①

ZDJ9型轉(zhuǎn)轍機(jī)功能：轉(zhuǎn)換道岔鎖閉道岔表示道岔位置擠岔保護(hù)道岔

轉(zhuǎn)轍機(jī)

安裝裝置

鎖閉系統(tǒng)

表示系統(tǒng)

轉(zhuǎn)轍機(jī)安裝示意圖

二.道岔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成和功能多點(diǎn)多機(jī)一機(jī)多點(diǎn)②

LED信號機(jī)

LED信號機(jī)是在地鐵站場、區(qū)間作為進(jìn)站、出站、進(jìn)路、防護(hù)、預(yù)告、調(diào)車、復(fù)示、遮斷、通過及引導(dǎo)等地面燈光信號之用，具有結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低、壽命長、無需調(diào)焦等特點(diǎn)。國鐵中信號機(jī)是給司機(jī)提供信號指示的最主要的設(shè)備。而在地鐵正線信號系統(tǒng)中，正常CBTC信號模式下信號機(jī)是沒有作用的（亮藍(lán)燈或直接滅燈），司機(jī)只依靠車載人機(jī)界面上的信號顯示來行車，不用觀看軌旁信號機(jī)指示。只有在CBTC故障降級的情況下，正線信號機(jī)才發(fā)揮指示行車的作用。③

計(jì)軸

計(jì)軸是正線信號系統(tǒng)重要設(shè)備之一，具有軌道區(qū)段空閑檢查、列車完整性檢查等功能，是正線信號系統(tǒng)降級后的重要設(shè)備。圖中給出計(jì)軸系統(tǒng)的主要設(shè)備：1、磁頭2、電子盒3、安裝盒4、計(jì)軸評估器（ACE）

1234二、信號系統(tǒng)的運(yùn)營模式

1、ATS自動監(jiān)控模式

正常情況下ATS系統(tǒng)自動監(jiān)控在線列車的運(yùn)行，自動向聯(lián)鎖設(shè)備下達(dá)列車進(jìn)路命令，列車在ATP的安全保護(hù)下由司機(jī)按規(guī)定的運(yùn)行圖時(shí)刻表駕駛列車運(yùn)行?？刂浦行男熊囌{(diào)度員僅需監(jiān)督列車和設(shè)備的運(yùn)行狀況。每天開班前，控制中心調(diào)度員選擇當(dāng)日的行車運(yùn)行圖/時(shí)刻表，經(jīng)確認(rèn)或作必要的修改，作為當(dāng)日行車指揮的依據(jù)。

2、調(diào)度員人工介入模式

調(diào)度員可通過工作站發(fā)出有關(guān)行車命令，對全線列車運(yùn)行進(jìn)行人工干預(yù)。調(diào)整列車運(yùn)行計(jì)劃包括對列車實(shí)施“扣車”、“終止站停”、改變列車進(jìn)路、增減列車等。

3、列車出入車場調(diào)度模式

車輛調(diào)度員根據(jù)當(dāng)日列車運(yùn)行圖/時(shí)刻表編制車輛運(yùn)用計(jì)劃和場內(nèi)行車計(jì)劃，并傳至控制中心。車場信號值班員按車輛運(yùn)用計(jì)劃設(shè)置相應(yīng)的進(jìn)路，以滿足列車出入段作業(yè)要求。

4、車站現(xiàn)地控制模式

除設(shè)備集中站其他車站不直接參與運(yùn)營控制，車站聯(lián)鎖和車站ATS系統(tǒng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)車站和中央兩級控制權(quán)的轉(zhuǎn)換。在中央ATS設(shè)備故障或經(jīng)車站值班員申請，中央調(diào)度員同意放權(quán)后，可改由車站現(xiàn)地控制。

在現(xiàn)地控制模式下，車站值班員可直接操從車站聯(lián)鎖設(shè)備，可將部分信號機(jī)置于自動模式狀態(tài)，也可將全部信號機(jī)設(shè)為自動模式狀態(tài)，控制中心行車調(diào)度員應(yīng)通過通信調(diào)度系統(tǒng)與列車駕駛員、車站值班員保持聯(lián)系。

5、車場控制模式

列車出入場和場內(nèi)的作業(yè)均由場值班員根據(jù)用車計(jì)劃，直接排列進(jìn)路。車場與正線之間設(shè)置轉(zhuǎn)換軌，出入場線與正線間采用聯(lián)鎖照查聯(lián)系保證行車安全。

6、列車運(yùn)行控制模式

列車在正線、折返線上的運(yùn)行作業(yè)時(shí)，常用ATO自動駕駛模式和ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式，限制人工駕駛和非限制人工駕駛模式均為非常用模式。

（1）ATO自動駕駛模式

列車啟動后，在ATP設(shè)備安全保護(hù)下，車載ATO設(shè)備自動控制列車加速、巡航、惰行、制動，并控制列車在車站的停車位置，開關(guān)車門，司機(jī)僅需監(jiān)督ATP/ATO車載設(shè)備運(yùn)行狀況。

（2）ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式

列車啟動后，車載ATP設(shè)備根據(jù)地面提供的信息，自動生成連續(xù)監(jiān)督列車運(yùn)行的一次速度模式曲線，實(shí)時(shí)監(jiān)督列車運(yùn)行。司機(jī)根據(jù)ATP顯示的速度信息駕駛列車，當(dāng)列車運(yùn)行速度接近限制速度時(shí)，提出報(bào)警；當(dāng)列車運(yùn)行速度超過限制速度時(shí)，ATP車載設(shè)備將對列車實(shí)施制動。

（3）限制人工駕駛模式

司機(jī)以不超過車載ATP的限制速度行車，列車運(yùn)行安全由司機(jī)負(fù)責(zé)，當(dāng)列車超過該限制速度時(shí)，ATP車載設(shè)備則對列車實(shí)施制動。

（4）非限制人工駕駛模式

在車載ATP設(shè)備故障狀態(tài)下運(yùn)用，ATP將不對列車運(yùn)行起監(jiān)控作用。列車運(yùn)行安全由司機(jī)、調(diào)度員、車站值班員共同負(fù)責(zé)。

7、列車折返模式

列車在ATP監(jiān)督人工駕駛模式下折返時(shí)，列車由人工駕駛自到達(dá)股道牽出至折返線，由司機(jī)轉(zhuǎn)換駕駛端，并折返至發(fā)車股道。

在ATO有人駕駛模式下折返時(shí)，列車能以較合理的速度從到達(dá)股道牽出至折返線，由司機(jī)轉(zhuǎn)換駕駛端和啟動列車，然后從折返線進(jìn)入發(fā)車股道。

三、信號系統(tǒng)故障降級對地鐵運(yùn)營的影響

信號系統(tǒng)故障由于種類較多、影響較大、處理較難、預(yù)見性較差，一直以來都是地鐵運(yùn)營工作的難點(diǎn)。信號故障一般會造成列車晚點(diǎn)、行車間隔較大、列車舒適度較差等問題，關(guān)鍵設(shè)備故障甚至?xí)斐晌＜靶熊嚢踩拇笫鹿?。近些年來各大信號集成商越來越重視信號系統(tǒng)降級后備模式的應(yīng)用問題，信號故障降級模式的性能已作為一個(gè)信號系統(tǒng)好壞的重要參考指標(biāo)?；跓o線通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）故障降級模式較復(fù)雜，在其他城市地鐵的應(yīng)用情況已漸漸趨向成熟，但相對于正常運(yùn)營模式而言，降級模式依然對行車安全、行車效率、行車質(zhì)量具有一定的影響。

XX地鐵二號線信號系統(tǒng)故障降級模式

XX地鐵二號線信號系統(tǒng)故障后有多個(gè)降級運(yùn)營等級，在與列車沒有通信時(shí)，運(yùn)營等級有點(diǎn)式ATP降級模式、聯(lián)鎖控制降級模式、站間閉塞降級模式3種。列車在降級模式下有3種駕駛模式：iATP、RM、NRM。其中NRM不提供保護(hù)，司機(jī)對列車的安全運(yùn)行完全由司機(jī)負(fù)責(zé)，RM提供25kph的超速防護(hù)并可轉(zhuǎn)換到iATP，iATP提供了冒進(jìn)信號防護(hù)、超速防護(hù)等功能。當(dāng)ATS不可用，聯(lián)鎖系統(tǒng)的默認(rèn)模式是自動模式，也可以手動通過LCW設(shè)置進(jìn)路，自動模式使用默認(rèn)的進(jìn)路設(shè)置。1.CBTC通信故障下的點(diǎn)式ATP降級模式后備系統(tǒng)運(yùn)行基本原理如下圖所示。軌旁信號機(jī)設(shè)置在每個(gè)車站正常運(yùn)行方向站臺區(qū)段的末端，計(jì)軸將負(fù)責(zé)對列車占用的檢測。如果CBTC列車和區(qū)域控制器的通信連接中斷，當(dāng)列車以iATP模式運(yùn)行時(shí)，后備系統(tǒng)將執(zhí)行超速防護(hù)和將出站信號機(jī)亮紅燈。只有在站間計(jì)軸區(qū)段無車占用的情況下，安全的聯(lián)鎖邏輯允許車站(上圖S2站)的出站信號機(jī)顯示允許信號。每個(gè)車站使用一個(gè)與出站信號機(jī)相關(guān)聯(lián)的動態(tài)信標(biāo)。

Distance?SpeedEnforcedOverspeedFTS1S280kphEBprofilePerformanceprofileCBTCTrainwithFailedCommunicationandwaysidedynamictagoperationAxleCounterHeadOneaxlecounterblockDistance?SpeedEnforcedOverspeedPerformanceprofile動態(tài)信標(biāo)CBTCTrainwithFailedCommunicationandwaysidedynamictagoperationAxleCounterHeadS1S2

此模式是CBTC信號系統(tǒng)中比較常用到的降級模式，根據(jù)信號技術(shù)合同所示，此降級模式下應(yīng)能保證行車