動(dòng)車(chē)組自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)-車(chē)載

ATP系統(tǒng)組成及功能目錄CONTENTS01ATP系統(tǒng)概述02ATP系統(tǒng)硬件03ATP系統(tǒng)外圍設(shè)備ATP系統(tǒng)概述ATP系統(tǒng)由車(chē)載和地面設(shè)備構(gòu)成，ATP的控制中心在地面。它以地面控制中心的信息作為列車(chē)運(yùn)行指令的信息源，通過(guò)軌道電路和應(yīng)答器設(shè)備獲取前方運(yùn)行區(qū)段的運(yùn)行線(xiàn)路參數(shù)信息，以應(yīng)答器等設(shè)備自動(dòng)校核列車(chē)走行位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度的安全監(jiān)控和列車(chē)運(yùn)行實(shí)際參數(shù)的采集、記錄，車(chē)載ATP本身具有主體機(jī)車(chē)信號(hào)、通用式機(jī)車(chē)信號(hào)功能。ATP系統(tǒng)概述ATP系統(tǒng)概述ATP地面控制中心可與CTC或TDCS聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸指揮中心對(duì)列車(chē)的直接控制，達(dá)到了車(chē)地一體化的列車(chē)控制能力，因此，ATP是列控系統(tǒng)的重要組成部分。地面設(shè)備由車(chē)站列控中心，地面電子單元(LEU)、點(diǎn)式應(yīng)答器、ZPW-2000A(UM)系列軌道電路、車(chē)站閉環(huán)電碼化、車(chē)站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖等組成。軌道電路、車(chē)站電碼化傳輸連續(xù)列控信息，點(diǎn)式應(yīng)答器、車(chē)站列控中心傳輸點(diǎn)式列控信息。ATP系統(tǒng)概述ATP系統(tǒng)概述車(chē)載設(shè)備由車(chē)載安全計(jì)算機(jī)(VC)、軌道信息接收單元(STM)、應(yīng)答器信息接收單元(BTM)、制動(dòng)接口單元、記錄單元、人機(jī)界面(DMI)、速度傳感器、BTM天線(xiàn)、STM天線(xiàn)等組成。車(chē)載設(shè)備根據(jù)地面設(shè)備提供的信號(hào)動(dòng)態(tài)信息、線(xiàn)路靜態(tài)參數(shù)、臨時(shí)限速信息及有關(guān)動(dòng)車(chē)組數(shù)據(jù)，生成控制速度和目標(biāo)距離模式曲線(xiàn)，控制列車(chē)運(yùn)行。同時(shí)，記錄單元對(duì)列控系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)及操作狀態(tài)信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)記錄。動(dòng)車(chē)組的兩端各安裝一套獨(dú)立的ATP車(chē)載設(shè)備。總體結(jié)構(gòu)采用硬件冗余結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵設(shè)備均采用雙套，核心設(shè)備采用3取2或者2x2取2結(jié)構(gòu)，安全等級(jí)達(dá)到SIL4級(jí)。ATP系統(tǒng)概述ATP系統(tǒng)硬件安全計(jì)算機(jī)VC(VitalComputer):安全計(jì)算機(jī)是列控車(chē)載設(shè)備的控制核心，負(fù)責(zé)從車(chē)載設(shè)備各個(gè)模塊獲取信息，依據(jù)軌道電路信息、列車(chē)制動(dòng)力、線(xiàn)路坡度、列車(chē)運(yùn)行速度等信息，按照列車(chē)牽引計(jì)算模型的要求，生成制動(dòng)模式曲線(xiàn)并把列車(chē)運(yùn)行速度與模式曲線(xiàn)相比較，必要時(shí)通過(guò)故障一安全電路向列車(chē)輸出制動(dòng)信息，控制列車(chē)安全運(yùn)行。VC由功能完全相同的2個(gè)系統(tǒng)(第系統(tǒng)、第2系統(tǒng))構(gòu)成。各個(gè)系統(tǒng)有著功能相同的2個(gè)CPU(A系統(tǒng)、B系統(tǒng))，各個(gè)CPU的處理結(jié)果與另一CPU的處理結(jié)果校準(zhǔn)。如果A系統(tǒng)、B系統(tǒng)這2個(gè)CPU的處理結(jié)果不--致，則會(huì)作為故障處理。安全計(jì)算機(jī)VCATP系統(tǒng)硬件VC內(nèi)主要板卡包括:電源板、OPB8-6A、FSC8-6A、BUF8-6A以及QxC8-2A.QXC8-3AQXC84A接口板等。VC板卡的作用見(jiàn)表5.9。特別值得一提的是，vC基于兩個(gè)處理器的實(shí)時(shí)比較達(dá)到SIL4級(jí)。為了提高系統(tǒng)可用性采用了第三個(gè)處理器。該原則基于兩個(gè)不同應(yīng)用處理器同時(shí)執(zhí)行應(yīng)用軟件，并采用故障安全檢測(cè)器對(duì)這些處理器的輸出進(jìn)行比較。如果輸出相同，檢測(cè)器給出相關(guān)輸出。若存在任何差異，檢測(cè)器將輸出設(shè)置為限制狀態(tài)。安全計(jì)算機(jī)VCATP系統(tǒng)硬件故障安全CPU板是控制部的核心部分，ATP速度核對(duì)運(yùn)算和制動(dòng)指令功能集中到1塊印刷線(xiàn)路板上。該故障安全CPU板裝有雙重系統(tǒng)CPU和計(jì)算環(huán)運(yùn)算方式故障安全LSI。故障安全LSI輸出核對(duì)兩個(gè)CPU的運(yùn)算結(jié)果(制動(dòng)指令條件等),如果校驗(yàn)不一致就立即進(jìn)行故障檢測(cè)，確保最后故障安全性。故障安全LSI概要如圖5.37所示。安全計(jì)算機(jī)VCATP系統(tǒng)硬件在故障安全LSI上，比較CPU生成的允許速度與實(shí)際速度并生成制動(dòng)指令。雙重系統(tǒng)制動(dòng)指令在故障安全LSI內(nèi)的校對(duì)邏輯上進(jìn)行核對(duì)，成為最終制動(dòng)指令。故摩安全LS輸出在系統(tǒng)正常(無(wú)故庫(kù)狀態(tài))且不發(fā)出制動(dòng)指令時(shí)為激勵(lì)。發(fā)出制動(dòng)指令或在故障檢測(cè)視為非激勵(lì)。通過(guò)放大該激勵(lì)輸出，激磁繼電器使繼電器經(jīng)常加壓。向車(chē)體傳輸ATP制動(dòng)指令的是a接點(diǎn)(加壓閉合接點(diǎn)),制動(dòng)裝置做失電制動(dòng)，因此制動(dòng)指令或故障檢測(cè)時(shí)制動(dòng)裝置可發(fā)生制動(dòng)。安全計(jì)算機(jī)VCATP系統(tǒng)硬件萬(wàn)一發(fā)生故障時(shí)，以能夠保證檢測(cè)出故障，具備自動(dòng)輸出制動(dòng)的故障安全結(jié)構(gòu)的裝置為基礎(chǔ)，并行接續(xù)兩臺(tái)完全具有互換性裝置。不過(guò)，在接收控制部本身檢測(cè)出故障時(shí)，將自我隔離指令系統(tǒng)。如此，作為系統(tǒng)制動(dòng)指令只能依據(jù)剩余正常系統(tǒng)判斷。結(jié)果可構(gòu)筑兼有安全性和可靠性的系統(tǒng)。本ATP裝置雖為雙重系統(tǒng)，如圖5.38所示，但其各系統(tǒng)完全處于平等關(guān)系。與備用方式不同，1系統(tǒng)出故障時(shí)，不存在啟動(dòng)時(shí)間等問(wèn)題，無(wú)停頓時(shí)間，對(duì)運(yùn)行毫無(wú)影響。另外，兩系統(tǒng)間無(wú)主次關(guān)系，該形式雙重系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生被普遍關(guān)心的與轉(zhuǎn)換相關(guān)的不適合情況，是可作穩(wěn)定運(yùn)行的。安全計(jì)算機(jī)VCATP系統(tǒng)硬件萬(wàn)一發(fā)生故障時(shí)，以能夠保證檢測(cè)出故障，具備自動(dòng)輸出制動(dòng)的故障安全結(jié)構(gòu)的裝置為基礎(chǔ)，并行接續(xù)兩臺(tái)完全具有互換性裝置。不過(guò)，在接收控制部本身檢測(cè)出故障時(shí)，將自我隔離指令系統(tǒng)。如此，作為系統(tǒng)制動(dòng)指令只能依據(jù)剩余正常系統(tǒng)判斷。結(jié)果可構(gòu)筑兼有安全性和可靠性的系統(tǒng)。本ATP裝置雖為雙重系統(tǒng)，如圖5.38所示，但其各系統(tǒng)完全處于平等關(guān)系。與備用方式不同，1系統(tǒng)出故障時(shí)，不存在啟動(dòng)時(shí)間等問(wèn)題，無(wú)停頓時(shí)間，對(duì)運(yùn)行毫無(wú)影響。另外，兩系統(tǒng)間無(wú)主次關(guān)系，該形式雙重系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生被普遍關(guān)心的與轉(zhuǎn)換相關(guān)的不適合情況，是可作穩(wěn)定運(yùn)行的。安全計(jì)算機(jī)VCATP系統(tǒng)硬件萬(wàn)一發(fā)生故障時(shí)，以能夠保證檢測(cè)出故障，具備自動(dòng)輸出制動(dòng)的故障安全結(jié)構(gòu)的裝置為基礎(chǔ)，并行接續(xù)兩臺(tái)完全具有互換性裝置。不過(guò)，在接收控制部本身檢測(cè)出故障時(shí)，將自我隔離指令系統(tǒng)。如此，作為系統(tǒng)制動(dòng)指令只能依據(jù)剩余正常系統(tǒng)判斷。結(jié)果可構(gòu)筑兼有安全性和可靠性的系統(tǒng)。本ATP裝置雖為雙重系統(tǒng)，如圖5.38所示，但其各系統(tǒng)完全處于平等關(guān)系。與備用方式不同，1系統(tǒng)出故障時(shí)，不存在啟動(dòng)時(shí)間等問(wèn)題，無(wú)停頓時(shí)間，對(duì)運(yùn)行毫無(wú)影響。另外，兩系統(tǒng)間無(wú)主次關(guān)系，該形式雙重系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生被普遍關(guān)心的與轉(zhuǎn)換相關(guān)的不適合情況，是可作穩(wěn)定運(yùn)行的。應(yīng)答器信息接收模塊BTMATP系統(tǒng)硬件應(yīng)答器信息接收模塊BTM(BaliseTransmissionModule)包含電源板、接收板、傳輸板和接口板。BTM是一個(gè)采用2取2技術(shù)的故障安全模塊，通過(guò)BTM天線(xiàn)接收、解調(diào)符合ETCS標(biāo)準(zhǔn)的地面設(shè)備的應(yīng)答器的信息，并在校核后、將正確的信息傳輸給VC的模塊，提供精確定位。來(lái)自應(yīng)答器的數(shù)據(jù)包括線(xiàn)路參數(shù)信息、進(jìn)路信息、臨時(shí)限速信息以及級(jí)間切換等信息。應(yīng)答器信息接收模塊BTMATP系統(tǒng)硬件采用ETCS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，含有830位的用戶(hù)信息、標(biāo)題和校驗(yàn)碼，共有1023位信息，通過(guò)車(chē)上的BTM天線(xiàn)接收。接收后，BTM進(jìn)行框架確定，錯(cuò)誤核對(duì)等，并將正確的信息傳輸給VC。另外作為應(yīng)答器組，在應(yīng)答器連續(xù)發(fā)來(lái)信息的情況下，能夠暫時(shí)保留其內(nèi)容。另外，為了從應(yīng)答器得到報(bào)文，BTM還具有從車(chē)上向地上的應(yīng)答器發(fā)送電力的功能。BTM板卡及其作用具體見(jiàn)表5.10。應(yīng)答器信息接收模塊BTMATP系統(tǒng)硬件軌道電路信息接收模塊STM(SpeifcTasmisisnMoudule感應(yīng)器)是安全模塊，是通過(guò)STM天線(xiàn)（感應(yīng)器）接收Z(yǔ)PW.2000系列軌道電路及4信息、8信息、18信息等傳統(tǒng)移頻軌道電路的信息。接收到軌道上的電氣信號(hào)、確定載波之后解調(diào)低頻信息，判斷信號(hào)碼，并及時(shí)傳輸?shù)孛孳壍离娐沸畔⒔o安全計(jì)算機(jī)(VC)和LKJ監(jiān)控裝置，為安全計(jì)算機(jī)生成制動(dòng)模式曲線(xiàn)提供依據(jù)。連續(xù)信息接收模塊STMATP系統(tǒng)硬件該STM具有同時(shí)接收多個(gè)載頻的功能，選擇出電平最高的載頻并將該載頻中調(diào)制的低頻(VLF)信號(hào)解調(diào)，判斷信號(hào)碼。STM將接收的載頻的種類(lèi)、解調(diào)后的低頻信息發(fā)送給VC。STM還可以利用司機(jī)的駕駛方向選擇sw以及來(lái)自應(yīng)答器的線(xiàn)路數(shù)據(jù)鎖定載頻。具體作用見(jiàn)表5.11。連續(xù)信息接收模塊STMATP系統(tǒng)硬件ATP車(chē)載設(shè)備配備了內(nèi)部記錄器DRU(DataRecordUnit),主要用于列控車(chē)載設(shè)備的動(dòng)作、狀態(tài)、司機(jī)的操作等信息以及各種事件的記錄。記錄的事件包括司機(jī)對(duì)ATP設(shè)備的操作，軌道電路信息，ATP與機(jī)車(chē)的信息交換等。維修人員可通過(guò)專(zhuān)用電腦或IC卡等進(jìn)行數(shù)據(jù)下載。記錄到PCMCIA卡上的數(shù)據(jù)還可以通過(guò)讀卡器將數(shù)據(jù)下載至地面分析管理微機(jī)，進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀況分析。具體作用見(jiàn)表5.12。DRU(ATP車(chē)載設(shè)備的記錄器)ATP系統(tǒng)硬件繼電器邏輯單元也稱(chēng)為列車(chē)接口單元TIU(TrainInterfaceUnit）比較車(chē)載安全計(jì)算機(jī)各系統(tǒng)輸出的制動(dòng)指令，對(duì)兩套車(chē)載安全計(jì)算機(jī)輸出的制動(dòng)指令進(jìn)行"或"操作后，作為系統(tǒng)的最終輸出。具體作用見(jiàn)表5.13。 RLU繼電器邏輯單元（TIU）ATP系統(tǒng)外圍設(shè)備安裝在駕駛臺(tái)上，配備有按鈕的液晶顯示器，屏幕尺寸為10英寸。DMI的中心配置為液晶LCD，其周?chē)渲昧藫P(yáng)聲器和各種按鍵，作用是通過(guò)聲音和圖像將ATP車(chē)上裝置的狀態(tài)通知司機(jī)。顯示單元安裝在駕駛室便于設(shè)備通風(fēng)，且避免陽(yáng)光直射的位置，安全等級(jí)為SIL2級(jí)，各ATP車(chē)載設(shè)備均應(yīng)采用統(tǒng)一的司機(jī)操作界面。司機(jī)可以通過(guò)操作這些按鍵來(lái)切換ATP裝置的模式以及輸入信息。司機(jī)操作界面DMIATP系統(tǒng)外圍設(shè)備從頭車(chē)的第一軸起,在左右道的正上方各設(shè)一臺(tái)。利用電磁感應(yīng)接收流經(jīng)鋼軌的信號(hào)電流。兩個(gè)天線(xiàn)所接收到的信號(hào)在連接箱處連接，傳送到設(shè)置在ATP主機(jī)柜的STM,STM對(duì)該信號(hào)進(jìn)行選擇和解調(diào),如圖5.39所示。STM天線(xiàn)ATP系統(tǒng)外圍設(shè)備在頭車(chē)的第一轉(zhuǎn)向架的后方，車(chē)體的左右的中心線(xiàn)上設(shè)置一臺(tái)。在特定的場(chǎng)所，有應(yīng)答器放置在軌道的中心，車(chē)輛通過(guò)該場(chǎng)所時(shí)，車(chē)輛內(nèi)設(shè)置的本BTM天線(xiàn)通過(guò)地上的應(yīng)答器的正上方后,BTM天線(xiàn)就會(huì)接收到地上的應(yīng)答器所發(fā)出的高頻無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，并通過(guò)專(zhuān)用的電纜將該信號(hào)傳遞給設(shè)置在ATP本體上的BTM,如圖5.39所示。BTM天線(xiàn)ATP系統(tǒng)外圍設(shè)備速度傳感器是設(shè)置在頭車(chē)的第2軸和第3軸上、將各軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成電信號(hào)加以輸出的裝置。速度發(fā)電機(jī)的磁極是與齒輪相對(duì)的齒，與直接裝在各軸上的檢出用齒輪之間有微小的空隙,齒輪的齒通過(guò)磁極時(shí),會(huì)因磁束的變化而感應(yīng)出電壓。該電壓的頻率與齒輪的轉(zhuǎn)速同步,該電壓會(huì)傳遞到設(shè)置在ATP本體上的VC。VC通過(guò)對(duì)該頻率的計(jì)數(shù)來(lái)計(jì)算速度和距離。速度傳感器ATP系統(tǒng)外圍設(shè)備速度傳感器是設(shè)置在頭車(chē)的第2軸和第3軸上、將各軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成電信號(hào)加以輸出的裝置。速度發(fā)電機(jī)的磁極是與齒輪相對(duì)的齒，與直接裝在各軸上的檢出用齒輪之間有微小的空隙,齒輪的齒通過(guò)磁極時(shí),會(huì)因磁束的變化而感應(yīng)出電壓。該電壓的頻率與齒輪的轉(zhuǎn)速同步,該電壓會(huì)傳遞到設(shè)置在ATP本體上的VC。VC通過(guò)對(duì)該頻率的計(jì)數(shù)來(lái)計(jì)算速度和距離。速度傳感器ATP系統(tǒng)外圍設(shè)備ATP車(chē)載設(shè)備特定故障下,LKJ結(jié)合ATP車(chē)載設(shè)備提供的機(jī)車(chē)信號(hào)或主體機(jī)車(chē)信號(hào)功能,控制列車(chē)運(yùn)行,最高速度不超過(guò)160km/h）ATP車(chē)載設(shè)備具備設(shè)備制動(dòng)優(yōu)先(機(jī)控優(yōu)先）與司機(jī)制動(dòng)優(yōu)先（人控優(yōu)先）兩種模式，ATP車(chē)載設(shè)備內(nèi)部設(shè)置選擇其中一種模式。兩種控制模式通常通過(guò)特殊應(yīng)答器在無(wú)需停車(chē)條件下自動(dòng)轉(zhuǎn)換,但在故障情況下,兩種控制模式須停車(chē)進(jìn)行手動(dòng)轉(zhuǎn)換。兩種控制模式下，LKJ通過(guò)ATP車(chē)載設(shè)備接收狀態(tài)信息。。車(chē)載ATP系統(tǒng)的控制原理ATP系統(tǒng)外圍設(shè)備人控”、“機(jī)控”優(yōu)先的控制模式的比較:兩者主要區(qū)別:設(shè)備制動(dòng)優(yōu)先由ATP車(chē)載設(shè)備控制