鐵道機車專業(yè)教學湖南鐵道王寧27課件

鐵道機車專業(yè)教學資源庫湖南鐵道職業(yè)技術學院主講：王寧2M列車自動控制系統(tǒng)ATC（2）3以西門子公司Trainguard?MTATP為例介紹ATP子系統(tǒng)功能ATP子系統(tǒng)原理和性能：計軸系統(tǒng)、軌旁設備、車載設備、軌旁和列車之間的通信設備子系統(tǒng)軟件司機操作裝置接口主要內(nèi)容4Trainguard?MTATP系統(tǒng)概述列車自動防護（ATP）負責列車的安全運行，完成保證安全的各種任務。通過與聯(lián)鎖系統(tǒng)的配合，ATP系統(tǒng)保護旅客、工作人員、列車和其他設備免于鐵路系統(tǒng)的重大事故的傷害。ATP軌旁和ATP車載計算機單元使用驗證的SIMIS技術，也就是說，ATP軌旁計算機單元采用3取2的技術，而ATP車載計算機單元采用冗余的2取2技術。該技術已經(jīng)得到了良好的驗證，并被西門子在全球的許多項目采用。5Trainguard?MTATP子系統(tǒng)的主要部件ATP軌旁計算機單元用“TRAINGUARDMTWCU3取2”表示；ATP車載計算機單元用“ATPOBCU”表示。這是ATP系統(tǒng)的兩個主要組成部分。與ATP軌旁計算機單元相連接的子系統(tǒng)包括：VICOS運行控制中心，SICASECC聯(lián)鎖計算機和用于無線通信的軌旁通信控制單元。與ATP車載計算機單元相連接的子系統(tǒng)包括：應答器天線，測速電機和雷達單元。無線通信單元有一個接收天線和一個發(fā)送天線。另外，車載ATP還有與ATO和司機HMI的連接。6Trainguard?MTATP功能列車定位速度測量移動閉塞運行列車追蹤：負責安全計算線路可變列車閉塞分區(qū)的ATP空閑狀態(tài)。列車分離：負責保持列車間的安全距離。臨時速度限制：滿足在一些特殊地段低速運行的要求。運行方向和后退監(jiān)測：所有情況下運行方向均被ATP監(jiān)督。停穩(wěn)監(jiān)測：打開車門和站臺屏蔽門的安全前提。車門釋放駕駛模式：AM，SM，RM，BY，折返模式。站臺屏蔽門列車完整性速度監(jiān)督：取決于列車的駕駛模式。處理防護點和運行停車點緊急停車按鈕：所有的站臺都裝備緊急停車按鈕來應對緊急情況。7線路數(shù)據(jù)庫TDBTRAINGUARDMT使用一個鐵路網(wǎng)絡的模型，即所謂的線路數(shù)據(jù)庫（TDB）。線路數(shù)據(jù)庫TDB用于存儲網(wǎng)絡中的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)（坡度，靜態(tài)速度曲線，永久速度限制，應答器位置等）和動態(tài)特性數(shù)據(jù)（沿線信號機顯示，臨時速度限制等）。TDB設在車載單元中，由ATP和ATO調(diào)用。線路數(shù)據(jù)可以通過接口裝載到列車上，用于調(diào)試過程使用。在正常運行下，不必將全部線路數(shù)據(jù)發(fā)送到車上。只需要將動態(tài)數(shù)據(jù)的更新從ATP軌旁單元發(fā)送到車載單元。TRAINGUARDMT子系統(tǒng)使用這些對象來完成ATP,ATO和ATS的功能。8ATP子系統(tǒng)原理-計軸系統(tǒng)因為系統(tǒng)要求有降級模式，所以有必要提供一個計軸系統(tǒng)。西門子的計軸系統(tǒng)使軌道劃分區(qū)段并以此建立固定閉塞系統(tǒng)，作為系統(tǒng)降級運行模式的基礎。西門子的AzS計軸系統(tǒng)具有明顯的低成本的優(yōu)點。系統(tǒng)具有高可靠性，而且備件的種類得到減少，因此儲備備件的成本效率提高。根據(jù)其軟件和硬件的模塊化布置，系統(tǒng)可以進行調(diào)整，以滿足不同場所的應用需求。這可以使運營商保持較低的生命周期成本。AzS計軸器的一個主要特性是可以處理最多五個ZP43輪軸傳感器的信號。一臺處理計算機可以監(jiān)督最多四套軌道空閑檢測區(qū)段。每臺處理計算機具有二個V.24串口，用于與另外兩臺處理計算機連接。9輪軸檢測設備ZP43ZP43輪軸檢測設備包括一個DEK43雙輪軸檢測器和一個軌旁連接箱（TCB）。ZP43采用經(jīng)認證的電磁輪軸檢測方法。當一個輪子進入DEK43的感應范圍時，交互的電磁場的場強發(fā)生了變化，這樣，觸發(fā)信號通過電纜傳輸?shù)铰?lián)鎖的運算計算機。輪軸檢測設備是一個雙通道系統(tǒng)?；?3kHz的頻率，DEK43產(chǎn)生兩個不同的電壓，經(jīng)過軌旁連接箱（TCB）處理后，通過軌旁電纜反饋給運算計算機。根據(jù)要求，運算計算機可以監(jiān)督一個單獨的帶有兩個輪軸檢測單元的軌道空閑檢測區(qū)段，或帶有大量輪軸檢測單元的多軌道空閑檢測區(qū)段。10輪軸檢測設備ZP43框圖

11ZP43計軸器和AzS運算計算機12ATP子系統(tǒng)原理-軌旁設備ATP軌旁計算機單元為TRAINGUARDMT系統(tǒng)提供與信號系統(tǒng)其他元件的主要接口。傳輸設備用于在TRAINGUARDMT軌旁計算機單元和TRAINGUARDMT車載計算機單元之間連續(xù)的數(shù)據(jù)交換。軌旁通信設備（軌旁無線單元）和車載通信設備通過無線來實現(xiàn)雙向傳輸。ATP軌旁計算機單元的硬件具有和SICAS聯(lián)鎖相同的硬件。這種配置有著眾多的優(yōu)點，比如維護人員更加的熟悉這種硬件，因此易于維護。13ATP軌旁計算機單元（WCU）的硬件14軌旁計算機單元機柜特性計算機供電230VAC,60VDC或24VDC基本組匣3塊SIMIS?ECCCU板2塊通信板16塊窄的或8塊寬的外圍板擴展組匣10塊寬的外圍板15ECC-元件控制計算機

特性使用經(jīng)論證的西門子SIMIS?

故障-安全微機系統(tǒng)。安全性使用3取2配置。高級別的容量和計算能力。高安全性和高可用性。道岔和信號機的電子接口板。連接外部元件的通用接口板。16ECCCU計算單元

特性SIMISECC的核心根據(jù)SIMIS原理工作一個接口用于編程/制造商的診斷（UNILINK）AMD?486DX2處理器內(nèi)部時鐘頻率40MHz8MBRAM8MBEPROM程序和數(shù)據(jù)存儲器

17ECC-SIMIS計算機組

特性SIMIS計算機組冗余2套2取2計算機配置信號邏輯處理和TRAINGUARDMT邏輯的控制和監(jiān)督18ATP子系統(tǒng)原理-車載設備

ATP車載設備包括：車載計算機單元（OBCU）安裝在列車內(nèi)。OBCU包括一個根據(jù)移動授權原理，位置報告和移動閉塞原理執(zhí)行ATP功能的處理器板，并由2取2的故障-安全結構支持。每個駕駛室的人機接口設備提供顯示功能。一個測速電機用來采集列車的位移和速度。該測速電機安裝在列車的車軸上。一個雷達單元與測速電機一起提供列車的位移和速度。固定數(shù)據(jù)應答器和可變數(shù)據(jù)應答器從軌道到列車傳輸?shù)臄?shù)據(jù)由應答器天線接收。一臺便攜式計算機(診斷PC)可以直接連接到OBCU，以便讀取存儲在車載計算機中的故障數(shù)據(jù)。19車載ATP設備功能

設備故障（包括地－車通信中斷）時實施緊急制動及報警；接近防護速度時預報警，超過最高允許速度時實施常用制動或緊急制動，以及常用制動率不足時自動轉換為緊急制動；列車運行方向的檢測和監(jiān)督；列車非正常移動的檢測并實施緊急制動；監(jiān)控車門、站臺屏蔽門的開啟及監(jiān)督其關閉狀態(tài)；向車載ATO傳送有關信息；系統(tǒng)自檢、自診斷、故障報警和列車運行數(shù)據(jù)的記錄及報警信息傳送至車站/控制中心ATS功能；系統(tǒng)實時記錄并存儲操作、運行數(shù)據(jù)、ATP信息（報文信息容量應為二小時以上），并且通過外接PC輸出；20車載冗余正常運行下，前端的車載計算機單元(OBCU)控制(ATO)和監(jiān)督(ATP)列車運行。后端的車載計算機單元(OBCU)處于備用模式。通過駕駛室的轉換，后端的OBCU取得控制權，而前端OBCU將切換為備用模式。使用前/后端冗余，兩端的OBCU都得到諸如來自兩個駕駛室的按鈕、開關和接點的輸入。無故障的情況下，后端的ATP跟隨前端ATP的輸出。每個2取2的SIMISATP通過安全的方式進行單獨的輸出。為了提供一個冗余的ATP，兩路ATP的輸出必須連接在一起。每個OBCU使用自己的測速電機傳感器、雷達和應答器天線。如果正在使用的傳感器故障，尾部OBCU就會取得列車的控制權和監(jiān)督權。21無線通信的車載設備22車載計算機單元OBCU-S25160-C2001-A1尺寸寬度：84U/19inch(483mm)高度：3U(135mm)深度，包括前端連接器：320mm特性安裝位置：1x計算機核心11x外圍模塊1x應答器通道1x電源（來自A&D）可選的集成STMμECC板側總線電源總線(0V;3.3V;5V;24V)操作系統(tǒng)COSPAS32驗證的C++編譯23OBCU-處理器板VE5S25391-B90-X2

特性處理器單元，包括監(jiān)控機構2-取-2的安全計算機核心部件雙通道的板側總線AMD486DX40MHz2MBRAM4MBFlash最多16I/O模塊UNILINK接口4U3.3V/3W24通信板SERIO5S25391-B94-A2特性串行通信單通道板側總線128KB永久性存儲114字節(jié)RAM的實時時鐘2xRS232/RS42219,2kbps1xRS422/TTY19,2kbps1xRS42219,2kbps診斷通道1xRS232115,2kbps4U3.3V/1.1W5V/0.3W24V/1.4W25測速電機板ODO5S25391-B91-A2

特性測速雙通道板側總線2個測速電機2xRS422(雷達)IKON接口4U3.3V/0.8W24V/2.4W26應答器接收ELBE5(LBTM5)S25391-B96-A2特性應答器接收雙通道背板總線到詢問單元的RS485接口，通過機箱連接器或前端連接器(單獨的詢問單元)4U3.3V/0.5W5V/0.4W24V/5W27測速電機測速電機給ATP功能提供輸入信息。該信息對于計算列車的速度、距離、方向信息和保證列車安全都是必需的。每個駕駛室/車載計算機單元配置一個測速電機，也就是說每列車需要裝備兩個測速電機。28雷達傳感器雷達傳感器和測速電機一起用于速度和距離的測量。通過使用雷達傳感器，可以提高速度測量的精度。F=24.125GHz微波輻射到軌道，然后經(jīng)過反射后被雷達傳感器檢測到。根據(jù)多普勒效應，將會發(fā)生隨列車速度變化的頻率漂移，由此檢測實際列車速度和行駛距離，并且不受車輪空轉/打滑的影響。29應答器天線應答器天線始終發(fā)射一個27.095MHz的激活信號，當列車通過應答器時，應答器通過一個4.24Mhz的FSK調(diào)制信號發(fā)送一數(shù)據(jù)流，這個信號被天線接收，并傳輸?shù)絋RAINGUARDMT車載計算機單元。天線的能量來自TRAINGUARDMT計算機。30ATP子系統(tǒng)原理-軌旁和列車之間的通信設備軌旁設備與車載設備間存在不同的通信信道。在每一個TRAINGUARDMT模型中的信道選擇獨立于ATP功能。兩種主要的通信級為：點式通信和連續(xù)式通信。點式通信意為在線路上特定的點進行車地信息傳輸。反之連續(xù)式通信為可在線路全線進行車地傳輸。點式通信以應答器建立，應答器安裝在線路上。列車上安裝有應答器天線，列車通過應答器時，信息將進行車地傳輸。連續(xù)式通信意味著無論是在車站還是站間，均可獲得持續(xù)的通信。連續(xù)式通信是建立在無線自由傳播基礎之上的。31軌旁電子單元LEU軌旁電子單元（LEU）被定義為信號燈和可變應答器之間的標準接口。一個信號顯示可以被轉化為電壓及電流值，由LEU讀取后，選擇對應報文通過電纜傳送至可變應答器。多樣適配器可對應所有的信號顯示。32信息交換的安全性TrainguardMT信號系統(tǒng)計算機間的通信通道本身是非安全的。傳輸在不同的安全單元之間進行，采取了多種措施來保證安全通信。安全相關的數(shù)據(jù)傳輸在SICAS微機聯(lián)鎖系統(tǒng)

ATP軌旁設備（通過以太網(wǎng)），ATP軌旁設備

ATP軌旁設備（通過以太網(wǎng)），ATP軌旁設備

ATP車載設備（通過無線傳輸）之間進行。安全單元間報文信息以適當?shù)木幋a和程序進行保護，它可以同時檢測出幾個誤碼位。具有檢錯功能的數(shù)據(jù)傳輸安全通信協(xié)議提供一種偵錯方法來檢測報文。報文檢錯系統(tǒng)使用獨特的標識，序列號及偵錯后綴。33軟件-車載計算機單元的軟件（OBCU）使用經(jīng)過故障-安全鐵路應用認證的一個實時多任務操作系統(tǒng)。一般的軟件功能，比如任務管理，任務間通信，外設管理和安全時基，均由操作系統(tǒng)的內(nèi)核來完成。圍繞內(nèi)核的驅動層提供到所使用硬件的特殊訪問功能。列車控制計算機的軟件基于SIMISTCC硬件。操作系統(tǒng)是OSCOSPAS32。OBCU的設備建立在該層的頂部。ATP內(nèi)核本身在頂層。該內(nèi)核用C++語言編程。OBCU模塊化的軟件包括系統(tǒng)和應用軟件以及配置數(shù)據(jù)。應用軟件根據(jù)項目特定的需求制作，并且獨立于OBCU來開發(fā)。34車載計算機單元（OBCU）ATP主要應用模塊

駕駛模式和級別：駕駛模式和轉換的確定定點和定位：使用應答器，速度表和雷達進行位置和速度的確定。速度監(jiān)督：制動曲線，速度曲線監(jiān)測，臨時限速。列車監(jiān)督：監(jiān)測運行方向和后退，監(jiān)測停穩(wěn)，列車完整性的監(jiān)測。門監(jiān)督：門釋放，牽引釋放。線路數(shù)據(jù)庫（TDB）管理。 讀應答器：讀取歐式應答器。WCU通信：與軌旁單元的通信。通信管理器：與外部單元的通信。冗余管理：冗余管理，移