1、精選文檔城市軌道交通信號控制系統的研究學 生 姓 名： 學 號： 08300484 專 業 班 級： 城軌車輛382203班指 導 教 師： 精選文檔摘 要本論文主要闡述城市軌道交通信號控制系統的研究。隨著我國城市軌道交通的迅猛發展，信號系統作為控制運行安全的核心設備，對其安全、可靠性的分析評價顯得尤為重要，本文從列車檢測方式、機車信號選擇、設備控制方式等方案的主要方面對描述了城巾軌道交通中信號系統的安全策略及可靠性分析。信號系統作為城市軌道交通工程中重要的組成部分,對行車的安全、正點、高效的運行起著至關重要的作用,但由于其中的設計標準不全面,給系統設計方案造成了一定的隨意性。本文就其中的系統

2、構成、設計行車間隔和ATP 信息傳輸方式等方案進行了探討。關鍵詞：城市軌道；信號系統；控制系統；行車信號安全 目 錄摘 要I引 言11 信號的基本理論21.1 聯鎖和進路21.2 信號作用31.2.1 信號與信號顯示31.2.2 信號的分類31.3 系統的可靠性分析31.3.1 可靠性評估41.3.2 ATP系統的正常駕駛模式下42 城軌信號系統52.1 信號標志52.2 信號基礎器材62.2.1 信號機62.2.2 號機開放的意義72.2.3 轉撤機112.2.4 軌道電路112.2.5 電子計軸器152.3 廣州地鐵信號系統152.4 車場線信號162.4.1 聯鎖設備162.4.2 聯鎖

3、設備的要求162.5 電氣集中172.6 故障安全172.6.1 故障安全原則172.6.2 主要設備182.6.3 6502電氣集中的組成183 信號控制系統在城市軌道交通中的應用193.1 城市軌道交通中使用的信號系統193.2 城市軌道交通移動閉塞信號系統的通信實現方式213.3 信號控制方式及列車運行模式信號控制方式213.3.1 ATP列車自動保護系統213.3.2 ATO列車自動駕駛系統223.3.3 ATS列車自動監控系統223.3.4 SICAS微機聯鎖系統23總 結24致 謝25參考文獻26引 言城軌交通的信號系統擔當著控制和指揮列車運行的任務,是影響整個城軌交通系統運營安全

4、控制和效益的關鍵點。信號系統的水平也成為城市快速軌道交通現代化的重要標志。設計出一個優秀的系統方案不僅有利于保證行車安全,提高運輸能力,實現迅速、及時、準確的行車調度指揮和運輸管理現代化,提高服務質量,而且還有利于合理使用工程投資,降低工程造價。為了保障運營系統的安全、高效，配置一套科學、合理的信號系統成為大家關注的核心。對于信號系統設計方案的取舍，注重其功能的實現和價格的高低，而很少甚至沒有從安全和可靠性方面進行分析比較，其結果是造成系統性能和用途不協調，投資大小和投資方向的準確性下降。本文將從列車檢測方式、機車信號選擇、設備控制方式等的安全和可靠，陛方面進行分析，對信號系統的方案進行闡述。

5、1 信號的基本理論1.1 聯鎖和進路·聯鎖為了保證行車安全，在信號、道岔和進路間必須建立一定的相互制約關系。如防護進路的信號機存開放之前必須檢直進路空閑、道岔位置正確及敵對進路為建立等。相互開放以后道岔不能動，這種相互制約的關系稱為聯鎖。用以實現聯鎖的技術設備叫聯鎖設備。在聯鎖中，信號、道岔和進路所處的狀態一般稱為聯鎖條件。·進路列車或調車車列由某指定地點運行至另指定地點所經過的徑路稱為進路。所謂保證行車安全：就是保證列車或調車車列在其進路上運行的安全。進路的控制過程：一條進路的控制過程可分為進路建立（排列）和進路解鎖兩個大的階段。進路的建立階段是指從車站操作人員開始辦理進

6、路、到防護進路的信號機開放這一階段；進路的解鎖是指從列車駛入信號機后方（駛入進路），到出清進路中全部道岔區段這階段，或者是操作人員解除已建進路的階段。進路建立階段：進路建立過程分成6個小階段：(1)操作階段 (2)選路階段 (3)道岔轉換階段(4)一致性檢查階段(5)進路鎖閉階段 (6)開放信號階段進路解鎖：就是取消已建立的進路，其中包括解除對道岔和敵對進路的鎖閉。根據解鎖的條件和時機，有5種進路解鎖方式，即：(1)取消進路 (2)非常解鎖 (3)正常解鎖(4)中途折返解鎖（5）故障解鎖·信號閉塞所謂閉塞就是指利用信號設備把鐵路線路人為地劃分成若干個物理上或邏輯上的閉塞分區，以滿足安

7、全行車間隔和提高運輸效率的要求。日前，信號閉塞原則是按照ATP/ATO制式來劃分的，基木上可分為三類，即：固定閉塞、準移動閉塞和移動閉塞。1.2 信號作用1、保證行車安全2、提高運輸能1.2.1 信號與信號顯示1、信號：在行車調車工作中，對乘務人員與行車有關人員指示運行條件而規定的物理特征符號。2、信號顯示：是信號的顯示方式，顯示含義和使用方法的統稱。3、信號的分類：視覺信號和聽覺信號。1.2.2 信號的分類1、視覺信號：以顏色、形狀、位置、顯示數目和燈光狀態等表達的信號。如信號機、信號燈、信號旗、信號牌、信號表示器、信號標志等。2、聽覺信號（音響信號）：以不同器具發出的音響的強度、頻率和音響

8、長短時間等表達的信號。如停車信號顯示不明或燈光熄滅時，列車停在信號機前用無線調度電話通知運轉車長，通知不到時鳴笛一長聲，停車等候2分鐘，未顯示信號時以遇到阻礙能隨時停車的速度繼續運行不超過20KM/H。圖1.1 信號的分類1.3 系統的可靠性分析隨著我國城市軌道交通的迅猛發展，運量日益增長，列車運行密度不斷加大，為了保障運營系統的安全、高效，配置一套科學、合理的信號系統成為大家關注的核心。目前，對于信號系統設計方案的取舍，注重其功能的實現和價格的高低，而很少甚至沒有從安全和可靠性方面進行分析比較，其結果是造成系統性能和用途不協調，投資大小和投資方向的準確性下降，通俗地說不是“大馬拉小車”就是“

9、小馬拉大車”。本文將從列車檢測方式、機車信號選擇、設備控制方式等的安全和可靠，陛方面進行分析，希望能夠對信號系統的方案設計提供些借鑒。城市軌道交通的信號系統擔當著控制和指揮列車運行的任務,是影響整個城軌交通系統運營安全和效益的關鍵點。信號系統的水平也成為城市快速軌道交通現代化的重要標志。設計出一個優秀的系統方案不僅有利于保證行車安全,提高運輸能力,實現迅速、及時、準確的行車調度指揮和運輸管理現代化,提高服務質量,而且還有利于合理使用工程投資,降低工程造價。1.3.1 可靠性評估在信號系統的設計時，除了系統安全性外，可靠性評估也是非常重要的，高度的可靠性也是高安全性的一個重要保障。為了能夠放心地

10、在實際中運用，設計一個完善的信號系統必須定量地分析出系統的可靠性指標。例如：在國鐵規范中，已明確了列車超速防護的車上設備的平均無故障時間(MTBF)不低于104h，地面設備的平均無故障時間不低于105h。1.3.2 ATP系統的正常駕駛模式下在城市軌道交通中由于ATP系統在正常駕駛模式下使用，是惟一能連續控制列車運行，并長期確保列車安全運行的駕駛模式。降級駕駛模式是ATP系統出現故障情況下，在限速條件以人工駕駛來降低列車運行風險所采用的一種駕駛模式。不過，詼漠式并不能避免所有風險，特別是不能保護列車不闖關閉的信號機，所以要求正常駕駛模式必須非常穩定可靠，以盡量減少采用降級駕駛模式。鑒于上述因素

11、，在國外城市軌道交通工程中，提出ATP系統正常駕駛模式的可靠必須高于9999。其中，月為系統可靠性概率；T為系統設計壽命；MTBF為平均無故陶司隔時間。2 城軌信號系統城軌信號系統分正線與車輛段兩個部分。一般正線有微機聯鎖、ATP/ATO軌旁設備、ATP/ATO車載單元設備，以及OCC（運行控制中心）的ATS設備組成；而車輛段主要由6502電氣集中組成。2.1 信號標志1、定義：表示地鐵線路所在地點的情況和狀態，指示行車人員依據標志的要求及時正確地進行相關作業與操作的標志。2、與地鐵行車相關的信號標志主要有以下幾種：(1)警沖標：在兩條線路匯合處，為了防止停留在一線的車輛與領線上的車輛發生側面

12、沖撞而設在兩匯合線路之間隔4米的中間的標志。股道之間間距不足4米時應設在兩線路中心線最大間距的起點處。(2)站界標：車站與區間的分界處的標志，主要用于車站管轄范圍區界劃分和列車運行時位置識別。(3)鳴笛標：要求司機鳴笛的標志，一般設在道口、橋梁、隧道口以及線路狀況復雜地段的外方規定位置。(4)停車牌：指示列車停車位置的標志。通常用于車站站臺規定的乘客上下車的停車地點以及列車折返時指示司機停車的地點，它固定設置在規定位置。(5)一度停車標志：要求列車（機車）在該地點停車后進行確認線路、道岔以及進行相關操作后繼續行駛的指示標志。(6)車擋表示器：設在線路盡頭線車擋上的表示器，便于司機以及調車員確認

13、車擋位置。隧道內顯示紅色燈光，地面線路晝間使用紅色方牌、夜間使用紅色燈光。(7)接觸網終止標：表示接觸網已經終止的標記，設在接觸網中端，警告司機不準越過該標，防止脫弓。在這些標志中有些具有警告意義和防護功能，他們與運行信號顯示有相同性質的含義。2.2 信號基礎器材2.2.1 信號機車輛段和各聯鎖站（帶有道岔的車站）安裝有地面信號機，沒有道岔的車站不安裝地面信號機，但所有的車站均安裝有發車表示器( DTI)，終端站盡頭端安有紅燈信號機。高柱型、矮柱型單顯示、二顯示、三顯示機構型號含義：X信號；S色燈；G高柱（A矮柱）； HL紅綠二顯示色燈信號機：用不同顏色來顯示信號。透鏡式：一組透鏡給出一個顏色

14、的燈光。如果顯示多種顏色信號燈光時就要有多組透鏡一一多燈式。特點：結構簡單，合于生產，安全可靠但顯示距離有限，安裝在曲線上時，不能保證連續顯示。探照式：一組透鏡能顯示出三個顏色 單燈式。特點：節省電能，顯示距離遠，結構復雜，制造工藝要求嚴格，維修困難。圖2.1 信號器材2.2.2 號機開放的意義(1)正線紅燈禁止；綠燈進路空閑、進路道岔開通直股；黃燈進路空閑、進路道岔開通側向；黃燈+紅燈引導信號（一般60秒不通過就復原）。(2)車輛段（入、出廠信號）黃燈+紅燈一引導進車廠；黃燈允許進（出）車廠；月白燈允許調車；紅燈禁止。(3)停車庫內及聯絡線（交接線）入口處調車信號機為紅色、白色燈光顯示，其他

15、信號機為藍色、白色燈光顯示。紅、藍色燈光表示禁止越過，白色燈光表示允許調車。圖2.2 號機開放示意圖表2.1 常見調車手信號表2.2 常見列車運行手信號表2.3 徒手信號的類別及顯示方式（4）各種信號燈的顯示意義防護信號機有三種顯示顏色，分別為紅、黃、綠。紅燈顯示意義為禁止列車越過該信號機；黃燈顯示意義為進路開通，允許列車進入道岔側股運行；綠燈顯示意義為進路開通，允許列車進入道岔直股運行。阻擋信號機有一種顯示顏色，為紅燈。紅燈顯示意義為禁止列車進入該區段或禁止越過該信號機。調車信號機有二種顯示顏色，為紅燈、白燈。紅燈顯示禁止調車，白燈顯示允許調車。出段信號機與入段信號機的顯示意義與防護信號機的

16、顯示大似相同。·幾種主要固定信號的顯示圖2.3 進站信號圖2.4 調車信號圖2.5 通過信號圖2.6 預告信號圖2.7 出站信號2.2.3 轉撤機在車輛段和聯鎖站內的每組道岔處都要設置一臺電動轉撤機，可以轉換道岔、鎖閉岔和反映道岔的狀態。直流電動轉撤機帶滾珠絲杠的三相交流電動轉撤機液壓式電動轉撤機2.2.4 軌道電路利用鐵路的鋼軌作為導體，并與其它相關設備一起組成能自動檢測區間有無車輛輪對的電路系統。（1）車輛段一般使用單軌條式50Hz相敏軌道電路。該軌道電路那傳輸的信號頻率是50HZ，并且軌道電路的接收端列該信號有一定要求，控制GJ（軌道繼電器），其核心是軌道接收器（二元軌道繼電器

17、）。圖2.8 50Hz相敏軌道電路圖2.9 軌道電路控制圖圖2.10 軌道電路工作原理圖圖2.11 道岔區段軌道電路圖2.12帶平衡扼流圈的交流軌道電路（2）正線一般使用無絕緣音頻軌道電路（FTGS）音頻發送端和接受端（一般使用LC組合）除具有一般軌道電路檢查軌道空閑/占用外還具有：軌道不需要使用機械絕緣進行分隔，保證列車平穩；在車占用該種軌道電路時，軌旁ATP設備利用該軌道向車上發送有關ATP報表。圖2.13 無絕緣音頻軌道電路2.2.5 電子計軸器分為室內和室外部分組成。(1)室外：地面傳感器，電纜盒、傳輸電纜(2)室內：信號處理電路及計數處理電路原理：每一軌道區段的兩端分別設置計數點，每

18、個計數點設置2個電磁傳感器。當軌道無車時控制室內的“入”計數器與“出”計數器同步工作，計數值一致得出區段“空閑”；當列車駛入該軌道區段，“入”計數器計入傳感器傳來的計數脈沖，破害入、出計數器的同步工作，得出區段“占用”，直到列車全部駛出另一計數器，恢復了同步給出區段“空閑”。2.3 廣州地鐵信號系統正線的信號設備采用西門子公司ATC自動列車控制系統，主要包括SICAS微機連鎖、LZB700列車自動防護，ATO列車自動駕駛等先進設備。車輛段采用國內領先的鐵科研TYJL-II型微機連鎖和6502機電電氣集中連鎖。西門子公司的ATC信號聯鎖設備主要由：SICAS微機連鎖子系統、ATP（列車自動防護子

19、系統）、ATOA(列車自動駕駛子系統)、具備集中和本地操作能力的ATS（列車自動監督子系統）等組成；室外設備中采用了西門子的S700K型電動轉轍機和技術成熟的國產ZD6-D型電動轉轍機、FTGS（遙控音頻無絕緣）軌道電路等先進的設備。2.4 車場線信號車輛段采用成熟的6502電氣集中聯鎖（1號線）和鐵科研TYJL-II型微機聯鎖（2號線），室外設備采用技術成熟的國產ZD6-D型電動轉轍機、50HZ相敏軌道電路。聯鎖設備，用于保證站內行車和調車工作的安全和提高車站的通過能力。閉塞設備，用于保證列車在區間內運行的安全和提高區間的通過能力。在車站上，鋪設有許多條線路，線路之間用道岔聯結著。2.4.1

20、 聯鎖設備列車或機車車輛在車站內運行的經路，叫做進路。進路由道岔的開通方向決定。如果道岔開通方向不對，就有可能使兩列列車由不同方向開到同一股道上去，或者開到事先已停留車輛的股道上去，從而會引起撞車事故。為了保障行車安全，進路要由信號機防護。道岔位置不對，或者進路上有車，防護著這條進路的信號機就不能開放；信號機不開放，就禁止列車開到進路里去，以保證列車運行的安全。控制上述的道岔、進路和信號并實現這三者之間的聯鎖的設備，叫做車站聯鎖設備，簡稱車站聯鎖。2.4.2 聯鎖設備的要求1、當開放某一進路時，必須先將進路上的所有道岔扳到正確位置后，防護這一進路的信號機才能開放。2、當防護某一進路的信號機開放

21、以后，這一進路上的全部道岔應被鎖閉，不能再扳動。3、當某一進路的信號機開放以后，與之敵對進路（兩條或兩條以上的進路，有一部分相互重疊或交叉，有可能發生列車或機車車輛沖突的進路）的信號機應全部被關閉，不能開放。4、主體信號機開放前，預先信號機不能開放；在正線出站信號機開放前，進站信號機不能顯示正線通過能力。值班員可以通過控制臺上的各種按鈕控制現場設備，并通過控制臺上的站場表示盤，來監視現場設備的工作狀態。圖2.14 連鎖設備2.5 電氣集中把許多道岔、進路和信號，用電氣化方法由一個地方集中控制和監督，并實現它們之間的聯鎖的設備，叫做電氣集中聯鎖設備，簡稱電氣集中。1、若用電磁繼電器的繼電電路實行

22、控制并實現聯鎖的設備，叫做繼電式電氣集中，有時簡稱繼電集中；2、若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聯鎖，只保留部分單元電路的設備叫做微機聯鎖電器集中，簡稱微機聯鎖。電氣集中是提高車站通過能力的物質基礎。6502電氣集中就是繼電式電氣集中的一種，是我國自己設計的較先進的鐵路信號設備之一，已在全路廣泛采用。鐵科研的TYJL-II型微機聯鎖是我國自己設計的目前較先進的鐵路信號設備，已在全路和各大專用線廣泛采用。2.6 故障安全電氣集中是實現鐵路現代化和自動化的基礎設備之一，因此要求它必須更加安全可靠。設備發生故障時，也必須使其后果導向安全側（例如信號機由綠燈導向黃燈，由黃燈導向紅燈

23、，進路由解鎖導向鎖閉，均為導向安全側），叫做故障-安全。2.6.1 故障安全原則是電氣集中設計時必須遵守的重要原則之一。“故障安全”即為以下兩點。1、在設備無故障時，能夠精確無誤地按預定要求工作。2、在發生故障時（故障是不可預期和不可避免的），不能產生會造成行車危險的結果，即所謂的“故障倒向安全”。結合以上兩點即可得出，當發生故障危險時，不能導致行車危險和無故障時，必無誤工作。即叫“故障一安全”。2.6.2 主要設備在信號樓或車輛值班員室集中控制信號機和道岔的聯鎖設備。·主要設備：繼電器電動轉轍機軌道電路控制臺2.6.3 6502電氣集中的組成6502電氣集中分為室內設備和室外設備。

24、信號樓（或行車室）內設有控制臺、區段人工解鎖按鈕盤、繼電器組合及組合架、電源屏和分線盤；室外設有色燈信號機、電動轉轍機、軌道電路和電纜線路。圖2.15 6502電氣集中的組成3 信號控制系統在城市軌道交通中的應用3.1 城市軌道交通中使用的信號系統一般稱之為ATC系統，大多應用于80km/h以下的軌道交通工程中，ATC系統主要由ATP、ATO、訓算機聯鎖以及ATS四個子系統構成，其中ATP/ATO制式主要有兩種：第一，基于多信息移頻軌道電路的固定閉塞，采用行階式速度控制模式，屬二十一世紀八十年代技術水平，其列車運行間隔一般能達到180秒。西屋公司、GRS公司分別用于北京地鐵、上海地鐵一號線的A

25、TP、ATO系統屬于此種類型。第二，基于數字軌道電路的準移動閉塞，采用距離速度曲線控制模式的ATP/ATO系統，屬于二十世紀九十年代技術水平，其列車運行間隔一般能達到90 -120秒。兩門子公司在廣州地鐵一號線使用的LZB700M、usS公司存上海地鐵一號線使用JAF-900以及我國香港地區機場快速線（最高速度達135km/h）使開的阿爾斯通公司SACEM (ATP/ATO)信號系統均屬于此種類型。上述兩種列車控制模式均為基于軌道電路的列車控制系統。基于軌道電路的速度-距離曲線控制模式的TP/ATO系統，采用“跳躍式”連續速度-距離曲線控制模式，“跳躍”方式按列車尾部依次出清各電氣絕緣節時跳躍

26、跟操作人員解除已建進路。根據移動閉塞基本原理，線路上的前行列車經ATP車載設備將本車的實際位置，通過通訊系統傳送給軌旁的移動閉塞處理器，并將此信處理成后續列車均運權限，傳送給后續列車的ATP車載設備。后續列車與前行列車總是保持一個“安全距離”，設安全距離是介于后車目標停車點和確認的前車尾部之間的一個固定距離。在選擇該距離時，已充分考慮了在一系列最壞情況下，列車仍能夠安全地分隔開來。圖4.1 移動閉塞基本原理圖4.2 城軌列車行車信號的應用3.2 城市軌道交通移動閉塞信號系統的通信實現方式1、基于“通信”的移動閉塞信號系統車地通信的主要方式：(1)感應環方式；(2)波導方式；(3)無無線或無線擴

27、頻方式；(4)漏纜方式。2、縮寫釋義ISMC-系統管理中心；IVCC -車輛控制中心；ISTC -車站控制器系統；IVOBC -車載控制器系統；ITOD -司機顯示盤。3.3 信號控制方式及列車運行模式信號控制方式三級控制：中央控制(ATS)、降級控制(RTU)、現場控制(LOW)、列車運行模式（共5種模式）。ATO模式：列車自動駕駛模式。AR模式：列車自動折返模式(DTRO)。SM模式：ATP監督下的人工駕駛模式。RM模式：限速人工駕駛模式。URM模式：非限速人工駕駛模式。停車庫內及東教站聯絡線（交接線）入口處調車信號機為紅色、白色燈光顯示，其他調車信號機為監色、白色燈光顯示。紅色、藍色燈光

28、表示禁止越過，白色燈光表示允許調車。3.3.1 ATP列車自動保護系統1.ATP的含義ATP: Automatic Train Protection列車自動保護系統。2.ATP系統的組成ATP設備分為車載設備和軌旁設備。ATP車載設備由ATP車載單元、ATP天線和速度脈沖發生器等組成。ATP軌旁設備土耍包括：FTGS軌道電路、ATP定位環線fIIAT PG軌旁單元(LEB#i)和必要的通信線路。3.ATP系統功能ATP系統負責全部的列車運行保護。ATP系統主要完成以下功能：1保持列車追蹤運行的安全間隔；2列車運行速度監控，防止列車超速運行；3實現安全連鎖聯鎖；4安全區段和停車點的保護；5限速監

29、控；6列車無人駕駛折返的監控；7緊急制動；8運行方向的監督；9停車狀態的監督3.3.2 ATO列車自動駕駛系統l.ATO的含義ATO, Automatic Train Operation列車自動駕駛系統。2.ATO系統的組成ATO設備分為車載設備和軌旁設備。ATO系統的車載設備由ATO車載單元、PTI車載設備、MMI人機接口等組成。ATO系統的軌旁設備主要札PTI多臨轉換軌旁幣兒和環線組成。3.ATO系統功能ATO系統根據ATP系統提供的運行信息和ATS系統提供的運行調整命令，對列車運行進行自動、實時控制。ATO系統具體有以下功能：列車運行工況的選擇。實現列車定點停車。車地通信。車門開閉控制。

30、實現無人駕駛折返。為列車自動廣播系統提供信息；在中央ATS設備故障時與RTU及ATP系統地而設備配合實現自動排列進路。3.3.3 ATS列車自動監控系統1 ATS的含義ATS: Automatic Train Supervision列車自動監控系統。2 ATS系統的組成ATS系統設備有控制中心設備、車站設備和車輛段設備組成。3.ATS系統功能ATS系統存ATP、ATO系統的支持下完成對列車運行的自動監控。ATS系統的主要功能如下：時刻表編輯。列車運行監督及管理。列車自動調整。完成進路自動設置。控制列車自動運行。遠程終端單元功能( RTU)。3.3.4 SICAS微機聯鎖系統1、SICAS的含義

31、SICAS, SIEMENS Computer Aided兩門子計算機輔助信號系統2、SICAS的夠成SICAS聯鎖系統由SICAS聯鎖計算機、STEKOP計算機、DSTT現場接口模塊和LOW工作站組成。3、SICAS功能保證列車運行安全SICAS連鎖計算機：實現連鎖功能。STEKOP接口計算機：接口處理。DSTT接口模塊：驅動道岔和信號機現場設備并采集信息。LOW工作站：Local Operator Workstation區域操作員工作站，控制和監督倒茶、信號機和進路。總 結本論文主要針對城軌列車行車信號分析進行論述。在系統構成和主要的技術方案確定以后,信號系統雖已基本定型,但要真正全面地設計出一個良好的系統,還有許多細節需要考慮。城市軌道交通信號系統