1、單元四 列車自動控制系統(tǒng)4.1列車自動控制系統(tǒng)概述列車自動控制系統(tǒng)（ATC， Automatic Train Control）列車自動防護(hù)（ATP，Automatic Train Protection）列車自動運(yùn)行（ATO ，Automatic Train Operation）列車自動監(jiān)控（ATS，Automatic Train Supervision）一、不同閉塞制式的ATC系統(tǒng)固定閉塞式將線路劃分為固定的閉塞分區(qū)，前、后列車的位置還是前、后列車的間距一、不同閉塞制式的ATC系統(tǒng)準(zhǔn)移動閉塞式ATC前行列車的定位仍沿用固定閉塞的方式，而后續(xù)列車的定位則采用連續(xù)的或稱為移動的方式列車通過時提供絕

2、對位置信息提高后續(xù)列車的定位精度在相鄰定位標(biāo)志之間，列車的相對位置由安裝在列車上的輪軸轉(zhuǎn)數(shù)累計連續(xù)測得可以告知后續(xù)列車?yán)^續(xù)前行的距離，后續(xù)列車也可以通過這一距離合理地采取減速或制動，提高線路使用效率一、不同閉塞制式的ATC系統(tǒng)準(zhǔn)移動閉塞式ATC前行列車的定位仍沿用固定閉塞的方式，而后續(xù)列車的定位則采用連續(xù)的或稱為移動的方式列車通過時提供絕對位置信息提高后續(xù)列車的定位精度在相鄰定位標(biāo)志之間，列車的相對位置由安裝在列車上的輪軸轉(zhuǎn)數(shù)累計連續(xù)測得可以告知后續(xù)列車?yán)^續(xù)前行的距離，后續(xù)列車也可以通過這一距離合理地采取減速或制動，提高線路使用效率一、不同閉塞制式的ATC系統(tǒng)移動閉塞式ATC區(qū)間不分割、根據(jù)連

3、續(xù)檢測先行列車位置和速度進(jìn)行列車運(yùn)行間隔控制的列車安全系統(tǒng)不是沒有間隔點(diǎn)，實(shí)際上該系統(tǒng)把先行列車的后部看作是假想的閉塞區(qū)間后續(xù)列車的速度曲線隨著目標(biāo)點(diǎn)的移動而實(shí)時計算，后續(xù)列車到先行列車的保護(hù)段后部之間的距離等于列車制動距離加上列車制動反應(yīng)時間內(nèi)駛過的距離。一、不同閉塞制式的ATC系統(tǒng)移動閉塞式ATC虛擬閉塞分區(qū)=列車的長度+最大制動距離+防護(hù)距離。二、不同結(jié)構(gòu)的ATC系統(tǒng)點(diǎn)式ATC系統(tǒng)在地面設(shè)置應(yīng)答器，當(dāng)列車駛過地面應(yīng)答器車載應(yīng)答器與地面應(yīng)答器對準(zhǔn)時，車載應(yīng)答器通過電磁感應(yīng)的方式將能量傳遞給地面應(yīng)答器地面應(yīng)答器的內(nèi)部電路開始工作，將所存數(shù)據(jù)仍通過電磁感應(yīng)傳送到車上列車計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)所得到的數(shù)

4、據(jù)計算制動曲線點(diǎn)式ATC系統(tǒng)點(diǎn)式ATC系統(tǒng)速度控制點(diǎn)式ATC系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)地面應(yīng)答器無源高信息容量結(jié)構(gòu)簡單安裝靈活價格低缺點(diǎn)難以勝任高密度情況后續(xù)列車通過地面應(yīng)答器前方有車算出一條制動曲線后續(xù)列車駛過，前車已駛離續(xù)列車已經(jīng)通過地面應(yīng)答器后車不能得到新的信息只能減速到下一個地面應(yīng)答器二、不同結(jié)構(gòu)的ATC系統(tǒng)連續(xù)式ATC系統(tǒng)（速度碼）用不同頻率代表不同的允許速度控制中心通過信息傳輸媒體把將列車的最大允許速度直接傳到車上信息的傳遞和車上信息的處理簡單速度分級是階梯式的連續(xù)式ATC系統(tǒng)（速度碼）連續(xù)式ATC系統(tǒng)速度控制(速度碼)二、不同結(jié)構(gòu)的ATC系統(tǒng)連續(xù)式ATC系統(tǒng)（距離碼）數(shù)字音頻軌道電路距離碼系統(tǒng)從地

5、面?zhèn)髦淋嚿锨胺侥繕?biāo)距離的一系列數(shù)據(jù)車載設(shè)備計算傳來的信息，實(shí)時計算允許速度曲線，并按此曲線控制速度監(jiān)控實(shí)時、無級，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)駕駛連續(xù)式ATC系統(tǒng)（距離碼）連續(xù)式ATC系統(tǒng)速度控制（距離碼）三、列車駕駛模式三、列車駕駛模式列車自動駕駛模式（ATO）正線上列車運(yùn)行的正常模式列車能夠正常接收ATP/ATO信息自動控制列車啟動、加速、制動，定位停車和車門、屏蔽門的開啟列車司機(jī)主要任務(wù)是觀察只需要觀察線路情況，發(fā)現(xiàn)異常及時處理列車司機(jī)將模式開關(guān)選擇至ATO位，司控器至于“0”位，按壓ATO啟動按鈕大于2秒，啟動三、列車駕駛模式ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式（CM）司機(jī)在ATP的監(jiān)督下使用司機(jī)控制器平穩(wěn)操縱列車

6、運(yùn)行列車啟動、加速、常用制動、開門等都由司機(jī)操作ATP設(shè)備實(shí)時監(jiān)督列車速度，當(dāng)列車接近ATP限制速度時給出警告或超速時ATP自動啟動緊急制動，直到停車三、列車駕駛模式限制人工駕駛模式（RM）受約束的人工操作，必須“謹(jǐn)慎運(yùn)行”在這種模式下，列車由司機(jī)根據(jù)軌旁信號駕駛，ATP僅監(jiān)督允許的最大限速值該運(yùn)行模式在列車在車輛段范圍內(nèi)運(yùn)行、正線運(yùn)行中聯(lián)鎖設(shè)備等發(fā)生故障時列車在正線退行時使用三、列車駕駛模式非限制人工駕駛模式（URM）不受限制的人工駕駛（無ATP監(jiān)督）模式用于車載ATP設(shè)備故障以及車載設(shè)備測試情況下完全關(guān)斷時的列車駕駛列車由司機(jī)根據(jù)軌旁信號和調(diào)度員的口頭指令駕駛的，沒有速度監(jiān)督在此模式下，列

7、車由司機(jī)人工駕駛，ATP的緊急制動輸出被車輛控制系統(tǒng)切斷沒有ATP保護(hù)措施；使用這種模式必須進(jìn)行登記，此時列車運(yùn)行安全完全由司機(jī)負(fù)責(zé)三、列車駕駛模式列車自動折返模式（AR）列車到達(dá)折返站時，選用此模式實(shí)現(xiàn)列車的自動折返在規(guī)定停站時間結(jié)束后，司機(jī)選擇模式開關(guān)到AR位，按壓“自動折返”按鈕啟動，列車自動進(jìn)入折返線并停車折返進(jìn)路具備后，列車自動進(jìn)入折返線發(fā)車到站臺并打開車門和屏蔽門4.2列車自動防護(hù)（ATP）列車自動防護(hù)（ATP）ATP系統(tǒng)是保證行車安全、防止列車進(jìn)入前方列車占用區(qū)段和防止超速運(yùn)行的設(shè)備。ATP是ATC的基本環(huán)節(jié)，是安全系統(tǒng)，必須符合故障一安全的原則。一、ATP的基本原理列車超速防護(hù)

8、V0:允許的最大速度V1，音響警報，司機(jī)減速到V0以下，一切正常V2，常用制動，降速到V0以下V3，緊急制動，直到停車一、ATP的基本原理目標(biāo)速度和目標(biāo)距離ATP軌旁設(shè)備向在其控制范圍內(nèi)的列車分配一個“目標(biāo)距離”通知列車前方有多少個未占用的區(qū)段車載ATP車載設(shè)備調(diào)用存儲器里的信息，決定在列車任何時刻列車的運(yùn)行速度和可以運(yùn)行的最遠(yuǎn)距離確保在抵達(dá)障礙物或限制區(qū)之前安全停車一、ATP的基本原理目標(biāo)速度和目標(biāo)距離ATP軌旁設(shè)備向在其控制范圍內(nèi)的列車分配一個“目標(biāo)距離”通知列車前方有多少個未占用的區(qū)段車載ATP車載設(shè)備調(diào)用存儲器里的信息，決定在列車任何時刻列車的運(yùn)行速度和可以運(yùn)行的最遠(yuǎn)距離確保在抵達(dá)障礙

9、物或限制區(qū)之前安全停車一、ATP的基本原理制動模式一級制動時按目標(biāo)距離制動的。根據(jù)前行列車的距離、目標(biāo)距離、列車參數(shù)和線路參數(shù)等，有計算機(jī)計算出列車的制動曲線分級制動是以閉塞分區(qū)為單元，根據(jù)與前行列車的運(yùn)行距離來調(diào)整列車速度，各閉塞分區(qū)采用不同的低頻頻率調(diào)制，指示不同的速度等級，在此基礎(chǔ)上確定限速值。分級制動模式又分為階梯型和曲線型一、ATP的基本原理階梯分級制動一、ATP的基本原理曲線分級制動一、ATP的基本原理一級制動一、ATP的基本原理測速與測距測速是通過路程脈沖發(fā)生器、光電式傳感器等完成的測距是通過測速和輪徑完成的，同過測速設(shè)備獲得車輪旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，考慮運(yùn)行方向和車輪直徑來計算走行距離一

10、、ATP的基本原理速度限制固定限速是在設(shè)計階段設(shè)置的。車載ATP和ATO設(shè)備都儲存著整條線路上的固定限速區(qū)信息決定了“目標(biāo)距離”運(yùn)作模式下的可能給出的最優(yōu)行車間隔。限制速度在某些條件下（施工現(xiàn)場、臨時危險點(diǎn)）可以被降低一、ATP的基本原理常用制動和緊急制動常用制動是直接控制列車主管壓力使機(jī)車制動與緩解，不影響原有列車制動系統(tǒng)的功能。它縮短了制動空走時間，大大減小了制動時的縱向沖擊加速度，使列車運(yùn)行更安全、舒適。緊急制動是將壓縮空氣全部排入大氣，使副風(fēng)缸內(nèi)壓縮空氣很快推動活塞，施行制動，使列車很快停下來。緊急制動時，列車沖擊大，中途不能緩解，直到停車一、ATP的基本原理車門控制車輛沒有停穩(wěn)靠在站

11、臺或是車輛段轉(zhuǎn)換軌上時，ATP不允許車門開啟當(dāng)列車在車站的預(yù)定停車區(qū)域內(nèi)停穩(wěn)且停車點(diǎn)的誤差在允許范圍以內(nèi)時，地面定位天線會收到車載定位天線發(fā)送的停穩(wěn)信號，列車從ATP軌旁設(shè)備收到車門開啟命令，ATP才會允許車門操作ATP不斷監(jiān)視安全車門關(guān)閉列車管，以確保車門沒有被異常打開二、ATP的設(shè)備二、ATP的設(shè)備ATP車載設(shè)備將地面?zhèn)鱽淼臄?shù)據(jù)通過ATP接收裝置接收與預(yù)先儲存的列車數(shù)據(jù)一起進(jìn)行計算，得出列車的允許最大速度將此速度和來自測速單元（速度傳感器）的實(shí)時速度進(jìn)行比較，超過速度，啟動報警和制動，ATP車載設(shè)備還通過與列車接口，將所得的速度信息傳給DMI顯示向司機(jī)顯示實(shí)際速度等信息，以及列車運(yùn)行時產(chǎn)生

12、的重要故障信息借助TOD司機(jī)能按照ATP系統(tǒng)的指示運(yùn)行，以保證安全二、ATP的設(shè)備三、ATP的功能安全性停車點(diǎn)防護(hù)列車安全間隔功能ATP監(jiān)督功能速度監(jiān)督功能方向監(jiān)督功能后退監(jiān)督報文監(jiān)督功能車門釋放功能司機(jī)人機(jī)接口功能4.3列車自動駕駛（ATO）一、ATO系統(tǒng)的組成一、ATO系統(tǒng)的組成地面設(shè)備二、ATO系統(tǒng)的工作原理列車自動駕駛ATO按最大速度行駛（小于ATP最大安全速度）ATO通過地面ATP設(shè)備傳送的編碼得知前方列車信息自動駕駛通過ATO車載設(shè)備控制列車牽引和制動設(shè)備實(shí)現(xiàn)ATO從ATP獲得所需數(shù)據(jù)二、ATO系統(tǒng)的工作原理二、ATO系統(tǒng)的工作原理車站定位停車通過車站區(qū)域軌道電路標(biāo)識、分界過渡和A

13、TO環(huán)線變換進(jìn)行停車特征啟動后，ATO計算制動特征列車停車后，ATO保持制動，避免列車運(yùn)動二、ATO系統(tǒng)的工作原理車站程序停車控制中心ATS監(jiān)督列車時刻表，保證正點(diǎn)到下站所需停站時間由集中站ATS給ATO車載設(shè)備控制中心通過集中站ATS縮短和延長停站時間二、ATO系統(tǒng)的工作原理車門控制ATO只在自動模式下執(zhí)行車門開啟ATO發(fā)出停車信號給ATP，列車制動ATP檢測車速為零，發(fā)送列車停站信號給地面車輛收到ATP發(fā)送的允許車門打開信息列車車門和屏蔽門對準(zhǔn)車輛發(fā)送信息給地面，打開相應(yīng)車門車輛定位器發(fā)打開屏蔽門信號站臺定位器接收信號，打開相應(yīng)屏蔽門三、ATO系統(tǒng)的功能自動駕駛無人自動折返自動控制車門開閉

14、巡航惰行功能四、ATO和ATP的比較四、ATO和ATP的比較手動駕駛=司機(jī)人工駕駛+ATP系統(tǒng)自動駕駛=ATO系統(tǒng)自動駕駛+ATP系統(tǒng)四、ATO和ATP的比較列車緊急制動曲線，啟動緊急制動，直到停車。ATP系統(tǒng)計算的制動曲線，給出警告，不啟動緊急制動正常的制動曲線，列車平穩(wěn)減速4.4列車自動監(jiān)控（ATS）列車自動監(jiān)控（ATS）ATS系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)對列車運(yùn)行及所控制的道岔、信號等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)督和控制列車因故偏離運(yùn)行圖時及時做出調(diào)整，輔助行車調(diào)度人員完成對全線列車運(yùn)行的管理。ATS是整個城市軌道交通運(yùn)營的核心運(yùn)行時刻表完成對全線列車運(yùn)行的自動監(jiān)控，可自動或由人工監(jiān)督和控制正線列車進(jìn)路ATS功能

15、由位于控制中心內(nèi)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。ATS系統(tǒng)與ATP系統(tǒng)、計算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備或繼電聯(lián)鎖設(shè)備配套使用一、ATS系統(tǒng)的組成一、ATS系統(tǒng)的組成中心級設(shè)備一、ATS系統(tǒng)的組成車站設(shè)備車站有集中聯(lián)鎖站和非集中聯(lián)鎖站的分別集中聯(lián)鎖站設(shè)有一臺ATS分機(jī)，連接ATS與ATP地面設(shè)備和ATO地面設(shè)備，采集車站設(shè)備信息、傳送控制命令，與ATS系統(tǒng)聯(lián)系非集中聯(lián)鎖站不設(shè)ATS分機(jī)，PTI、PIIS和DTI均通過集中聯(lián)鎖站的ATS分機(jī)和ATS系統(tǒng)聯(lián)系，道岔和信號機(jī)由集中聯(lián)鎖站計算機(jī)控制一、ATS系統(tǒng)的組成車輛段設(shè)備設(shè)置ATS分機(jī)采集段內(nèi)存車庫線的列車占用及信號狀態(tài)在控制中心顯示采集信息控制中心人員和車輛段人員了解段內(nèi)停車堀線的

16、車次及車組運(yùn)用二、ATS系統(tǒng)的功能和工作原理自動列車跟蹤二、ATS系統(tǒng)的功能和工作原理自動排列進(jìn)路通過列車進(jìn)路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)路的自動排列這可以節(jié)約調(diào)度員大量的操作工作量調(diào)度員可在任何時候都繞過列車進(jìn)路系統(tǒng)，用手動方式辦理進(jìn)路二、ATS系統(tǒng)的功能和工作原理時刻表系統(tǒng)時刻表系統(tǒng)向ATS功能提供時刻表數(shù)據(jù)，向外部系統(tǒng)提供時刻表數(shù)據(jù)停站時間表正線裝載設(shè)置界面，為時刻表的離線修改設(shè)置界面使用中的時刻表增加和刪除列車行程設(shè)置界面提供時刻表編制數(shù)據(jù)庫，調(diào)度員人工設(shè)置數(shù)據(jù)產(chǎn)生計劃時刻表二、ATS系統(tǒng)的功能和工作原理列車運(yùn)行調(diào)整改變車站停車時間改變站間運(yùn)行時間越站行駛改變進(jìn)路設(shè)置修改計劃時間表三、ATS系統(tǒng)的控

17、制中央級控制正常情況下的控制方式據(jù)聯(lián)鎖表、計劃運(yùn)行圖自動設(shè)置列車進(jìn)路據(jù)計劃運(yùn)行圖自動控制列車運(yùn)行時分和停站時分中央級控制3.2 ATS系統(tǒng)的控制控制中心ATS人工控制方式信號機(jī)人工控制狀態(tài)，列車為非自動調(diào)整調(diào)度工作站給聯(lián)鎖設(shè)備進(jìn)路控制命令列車實(shí)際運(yùn)行和計劃運(yùn)行圖嚴(yán)重偏差，“扣車”“跳?！比斯ぴO(shè)定列車識別號控制中心ATS人工控制方式三、ATS系統(tǒng)的控制車站級現(xiàn)地控制ATS系統(tǒng)正常情況的車站級控制所有原自動控制仍由中央ATS自動控制原人工控制由車站值班員人工控制原自動調(diào)整和非自動調(diào)整列車維持原方式ATS系統(tǒng)正常情況的車站級控制三、ATS系統(tǒng)的控制ATS分機(jī)故障的控制現(xiàn)地工作站人工排列進(jìn)路聯(lián)鎖設(shè)備人

18、工控制下，信號機(jī)設(shè)為聯(lián)鎖自動進(jìn)路列車不能實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整ATS分機(jī)故障的車站聯(lián)鎖設(shè)備控制4.5基于通信的列車控制一、CBTC概述基于軌道電路的列車控制方式以鋼軌作為信息傳輸?shù)耐ǖ纻鬏旑l率受到很大限制，導(dǎo)致車-地的通信容量很低信息的傳輸受到牽引回流和迷流網(wǎng)的影響傳輸性能不夠穩(wěn)定各種閉塞的信息傳輸頻率、通信協(xié)議等均不一致，導(dǎo)致了不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)通聯(lián)運(yùn)不能實(shí)現(xiàn)移動閉塞，列車間隔的進(jìn)一步縮短和列車速度的提高受到很大的限制一、CBTC概述基于通信的列車控制利用先進(jìn)的通信、計算機(jī)技術(shù)。突破了固定閉塞的局限實(shí)現(xiàn)了移動閉塞，在技術(shù)和成本上較傳統(tǒng)的信號系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢無需在軌道上進(jìn)行固定長度、固定位置的閉塞分區(qū)，而是把每一列車加上前后的一定安全距離作為一個移動的分區(qū)，列車制動的起點(diǎn)和終點(diǎn)都是動態(tài)列車的安全間距