城市轨道交通信号与通信系统教案 项目3 列车自动控制系统应用

城市轨道交通专业核心课程数字资源城市轨道交通专业核心课程数字资源教材名称：《城市轨道交通信号与通信系统》书号：ISBN978-7-114-17716-3主编：张利彪资源名称：教案项目三城市轨道交通列车自动控制系统课程名称：铁路线路及站场课程名称：铁路线路及站场主编：夏栋资源名称：课程标准项目三城市轨道交通列车自动控制系统任务1列车自动控制（共2课时，每周4课时）院系名称：授课教师任教课程城市轨道交通通信信号授课班级任务列车自动控制授课时间课型理论R实验£习题□实训R复习□其他□授课地点多媒体教室·实训室教学目标知识目标：指出ATC的组成和功能列举ATC的分类明确各类控制能力目标：能判断列车的控制类型德育目标：培养学生遵守操作规范，爱岗敬业，工作严谨的作风。教学重点列车自动控制的类型教学难点列车自动控制的不同结构教学方法讲授与展示、讨论、问题解答教学手段多媒体教学并结合板书教学板书设计列车自动控制不同闭塞的列车自动控制固定闭塞准移动闭塞移动闭塞不同结构的列车自动控制点式连续式作业闭塞有哪几种，区别是什么？教学后记

教学过程教师活动学生活动教学意图时间分配一、组织教学二、复习计算机联锁的结构联锁的控制三、课程导入四、新课学习第七单元ATC系统概述三、ATC的分类ATC系统分为固定闭塞式ATC系统，准移动闭塞式ATC系统，移动闭塞式ATC系统。（1）固定闭塞式ATC系统（fixedblock）国内早期建设的地铁信号系统采用固定闭塞式ATC系统，如北京地铁1号线和上海地铁1号线。控制列车的信息，由轨道电路传输，列车以固定闭塞分区轨道电路长度为最小行车间隔，以闭塞分区为保护区段，轨道电路一般采用音频无绝缘轨道电路，传输信息量少，对应每个闭塞分区同时只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度命令码。对列车运行速度采用阶梯式速度曲线控制控制方式。（2）准移动闭塞式ATC系（quasi-movingblock）国内上世纪90年代建设的地铁和本世纪建设的部分地铁采用了准移动闭塞式ATC系统。如上海地铁2、3、4号线，广州地铁1、2号线，深圳地铁1、4号线，天津地铁1、9号线等。三、ATC的分类（2）准移动闭塞式ATC系（quasi-movingblock）准移动闭塞式ATC系统一般是采用音频无绝缘数字轨道电路，具有较大的信息传输量。列车车载设备根据数字轨道电路传来的信息，对列车追踪运行以及折返作业进行连续的速度监督，实现超速防护。音频数字轨道电路可向车载设备提供目标速度、目标距离、线路状态（坡道、弯道数据等）、轨道电路标号及长度等信息，可使ATP车载设备结合车辆性能数据计算出适合于本列车运行速度曲线，保证列车在速度曲线下运行。采用一段速度曲线的列控方式，地铁里称为目标距离（distancetogo）控制模式。此模式减少了司机频繁的制动、牵引，既可以达到较好的节能效果，又降低了司机的劳动强度，增强了列车运行的舒适度。（3）移动闭塞式ATC系统（movingblock）国内的武汉轻轨、广州地铁3、4、5号线采用了移动闭塞式ATC系统。移动闭塞式ATC系统是采用地面交叉感应环线、无线通信、波导等介质，向列控车载设备传递信息。移动闭塞不需将线路划分成为固定长度的闭塞分区，列车间的间隔是动态的，列车和列控中心进行实时的双向通信，不间断的对列车的速度进行监控。可方便实现完全防护列车的双向运行模式，与固定闭塞相比，相对较少的轨旁及车载子系统设备。不同结构的ATC系统ATC系统按照其信息传递的方式可以分为点式ATC和连续式ATC。1、点式ATC系统在地面设置应答器如图，当列车驶过地面应答器，车载应答器与地面应答器对准时，车载应答器通过电磁感应的方式将能量传递给地面应答器，地面应答器的内部电路开始工作，将所存数据仍通过电磁感应传送到车上。列车计算机系统根据所得到的数据计算制动曲线。点式ATC系统因其主要功能是实现列车超速防护，所以又称为点式ATP系统。点式ATC所使用的地面应答器有着高信息容量，结构简单等优点，但是难以胜任高密度情况，后续列车通过地面应答器前方有车，算出一条制动曲线，后续列车驶过，前车已驶离，续列车已经通过地面应答器，后车不能得到新的信息，只能减速到下一个地面应答器。同时，对于列车的速度控制是阶梯式的，不利于列车的平稳驾驶。2、连续式ATC连续式ATC系统有速度码系统和距离码系统两种。不论是速度码系统还是距离码系统，其轨道电路都被用作双重通道，当轨道电路区段上无车时，轨道电路发送的是轨道电路检测信号或检测码；当列车驶入轨道电路区段，立即转发速度信号或者有关数据电码。速度码系统通常用不同的频率来代表不同的允许速度。由控制中心通过信息传输媒体将列车最大允许速度直接传至车上，这类制式在信息传递与车上信息处理方面比较简单，速度分级也是阶梯式的。起立，致礼、考勤回答问题、展示预习任务、讨论。记分分析和对比不同类型的闭塞列车自动控制的特点对比不同类型的闭塞列车自动控制的特点掌握点式ATC的基本原理掌握连续式ATC的基本原理德育及行为教育、上课准备检查预习及作业学习效果给学生养成复习、预习的习惯掌握三种闭塞方式的特点对比不同闭塞方式在前后车控制的差异掌握点式和连续式atc的差异和控制2min5分钟5min15min10min15min25min任务2列车自动防护（共2课时，每周4课时）院系名称：授课教师任教课程城市轨道交通通信信号授课班级任务列车自动防护授课时间课型理论R实验□习题£实训R复习□其他□授课地点多媒体教室教学目标知识目标：明确ATP系统设备组成、功能基本的工作过程说出ATP系统的工作原理能力目标：能指出ATP设备对系统的安全防护德育目标：培养学生自律，严谨的学习态度，团结合作。教学重点ATP系统功能ATP系统的工作原理教学难点ATP系统设备组成ATP系统的工作原理教学方法讲授与展示、讨论、问题解答教学手段多媒体教学并结合板书教学板书设计列车自动防护列车自动防护系统的组成列车自动防护的基本原理列车自动防护的功能作业1、ATP在列车行车过程中起什么作用？2、ATP设备的有哪些，都有什么特点？教学后记

教学过程教师活动学生活动教学意图时间分配组织教学复习旧课：固定闭塞和移动闭塞点式和连续式ATC导入：【任务案例】与【任务分析】学习新课ATP系统是保证行车安全、防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备。ATP负责列车运行的保护，是列车安全运行的保障。ATP系统的主要功能有：速度监督和超速防护、安全性停车点防护、紧急制动、测速测距、车门控制等等。ATP系统的设备主要是轨旁设备和车载设备两部分。ATP轨旁设备主要有轨旁单元和发送/接收器组成。ATP轨旁单元主要是计算机，他负责对所获得信息的处理和信息的发送以及接收。因为ATP系统是安全系统，轨旁单元的计算机都至少有两个独立的、结构相同的、程序相同的计算机，数据进行同时处理和比对，采用二取二的结构，或者采用可靠性更高的三取二系统。发送和接收器主要是轨道电路，利用轨道电路将信息从地面发送到车辆。ATP系统轨道电路反映轨道的状态、传输列车的行车信息。ATP车载设备主要是对所接受信息的处理，他包括接收装置（天线）、信息处理器和测速单元等.ATP车载设备将地面传来的数据通过ATP接收装置接收，然后与预先储存的列车数据一起进行计算，得出列车的允许最大速度，然后将此速度和来自测速单元（速度传感器）的实时速度进行比较，超过速度，启动报警和制动。同时，ATP车载设备还通过与列车接口，将所得的速度信息传给DMI显示，如图4-16，DMI包括司机显示功能、司机外部接口两个子功能。司机显示功能向司机显示实际速度、最大允许速度、目标距离、目标速度，ATP设备的运行状态，以及列车运行时产生的重要故障信息，在某些情况伴有音响警报。借助TOD司机能按照ATP系统的指示运行，以保证安全，。ATP车载设备也采用二取二或者三取二的系统结构，以保证系统最大限度的可用性。2、ATP的功能及实现方式速度监督是ATP系统的基础功能，也是最重要的功能。如果实际速度超过允许速度的一个设定偏差，则列车会采取相应的措施，报警或者制动。如图ATP会根据不同情况采用不同的方法，以保证列车的安全和顺利平稳。如果列车速度为v1，ATP系统给出音响报警，如果司机在一定时间内将速度降到v0以下，则一切正常。如果列车速度为v2，ATP系统自动启动常用制动，列车制动减速到v0以下，制动缓解。如果列车速度为v3，ATP系统启动紧急制动，直到停车，确保列车安全停车。安全性停车点防护安全性停车点防护以保证列车停在停车点为目的，当前方列车占用轨道电路区段内有安全或危险停车点时有效。按照列车到停车点的距离，ATP车载设备根据列车制动性能以及接收到的前方线路的信息等，计算一条制动曲线，当然列车的速度限制是随着列车的行进连续变化。紧急制动紧急制动时保证接收到紧急制动信息的列车在最短的时间内停车。紧急制动在按下列车紧急制动按钮、车站紧急制动按钮或者列车超过最大允许速度时启动。紧急制动是以故障-安全的方式出发的，它引起列车停车，然后通知司机，可以取消紧急制动，列车继续行驶，但是因为紧急制动可能引起距离误差，所以正常运行初期受到RM的限制，当距离同步再次满足时，可正常使用自动模式运行。起立，致礼、考勤回答问题、展示预习任务、讨论。记分掌握ATP设备的组成掌握ATP系统的功能德育及行为教育、上课准备检查预习及作业学习效果给学生养成复习、预习的习惯讲授ATP设备的组成讲授ATP系统的功能2min5min5min15min10min30min任务3列车自动运行（共2课时，每周4课时）院系名称：授课教师任教课程城市轨道交通通信信号授课班级任务列车自动运行授课时间课型理论R实验□习题□实训R复习□其他□授课地点多媒体教室教学目标知识目标：说出ATO系统的基本概念指出ATO系统的组成和基本要求明确ATO系统的基本功能说出ATO系统的工作原理能力目标：能分辨ATO驾驶的类型和控制过程德育目标：培养学生严肃认真的学习态度、严谨的学习作风，团结合作，安全意识。教学重点ATO系统的基本功能ATO系统的工作原理教学难点ATO系统的基本功能ATO系统的工作原理教学方法讲授与展示、讨论、问题解答教学手段多媒体教学并结合板书教学板书设计列车自动运行ATO系统的基本概念ATO系统的组成和基本要求ATO系统的基本功能ATO系统的工作原理作业ATO控制列车的过程是什么？教学后记

教学过程教师活动学生活动教学意图时间分配组织教学复习旧课：1.6502电气集中的基本电路2.6502电气集中操作台的操作导入：【任务案例】与【任务分析】学习新课一、地对车的控制1、用地面信息实现对列车的控制2、根据控制中心指令自动使列车正点、安全、平稳运行非故障安全系统3、列车自动运行，模拟最佳的司机驾驶，高质量的自动驾驶，提高运行效率，舒适度ATP系统是列车运行必不可少的安全保障，ATO系统是提高列车运行水平（准点、平稳、节能）的技术措施。列车在自动驾驶模式时，车载ATO运用牵引和制动控制，实现列车的自动运行二、ATO设备1、轨旁设备兼用ATP轨旁设备，接收与列车自动运行有关的信息车载设备2、ATO控制器（包括司机控制台）3、ATO天线4、ATO发送天线5、双向通信系统通过ATO天线和地面ATO环线允许列车直接与车站内的ATS连接，实现最佳的运营控制，完成如下功能：程序停车、运行图、列车时刻表调整、轨旁/列车数据交换、目的地和进路控制6、定位停车系统为列车提供精确的位置信息。7、车载通信系统在所有模式种处于活动状态，向轨旁设备传输信息。8、车载报告系统在自动模式种处于活动状态，提供车站标识和车站停车状态信息。ATO功能不考虑故障安全，车载单元为1取1配置，显示单元采用商用计算机硬件。三、ATO系统的功能1、列车速度自动控制区间停车应尽量接近前方目的地，区间停车后，在允许信号条件下列车自动启动，车站发车时，列车启动由司机控制2、ATO定点停车精度根据站台长度、列车性能等因素选定，站点定点停车精度在±0.5～±0.3m3、ATO区间运行提供多种运行模式适应不同间隔运行和调整，司机手动驾驶和ATO系统驾驶可随时转换，手动驾驶时由ATP系统负责安全速度监督，自动驾驶由ATO系统给出控制命令，ATO系统仍然负责速度监督4、ATO控制过程满足舒适度和快捷性要求牵引、惰行和制动过程及各工况转化的加减速度的变化3、列车自动驾驶ATO按最大速度行驶（小于ATP最大安全速度），ATO通过地面ATP设备传送的编码得知前方列车信息，自动驾驶通过ATO车载设备控制列车牵引和制动设备实现，ATO从ATP获得所需数据6、车门控制ATO只在自动模式下执行车门开启。ATO发出停车信号给ATP，列车制动；ATP检测车速为零，发送列车停站信号给地面，车辆收到ATP发送的允许车门打开信息，车辆发送信息给地面，打开相应屏蔽门，关门信号，关闭屏蔽门车门，车站检查屏蔽门关闭锁好，允许ATP发送运行速度命令信息，车辆检查车门关闭锁好，列车启动起立，致礼、考勤回答问题、展示预习任务、讨论。记分讨论，回答问题:如何实现列车的自动驾驶掌握ATO和ATP使用设备的联系掌握ATO系统的功能德育及行为教育、上课准备检查预习及作业学习效果给学生养成复习、预习的习惯无人驾驶列车开始进入本课主要内容——ATO系统，让学生更好的理解什么是ATO联系ATP回顾相关轨旁设备的内容展示ATO车载设备的图片，讲授设备的组成及其功能讲授、对比分析对比ATO和ATP车门自动控制的功能的不同2min5min5min15min10min20min任务4列车自动监控（共2课时，每周4课时）院系名称：授课教师任教课程城市轨道交通通信信号授课班级任务列车自动监控授课时间课型理论R实验□习题□实训R复习□其他□授课地点多媒体教室·实训室教学目标知识目标：复述ATS的基本概念和系统组成明确ATS系统的功能和基本原理描述ATS系统的运行和控制方式能力目标：能进行ATS的操作德育目标：培养学生严肃认真的学习态度、严谨的学习作风，团结合作，安全意识。教学重点ATS系统的功能和基本原理ATS系统的运行和控制方式教学难点ATS系统的功能和基本原理ATS系统的运行和控制方式教学方法讲授与展示、讨论、问题解答教学手段多媒体教学并结合板书教学板书设计列车自动监控ATS系统的功能和基本原理ATS系统的运行和控制方式作业1、ATS设备的功能是什么？2、ATS的核心功能有哪些？3、ATS系统的运行和控制方式教学后记

教学过程教师活动学生活动教学意图时间分配组织教学复习旧课：1.6502电气集中的基本电路2.6502电气集中操作台的操作导入：【任务案例】与【任务分析】学习新课（一）ATS系统的概念对列车运行和控制道岔、信号的监督控制，给行车调度人员显示全线列车运行状态，监督和记录运行图的执行情况，列车偏离运行图时及时调整，是ATP和ATO系统支持的非安全系统。（二）ATS的功能1、列车移动监督列车移动监督包括：列车初始化、列车号移动、正确列车识别列车初始化，运营前对车辆进行身份确认和登记，将数据发往OCC，OCC将运行时刻表中下一列车次号赋予该车。列车号移动，ATS采集轨道显示、道岔、列车运行等数据，推算列车运行状态，列车识别号跟随列车移动而移动。正确列车识别，列车停靠，车载信息发往OCC，ATS确认接收数据与跟踪列车号数据一致。在控制中心大屏表示盘的站场分布图集中显示正线全线列车运行的位置、信号显示、道岔状态和进路状态等信息。2、时刻表处理时刻表系统向ATS功能提供时刻表数据，向外部系统提供时刻表数据，为停站时间表正线装载设置界面，为时刻表的离线修改设置界面，为使用中的时刻表增加和删除列车行