地铁信号系统培训.ppt

信号项目课程,信号专业,一、信号系统组成 二、信号系统配置 三、信号系统性能 四、各子系统功能 五、接口 六、设备商情况 七、招标模式 八、国产化,一 、信号系统组成,信号系统是地铁系统的核心，它能够在保障列车运行安全的前提下，满足运营性能的要求。 为地铁提供的信号系统必须是一个安全、可靠、先进的、适应地铁环境的移动闭塞列车自动控制系统（atc），它由四个主要子系统组成： 计算机联锁系统（故障导向安全） 列车自动防护（atp，故障导向安全） 列车自动驾驶（ato） 列车自动监督（ats） ats（vicos oc）、atp/ato、联锁（sicas）系统应按照世界公认的iso质量标准和cenelec质量及安全标准开发。与安全相关的软件和硬件应已经通过安全认证并得到独立机构的批准，如德国铁路主管当局（eba），安全标准管理局（tv）和/或经授权的私立机构。,二 、信号系统配置,1、系统构成 城市轨道交通信号系统由以下主要子系统组成： 故障安全、高可用性的微机联锁系统。 具备集中和本地操作能力的ats系统 atp/ato系统连续通信式移动闭塞列车控制系统。 联锁、atpatoats这四个子系统被分到四个层级，以便分级实现信号系统的功能。 在中央一级，ats中央集中的线路运行控制。在车站一级系统为车站控制和后备模式的功能提供车站操作员工作站和列车进路计算机。 轨旁层沿着线路分布，它由微机联锁、atp系统、信号部件、计轴和应答器部件等组成。它们共同执行所有的联锁和轨旁atp功能。 通信层在轨旁和车载设备之间提供连续式和/或点式的通信。 车载层包括车载atp和ato功能。 在车站ats lan 与中央ats之间通信中断的情况下，列车将在本地工作站hmi和列车排路计算机的操作下继续运行。atp/ato功能将根据缺省的停站时间和缺省的自动列车调整值在连续式通信模式和点式通信模式下工作，联锁功能继续。,2、系统结构,三 、信号系统性能,- ats响应时间： 表示：设备状态变化至ats中央显示不大于1秒。 控制：命令发出至被控系统开始执行不大于1秒。 - 信号系统中凡具有保证行车安全功能的计算机系统，如联锁计算机系统、车载及轨旁 atp 计算机系统等所有涉及安全（vital）的计算机系统，故障导致危险侧的概率低于10-9/小时。 - 可靠性指标mtbf： 任何计算机系统中的单机系统或通信通道：2105小时。 计算机系统的外围设备：5104小时。 计轴设备正确的计轴平均1109轴，无故障工作时间1105小时。,- 车地通信信息更新率：每秒至少更新1次。 - atp站台停车窗0.5m。 - ato站台停车精度在 0.5m范围内时，正确率为99.9998%。 ato站台停车精度在0.3m范围内时，正确率为99.995%。 可用性指标： atc系统为：99.999% atc各计算机系统为：99.9998% - 列车因信号系统的原因产生的非期望（不正常）紧急制动发生率小于0.0001次/列车单方向交路运行。 - 热备转换时间应不影响设备工作的连续性，做到无扰转换。 - 列车到达折返站能可靠实现自动折返（即不出现无自动折返信号）的正确率不低于99.99%。 - 在四号线和五号线的任何折返线、停车线和出入段线上系统设置的列车保护区段长度不大于50米。,- 传输频带、传输速度、调制解调方式及误码率等指标均符合itu-t标准。 - 信号系统能满足线路初期、近期、远期编组运行的运营能力要求，最小行车间隔109秒。信号系统正线追踪间隔按列车90秒设计。正线折返时间应满足远期行车间隔的要求，出入段线的能力与正线行车间隔相适应，并留有一定的余量。 - 确保达到全线行车组织规定的旅行速度及停站时间。 - 列车在曲线上按正常情况下运行时其未被平衡离心加速度值应不超过0.4m/s2，jerk值不超过0.3m/s3。 - 列车的折返时间、平均旅行速度和行车间隔指标与线路特性、列车特性和停站时间因素密切相关。,四、各子系统功能,1、atp子系统 系统功能 列车自动防护系统和联锁系统一起负责列车的运行安全。 车载atp计算机单元连续检测列车的位置，监督速度限制、防护点和控制列车车门。屏蔽门（安全门）的控制基于列车在站台区域的正确的定位。 sicas联锁是底层的基本防护系统。轨旁atp计算机单元连续监视和遵守sicas联锁的条件，比如道岔的监督、侧面防护、防淹门、紧急停车按钮和其他进路情况。以上信息是轨旁atp设备移动授权计算的基础。 在点式列车控制级里，移动授权来自联锁系统，即通过leu和可变数据应答器发送给列车的信号机的显示。,在连续式列车控制级里，轨旁atp的主要目的是执行移动闭塞原理来优化列车的运行。在安全的前提下，超越固定闭塞分区的限制。 移动闭塞列车间隔基于提供给轨旁atp的列车位置报告。在检测和识别应答器、测量列车的位移的同时，列车连续的定位。轨旁atp的移动闭塞安全列车追踪功能的输入来自信号装备列车的位置报告及轨道空闲检测。在连续式列车控制级别，移动授权来自该列车的追踪功能，并且通过双向通信通道从轨道发送至列车。 安全和非安全功能以及执行模块,atp系统与联锁一起是负责系统的安全部分。 atp提供以下功能: 列车定位 速度测量 移动闭塞运行 列车追踪 列车间隔 临时速度限制 运行方向和后退的监督 停稳监督 车门监督及释放 无人自动折返 站台屏蔽门/安全门 列车完整性 速度监督 防淹门 处理防护点和运行停车点 紧急停车按钮 其它,防护点和超速监督 防护点和超速监督的任务是安全检测司机或ato伺服系统的当前允许速度符合列车前方的安全限制，否则触发列车的紧急制动。 在任何情况和时间下，列车服从以下两种安全限制： 零速度限制的防护点(pop)； 最具限制的速度曲线(mrsp)。 如下图：最具限制的速度曲线和防护点监督,防护点 防护点取决于采用的运行模式。在移动闭塞模式下，防护点位于前行列车的后面，包括位置不确定性因素和后退边界。一般来说，判断以下情况： 前行列车的安全尾端加上后退边界的定位，并且运行在连续式通信层； 计轴器区段边界； 与信号机相关的防护点； 联锁安全距离的末端； 其他的安全防护点，比如站台紧急停车防护边界、防淹门或车挡等。,列车追踪 列车追踪是一个轨旁的安全功能。列车追踪负责安全计算线路可变闭塞分区的atp空闲状态。列车的位置报告是主要输入信息，与轨旁atp和轨旁空闲检测状态建立了通信通道。 以下原则是列车追踪功能设计的基础： 该功能提供线路可变闭塞分区的安全空闲信息，作为移动授权计算的基础。 建立了车对地通信的列车，用列车的位置进行追踪。 没有建立车对地通信的列车，用轨旁空闲检测进行追踪。 故障列车用轨旁空闲检测进行追踪。 该功能检查轨旁空闲检测和列车位置报告的一致性，一旦出现差异，提供报警。 在列车追踪功能里考虑元件的联锁状态，比如道岔的位置、信号机的显示。 对装备车和非装备车的识别是安全（vital）功能。此功能是移动闭塞 + 固定闭塞的混合运营的基础。,驾驶模式 atp的这些安全功能与列车的驾驶和运行模式有关。 am模式 ato列车自动驾驶 sm模式 atp监督下的人工驾驶 rm模式 atp限制速度下的人工驾驶 cut-out模式 无atp监督非限速人工驾驶 ar模式 自动折返驾驶 dtro模式 无人自动折返驾驶,、ato子系统,列车自动驾驶ato负责控制列车的运行，例如列车的自动离站，列车的速度调节，列车的目标制动以及车门、屏蔽门和安全门的开/关的启动控制。ato设备没有安全相关的功能，因为ato总是运行于atp的安全监督之下。 ato主要部件 ato的主要部件在列车上，以实现列车的自动驾驶模式。ato的功能是非安全型的，轨旁ato的功能通过ats，轨旁atp和联锁实现。 子系统功能 通过双向通信通道在ctc实现ato的数据传输。 将满足与车辆接口的要求。 提供ato的冗余。 驾驶模式。 at0控制列车的原理适应移动闭塞的要求。,ato具有以下功能: 自动驾驶模式 在ato系统控车后（am模式），ato系统完全自动控制列车运行直到终点站（在连续通信级）。在点式通信级，ato系统完全自动控制列车从一个车站运行至下一个车站（am模式）。 列车速度控制 在atp最大允许速度的监督和保护下，该功能监督和控制列车的速度。 列车目标制动 列车目标制动功能使列车精确地停在计划规定的位置。 车门和站台屏蔽门/安全门的打开和关闭 列车抵达车站并停稳后，ato功能将会打开列车车门，经通信通道由报文触发打开站台屏蔽门（或安全门）。车门关闭将由司机或在停站时间到时触发。在点式通信级，车门和站台屏蔽门/安全门的开关由司机和站台工作人员控制。 根据时刻表生成节能速度曲线 如果列车从一个车站到下一车站有充分的旅行时间，可以通过选择该项功能来得到一个节能优化的速度曲线，比如巡航/惰行。,3、ats子系统,列车监视和追踪 列车监视和追踪（tmt）是ats中央与车站系统的功能。tmt的任务是确定每列车在系统中的位置，这是由跟踪列车运行实现的。列车一旦进入系统，就可以通过人工分配车次号或通过车地报文自动分配车次号；随后，ats根据列车的移动不断地修改列车的位置数据，直到列车离开系统或进入一个不受ats监督的区域。,进路操作 自动进路排列 自动进路排列（ars）是ats系统的功能，可以让操作员从标准的日常操作中解脱出来。其功能是根据列车当前位置，向联锁发出进路排列命令。,atr的调整 atr开启时的列车调整 atr开启时，系统对列车运行有两种调整手段。 基于相对于时刻表的偏移量，由atr调整运行时间，并发给ato，ato据此计算所需速度。 如果一列车不是按计划到达车站，atr会相应地调整其停站时间。 列车到站后，atr将计算后的停站时间发送到fep。 atr关闭时的列车调整 当atr关闭时，如果操作员没有实施人工调整，也没有从hmi或ibp上进行车站相关操作，停站时间和运行时间都会从时刻表中读取。这些值是不会随着时刻表偏移而调整的。 如果人工修改了停站时间和运行时间，那么列车调整将基于现有的值。如果单列车或全部列车的atr禁用，操作员可以为那些列车输入停站时间和预计运行时间，也可以取消在某车站停车点。无论atr开启与否，根据目前情形计算出的下一个站的预计到达时间都发送给piis。,时刻表系统 时刻表系统分为一个执行时刻表的在线运行系统和一个创建时刻表的生成系统。 在线运行系统是ats中央的一部分。操作员通过从时刻表数据库中装载日常时刻表来启动日常运行。时刻表数据库冗余存放在两个com服务器上。时刻表通过时刻表装载对话框进行装载。已经由时刻表生成系统生成的时刻表均存储在该数据库。完成时刻表装载后，新的时刻表数据会分发到ats中央的控制任务（如atr，ars等）。 时刻表工具用做时刻表的生成系统。时刻表创建和验证的工具，在装载进入ats系统用以运行前，可以进行创建、修改和验证等操作。 时刻表工具不仅可以用于离线时刻表的创建，还可以用于在线时刻表的修改,离线时刻表编辑器 在离线系统中，时刻表创建功能很快构造完整的日常时刻表，该功能工作在图形方式下，并考虑了运行相关的因素，如区间运行时间、停站时间、运行间隔、线路数据、折返要求的时间等。由于高度自动化的创建功能，车辆计划可以优化。用基于事件的模拟器，时刻表编辑系统辅助操作员按照创建的时刻表来逼真地预演系统的运行。这样，在充分考虑所有重要的技术和运行条件（如列车动力参数，道岔、信号机性能等）后，系统可以评估常规时刻表或备用时刻表的性能。系统还可以模拟短时的车门故障或道岔故障以及限速区段等，因此可以验证运行时刻表对实际情况的适应性。系统中的分析功能可以对产生的时刻表进行详细的观察。完成上述工作后，时刻表编辑系统中产生的时刻表可以输入出到ats中央的数据格式。时刻表编辑系统数据库可以存储多于256种时刻表。这些时刻表还可以归档到后备存储媒介上。,列车运行图显示功能(tgi) 在线路时间坐标上显示运行图。 横坐标是线路轴，纵坐标是时间轴。线路上的车站次序描绘在线路轴上。操作员可确定线路区段。车站位置标在运行图的垂直线上。 操作员可选择表示在时间坐标上的时间间隔。被显示的时间间隔最大包括一天的运行。时间坐标被横行线对称分割。运行图上可移动的横行线显示当前时间。该线随时间进展的移动，时间间隔也相应移动。 有以下两类运行图： 计划运行图 - 在计划运行图中预定的到站和离站时间被显示在运行图上。 实际运行图 - 在实际运行图上，显示实际的运营结果，同时显示计划运行图，并显示时刻表偏差。 实际运行图与计划运行图采用色彩反衬。 每一运行图的所有图形，都标示了车次号。时刻表偏差显示在相应该列车的运行图边。通过tgi可执行下列操作： 设置运行图颜色;在tgi中调出归档运行图;实际运行图;并打印运行图,事件列表报警、信息列表、运行日志 ats系统提供几种报警和信息列表，告知操作员有关干扰、发出的指令或状态的信息。所有的报警和信息列表应以中英文显示。 全部的报警、事件和发出命令都存储在操作日志当中。所有由列车提供的状态和诊断信息（如驾驶模式、紧急制动、车门故障等）也会存储在运行日志中。如果需要，操作日志可以用行式打印机连续地打印出来。,ats的中央接口,到背投系统的接口 作为ats系统一部分的rps-hmi工作站是到背投系统（rps）的接口。背投系统通过100m以太网与ats系统连接，如系统配置图中所示。采用标准的unix x11协议，背投系统（主控系统提供）可以从rps-hmi请求屏幕内容。rps-hmi与occ中的其他hmi原则上是一样的。其功能可以根据需要而做一定的限制。,五、接口,到主时钟的接口 ats系统提供到中央gps主时钟的接口。通过此连接接收的时间信号可以调整ats系统的siclock。siclock是整个信号系统的主时钟。 来自gps 主时钟的时间同步信号用2线rs-485接口发送到siclock。,与通信专业列车无线的接口（tel） ats列车无线接口（tel）传输目的地号、服务号、班组号以及列车位置、进出车辆段或联络线、列车折返信息和运行方向（上/下行）到通信系统。这些信息使无线系统用户可以通过车次号联系车辆。fep和无线系统之间的数据传输通过一个4线制rs-422接口实现。这是一个采用3964r协议的异步串行的点对点连接。,到通信网络的接口 配置有ats车站设备的车站之间的连接应使用一个冗余的连接，叫做车站ats lan。由信号供货商提供专用的100m比特以太lan用作车站ats lan。 在车站设备室的车站ats lan和中央ats的连接使用冗余的连接。为了连接车站ats lan和中央ats，由信号供货商提供专用的100m比特以太网连接。在车站设备室的车站ats lan和中央设备的连接使用冗余的连接。为了连接车站ats lan和中央设备，由信号供货商提供专用的100m比特以太网连接。 中央ats和其他控制中心集中occ的连接使用一个冗余的连接。为了连接中央ats和大石集中occ，由通信网络供货商提供专用的100m比特以太网连接。,与车辆段hmi的接口 中央ats和车辆段hmi工作站的连接使用一个冗余的连接。为了连接中央ats和车辆段hmi工作站，使用一个专用的100m比特以太网连接。信号供货商将提供4条以太网铜缆，铜缆最大长度为100米。,到mcs的接口 ats提供接口与mcs系统的fep连接。这个接口是一个10/100m比特以太网口，采用modbus tcp/ip协议。ats系统为主控系统提供以下信息： 列车运行信息，包括： 列车位置信息与相应的车次号 实际的区间运行时间 停站时间等 区间停车的超时信息 信号设备和通信通道的状态、故障信息 日常时刻表和更新时刻表的传输 ats系统从主控系统接收以下信息： 需要显示在操作员hmi上的scada信息,到车辆段联锁的接口 车辆段联锁可以接入到ats系统。车辆段联锁传送的数据用于ats显示车辆段轨道电路、道岔和信号机的状态。车辆段与中央fep之间的数据传输采用4线rs-422串行接口。接口将优先考虑使用3964r协议，也可采用其他标准协议。,ats车站本地接口 到ibp的接口 系统在每个车站都会提供一个到紧急后备盘（ibp）的接口。局控盘上的指示灯和开关通过铜线连接到ibp内的端子板。 到piis和dti的接口 ats系统的piis/dti接口给piis子系统提供信息，用以通知站台的乘客交通信息，并在dti上显示发车时间。piis/dti接口位于每个车站的sic接口箱，从ats接收以下信息： 下一列车的目的地（piis） 下一列车的到站时间（piis） 提醒乘客列车接近即将到达车站（piis） 提醒乘客下一列车不能乘坐（通过）（piis） 时间（piis） 发车时间指示（dti） 每个车站sic接口箱的piis/dti接口通过fep从com服务器获取信息。piis显示器通过profibus dp连接，也可以在系统设计阶段确定其他标准接口。,信号与其他专业的接口,与接地系统的接口 在车站、控制中心、车辆段信号设备室、试车线设备室由综合接地系统提供接地排，在区间设置区间信号设备的接地母排，接地电阻1 。 牵引供电系统的接口 对采用轨道电路方案，根据其特性要求，在确保轨道电路以及其它信号轨旁设备正常工作的前提下，对牵引回流电缆的联接位置以及均流电缆在钢轨上的联接位置提出具体的要求，对于要设置单向导通装置的位置，需设置轨道绝缘节。对于采用计轴的系统方案，其牵引供电的回流、均流电缆的连接位置将由牵引供电系统自己确定。,与中低压供电的接口 信号系统提出设备用电点的供电要求，中低压供电专业在车站电源室、控制中心、车辆段信号设备室、试车线设备室提供一级负荷供电配电箱或转换箱，接口分界点在信号设备室配电箱二次侧出线端。根据设备室及维修管理用房的工艺要求，还应配置相应的照明及电源插座。 与线路专业的接口 在满足折返间隔以及最短折返运行时间的前提下,确定折返线的长度 充分利用车站配线,准确确定道岔和装设绝缘节的位置 确定列车在各类曲线上最高运行速度,与杂散电流防护的接口 向信号专业提出杂散电流防护绝缘节的位置以及对轨旁信号设备的接地防护要求。 与轨道专业的接口 根据列车运行速度距离曲线以确定曲线外轨超高。 根据道岔类型和结构确定道岔的牵引方式以及相应的安装装置。 提出机坑以及联接杆件沟槽的预留要求。 与建筑专业的接口 要提出全部信号设备用房的要求，包括面积、层高、位置、环境、照明、装修、电缆通道等。,与屏蔽门的接口 正常情况下，站台屏蔽门的“开启”和“关闭”均受信号系统atp/ato设备控制，只有列车停在站台区，并满足站台屏蔽门对停车精度要求的情况下（停车误差不超过0.3m），信号系统才允许向列车和站台屏蔽门发送开门命令；车门和屏蔽门均已关闭后，才允许启动列车。开左或右门应符合站台的位置和运行方向。 信号系统应安全、可靠、不间断地从屏蔽门系统接收屏蔽门的状态信息（开/闭）以及由psc（终端接口盘）对dcu（门控单元）发出的开门信息，以满足atp系统对屏蔽门状态连续安全监督的要求。 在屏蔽门状态信息不能有效的传输到信号的atp系统时，站台有关工作人员将在站台端部的局控盘上给信号atp系统送出“允许发车”的信息。信号系统应安全、可靠接收此信息。,与防淹门的接口 某一防淹门失去完全开启状态表示，由两端车站均不能再向相应线路“过江隧道”内设置进路，如已设置进路，则防淹门防护信号机立即关闭。 当防淹门操作员需要关闭防淹门时，如两端车站尚未向相应线路的“过江隧道”内设置进路，防淹门防护信号机实行封锁，禁止向“过江隧道”设置进路；如已设置进路，则防淹门防护信号机立即关闭并实行封锁，如果列车尚未进入其“接近区段”，并且珠江隧道内无车（通过轨道电路检查），进路将立即被解锁，并向防淹门控制设备发回同意关闭防淹门信息；如列车已越过防淹门防护信号机，则信号系统不能发出同意关闭防淹门的信息。 信号联锁系统操作员不能取消“防淹门关闭请求”，在信号联锁系统接收到“防淹门关闭请求”以及信号系统向防淹门控制设备发送“允许防淹门关闭”信息期间，“防淹门关闭请求”条件必须被信号联锁系统连续检查。 对于由于防淹门请求关闭而引起的防淹门防护信号机的“封锁”，必须经过安全操作命令才能解除“封锁”。,信号系统内部接口,联锁设备输出模块与三相交流转辙机接口 联锁设备输出模块与三相交流转辙机接口采用国铁标准五线制（另加两线电话线）电路接口。此接口的技术关键是联锁设备输出模块的驱动能力,即对远距离道岔的控制。 联锁设备输出模块与信号机接口 四号线的信号机拟采用单机构三显示信号机，各灯位两芯芯线单独控制。若采用双灯丝灯泡点灯单元必须具有主、付灯丝断丝报警以及主灯丝断丝后付灯丝自动转换点灯的功能。,与其他联络线的接口 任何条件下联络线上的列车占用/空闲状态必须正确的反映至联锁系统。 各线不能同时向联络线设置进路。 各线向联络线设置进路的前提条件是先行办理了自联络线的同向进路。 向联络线的进路必须采用“安全”的操作方式。 车辆段联锁与试车线接口 试车线是车辆段内的线路配线，包含在车辆段联锁系统的控制范围内，因而也要考虑试车时车辆段内其它列车运行安全，因此必须明确试车线信号系统与车辆段联锁设备间的接口技术要求，明确试车线投入及退出试车线作业的操作步骤。,与旅客向导、发车指示器的接口 在旅客向导系统上向乘客提供必要的列车信息，如列车终到站，以分计时倒计时式的列车到站时间，列车在本站是否载客等信息。 与电源的接口 根据信号系统各设备的供电要求，提出用电规格、容量、指标等要求，配置相应的供联锁、atp、ato、ats各设备使用的综合智能型电源屏。智能电源系统具有故障远程诊断功能，及在ats系统上进行故障报警的功能。 正线与车辆段联锁接口 与车辆段之间的联锁接口电路应考虑出、入段线的敌对照查条件，出、入段联络线均纳入正线控制范围，出、入段作业按列车方式办理，车辆段计算机联锁需采集并在显示器上给出相应表示。,与lcp盘的接口 由于在lcp盘上设置的操作按钮一般在使用中都是需要安全确认的，为确保与系统设备接口的安全、可靠以及简便，原则上采用安全型继电器作为接口电路。 atp与紧急停车按钮的接口 各车站站台同侧装设的紧急停车按钮之间通过外接电缆串联联接，并同室内接口架上的继电器接口。 系统设备与电缆（光缆）的接口 根据各类信号设备对室外电（光）缆的使用要求，并结合在地铁领域中使用的特殊要求，提出电（光）缆的技术参数、规格。,六、设备商情况,目前，信号系统已经基本采用基于cbtc的移动闭塞制式信号系统，主要厂家及应用情况如下： 泰雷兹轨道信号公司:武汉轻轨1号线、广州地铁3号线、上海地铁6.7.8.9号线、北京地铁4号线、港九铁路西线、温哥华1、2号线、肯尼迪国际机场全自动轻轨系统（环线）、拉斯维加斯单轨线路（无线） 西门子公司：广州地铁4、5号线、广佛线、北京地铁10号线、南京地铁2号线、纽约卡纳西线 阿尔斯通公司：北京地铁2号线（裂缝波导无线，已开通）北京机场线（裂缝波导，已开通）广州地铁6号线（裂缝波导管，合同签订）新加坡东北线（裂缝波导）庞巴迪公司（美国）首都机场捷运系统（无线、已开通）美国旧金山机场线（无线） ussi公司（现属安萨尔多公司）：沈阳地铁1、2号线、深圳地铁2、3号线、西安地铁2号线，成都地铁1号线（无线，建设中) 北京交大微联：北京昌平线、亦庄线 根据国家相关部门政策，信号系统必须