7列车运行控制.ppt

城市轨道交通运营 吴金洪电子邮箱 jhwjh 联系电话 684415 2 56 第7章列车运行控制 7 1列车自动控制系统的组成及功能 7 2列车自动控制系统的基本类型 7 3列控系统的闭塞制式 7 4追踪列车间隔时间分析 3 56 7 1列车自动控制系统的组成及功能 4 56 一 ATP系统 工作原理 将信息 包括来自联锁设备和操作层面上的信息 地形信息 前方目标点信息和容许速度信息等 从地面传至车上 从而得到列车当前容许的安全速度 依此来对列车实现速度监督及管理 ATP优点 缩短列车间隔 提高线路的利用率和行车的安全可靠性 5 56 ATP系统的功能 1 停车点防护 6 56 2 速度监督与超速防护速度限制 固定速度限制 如区间 列车 临时速度限制 如线路维修时 3 列车间隔控制 7 56 4 测速与测距 1 测速步进电机常用测速步进电机 n脉冲 圈 若得N脉冲 分钟 则 现用于ATC 速度表 黑匣子 缺点 车轮磨耗 造成速度误差 设有轮径补偿 精度可达1 3mm 但测距时 S V t 误差为线形积累 所以必须用应答器作校准 不适用于v 300km h 83 3m s 时 精度更差 8 56 2 雷达测速 原理 多普勒 Doppler 效应 移动体产生频偏 f式中 发射信号的波长 c f c 光速适用于v 500km h 9 56 5 车门控制 屏闭门控制 ATP系统防止 列车在站外打开车门 列车在站内时打开非站台侧的车门 车门打开时列车启动 6 其它功能 紧急停车功能 给出发车命令 列车倒退控制 10 56 二 ATO系统 ATO主要利用地面信息实现对列车驱动 制动的控制 即 地对车控制 由于使用ATO 列车可以经常处于最佳运行状态 避免了不必要的 过于剧烈的加速和减速 因此可显著提高旅客舒适度 提高列车准点率及减少轮轨磨损 优点 缩短列车间隔 提高线路利用率和行车安全可靠性 11 56 装有ATO系统后 列车可用2种方式运行 手动驾驶 司机人工驾驶 ATP系统自动驾驶 ATO系统自动驾驶 ATP系统不论手动驾驶还是自动驾驶过程中 ATP系统始终执行速度监督和超速防护功能 ATP系统是列车运行时必不可少的安全保障 ATO系统是提高列车运行水平的技术措施 12 56 ATO系统的功能 1 列车自动运行 2 跳停和自动折返 3 保证停车精度 13 56 3种分别由ATP和ATO计算得出的制动曲线 1 列车紧急制动曲线 ATP计算及监督 2 最大允许速度曲线 ATP计算 3 正常运行情况下的停车制动曲线 ATO计算 图7 3制动曲线 14 56 15 56 三 ATS系统 实现对列车运行的监督 辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理 显示全线列车运行状态 监督和记录运行图的执行情况 为行车调度人员的调度指挥和运行调整提供依据 通过ATO接口 ATS向旅客提供运行信息通报 包括列车到达 出发时间 列车运行方向 中途停靠点信息等 ATS的进一步发展是预测性控制 16 56 17 56 1 控制与显示功能能对列车进路 信号机 道岔实现中央控制 必要时 可将控制权转移至车站级 通过调整停站时间实现对列车运行的调整 有ATO的线路可设置列车运行等级实现自动调整 具有复示现场设备状态的图形化显示 用图形来显示所有运行列车的位置及运行状态 显示所有运行列车编号及跟踪 记录列车编号 ATS系统功能 18 56 2 时刻表功能储存适合于不同运行情况的多套时刻表 根据时刻表自动完成列车车次号的跟踪与更新 对计划内的列车进行自动运行调整 时刻表自动生成 19 56 3 仿真功能具有模拟时刻表 模拟列车运行的调度等 用于系统调试 演示及人员培训 仿真模拟运行能够模拟在线控制中所有功能 但与现场没有任何信息和控制命令的交换 20 56 4 数据记录能记录设备状态 人工操作和系统自动操作信息与执行结果 通过用户选择 可回放记录的事件 最小时间步长为1s 控制中心的记录信息至少能回放192h 车站和车载设备至少能回放24h 提供数据备份和恢复功能 并可回放和查询 可提供运行分析报告 21 56 5 监测与报警能及时记录被监测对象的状态 有预警 诊断和故障定位能力 检测列车是否处于ATP保护状态 监测与报警实时及在线进行 监测过程不影响被监测设备的正常工作 22 56 7 2列车自动控制系统的基本类型 ATC 点式 应答器 连续式 轨道电路 电缆或无线 23 56 一 点式自动列车运行控制系统 在欧洲干线铁路及城市轨道交通中应用十分广泛 上海轨道交通5号线采用德国西门子公司的点式ATC系统 主要优点 采用无源 高信息容量的地面应答器 结构简单 安装灵活 可靠性高 价格明显低于连续式自动列车运行控制系统 24 56 1 基本结构 组成 地面应答器 路旁电子单元以及车载设备 25 56 1 地面应答器 设置在信号机的旁侧或需要降速的缓行区间的始 终端 26 56 2 车载设备 图7 8点式ATC车载设备 27 56 2基本工作原理 点式数据传输 连续速度监控 28 56 二 连续式列车自动运行控制系统 连续式ATC ATC 29 56 1 采用轨间电缆的ATC 30 56 2 模拟式无绝缘轨道电路的ATC 上海轨道交通1号线的ATC是从美国GRS公司引进的 是一种典型的频分制速度码系统 图7 10音频无绝缘轨道电路频率配置图 31 56 32 56 表7 1不同调制频率含义 载频2250Hz 速度命令是指列车运行至某轨道区段 出口端的目标速度 速度命令根据与先行列车相隔几个闭塞分区 列车间的间隔距离 和线路条件等确定 33 56 速度码系统的限制速度是阶梯分级的 即限速值是跳跃式的 不利于平稳驾驶 节能运行及提高行车效率 34 56 3 数字编码轨道电路的ATC系统 是近阶段城市轨道交通ATC系统的主要制式 距离码系统特点 根据地面传至车上的信息 包括区间最大限速 目标点的距离 区间线路坡度等 以及列车自身的数据 如列车长度 制动率等 由车载计算机实时计算得出允许速度曲线 由于数据传输 实时计算及列车速度监控都是连续的 所以该系统实现的速度监控是无级的 可以有效地实现平稳驾驶与节能运行 35 56 图7 13采用FTGS型轨道电路的ATC系统 36 56 表7 2电码结构 表7 396bit信息码中4bit表示区间坡度 37 56 7 3列控系统的闭塞制式 一 闭塞制式的发展 早期 城市轨道交通的信号闭塞制式基本上沿袭了大铁路的制式 从二十世纪八十年代至今 随着城市轨道交通信号ATC系统的不断发展 闭塞制式主要经历了三个阶段 固定闭塞 准移动闭塞和移动闭塞 38 56 固定闭塞ATC系统属二十世纪八十年代技术水平 如美国西屋公司 Westinghouse 美国GRS公司分别用于北京地铁 上海地铁一号线的ATP ATO系统属于此种类型 39 56 准移动闭塞系统在上世纪九十年代开始大量采用 广州地铁一 二号线采用的德国Siemens公司FTGS轨道电路及LZB 700M列控系统 上海地铁二号线采用的美国US S公司AF 904轨道电路及MicrolokII列控系统 上海明珠3号线及我国香港地区机场快线使用的法国Alstom公司DTC921轨道电路及SACEM ATP ATO 列车控制系统 40 56 20世纪80年代以后 在通信技术快速发展前提下 Alcatel Siemens Alstom等公司相继推出了基于通信的列车控制 CBTC 移动闭塞信号系统 目前 新加坡东北线 波导信息网络 美国拉斯维加斯单轨线 基于无线通信 纽约地铁改造项目 加拿大温哥华天车线 感应环线 香港迪士尼线 基于无线通信 武汉轻轨 感应环线 等多条采用CBTC系统的地铁线路开通运营 广州地铁三号线 感应环线 广州地铁四 五号线和上海地铁8号线 基于无线通信 的CBTC系统 目前正处于工程实施阶段 41 56 二 各种闭塞制式的列控原理 1 固定闭塞ATC系统采用分级速度控制 列车速度监控采用闭塞分区出口检查方式 闭塞分区用轨道电路或计轴设备来划分 具有列车定位和占用轨道的检查功能 滞后的速度和列车位置检查方式要有一个闭塞分区作为列车的安全保护距离 42 56 追踪目标点 开始制动计算点 空间间隔长度均固定 43 56 固定闭塞ATP系统采用阶梯式控制方式 对列车运行控制精度不高 降低列车运行舒适度 增加司机劳动强度 限制通过能力的进一步提高 固定闭塞分区的划分依赖于特定列车的性能 对线路上有不同性能的列车时 为保证安全需按最严格条件设计 影响运行效率 也不适应列车类型的变更 44 56 2 准移动闭塞ATC系统列车占用检测和ATP信息传输的媒介 数字式音频无绝缘轨道电路 通过轨道电路发送数字编码 报文式 信息 采用目标距离控制模式 又称连续式一次速度控制 根据目标距离 目标速度 线路状态及列车性能确定速度曲线 不设定每个闭塞分区速度等级 采用一次制动方式 45 56 追踪目标点固定 开始制动计算点和空间间隔长度不固定 46 56 3 移动闭塞ATC系统 采用目标距离控制模式 又称连续式一次速度控制 根据目标距离 目标速度 线路状态及列车性能确定速度曲线 采用一次制动方式 采用基于通信技术的感应环线 漏缆 裂缝波导管或无线电台等方式实现车 地间双向数据传输 再辅以列车定位设备实现列车位置检测 它通过提高列车定位精度和移动授权更新率来提供更大的通过能力 从而缩短列车的间隔距离 列车追踪运行最小安全间隔为一个安全保护距离 列车最小正常追踪运行间隔为在当前速度下使用常用制动直至停车的制动距离加安全保护距离 并由前后列车的动态关系确定 47 56 开始制动计算点根据目标距离 目标速度 线路状态及列车性能确定 追踪目标点 开始制动计算点和空间间隔长度均不固定 48 56 7 4追踪列车间隔时间分析 影响追踪列车间隔时间的因素 运行速度线路坡度线路电压加速度制动率列车长度闭塞方式 49 56 图7 17列车间隔与速度间的关系 50 56 51 56 52 56 53 56 制动率 图7 21制动率对列车间隔的影响 54 56 列车长度对列车间隔的影响 长度的缩短可以减