第1章--铁路信号概述(第一次课)..ppt

铁路信号概述 4 21 2020 1 一 铁路信号的产生与发展二 铁路信号的作用三 铁路信号的组成四 与铁路信号技术密切相关的信息技术五 铁路信号的发展趋势补充 城市轨道交通信号系统 教学内容 广义 在铁路运输中 用于保护行车安全 提高车站和区间通过能力 编组站解体编组能力的各种控制设备的总称 狭义 一般指地面和车上的各种信号机 表示器以及手信号灯旗等 基本概念 1825年英国人持信号旗骑马前行 引导列车前进 1832年 美国球形固定信号装置 1841年英国铁路出现了臂板信号机 1851年英国铁路用电报机实行闭塞 1856年 J 萨克斯贝发明机械联锁机 1872年美国人W 鲁宾逊发明了闭路式轨道电路 1923年 美国铁路研制了车内信号 1927年 美国铁路采用了调度集中控制装置 一 铁路信号的产生与发展 信号系统的发展历程 骑马的人在列车前面打手势臂板信号机色灯信号机列车自动控制系统 一 铁路信号的产生与发展 斜向下45 中国的壁板信号 色灯信号机 上海地铁色灯信号机 LED信号机 铁路信号设备是铁路行车指挥与控制系统 它在保障行车安全 提高行车速度和行车密度 提高运输效率和改善行车工作人员的劳动条件方面具有重要作用 保证行车安全提高运输效率 改善劳动强度 二 铁路信号的作用 三 铁路信号的组成 信号控制系统 用来控制和监督车站的道岔 进路和信号机 并实现它们之间的联锁关系 操纵道岔和信号机 现在我国铁路多采用集中联锁 分为继电集中联锁和计算机联锁 车站联锁 为保证区间行车安全 要求按照一定的方法组织列车在区间的运行 称为行车闭塞法 简称闭塞 区间闭塞是保证区间行车安全 提高运输效率的系统 区间闭塞设备主要有 半自动闭塞 用于单线区间 需要人工办理闭塞和到达复原 自动闭塞 用于双线区间 自动完成闭塞作用 自动闭塞制式以移频为主 有8信息 18信息 UM71ZPW2000 发展方向是四显示 双方向 无绝缘 数字化 区间闭塞 列车运行速度越来越高 完全靠人工瞭望 人工驾驶列车已经不能保证行车安全了 因此 需要研究列车运行控制系统 实现对列车间隔和速度的自动控制 提高运输效率 保证行车安全 基本功能 间隔控制速度防护安全防护 列车运行控制 列车调度指挥系统调度集中 除了TDCS的功能外 还可以完成遥控功能 即自动或有行车调度员在调度所远距离地集中控制本区段内各站的信号机和道岔 办理接 发车进路 行车调度指挥控制 用来提高编组站 区段站 解编能力 主要包括 驼峰推峰机车速度控制 溜放车辆进路控制 溜放车辆速度控制设备 驼峰调车控制 指示道路上的车辆 行人通过或禁止通过道口的听觉和视觉信号 道口 实时监测并记录信号设备的运行状态 信号微机监测 信号设备 是一种电励开关 用于接通或断开电路 构成信号逻辑电路 继电器 构成信号显示 用来指示列车运行和调车作业的命令 有透镜式色灯信号机 臂板信号机 探照式色灯信号机已经趋于淘汰 信号机 用来监督列车对轨道的占用和传递行车信息 一般的轨道电路是利用钢轨作为传输通道 配上发总设备 接收设备以及钢轨绝缘组成 通过电路电流是否被分路 来反映轨道电路是否被占用 轨道电路 用来完成道岔的转换和锁闭 转辙机 防雷设备 铁路信号控制设备容易遭雷击 会造成设备的损坏或误动 所以信号设备必须采取必要的防雷措施 电源屏 为信号设备提供交 直流电源 防雷设备和电源屏 四 与铁路信息技术密切相关的信息技术 36 五 铁路信号的发展趋势 37 五 铁路信号的发展趋势 38 五 铁路信号的发展趋势 39 五 铁路信号的发展趋势 40 五 铁路信号的发展趋势 补充 城市轨道交通信号系统 导入 城市轨道交通通信与信号系统第一节 城市轨道交通信号设备的特点第二节 城市轨道交通信号系统组成第三节 城市轨道交通信号系统的地域分布第四节 城市轨道交通信号的功能及其实现第五节 我国城市轨道交通信号技术的发展第六节 城市轨道交通信号系统的发展趋势 城市轨道交通信号系统 1 我国城市轨道交通的发展 我国城市轨道交通建设起于1908年 第一条有轨电车在上海建成 1969年10月1日建成通车的北京地铁一号线 是中国第一条现代化城市轨道交通系统 它的建成通车结束了中国没有地铁的历史 我国城市轨道交通主要有地铁 轻轨和市郊铁路等形式 在城市公共客运交通中起骨干作用 2 通信与信号系统是城市轨道的重要基础设施 由于城市轨道交通系统建设成本高 往往采用高速度 高密度方式运营 这样就必须依靠先进的通信信号系统来进行控制和管理 城市轨道交通信号系统 44 3 通信与信号系统的作用 主要有两大作用 安全 确保列车行车安全 效率 在确保列车行车安全的前提下提高列出行驶效率 作用实现举例 监控列车是否超速监控列车的间距 保证列车间间距在安全间距以外 监督列车的状态 产生列车时刻表 城市轨道交通信号系统 第一节城市轨道交通信号设备的特点 一 城市轨道交通的特点与道路交通相比 优点 1 容量大2 运行准时 速达3 安全 利于环境保护4 节省土地资源 缺点 成本高 建设周期长 技术含量高建设难度大 一旦遇有自然灾害尤其是火灾 乘客疏散困难 第一节城市轨道交通信号设备的特点 与铁路相比的特点 1 运营范围不同2 运行速度3 服务对象4 线路与轨道5 车站6 车辆段7 车辆8 供电9 通信信号10 运营管理 第一节城市轨道交通信号设备的特点 一 城轨交通特点 内容 轨道交通系统的车站直接服务于旅客 在规划与设计轨道交通车站时 要注意到其不同于城市间车站 主要体现在以下几个方面 1 需要处理的行李很少或没有 2 旅客密度高 流量大 进出口的设计需要更快速有效 因此 车辆设计也包含了较多 较宽的自动门 站台设计一般与车厢地板同高 3 列车间隔较短 一般非高峰期间隔为5 10分 高峰期最小间隔可达90秒 从而不需要太多的等待候车空间和设施 第一节城市轨道交通信号设备的特点 4 需要设计或预留自动检售票设施 5 当设计成高架或地下型式时 要注意纵向流通径路 与街道要保持良好连接 6 城市车站位于高犯罪区时 要有特殊的保安措施 7 在郊区车站 需要为巴士 私家车提供乘降设施以及相应的停车存放场所 第一节城市轨道交通信号设备的特点 二 城市轨道交通对信号系统的要求1 安全性要求高2 通过能力大3 保证信号显示4 抗干扰能力强5 可靠性高6 自动化程度高7 限界条件苛刻 第一节城市轨道交通信号设备的特点 三 城市轨道交通信号系统的特点1 具有完善的列车速度监控功能2 数据传输速率较低3 联锁关系较简单单技术要求高4 车辆段独立采用连锁设备5 自动化水平高 德国纽伦堡地铁 透过列车前部的挡风玻璃窗 乘客们能看到幽深蜿蜒的地铁隧道 仿佛进入时光隧道 纽伦堡无人驾驶列车控制中心工作人员可以通过计算机屏幕和巨大的壁式监控器监视自动运行状况 也可以看到整个车厢以及站台的情况 53 信号系统 列车自动控制系统 ATC 联锁装置 列车自动监控系统 ATS Supervision 列车自动防护系统 ATP Protection 列车自动驾驶系统 ATO Operation 利用计算机对车站作业人员的操作命令及现场表示的信息进行逻辑计算 从而实现对信号机及道岔等进行集中控制 使其达到相互制约的车站联锁设备 联锁 主要指信号基础设备的联锁 第二节城市轨道交通信号系统组成 信号基础设备 信号机 继电器 轨道电路 转辙机 第三节城市轨道交通信号系统的设备分布 一 控制中心设备1 中心计算机系统2 综合显示屏3 调度员及调度长工作站4 运行图工作站5 培训 模拟工作站6 绘图仪和打印机7 维修工作站8 UPS及蓄电池组 二 车站及轨旁设备1 集中联锁站及轨旁设备2 非集中联锁站及轨旁设备 第三节城市轨道交通信号系统的设备分布 三 车辆段设备1 ATS分机2 车辆段终端3 联锁设备4 维修终端5 信号机6 转辙机7 轨道电路8 电源设备 第三节城市轨道交通信号系统的设备分布 四 试车线设备五 车载ATC设备 第三节城市轨道交通信号系统的设备分布 第四节城市轨道交通信号系统的功能及实践 一 联锁及其实现联锁是车站范围内进路 信号 道岔之间互相制约的关系 联锁的基本内容是 1 进路上个道岔位置必须正确且被锁闭 进路空闲 敌对进路未建立且被锁闭在未建立状态 防护该进路的信号机才能开放 2 信号机开放后 它们防护的进路上的各道岔不能转换 与该进路敌对的所有进路不能建立 联锁设备主要采用继电器逻辑电路或者计算机逻辑判断的方法完成正线上的集中控制站包括本站及其所控制的非集中站的道岔和信号机由设于该站的联锁设备控制 除了实现联锁关系外 还将其联锁的有关信息传送至ATP ATO系统 并接受ATS系统的命令 第四节城市轨道交通信号系统的功能及实践 二 闭塞及其实现通过相邻车站 线路所 闭塞分区的设备或人为控制 使列车与列车相互间保持一定时空间隔 以保证列车运行安全的行车方法称为行车闭塞法 第四节城市轨道交通信号系统的功能及实践 1 固定闭塞系统通轨道电路检测每段闭塞区间的占用情况 所以系统只知道列车在哪个闭塞分区 但是并不知道在分区中的具体位置 所以固定模式的闭塞分区速度必定是分级的 即台阶式的 第四节城市轨道交通信号系统的功能及实践 2 准移动闭塞 预先设定列车的安全追踪间隔距离 根据前方目标状态设定列车的可行车距离和运行速度 介于固定闭塞和移动闭塞之间的一种闭塞方式 对于前行列车 仍采用固定闭塞的定位方式 而对后续列车采用移动定位方式 可以告诉后续列车可继续前行的距离 当前一区段中列车出清时 后续列车的速度限制将有一个台阶式的升高 当后续列车向前逐渐逼近其所在区段的界限时 其限制速度是逐渐下降的 地对车单向安全数据通信为其技术基本特征 第四节城市轨道交通信号系统的功能及实践 3 移动闭塞 列车安全追踪间隔距离不预先设定 而随列车的移动不断移动并变化的闭塞方式 前后两列车都采用移动式的定位方式 增加了车对地数据通信设备 第四节城市轨道交通信号系统的功能及实践 三 列车控制及其实现列车控制包括 列车进路控制和列车速度控制 进路控制由联锁设备实现 列车速度控制由ATC系统实现 ATC系统非为ATP和ATO两个技术层次 第四节城市轨道交通信号系统的功能及实践 四 行车调度指挥及其实现 第四节城市轨道交通信号系统的功能及实践 第五节我国城市轨道交通技术的发展 一 初创阶段1 信号项目复线自动闭塞 机车信号和自动停车 调度集中 列车自动驾驶和继电连锁 2 信号基础设备电气集中 移频自动闭塞 机车信号 自动停车 单轨条轨道电路 配套设备 信号电源屏 扼流变压器 信号机 转辙机等 调度集中成套设备 ATP ATO设备 一 初创阶段 2 信号基础设备不足 调度集中 自动驾驶等由于工艺和质量问题难于正常使用 旅客向导系统只有有线广播 没和列车到发时刻连接 性能较差 1 自动闭塞轨道电路 移频轨道电路显示方式 红 红 黄 绿双红灯带三显示方式行车间隔 设计90s信息种类 7种 一 初创阶段 2 信号基础设备 2 调度集中 CTC 北京地铁一期全线 古城车辆段 3 列车自动驾驶 ATO 主要设备 地面信息接收子系统 双通道测试子系统 控制逻辑和比较子系统 轮径补偿子系统 定点停车控制曲线发生子系统 地面传感器子系统 与车辆接口系统 应用器件 磁放大器 晶体管 小规模集成电路 函数发生器 4 继电连锁车站 非定型继电连锁车辆段 6502电气集中连锁 二 过渡阶段 1 早期自主开发的行车指挥与列车运行自动化系统1971年 开建二期环线 要求采用ATC行车指挥自动化ATS 控制计算机子系统 调度集中子系统列车运行自动化系统 ATP ATO一体化1986年 研制机车信号系统2 北京地铁环线调度集中技术改造1990年 设置环线调度集中 研制 微机调度集中系统 1993年 开通结构 控制中心由一主多从的分布式微机网络构成主机 双机待机方式车站计算机系统 主 从热备方式进路控制 两级 二 过渡阶段 2 北京地铁环线调度集中技术改造主要功能 辅助行车调度员调整运行计划计划运行图和实迹运行图的显示及打印显示全线线路和设备状况车次追踪与显示故障报警和检测调度操作自动记录系统自检在线机故障自动复零启动 二 过渡阶段 3 新型ATP车载子系统的研制与生产 1 研发过程 2 LCF 100DT型ATP车载设备的主要功能防止列车超速运行机车信号出现 黄 红 显示 ATP车载子系统报警3s 以全常用制动使列车停于第1红灯区前方 机车信号显示允许信号后 列车缓解启动 机车信号显示红灯时 ATP车载子系统立即实施紧急制动 使列车停车 机车信号显示白灯时 报警5s 若司机没有按压确认按钮 ATP设备采取全常用制动 司机及时进行了确认 ATP车载子系统将停止工作 由司机小心驾驶列车回车辆段 ATP车载子系统将记录各次紧急制动及发生的时间 二 过渡阶段 3 新型ATP车载子系统的研制与生产 3 ATP车载设备的主要技术特点 车载计算机采用微机系统 按双机双工方式工作控制方式为阶梯式信息接收装置采用数字化通用型设备 适用于接收各种轨道电路信息 采用数字信号处理技术 测速采用独立双通道 2套速度传感器安装在不同转向架的2个轴上 按高速值优先录取 为防止列车非正常后退 列车退行距离大于3M或退行时间大于5s时采取紧急制动 二 过渡阶段 4 国际先进信号系统的引进 1 北京地铁1号线和复8线1号线 1989年 引进英国西屋公司的ATC系统 FS2500型轨道电路 联锁采用国产6502电气集中系统 采用国产的信号机 转辙机和车辆段轨道电路 复8线 采用英国西屋公司的ATC系统 配套国产的继电连锁设备 车站计算机连锁设备和信号微机监测设备 二 过渡阶段 4 国际先进信号系统的引进 2 上海地铁1号线1989年 引进阿尔斯通美国公司 原美国GRS公司 AuTC系统 无绝缘轨道电路 数字调幅方式 8种不同调制码率 阶梯式速度控制方式 追踪间隔2min 正线道岔连锁区域和车辆段采用国产6502电气集中 3 引进国际先进信号系统的成效无绝缘轨道电路双套智能型ATP车载装置小型计算机系统自动调度列车运行及排列进路列车自动驾驶 三 发展阶段 1 信号设备大规模引进举例 上海地铁2号线 天津滨海轻轨 引进美国US S公司ATC 包括ATP ATO ATS AF 904数字轨道电路 追踪间隔100s 按8节编组设计 上海轨道交通3号线 采用法国阿尔斯通公司的ATC系统 DTC921型无绝缘数字轨道电路 8种载频传输信息 采用ASCV计算机连锁等 上海轨道交通3号线 引进德国西门子公司设备 FTGS音频轨道电路 SIMIS计算机连锁系统等 三 发展阶段 1 信号设备大规模引进举例 广州地铁1号线 广州地铁2号线 深圳地铁1号线 南京地铁1号线 引进德国西门子公司ATC系统 FIGS数字轨道电路 SICAS计算机连锁等 重庆单轨较新线 采用跨坐式单轨交通方式 引进日本单轨条交通ATP TD系统等 武汉轻轨 广州地铁3号线 引进加拿大阿尔卡特公司的ATC系统 采用移动闭塞方式等 三 发展阶段 2 引进信号设备的特点 1 采用报文式数字轨道电路 可向车载设备传送更多信息 2 可构成准移动自动闭塞 3 ATS采用微机及其网络 任务按工作站分配 局域网为高速以太网 信息出入均经多位CRC校核 确保整个系统的安全可靠性 4 由于电源质量 道岔结构 轨道施工工艺的问题 ATC应用效果不如国外 三 发展阶段 3 引进带来的问题造价高 花费大量资金用于设备的维修和更新 受制于人 难以产生经济和社会效益 返修渠道不畅 维修成本太大 备品 备件得不到保障制式混杂给路网的扩展 管理带来极大的困难 4 目前的状况自1999年推行国产化政策 国外供货商纷纷与本地厂家联手 出现了中外厂商合资或合作的局面 但大多为低端产品 未涉及核心技术 特别是软件 我国短期内无法全面掌握并生产ATC系统设备 信号系统设备仍会继续引进 第六节城市轨道交通信号系统的发展趋势 一 城市轨道交通信号技术的发展趋势1 故障 安全技术的发展核心设备 2取2 2x2取2 3取2 等同步方式 软同步 硬同步2 高水平的实时操作系统开发平台的应用提高了系统的安全性满足了系统实时性的要求缩短了新产品的开发周期3 DSP技术的应用 一 城市轨道交通信号技术的发展趋势 4 计算机网络技术的发展 1 网络化 2 信息化 3 智能化5 通信技术与控制技术结合 3C 技术的应用 代替轨道电路 构成新型列控系统CBTC系统的基本特点 列车与地面之间有各种类型的无线双向通信保留闭塞分区的概念 一 城市轨道交通信号技术的发展趋势 6 通信信号一体化7 安全性与可靠性分析理论的广泛应用IEC61508 安全相关系统的设计和评估标准要求 功能性可靠性和可维护性安全功能和及相关硬 软件安全完整性等级效率性可用性轻便型 一 城市轨道交通信号技术的发展趋势 8 信号系统的规范化和标准化包括 技术规范和安全规范优势 新产品开发费用低新产品可与老产品兼容实现设备的互通和互联公开规范和标准 开放市场 促进竞争 降低成本 以获取最佳产品和最优价格 二 代表技术发展方向的城市轨道交通信号系统 1 基于通信的列车控制系统CBTC代表世界上列车运行控制系统的发展趋势我国已开通 香港机场线 武汉轻轨1号线建设中 上海地铁8号线 广州地铁3 6号线等2 CBTC的优势 1 列车与轨旁设备实时双向通信 信息量大 2 减少轨旁设备 便于安装维修 利于紧急状态下利用线路作为人员的疏散通道 有利于降低运营成本 3 便于缩短列车编组 降低土建工程投资 实现列车双向运行而不增加地面设备 有利于线路故障或特殊需要时的反向运行控制 二 代表技术发展方向的城市轨道交通信号系统 2 CBTC的优势 4 适用各种类型 车速的列车 克服了准移动和固定闭塞系统地对车信息跳变的缺点 提高了列车运行的平稳性 增加了乘客的舒适度 5 可实现节能控制 优化列车运行统计处理 缩短列车运行时分等多目标控制 6 移动闭塞系统 尤其是采用高速数据传输方式的系统 将带来信息利用的增长和功能的扩展 有利于现代化水平的提高 7 确立 信号通过通信 的新理念 使列车与地面 轨旁 紧密结合 整