第05章 列车自动防护(ATP)系统

第五章列车自动保护系统5.1列车自动保护系统的基本概念列车自动保护系统是列车自动控制的基本环节，是列车运行超速保护或列车运行速度监控的系统。主要内容包括：列车运行的超速保护、安全相关设备的监控、列车位置检测的实现、确保列车之间的安全间隔、确保列车以安全速度运行、完成信号显示、故障报警、降级提示、列车参数和线路参数的输入、与自动测试系统、自动测试系统和车辆系统的接口以及信息交换等。ATP系统通过轨道电路等设备将联锁设备和运行水平的信息、线路信息、前方目标点的距离和允许的速度信息从地面连续传输到车辆。因此，当前允许速度由车载设备计算，或者由车载控制中心计算的目标速度被传输到车辆，并且实际运行速度由车载设备测量，从而监控列车速度并使其始终以安全速度运行。当列车速度超过自动防护装置指示的速度时，自动防护装置的车载设备将发出制动命令，自动制动列车。当列车速度降至可承诺量指示的速度以下时，可自动解除。通过这种方式，能够缩短列车运行间隔，并且能够可靠地保证列车不超过速度限制并且不向前冲。5.2、ATP系统设备组成，ATP系统设备主要由两部分组成：轨侧设备和车载设备。当轨道电路用于传输列车运行计划信息时，列车运行计划系统由设置在控制站的路旁单元、设置在线路上每个轨道电路的分界点的调谐单元和车载列车运行计划设备组成，并包括与列车运行计划、列车运行计划和联锁设备的接口设备。三磷酸腺苷路旁装置主要是一台计算机，负责处理，发送和接收获得的信息。由于可承诺量系统是一个安全系统，路旁装置必须至少有两台具有相同结构、相同程序和独立性的计算机。使用二取二结构或三取二系统同时处理和比较数据。连续ATP系统使用数字音频轨道电路向列车连续发送数据，允许对列车运行进行连续监控。轨道电路反映轨道状态并传输可承诺量信息。除轨道外，不需要其他传输设备。当轨道电路部分空闲时，传输轨道电路检测代码。当列车被占用时，可承诺量信息被发送到轨道电路。轨道旁的轨道电路接线盒中只有用于电路调谐的无源元件(一个在发送端，一个在接收端)，包括轨道耦合单元和长环线。车载ATP设备完成命令解码、速度检测、超速强制、特征显示、门操作等任务。ATP车载设备的主要功能是处理接收到的信息，包括接收装置(天线)、信息处理器和测速单元。列车运行计划车载设备通过列车运行计划接收装置接收地面传输的数据，然后与预先存储的列车数据一起计算得出列车的允许最大速度。该速度与来自速度测量单元(速度传感器)的实时速度进行比较。超速时，报警和制动启动。与此同时，ATP车载设备也将获得的速度信息通过与列车的接口传输到列车运行指示器进行显示。自动驾驶仪驾驶员可以根据自动驾驶仪系统的指示驾驶，以确保安全。ATP车载设备也采用2对2或3对2的系统结构，以确保系统的最大可用性。5.3 ATP系统的主要功能、5.3.1列车速度监控和超速保护功能列车速度监控是ATP系统最基本、最重要的功能。如果列车的实际速度超过允许速度的设定偏差，列车将采取相应的自动报警或制动措施进行安全保护。图5-1显示了两个保护点(信号点或列车)之间的超速保护速度监控曲线，该曲线由车载中央控制单元根据地面设备传输给车辆的信息和列车本身的制动率计算得出。V0是最大允许列车速度，V1、V2和V3分别是实时测量速度。三磷酸腺苷将采取不同的方法根据因此，速度限制水平是根据后面的列车和前面的列车之间的距离、线路状况等来确定的。可编程序控制器可以分级或连续监控列车速度。超速保护的一般限速分为固定限速、临时限速、区域限速、封锁区限速等类型。(1)固定速度限制。固定速度限制在设计阶段设定。车载可编程序控制器和可编程序控制器设备都在整条线路上存储固定限速区域的信息。速度梯度为1公里/小时。它决定了“目标距离”操作模式下的最佳可能行驶间隔。(2)临时限速。在某些条件下(施工现场、临时危险点)，限速可以降低。临时限速区段的范围始终限于一个或多个轨道电路。在紧急情况下，通过特殊的速度代码，轨道电路任何一段的速度都可以立即设置为25公里/小时。如果需要设置临时限速区，可以在地面安装一个应答器。这些转发器被允许以5公里/小时的速度下降到25公里/小时。在带有允许临时速度限制的代码的轨道电路中，这可以通过设置信标来实现。区域限速。区域速度限制是为轨道电路中的预定区域设定的极限速度，可分为15公里/小时、30公里/小时、45公里/小时和60公里/小时。区域速度限制可由ATP路旁设备设定或在必要时由控制中心控制，但控制中心只能重置由控制中心设定的区域速度限制。如果控制中心离线或通信失败，本地路旁设备可以直接设置区域速度限制。一旦速度限制被设定，中央车站的列车运行计划轨旁设备将产生一个到速度限制区域的新的目标距离和实际的目标限制速度，该目标距离和实际的目标限制速度将通过轨道电路被传送到接近速度限制区域的列车，并且该区域内的列车运行速度将不允许超过速度限制。如果列车速度超过速度限制，车载ATP将开始紧急制动，直到列车速度低于速度限制。(4)封锁区域的速度限制。闭塞区速度限制是为单个轨道电路设置最大线速度和目标速度。最大速度由ATP路旁设备选择，所选速度作为轨道电路的最大允许速度。一般速度监控功能的输入，包括车载速度/距离功能中的当前列车速度和位置信息，以及服务/自诊断功能中的列车数据(例如最大允许列车速度)。速度监控功能输出，包括向驾驶员人机界面功能提供最大允许速度和列车速度警告；向列车制动系统提供紧急制动命令；列车数据、状态信息、处理和记录数据以及错误信息被提供给服务/自诊断功能。5.3.2安全停车点保护功能安全停车点保护，以确保列车停在停车点(不超过停车点)为目的。在可承诺量监督手动驾驶模式(ATPM)、自动列车驾驶模式(ATO)和自动列车折返模式(STBY)中，当前方列车占用的轨道区段中存在安全或危险停车点时，监督和保护功能有效。ATP车载设备根据列车与停靠点之间的距离，根据列车的制动性能和接收到的前线信息等计算出最终为零的制动曲线。列车限速不断变化，通过最终为零的制动曲线实现定点制动。ATP的速度和距离测量功能基于速度测量单元的输入，负责测量列车的运行速度、运行距离、运行方向和位置。它是车载设备的关键部分。对于使用数字音频轨道电路的ATC系统，距离从每个轨道电路的起点开始测量，并通过使用速度测量单元的输入和固定数据(车轮直径)来确定。计算距离允许由车轮直径、脉冲产生和车轮卡滞/打滑引起的误差。测量速度有两种方法：车载设备自检和系统测量。车载设备自检包括测速发电机、距离脉冲发生器、光电传感器和霍尔脉冲速度传感器等。它们安装在无动力车辆的车轴上。系统测量包括卫星速度测量和ra测速发电机安装在车轮的轴头上。它产生的电压与车速成正比。经过处理后，电压产生模拟和数字两种输出，分别用于驱动车速表和进入汽车主机进行速度比较。测速发电机简单，但在低速范围内精度和可靠性较差。(2)里程脉冲生成器。它的核心部件是一个16极的凸轮，随着车轮的旋转产生一系列脉冲。车速越快，脉冲越多。只要在一定的时间内记录脉冲数，它就可以转换成火车的实际速度。(3)光电传感器。光电传感器应用光电传感技术。它有一个多排隔板。当车轮转动时，光线不断通过并被阻挡，导致光电传感器产生电脉冲并记录脉冲数以测量车速。霍尔脉冲速度传感器。当车轮转动时，霍尔传感器产生一个信号，其频率与车轮速度成正比，以测量速度。在目标距离模式下，列车位置对于安全非常重要。如何准确测量到停车点的距离是列车超速保护系统的一项重要任务。通过连续确定列车的行驶距离，车载设备可随时找到列车的准确位置。距离信息位于音频轨道电路的边界。当列车通过轨道电路的边界时，距离测量是同步的。距离测量通常通过速度测量和车轮直径来完成。车轮转数通过相同的速度测量设备获得。考虑行驶方向和车轮直径计算行驶距离。测距系统使用两个传感器来测量数据。为了确保安全，当两个数据不一致时，取最大值。列车定位也通过距离测量来完成。在有轨道电路的线路上，轨道电路的分界点作为列车的绝对位置。列车的实际位置可以通过绝对位置加上距离测量距离获得。同时，考虑到列车空转/打滑，应每隔一段时间检查一次列车的实际位置。5.3.4车门监控功能ATP主要监控车门的状态。当列车没有停在站台时，ATP不允许车门打开。当列车自动防护系统检测到列车正在运行且车门未锁定在关闭状态时，列车自动防护系统会实施紧急制动。仅当列车停在车站的预定停车区域内，且停车点的误差在允许范围内时，可编程逻辑控制器才允许车门开关操作。当列车停靠平台的精度偏离0.5m或1m时，允许列车以5公里/小时的速度运行，以准确停靠。三磷酸腺苷连续监测安全门，以确保门没有被异常打开。5 . 3 . 5显示功能TOD是信号系统和驾驶员之间的接口(见图2-2)。有了自动驾驶仪，驾驶员可以根据自动驾驶仪系统的指令安全地操作。自动驾驶仪向驾驶员显示自动驾驶仪设备的实际速度、目标速度、最大允许速度和运行状态。此外，TOD还显示列车运行期间产生的重要故障信息，在某些情况下，它还具有声音报警功能。5.3.6列车安全间隔控制功能列车安全间隔功能负责保持列车之间的最小安全距离(在移动闭塞的情况下)并签发运行授权。联锁功能将仅发布列车运行授权，并允许列车在安排好路线后进入该路线。当当前列车仍在路线中时，可以为后续列车重新安排路线。三磷酸腺苷路旁功能发布的运行授权取决于相应安全停车点的选择和激活。这些安全停车点的选择取决于路线内轨道部分的状态。安全停车点的位置在信号系统的设计中确定，该信息存储在ATP路旁设备中。选择位置是为了提供离每个安全停车点的安全距离。在列车控制中，安全距离限制了误差。速度样本，在ATP的监督下，列车绝对不可能通过危险点。5.4ATP系统控制模式和原理5 . 4 . 1分步分级制动控制模式分步hier它将列车的全制动距离划分为多个(通常为3-4个)固定的阻塞分区单元，每个阻塞分区根据与前一列车的距离确定限速值。当列车的实际速度高于检查值时，列车将自动制动。这种控制方式的制动曲线是阶梯式的，所以称为速度阶梯式控制方式。固定闭塞空管系统通常采用步进制动方式。速度步进控制是利用轨道电路传输多个低频信息，并赋予这些低频信息不同意义的速度码。车载控制设备根据接收到的不同低频信息的速度码实施不同的速度控制模式，从而保证列车在不同的闭塞系统下能够实现安全保护。阶梯式分级制动控制模式有出口检查和人口检查两种控制模式，分别称为滞后速度控制和超前速度控制，如图5-3所示。分步速度控制模式的主要优点是简单，并且本地列车传输的信息较少。不需要知道火车的确切位置，只需要知道火车所在的路段。缺点是为了保证安全，必须根据行车性能最差的列车设置目标极限曲线，不能充分发挥行车效率，不能满足高密度行车的需要。5.4.2速度-距离模式曲线制动控制模式速度-距离模式曲线(以下简称模式曲线)是反映列车允许速度与根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等确定的目标距离之间关系的曲线。包括从任何速度到停止的不同模式曲线，它反映了列车在每个点的实时允许运行速度值。速度-距离模式曲线制动(以下简称模式曲线制动)是通过连续的速度-距离模式曲线实现列车实时安全跟踪和运行控制的一种方式，能够满足日益增长的交通密度的需求。根据是否预留地面固定闭塞区，曲线模式可分为两种类型：曲线型分类制动模式和一级制动模式。曲线型分级制动模式是保留地面固定闭塞区的模式，制动模式速度曲线由车载计算机根据闭塞区提供的允许速度(目标速度)值、目标距离、列车自身的性能参数和线路常数等进行计算。或者存储和调用各种制动模式曲线来实现列车的制动控制。当采用曲线型分级制动模式(也称为准移动闭塞模式)时，跟踪目标点是前一列车所占闭塞区域的起点，目标速度和目标距离等信息通过地面车辆信息传输系统传输给列车，车载计算机计算制动模式速度曲线，实现模式曲线制动。主要制动方式是取消地面上的固定阻挡隔板，根据目标距离完全实现目标制动控制。列车间隔的长度不是固定的，而是随着前一列车的移动而变化。控制中心(或车载计算机)根据与前一列车的距离或与列车前方停车站的距离，根据目标距离、列车参数和线路参数计算列车的主制动模式