城市轨道交通信号基础-13-第五章 5.1 列车自动控制系统-综述

学习要点知识目标：1.掌握列车自动控制系统的作用；2.掌握列车自动控制系统的组成；3.了解列车自动控制系统的功能及结构类型；4.了解列车自动控制系统的分类；技能目标：1.能够将列车自动控制系统设备进行归类；2.能够完成ATC系统仿真软件系统启动及关闭等相关操作；概述ATC系统(AutomaticTrainControlsystem)。ATC系统是城市轨道交通信号系统最重要的组成部分，它具有行车指挥、控制和管理功能的自动化系统。它是保障轨道交通行车安全、提高运输效率的核心，也是标志一个国家轨道交通技术装备现代化水准的重要组成部分。概述

列车运行控制技术随电子技术的发展于20世纪60年代开始出现。前苏联于1958年首次研制成功了较低级的行车自动化系统，1962年在莫斯科地铁使用。美国于1960年在纽约地铁试运营列车自动驾驶系统(ATO)。美国于1972年9月在旧金山海湾采用城郊快速运输系统(BART)，两台计算机，一主一备。英国在1971年7月23日将victoria线实行自动化，全线长为22.4km。1.国外发展概述

列车运行控制技术随电子技术的发展于20世纪60年代开始出现。1.国外发展1972年法国在巴黎地铁实现自动调度，较全面的实现了列车行车指挥和列车运行自动化。1.国内发展1)我国于1975年在北京地铁线路开始试用自己研制的行车自动化系统。2)1976年开始采用国产电子计算机，初步实现了轨道交通行车指挥自动化概述

列车运行控制技术随电子技术的发展于20世纪60年代开始出现。基本结构计算机联锁（CBI）子系统列车自动防护（ATP）子系统列车自动监控（ATS）子系统列车自动运行（ATO）子系统ATC一、ATC系统组成一、ATC系统组成1、按设备功能划分ATP列车自动保护系统ATS列车自动监控系统ATO列车自动驾驶系统

三个子系统是通过信息交换网络构成闭环系统，可以充分发挥保证行车安全，提高运行效率，缩短行车间隔，促进管理现代化，提高综合运营能力和服务质量的作用。ATC一、ATC系统组成1、按设备功能划分列车自动防护子系统ATP列车自动防护子系统(AutomaticTrainProtection，简称ATP)，主要作用是防止列车追尾、冲突事故的发生，并控制列车的运行速度不超过允许的最高速度。一、ATC系统组成1、按设备功能划分列车自动运行子系统ATO

列车自动运行系统(AutomaticTrainOperation，简称ATO)，主要作用是实现列车自动驾驶，并使列车在设定的车站自动停车。机车信号设备-自动停车装置一、ATC系统组成1、按设备功能划分列车自动监控子系统ATS列车自动监控系统(AutomaticTrainSupervision，简称ATS)，主要作用是对线路上运行的所有列车进行监督和管理，控制列车根据列车运行图完成运营作业。一、ATC系统组成2、设备安装位置划分ATC轨旁设备控制中心设备车载设备一、ATC系统组成2、设备安装位置划分车载设备：指安装在车上的信号设备。一、ATC系统组成2、设备安装位置划分轨旁设备：包括线路上、信号设备室内信号设备，如车站联锁、轨旁设备等。ATO车站环路接口柜ATO数据通信设备一、ATC系统组成2、设备安装位置划分控制中心设备：指安装在控制中心的ATS设备，如调度员终端、服务器等。二、ATC系统功能与作用ATS功能列车检测功能PTI功能ATC功能联锁功能1、ATC系统功能二、ATC系统功能与作用可自动或由人工控制进路进行行车调度指挥，并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能响应来自ATS功能的命令，控制各信号设备，并将其状态信息提供给ATS和ATC。联锁功能一般由轨道电路完成列车检测功能1、ATC系统功能二、ATC系统功能与作用在联锁功能的约束下，根据ATS的要求实现列车运行的控制。ATC功能

传输和接收各种数据，报告列车的识别信息、目的号码和乘务组号、列车位置数据。PTI功能列车间隔和报文生成发送感应信号安全运营ATP/ATO轨旁功能ATP/ATO传输功能ATP/ATO车载功能1、ATC系统功能二、ATC系统功能与作用2、ATC系统作用城市轨道交通特点保障行车安全提高运营效率城市轨道交通的运营线路封闭，主要作业是运送旅客，运营线路不长，站与站之间的距离较短，列车以中低速行驶。运送旅客线路不长站间距离较短以中低速运行运营线路封闭二、ATC系统功能与作用2、ATC系统作用（1）保障行车安全ATP系统与列车的牵引制动系统一道控制列车运行速度，防止列车超速行驶。设备在故障情况下遵循故障导向安全原则，确保运营安全。牵引制动系统防止列车超速遵循故障导向安全原则二、ATC系统功能与作用2、ATC系统作用（2）提高运营效率列车自动控制系统能实现列车自动驾驶，列车根据运营计划自动完成运营作业，可以有效减少驾驶员、调度和车站人员的工作强度，确保列车正点运营，有效提高运营作业效率。根据国内外的运营经验，一般最大通过能力小于30对/h的线路宜采用ATS和ATP系统，实现行车指挥自动化及列车的超速防护。最大通过能力较低的线路行车指挥可采用以调度员人工控制为主的CTC（调度集中）系统最大通过能力>30对／h的线路应采用完整的ATC系统，实现行车指挥和列车运行自动化。根据运营需要，信号系统还应满足最大通过能力为40对的总体要求。二、ATC系统功能与作用2、4.ATC系统的水平等级三、ATC系统的基本结构和特点ATC系统中心集中式ATC系统区域分散式ATC系统1.中心集中式ATC系统（1）结构特点中心集中式ATC系统，与调度集中系统(CTC)信息集集中，车站分散式控制相似。

针对线路特点，一般在控制中心（或某一车站）集中设置1套（或多套）ATC集中处理设备，在相应的车站配置车站控制器及ATS远程终端，在列车配置车载ATP/ATO设备。三、ATC系统的基本结构和特点1.中心集中式ATC系统控制中心集中设置1套（或多套）ATC集中处理设备车站控制器ATS远程终端车站控制器ATS远程终端ATP/ATO设备三、ATC系统的基本结构和特点1.中心集中式ATC系统列车的安全运行主要是由中心集中处理设备负责，包括列车安全间隔、速度保护，以及联锁逻辑保护等。车站控制器只具备一些简单的联锁控制命令的执行及轨旁设备状态的采集功能。

车站控制器及车载设备一般是按照中心处理机的指令运行，一旦中心设备由于其他原因造成系统功能未完全开通，则将造成整个线路运营等级的降低。三、ATC系统的基本结构和特点1.中心集中式ATC系统（2）运营情况泰雷兹轨道信号公司提供的SeITrac@S40系统为该结构的主要代表。三、ATC系统的基本结构和特点（1）结构特点2.区域分散式ATC系统主要特点是按照线路配线情况，一般在联锁关系密切（或有岔）的车站设置区域型车站ATC系统设备，在线路运营指挥中心只设置ATS中心级设备。每套区域型车站ATC系统设备主要负责列车在其联锁控制区内安全、高效、可靠地运行。列车运营控制分摊联锁区分散控制风险分散有利于分期分段实施的轨道交通线路，合理的划分联锁区对已运营线路的影响，保证运营服务质量。三、ATC系统的基本结构和特点（1）结构特点2.区域分散式ATC系统三、ATC系统的基本结构和特点（2）运营情况2.区域分散式ATC系统西门子公司提供TRAINGUARDMT系统为该结构的主要代表三、ATC系统的基本结构和特点正常情况下，由控制中心向联锁机传送运行图信息，将进路功能下放给车站联锁机设备来实现；非正常情况下，车站联锁机根据曾经收到的列车运行图信息继续进行进路控制。3.结构比较中心集中式ATC系统区域分散式ATC系统进路功能由各个车站联锁设备或控制器完成，响应性较好。进路功能由定点车站联锁设备或集中站设备完成，响应性较好。四、ATC系统的控制方法ATC系统的控制就是利用“3C”技术，通讯信息的变换、反馈的功能，保障列车运行安全，或使列车运行达到最优控制状态，实现ATC系统规定的控制功能目标。传统信号系统中ATC系统中列车运行通过地面信号机保证行车安全，行车指挥由人工或CTC系统完成。列车运行以车载信号为主，行车指挥由控制中心ATS系统完成。四、ATC系统的控制方法1.ATP控制方法

ATP制式或控制方法而言，根据其发展阶段可分为自动停车、列车速度监控、车载安全计算机或列车超速防护控制。ATP将信息不断从地面传至车上，得到当前容许的安全速度，以此来对列车实现监督及管理。ATP功能是由车载ATP系统和轨旁ATP系统共同实现的。ATP计算机根据已有的数据和当时的线路运行状况，按照一定的算法计算列车的最大允许曲线。四、ATC系统的控制方法1.ATP控制方法前行列车A的位置或危险点经通信系统传递给运行在线路区间的后续列车B。对列车B而言，列车A的位置就是危险点，列车B计算出到危险点的最大允许速度。列车A向前运动，则列车B的安全停车点也随之变化，列车B与列车A总是保持一个安全距离。四、ATC系统的控制方法1.ATP控制方法该安全距离是介于列车B的目标停车点和确认的前车尾部之间的固定距离。列车B实时计算到停车点的速度-距离曲线。如果列车实际速度高于最大允许速度，那么系统就先报警，若在规定时间内未将速度降到允许速度以下，则实施紧急制动。四、ATC系统的控制方法2.ATO控制方法ATO子系统能保证运行时间与定点停车，还能提高运行效率，提高舒适度，减少能耗。但作为ATC的一个子系统，它的功能是要依靠ATC各子系统协调工作共同完成的，缺少ATP与ATS子系统，ATO将无法正常工作。五、ATC系统的类型评价和识别列控系统要素速度控制模式车—地信息传输方式速度控制模式决定了列控系统采用的闭塞制式、列车运行追踪间隔，体现了列控系统的效能水平。车—地信息传输量的大小决定了可能采用的速度控制模式。五、ATC系统的类型固定闭塞ATC系统准移动闭塞式ATC系统移动闭塞ATC系统闭塞制式ATC系统点式ATC系统连续式ATC系统车—地信息传输连续性五、ATC系统的类型车—地信息传输方式基于轨道电路的ATC系统基于CBTC的ATC系统五、ATC系统的类型五、ATC系统的类型六、ATC系统实现速度控制基本方式模拟轨道电路ATC系统数字轨道电路ATC系统CBTC的ATC系统ATC系统中，根据地面与车载设备的安全信息传输方式，大致经历了以下几个阶段：1.基于轨道电路的ATC系统列车定位是以固定的轨道电路区段为单位，采用模拟轨道电路方式由地面向车载设备传送10～20种信息，列车采用阶梯式速度控制，称为固定闭塞。六、ATC系统实现速度控制基本方式1.基于轨道电路的ATC系统从系统整体角度来看，图7-4模拟轨道电路的ATC系统中各子系统处于分立状态，技术水平明显落后，维修工作量大，制约了列车运行速度和密度的进一步提高。六、ATC系统实现速度控制基本方式2.基于数字轨道电路的ATC系统采用数字编码方式，地面向车载设备传送数十位数字编码信息，列车可实现一次模式曲线式安全防护，缩短了列车运行间隔，提高了舒适度。采用数字轨道电路的ATC系统，列车可实现一次模式曲线式安全防护，因此称为准移动闭塞。六、ATC系统实现速度控制基本方式2.基于数字轨道电路的ATC系统必须具备很强的抗干扰能力。（1）受轨道电路特性限制，只能实现地面向列车的单项信息传输，信息量也只能到数十比特。（2）与牵引供电专业的设备安装相互影响。（3）无法进行精确列车定位。（4）缺点：六、ATC系统实现速度控制基本方式3.基于通信的列车运行控制系统（CBTC）特点是前、后列车都采用移动定位方式，通过安全数据传输，将前行列车的位置信息安全地传递给后续列车，可实现一次模式曲线式安全防护，并且其防护点能够随前车的移动而实时更新，有利于进一步缩小行车间隔，提高运输效率，称为移动闭塞。七、后备模式的实现1.后备系统设备构成移动闭塞后备系统一般由自动站间闭塞设备构成，列车按站间空闲闭塞法运行，区间列车检查设备大多采用轨道计轴电路或无绝缘数字轨道电路。轨道计轴电路在出站信号机处设置1对计轴点，道岔区增设多头计轴点。站间采用光缆通信通道，车站控制计算机与计轴点间采用光电综合缆通信。（1）数字轨道电路采用站外接近区、站台股道区、出站离去区3段轨道电路设置法道岔区单设轨道电路，利用逻辑电路构成检查条件，轨旁设备较多。（2）七、后备模式的实现2.后备系统启用时机（3）所有车载信号设备故障，此时应由调度干预，更改运营模式，启用后备系统运营（2）移动闭塞系统车一地通信故障（1）开通调试前临时运营八、点式ATC系统1.点式ATC系统主要功能是实现列车超速防护，所以又称为点式ATP系统。它用点式传递信息，用车载计算机进行信息处理。优点是采用无源、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ATC系统。缺点是难以胜任列军密度大的情况。八、点式ATC系统2.点式ATC系统的基本结构点式ATP系统的基本结构，由车载设备和地面设备组成，主要是地面应答器、轨旁电子单元（LEU）以及车载设备。八、点式ATC系统2.点式ATC系统的基本结构（1）地面应答器通常设置在信号机旁或者设置在一段需要降速的缓行区间的始、终端。八、点式ATC系统2.点式ATC系统的基本结构（2）轨旁电子单元LEULEU是地面应答器与信号机之间的电子接口设备，其任务是将不同的信号显示转换为约定的数码形式。LEU是一块电子印制板，可根据不同类型的输入电流输出不同的数码。（3）车载设备车载设备由车载应答器、测速传感器、中央处理单元、驾驶台上的显示、操作与记录装置等部分组成。八、点式ATC系统2.点式ATC系统的基本结构（3）车载设备额八、点式ATC系统3.点式ATC系统的基本原理点式ATC系统的车载设备接收信号点或标志点的应答器信息，还接收列车速度和制动压力信息，输出控制命令和向司机显示。地面应答器向列车传送每一信号点的允许速度、目标速度、目标距离、线路坡度、信号机号码等信息。车载中央控制单元根据地面应答器传至车上的信息以及列车自身的制动率（负加速度），计算得出的两个信号机之间的速度监控曲线。八、点式ATC系统3.点式ATC系统的基本原理八、点式ATC系统4.地车之间的数据传递数据传递是按协议的串行数码传输方式，电码以频移键控方式传送，为了防止干扰，载频通常在800kHz-1MHz之间，数码速率一般为50kb/s。0000000111111110起始同步码终止同步码5.应用点式ATP子系统的轨道电路只用于检测列车，向列车传送ATP信息完全依赖于设置于特定地点的地面应答器。点式ATP子系统的ATC系统不包括ATO子系统九、ATC系统控制模式控制中心自动控制模式控制中心人工介入控制CTC系统人工控制模式车站自动控制模式车站人工控制模式九、ATC系统控制模式控制模式间的转换转换至车站操作强制转换至

车站操作只有当控制中心ATS已经发出相应的命令，才能转换到车站操作模式。所有转换操作只能由车站操作员才能有效实施。在没有