城市轨道交通ATC系统课件：ATP系统基本原理

ATP系统基本原理

ATP系统基本原理01一、ATP的基本概念二、ATP

设备构成三、ATP系统的主要功能四、ATP系统的技术要求五、ATP系统的基本工作原理ATP的基本概念02ATP

子系统是保证行车安全、防止列车进人前方列车占用区段和防止超速运行的设备。

ATP

负责全部的列车运行保护，是列车安全运行的保障。ATP

子系统执行的安全功能有：速度限制的接收和解码、超速防护、车门控制、自动和手动模式的运行、驾驶台接口、车辆运行方向保证、车辆标识。ATP,即列车运行超速防护或列车速度监督系统。ATP

子系统的功能是对列车运行进行超速防护,实现列车位置检测，保证列车间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行,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人，与联锁、ATS、ATO

及车辆系统接口并进行信息交换。ATP的基本概念02ATP

子系统不断将来自联锁设备和操作层面上的信息

线路信息、前方日标点的距离和允许速度信息等从地面传至车上，从而由车载设备计算得到当前所允许的速度，并测得实际运行速度,依此来对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下运行。当列车速度超过

ATP

装置所指示的速度时,ATP

的车载设备就发出制动命令，使列车自动地制动;当列车速度降至

ATP所指示的速度以下时，可自动缓解。运行操作仍由司机完成。这样，可缩短列车运行问隔，可靠地保证列车不超速、不冒进。ATP

是

ATC

的基本环节，安全系统，必须符合“故障一-安全”的原则。ATP的设备组成02ATP

设备组成

采用轨道电路传送

ATP

信息时,ATP

子系统由设于控制站的轨旁单元、设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元、车载

ATP

设备，以及与

ATS、ATO、联锁设备的接口设备组成。连续式

ATP

系统利用数字音频轨道电路，向列车连续地发送数据，允许连续监督和控制列车运行。对于

ATP,由轨道电路反映轨道状态，传输

ATP

信息。当轨道电路区段空闲时,发送轨道电路检测电码。当列车占用时，向轨道电路发送

ATP

信息。轨道旁的轨道电路连接箱内(发送端、接收端各一个)仅有电路调谐用的无源元件，包括轨道男合单元及长环线。ATP系统的主要功能02ATP

系统功能可分为ATP轨旁功能、列车检测功能、ATP

传输功能和

ATP

车载功能。

1.

ATP轨旁功能

ATP轨旁功能负责列车安全问隔和生成报文，完成对列车安全运行投权许可的发布和物文的淮备等。ATP

轨旁功能又分为列车安全间隔功能和报文生成功能。

（1)列车安全间隔功能

列车安全间隔功能负

责保持列车之间的最小安全距离，还负责发出;运行授权。由

ATP旁功能发出的移动授权根据相应的安全停车点的选择和激活而定。这些安全停车点的选定依赖于进路内轨道区段的状态。安全停车点的位置在信号系统的设计中确定，这方面的信息保存在

ATP

轨旁设备中。这样，在ATP

监督下,列车不可能发生通过危险点的情记。ATP系统的主要功能02（2）报文生成功能

从

ATP

轨旁功能里接收请求，完成整理数据，淮备和格式化要传送到

ATP

车载设备的报文,并决定传输方向。这样，生成经由每个轨道区段传输的报文，然后向车载设备发出报文。

报文由变量和包含在各变量中的数据结合而成，报文的长度和内容会随环境状态的不同而变化。ATP系统的主要功能02ATP

传输功能

ATP

传输功能负责发出报文信号，包括报文和

ATP

车载设备所需要的其他数据。ATP

车载功能

ATP车载功能负责列车安全运行，并提供信号系统和司机间的按口。车载功能包括的子功能有：ATP

命令解码、AP

监督、ATP

服务/自诊断、ATP状态、速度/距离，以及司机人机接口(MMI)。ATP系统的主要功能02（2)ATP

监督功能

ATP

监督负责保证列车运行的安全。

ATP

监督包括速度监督、方向监督、车门监督、紧急制动监督、后退监督、报文监督、设备监督等①速度监督功能②方向监督功能③车门监督功能④紧急制动监督功能⑤后退监督功能⑥报文监督功能⑦设备监督功能ATP系统的主要功能023）ATP

服务/自诊断功能

负责采集、存储、记录、调用列车数据、状态信息，为

ATP

监督提供服务，完成ATP车载设备自检

（4）ATP

状态功能

ATP

状态功能负责根据主要情况选定正确的状态和模式。

在列车有电的情況下，ATP-车载单元可能处于-三种快态中的一种：激活的、得用的、备用ATP系统的主要功能02（5）车门释放功能

车门释放功能保证当显示安全时允许打开车门。在所有的信号模式中可以连续使用此功能。

在满足下列条件时可得到车门释放指令：列车已停在非安全停车点的预期停车窗内;非安全停车点对应于列车长度;ATP

车载单元接收到许可打开车门的报文。

根据站台的布置，车门释放可以在列车的任意一侧或两侧。

(6)速度/距离功能

速度/距离功能是基于测速单元的输人，负责测定列车的运行速度、运行距离和运行方向。

对于采用数字音频轨道电路的

ATC

系统,距离是根据各轨道电路的始端来测量的，并通过使用测速单元的输人和固定数据(车轮直径）来确定。计算距离准许车轮直径、脉冲发生和车轮黏着/打滑的而造成的误差。ATP系统的主要功能02(7)距离同步功能

ATP

轨旁功能记录轨道区段的占用情况(这个信息由列车检测功能提供），然后

ATP

轨旁功能向列车传送有关在报文中轨道区段占用经过时间的信息。这个时间考虑到包括允许检测、列车检测功能相关的传输延误、地对车传输相关的处理和传输延误在内的余量。ATP系统的主要功能02（8）司机人机接口（MMI)功能

MMI

提供信号系统与司机的接口。借助于

MMI,司机可以按照

ATP

系统的指示运行。MMI

向司机显示实际速度、最大允许的速度，以及ATP

设备的运行状态。另外,显示列车运行时产生的重要故障信息，在某些情况伴有音响警报，如超过了最大允许速度。显示信息的类型和范围取决于设备的操作规程和

ATP

设备的配置。

司机人机接口功能包括司机显示功能和司机外部接口功能(9)折返/改换驾驶室功能

在列车进行折返的情况下，要求司机改换驾驶室。ATP系统的技术要求021.

ATP

系统的基本要求

（1)ATP

系统应由列车自动防护的轨旁设备、车载设备和控制区城内的联锁设备组成。联锁设备属于安全系统，并纳入

ATP

系统为典型的系统分类方式。但在系统阐述时，可将联锁设备列为子系统独立论述。(2)城市轨道交通必须配置

ATP

系统。ATP系统的技术要求02(3)闭塞分区的划分或列车运行安全间隔，应通过列车运行模拟确定，并经列车实际运行校验（4)城市轨道交通的ATP

系统应采用连续式控制方式。连续式控制方式主要是指安全输入信息连续更新，并实现连续控制。宜采用速度-距离制动模式。列车位置检测可采用轨道电路、轨道环路等方式实现。ATP系统的技术要求022.

ATP

车载设备的技术要求

ATP

车载设备在满足

ATP

系统基本要求外,还应符合下列规定：

(1)ATP

系统导致列车停车为最高的安全准则。地一车连续通信中断、列车完整性电路断路、列车超速、列车的非预期移动、车载设备重要故障等均应导致安全性制动。

（2)ATP

车载设备的车内信号应是行车的主体信号。车内信号至少包括列车实际运行速度

列车运行前方的目标速度;在两端司机室内均应装设速度显示、报警装置和必要的切换装置ATP系统的技术要求02(3)ATP执行强迫停车控制时，应切断列车车引,列车停车过程不得中途缓解；ATP

执行的强迫停车控制，包括全常用制动或紧急制动控制等不同方式,但最终控制模式应为紧急制动控制。考虑到行车的安全，要求停车过程不得中途缓解，并应在列车停车后，司机履行一定的操作手续，列车方能缓解。

(4）车载信号设备与车辆接口电路的布线应与其主回路等环节的高压布线分开敷设并实施防护;与车辆电器的接口应有隔离措施。ATP系统的基本工作原理021.

列车检测

采用轨道电路等作为列车检测设备的系统，当轨道电路区段空闲时，发送轨道电路检测电码，此时轨道电路的功能是检测是否空闲，检测结果送往联锁装置。

采用轨间电缆

ATC

系统利用轨间电缆的交叉配置实现列车定位。

采用无线通信的

ATC

系统通过车一地的通信通道进行列车定位。此时计轴设备作为次级设备,连续地对线路的占用/空闲进行安全可靠的检测。ATP系统的基本工作原理022.

列车自动限速

连续式

ATP

系统向列车连续地发送数据，允许连续监督和控制列车运行。

ATP轨旁单元从联锁和轨道空闲检测系统获得物理轨道空闲/占用信息,形成计划数据后传输至

ATP

车载设备。驾驶指令主要包括目标坐标(目标速度和目标距离)、最大允许线路速度和线路坡度。ATP

车载设备通过此数据计算现有位置的列车最大允许速度。驾驶列车所需的数据经由司机室显示器指示给司机。

实际的列车速度和驶过的距离由测速装置连续进行测量。ATP系统的基本工作原理023.

目标速度和目标距离ATP

轨旁设备向在其控制范围内的列车分配一个“目标距离”，再由轨道区段生成代码，通知列车前方有多少个未占用的区段，接着，ATP

车载设备调用存储器里的信息，决定在列车任何时刻列车的运行速度和可以运行的最远距离，确保在抵达障碍物或限制区之前安全停车目标一距离原理如图2-1所示ATP系统的基本工作原理02列车制动控制模式分为分级制动模式和一次制动模式。

(1）分级制动

分级制动是以闭塞分区为单元，根据与前行列车的运行距腐米调整列车速度，各闭塞分区采用不同的低频预率调制，指示不同的速度等級，在此基甜上确定限速值。分线制动模式又分为阶梯型和曲线型。ATP系统的基本工作原理02阶梯型分级制动模式不能满足高密度行车的需要,改为速度一距离模式曲线制动模式。

模式曲线是根据该闭塞分区提供的允许速度值及列车参数和线路常数由车载计算机计算出来的(或将各种制动模式曲线存储调用)。曲线型分级制动模式的速度曲线如图2-3

所示

准移动闭寒制式的

ATC

通常采用曲线型分级制动模式。ATP系统的基本工作原理02(2)一次制动

一次制动是按目标距离制动的。根据距前行列车的距离或距运行前方停车站的距离，由控制中心根据目标距离

、列车参数和线路参数计算出列车制动模式曲线，或由车载计算机子以计算,按制动模式曲线控制列车运行。信息传输有数字编码轨道电路传输和无线传输两种方式。无论何种方式，传输的信息必须包括线路允许速度、目标速度、日标距离。ATP系统的基本工作原理025.测速与测距

确定车辆速度和位置是

ATP

关键、重要的功能。

（1测速

列车运行速度的测量非常重要，列车实际运行速度是速度控制的依据。该速度值的准确和精度直接影响调速效果。

测速有车载设备自测和系统测量两种方法，车载设备安装有测速发电机、路程脉冲发生器、光电式传感器和霍尔式脉冲转速传感器等，它们安装在无动力车辆的轮轴上。系统测量有卫星测速和雷达测速等方法ATP系统的基本工作原理02①测速发电机

早期采用测速发电机测速。测速发电机安装在车轮轴头上，它发出的电压与车速成正比该电压经处理后产生模拟量和数字量两个输出，分别用来驱动速度表和进人车上主机用于速度比较。测速发电机简单，但在低速范围内精度较差，可靠性也不高。

②路程脉冲发生器

路程脉冲发生器的核心部件是一个

16极的凸轮，随着车轮的转动，发生一系列脉冲，车速越快，脉冲数越多，只要在一定时间内记录下脉冲的数目，即能换算成列车的实际速度ATP系统的基本工作原理02④霍尔式脉冲转速传感器

车轮转动时，使霍尔式传感器产生频率正比于车轮转速的信号,来进行测速

需采用两路测速，两套传感器安装在不同的车轴和不同的侧面，以提高保证测量淮确性和提高测量精度，并对车轮空转、蠕滑、死抱等引起的误差进行修正。

速度传感器无法精确补偿车轮滑转和渭行,可用一合多沓勒雷达装置,向

ATP/ATO

系统输入第三个车速信息。这个信息与转速传感器输入的车速相比较,以检验车速测量系统的可靠性。ATP系统的基本工作原理02⑤雷达测速

雷达测速应用多普勒效应。当无线电

波碰到一个静止的物体时，被反射回来的电波频率与发射的电波频率一样，其差频为零;而当无线电波碰到一个程动的物体时(不论该物体是迎着发射源，还是背离发射源），被反射回来的电波频率与发射的电波频率不一样，其差频与移动物体的速度成正比，与发射源的工作波长成反比,并与雷达辐射方向和移动物体方向间的夾伯有关。雷达测速的工作原理如图2-5

所示。ATP系统的基本工作原理022）测距

在目标一距离模式中，列车位置对于安全性至关重要。如果列车无法掌握它在线路中的准确位置，那么它就无法保证在抵达障碍物或限制区之前停下或减速。如何测量距停车点的精确距离是列车运行超速防护系统的重要任务。通过连续确定列车行驶距离，ATP

车载设备可以随时查找列车的精确位置。距离信息以轨道区段的分界来定位，当列车经过轨道区段的分界时，距离测量被同步。ATP系统的基本工作原理02（1)固定限速

固定限速是在设计阶段设置的。车载ATP

和

ATO

设备都存储着整条线路上的固定限速区信息。速度梯降级别为

1

km/h。它决定了“日标距离”工作模式下的可能给出的最优行车问隔。

2)临时限速

限制速度在某些