ATC子系统培训教材

1、2011年3月24日,自动列车控制(ATC)子系统培训,- 11/08/2020 - P 2,目录,ATC的组成 ATC功能描述 ATC原理 ATC的接口,- 11/08/2020 - P 3,ATC的组成,车载On board CC (车载控制器) DMI 轨旁 Trackside ZC (区域控制器) LC (线路控制器) DSU (数据存储单元) LEU (欧式编码器) ，仅在闭塞模式下使用only used in block mode Beacon （欧式信标）,ATC组成,- 11/08/2020 - P 4,- 11/08/2020 - P 5,ATC组成,车载ATC 车载控制器C

2、C (Carborne Controller): CC是车载ATC的核心部分，主要由核心编码处理器和输入输出模块组成，它们分别负责信息的安全处理和安全输入输出. DMI(Driver machine interface),- 11/08/2020 - P 6,ATC组成,轨旁ATC 区域控制器ZC (Zone Controller): ZC是轨旁ATC的重要组成部分，三取二结构机箱.它与联锁系统相连，为ATC控制列车提供了轨旁变量信息. 通常一条线由一个或多个ZC区域组成，这与线路上所需管理的变量的数量有关.,- 11/08/2020 - P 7,ATC组成,轨旁ATC 线路控制器LC (Li

3、ne Controller): LC是轨旁ATC的组成部分之一，三取二结构机箱，它负责管理临时速度限制和ATC软件的版本. 它为整条线路服务，不受区域限制.,- 11/08/2020 - P 8,ATC组成,轨旁ATC 数据存储器DSU (Data Storage Unit): 是轨旁ATC的组成部分之一，所有供CC下载的文件都存储在DSU中，这些文件分为两种: ATC恒量数据(static data)和ATC软件. 它为线路上所有的列车服务，不受列车模式限制. 编码器LEU (Line Side Electronic Unit): 在后备模式下，LEU 从联锁系统提取轨旁信息，再将信息编码后

4、传给安装在轨旁的信标Beacon, 从而使经过的车辆能够读取这些信息.,- 11/08/2020 - P 9,ATC组成,轨旁ATC 信标BEACON (EuroBalise Beacon): 根据功能的不同，信标又可分为重新定位信标，移动列车初始化信标，准确停车信标和固定列车初始化信标四种.,重新定位信标: 根据信标的信息可以重新确定列车的位置. 移动列车初始化信标（21m）: 用两个重新定位信标可以对列车的编码里程计进行校准.,- 11/08/2020 - P 10,ATC的功能描述,- 11/08/2020 - P 11,ATC功能描述,F1: 保证运行安全 轨道状态信息更新 管理列车状

5、态 车辆位置报告 计算自动保护区域AP 管理轨道占用 管理列车的授权终点 管理临时限速TSR (Temporal Speed Restriction) 控制列车速度,- 11/08/2020 - P 12,ATC功能描述,F2: 保证乘客安全 紧急停止区域(ESA) 管理站台屏蔽门(PSD)和车门 站台安全停靠(Safely Docked)和安全制动(Safely Immobilised) 管理列车从站台出发 F3: 协助运营 定义驾驶模式,- 11/08/2020 - P 13,ATC功能描述,F4: 协助驾驶 管理车站跳停 (skip station) 管理扣车 (train hold)

6、管理出发和到达时间,- 11/08/2020 - P 14,ATC功能描述,F1: 保证运行安全 轨道状态信息更新 轨道状态信息更新由ZC来完成，它从联锁系统得到一些二进制输入 从而定义运行方向，联锁区段占用状态和目标终点EOA. 管理列车状态 列车的实时状态是由CC来管理的， 包括列车静止状态，列车运行方 向，列车运行速度以及列车运行加速度等. 当列车停止时，CC必须启用列车上的零速度指示器(Zero Velocity Indicator). 当列车的速度为未知时，CC必须启动紧急刹车并通知监控系统ATS.,- 11/08/2020 - P 15,ATC功能描述,F1: 保证运行安全 列车位

7、置报告 列车的位置报告是由CC利用重新定位信标来计算，CC把报告周期性的传给 所在区域的ZC，从ZC接收到授权终点EOA，信号灯和道岔的信息. 对于丢失的列车，列车只能在RM模式下由驾驶员来驾驶车辆前行，在其 他模式下，CC必须启用紧急刹车并通知监控系统ATS.,ATC功能描述,- 11/08/2020 - P 16,列车位置报告 使用里程计信息和信标，不断更新SGD内的列车位置 通过21米的MTIB进行轮径校准 通过两个连续信标后列车定位 维持其定位并根据后续信标消除定位误差 CC向ZC发送位置报告,ATC功能描述,- 11/08/2020 - P 17,- - P 17,运行方向 (Tra

8、ffic directions),通过一个信标时（when passing first beacon） 列车通过第1信标时，读取信标ID (when the train passes the first beacon, read beacon) 从SGD中搜索信标ID (search the beacon id in SGD) 推导出Block ID deduce the block ID,通过第二个信标时： (when passing the second beacon) 列车通过第2个信标时，读取信标ID (when the train passes the second beacon,

9、read beacon id.) 从SGD搜索信标编号 Search the beacon id in SGD 推导出Block ID编号及列车运行方向（如方向为信标12 信标13 deduce the block id and the traffic direction (for example : traffic directions as 12 13) -完成列车定位 Complete train localization,Block ID 160,信标ID 12,Block ID 161,信标ID 13,ATC功能描述,- 11/08/2020 - P 18,- - P 18,列车位置

10、（最小&最大头&尾）Train location (Max head & tail, min head & tail ),ATC功能描述,- - P 19,- 11/08/2020 - P 20,ATC功能描述,F1: 保证运行安全 计算自动保护区域AP 对于正常运行的列车，ZC从列车位置报告中得到车头和车尾位置以及车 辆的当前运行速度，从而计算和及时更新AP区域. 对于丢失的列车，ZC将以它丢失前的AP位置为基础，在它所在区段内生成 NIAP区域用以保证列车安全，当列车重新建立通信并定位时，NIAP区域将 一分为二，二者之间重新生成AP区域，这二个NIAP区域在某些特定条件下 将会被删除，以

11、保证列车更有效率的运行.,ATC功能描述,- 11/08/2020 - P 21,- 11/08/2020 - P 22,ATC功能描述,NIAP,NIAP,AP,of,Train,Traffic,Direction,NIAP,NIAP,NIAP,AP,of,Train,Traffic,Direction,AP,Train B,F1: 保证运行安全,Lost Train,Train B,- 11/08/2020 - P 23,ATC功能描述,F1: 保证运行安全 管理轨道占用 ZC通过列车位置信息来计算由ATP区段所组成的列车所占区域. 当一个ATP区段上没有正在行驶的列车或者没有列车时，ZC

12、必须把这个ATP 区段信息(NTM)传给联锁系统.,ATC功能描述,- 11/08/2020 - P 24,- - P 24,Context for Block B1 区段B1的情况,- 11/08/2020 - P 25,ATC功能描述,F1: 保证运行安全 管理列车的授权终点 ZC从联锁系统可得到道岔，信号机，进路，保护进路(Overlap)和缓冲区段 (Buffer Zone)等一系列二进制输入，利用这些信息，ZC可以定义列车的运行 方向，联锁区段占用状态，并独自或者在邻近ZC的帮助下计算出列车的授权 终点. 当ZC从CC收到列车的位置报告时，它将授权终点EOA和轨旁变量信息传给 CC.

13、,- 11/08/2020 - P 26,ATC功能描述,F1: 保证运行安全 管理列车的授权终点 CC根据授权终点EOA和轨旁前方信号灯信息来计算列车的运行曲线. 在AM, AMC或者MCS驾驶模式下，CC发送的位置报告中包含对前方信号灯 的信号取消请求，ZC通过对信号灯，列车的方向以及和EOA的位置来判断是 否向CBI发送此信号取消请求.,- 11/08/2020 - P 27,ATC功能描述,F1: 保证运行安全 管理列车的授权终点 当ZC计算授权终点EOA 时，当遇到ZC区域的分界 处时，所在区域的ZC从行 驶方向上的邻近ZC处获得 一个EOA的补充报告，从 而计算出列车的授权终点.,

14、- 11/08/2020 - P 28,ATC功能描述,F1: 保证运行安全 TSR数据存储在LC中 由ATS更新TSR数据，允许下述操作 TSR发布 TSR更改 在每个TSR更改后，LC自动更新使用的版本 TSR的使用版本和TSR状态发送到CC 当CC接收到TSR版本时，CC必须核实存储器中的TSR数据是否一致，如果不一致，它必须给LC发送一个TSR下载请求。,ATC功能描述,- 11/08/2020 - P 29,F1: 保证运行安全 控制列车速度 如果列车运行速度超过以下任何一个速度参数，CC将启动紧急刹车EB. 列车最大许可速度 轨道最大许可速度 驾驶模式最大定义速度 在CBTC模式下

15、(MCS/AM/AMC/ATB): - PSR (Permanent Speed Restriction) - TSR (Temporary Speed Restriction) - BSR (Block Speed Restriction),- 11/08/2020 - P 30,ATC功能描述,Train 列车,EOA,PSR,TSR,BSR,F1: 保证运行安全 在CBTC模式下，列车的运行曲线必须考虑到以下三个速度限制参数， 如下图:,- 11/08/2020 - P 31,ATC功能描述,F2: 保证乘客安全 紧急停止区域(ESA) 紧急停止区域(ESA)由SPKS或ESP来启动，S

16、PKS用于保护轨道工作人员的 安全，ESP用于保护乘客和处理一些突发事件. 当两者之一被启动时，所有此区域内的列车运动都将被禁止，区域外的列车 也不可能进入.,- 11/08/2020 - P 32,ATC功能描述,F2: 保证乘客安全 管理站台屏蔽门(PSD)和车门 CC从联锁子系统得到屏蔽门状态，通过联锁系统来直接控制站台屏蔽门. CC对任何站台屏蔽门的控制都必须和相应的车门控制命令同步. 在CBTC(AM, AMC, ATB and MCS)模式下，当列车在站台屏蔽门开启或者 车门开启的情况下开始移动，CC将启动紧急刹车.,- 11/08/2020 - P 33,ATC功能描述,F2:

17、保证乘客安全 管理站台屏蔽门(PSD)和车门 CC在以下条件全部达到时才被允许控制车门: - 驾驶模式为AM, AMC, ATB or MCS - 车辆驾驶室的零速指示被启动 - 车辆处于安全停靠和安全制动 - CC的数据库中存在车门开启数据,当车门控制被设为手动时，驾驶员将在DMI的引导下控制车门. 当列车配置了安全门时，CC必须把安全门的状态提供给监控系统ATS和驾驶员.,ATC功能描述,管理站台屏蔽门(PSD)和车门 CC通过CI直接控制 - CC发送开关门命令 - PSD发送屏蔽门关闭且锁闭状态 在AMC和MCS模式下：如果列车在车站且在PSD打开时移动，CC将发出紧急制动 在AMC和

18、MCS模式下：如果没有检查到PSD关闭且锁闭，CC将要求列车安全停车,- 11/08/2020 - P 34,- 11/08/2020 - P 35,ATC功能描述,F2: 保证乘客安全 站台安全停靠(Safely Docked)和安全制动(Safely Immobilised) 当列车按照正确的位置在站台停下，此时列车为安全停靠状态. 当列车安全停靠后，车载ATC将命令车辆执行牵引禁止(Traction Inhibition) 和停车制动(parking brake)，当CC收到回复后，列车即为安全制动状 态. 安全制动状态将通过列车位置报告传给ZC，ZC再将信息传给联锁子系统.,- 11/

19、08/2020 - P 36,ATC功能描述,F2: 保证乘客安全 管理列车从站台出发 在CBTC模式下，在下列条件都成立的情况下，CC才能启用站台出发许可: 确认车门关闭且锁闭 确认站台屏蔽门关闭且锁闭 没有触发站台紧急停车按钮 未激活扣车 前方无限制点 后备模式下，当车门和屏蔽门关闭且锁闭，变量有效，即可授权列车离站 在除了RM外的任何模式下，如果列车在没有获得出发许可的情况下开始移 动，CC启动紧急刹车，发送紧急刹车应用状态给ATS并指出原因，在DMI上 向驾驶员显示紧急刹车被启用并用语音报警.,ATC功能描述,- 11/08/2020 - P 37,F2: 保证乘客安全 乘客广播 下述

20、信息提供给PIS： 到站和进站信息 跳停 扣车,- 11/08/2020 - P 38,ATC功能描述,F3: 协助运营 定义驾驶模式 在CBTC无人驾驶模式下，当满足下列条件时，CC被许可以自动模式AM驾驶车辆. 列车配有自动模式许可(ITAMA) 车速在有效范围 列车位置有效 CC收到有效授权终点EOA 驾驶室启用有效,ATC功能描述,- 11/08/2020 - P 39,F3: 协助运营 定义驾驶模式 OFF/ATB RM（限制模式） MCS（驾驶室信号模式） AMC（自动模式）,- 11/08/2020 - P 40,ATC功能描述,F3: 协助运营 定义驾驶模式 RM: 限制人工驾

21、驶模式（向前和向后） ATP将速度限制25kph，司机负责信号机状态和列车间隔。 - RMF:限制人工驾驶模式（向前） 司机已选择驾驶台(司控器钥匙在on位置)，本驾驶台的模式选择器在RM位置且方向手柄在向前位置。 - RMR:限制人工驾驶模式（向后） 司机已选择驾驶台(司控器钥匙在on位置)，本驾驶台的模式选择器在RM位置且方向手柄在后退位置。,- 11/08/2020 - P 41,ATC功能描述,F3: 协助运营 定义驾驶模式 MCS: ATP模式: 处理所有ATP功能 ATO不工作，司机控制牵引和制动 司机已选择驾驶台(司控器钥匙在on位置)，本驾驶台的模式选择器在MCS位置且方向手柄

22、在向前位置。,- 11/08/2020 - P 42,ATC功能描述,F3: 协助运营 定义驾驶模式 AMC: 带发车按钮的ATO 模式(ATO mode) ATP和ATO工作，司机负责发车按钮和车门（车门也可自动控制） 司机已选择驾驶台(司控器钥匙在on位置)，本驾驶台的模式选择器在AMC位置且方向手柄在向前。 ATB: 自动折返 如果两端司控器钥匙处于OFF位置且驾驶模式选择器处于OFF位置,且方向手柄处于零位,ATC功能描述,- 11/08/2020 - P 43,F3: 协助运营 定义驾驶模式 RM模式有效条件 编码里程计可用 MCS模式和AMC模式有效条件 编码里程计可用 列车定位

23、有效EOA 已选择了主控驾驶室 在非激活的驾驶室，方向手柄应保持在零位，模式选择器应在OFF位,ATC功能描述,- 11/08/2020 - P 44,F3: 协助运营 驾驶室显示,- 11/08/2020 - P 45,ATC功能描述,F4: 协助驾驶 管理列车跳停 (skip station) 列车跳停的管理有助于提高整个线路的运营效率和安全. 在AM，AMC 或者 MCS模式下，在监控系统ATS的调配下，CC必须判断下 一站是否应该跳过，也就是不停靠. 在AMC或者MCS模式下，当列车靠近不停靠车站时 CC必须通知驾驶员.,- 11/08/2020 - P 46,ATC功能描述,F4:

24、协助驾驶 管理扣车 (train hold) 和列车跳停一样，扣车的管理也是为了提高整个线路的运营效率和安全. 在AM，AMC，ATB 或者 MCS模式下，在监控系统ATS的调配下，CC必须 判断是否应该让列车在当前站台保持停留，或者是否应该在下一站台保持停 留，也就是推后出发时间. 在AMC或者MCS模式下，当列车必须停留在当前车站时，CC必须通知驾驶 员.,- 11/08/2020 - P 47,ATC功能描述,F4: 协助驾驶 管理出发和到达时间 在AM，AMC，ATB 或者 MCS模式下，在监控系统ATS的调配下，CC必须 判断在当前站台上是否定义了出发时间. 在AMC，ATB或者MC

25、S模式下，如果当前站台上定义了出发时间而且没有 应用扣车，CC必须通知驾驶员出发前的剩余时间.,- 11/08/2020 - P 48,ATC的原理,- 11/08/2020 - P 49,ATC原理,在信号系统中，ATC (Automatic Train Control)是一个负责车辆安全和有效 的运行的子系统. 后面将分别介绍ATP和ATO的原理: ATP (Automatic Train Protection):如何防止车辆的碰撞和脱轨. ATO (Automatic Train Operation):如何有效控制车辆运行和在站台的停靠.,- 11/08/2020 - P 50,ATC原

26、理,ATP原理 位移测量 在列车的车轴上连接着编码里程计，它负责测量列车的位移，测量产生的 数据由于受到多个传感器组合的保护，因此数据的安全性很高. 若组合不正确，传感器检测为故障，此时CC自己会失去定位，备用 ATP/ATO能够在不影响列车运动的情况下无扰的切换过来.,- 11/08/2020 - P 51,ATC原理,ATP原理 列车在线路上的定位 CC计算机通过读取沿线的信标，计算其位置。当列车通过一个信标时， CC通过捕获轨道沿线的信标名和位置，计算其在轨道上的位置，并将其 报告给所在区域的ZC. 车载ATP在每个周期中估计其在最小位置和最大位置之间的安全定位，列 车的实际位置总是保证

27、在这两个位置之间。最小位置和最大位置之差称为 定位误差。随着列车的移动，误差也随之增加，当检测到某个车轴发生空 转/打滑时，ATP增加更多的误差以确保列车实际位置依然在ATP最小位置 和ATP最大位置报告之间。这些最小和最大定位测量结果被发送给ZC，用 于计算自动防护点AP。,- 11/08/2020 - P 52,ATC原理,ATP原理 列车运行间隔防护 ZC为区域内每辆列车建立一个AP，因此可以知道任何时刻每个自动防护 在线路上的位置，然后根据相邻AP的位置，计算每列列车的授权限制，列 车之间可以相互提供防护。 ZC根据每个AP的位置和联锁机发送的轨旁设备状态向每列列车提供一个 权限，该权

28、限是根据相邻AP的位置计算出来的。被称为“授权终点”的消息 作为对位置报告的响应，发送给每辆列车。此消息包括列车不能通过的限 制点，还包括有关道岔位置或信号机状态等方面的变量消息。 指定列车的运行授权域定义为：在列车前搜索第一个防护点，如先行列车 的AP，反向进路，未检测的道岔等。,- 11/08/2020 - P 53,ATC原理,ATP原理 速度控制原理和间隔 作为对列车位置报告的响应，ZC计算授权终点。授权终点描述了将要受到 防护的点。如下图所示，EOA可能指向先行AP。根据接收到的EOA和速 度限制，下一辆列车的车载ATP建立一个紧急制动曲线。ATO或司机必须 始终关注此紧急制动曲线。

29、若超过了这些限制，车载ATP将启动紧急制动 进行防护。,- 11/08/2020 - P 54,ATC原理,ATO原理 ATO可在所选的速度曲线内保持列车速度，并尽量补偿该性能在整个车组的传递； 为增加乘客舒适度并获得可驾驶性、平滑驾驶和停车精度，加速度、减速度和冲击率都被ATO控制在可行值以内； 若在站间停车，则根据现场轨道坡度，ATO通过实施制动使列车保持停稳状态.,- 11/08/2020 - P 55,ATC原理,- 11/08/2020 - P 56,ATC原理,Automatic protection 自动防护,授权终点 EOA,Moving Block 移动闭塞（ CBTC ）

30、移动闭塞的原则是优化运营间隔. 车与地之间利用无线传播建立了连续的双向通讯. CC周期性的向所在区域ZC发送列车位置报告，ZC根据报告中的信息以列车行驶方向上的上一辆列车的自动保护AP区域的尾部作为授权终点，再将此信息反馈给CC，从而使列车以更有效的速度曲线向前行驶，已达到优化运营间隔的目的.,Automatic protection自动防护,- 11/08/2020 - P 57,ATC原理,Step 2,Step 3,Step 1,Moving Block 移动闭塞（ CBTC ） 自动保护区域AP的计算,接收到定位报告 : ZC会依据接收到的定位报告中的车辆当前速度来升级自动保护区域.,

31、在两份定位报告的间隙 : 自动保护区域保持不变.,接收到新的定位报告 : 自动保护区域将被重新计算.,- 11/08/2020 - P 58,ATC原理,Fixed Block 固定闭塞 (后备模式) 后备模式可作为正常模式运营，也可作为在CBTC模式无法运营下的降级模式. 通常当轨旁区域控制器发生故障或者无线传输（轨旁列车）不可用时，后备模式作为降级模式运营. 在这种情况下，列车只能通过安装在轨道上的信标从联锁系统接收轨道上前方信号灯和道岔的信息. 这使得系统在正常情况下所具有的功能只能降级提供. 这对系统的安全、性能和自动化方面都有影响.,- 11/08/2020 - P 59,ATC原理

32、,Fixed Block 固定闭塞 (后备模式),绿色为固定闭塞模式流程 蓝色为CBTC流程 黄色为ATC系统组成部分,- 11/08/2020 - P 60,ATC原理,Fixed Block 固定闭塞 (后备模式) 后备模式功能的安全保障是建立在下面子系统基础之上 .,- 11/08/2020 - P 61,ATC原理,ATP 授权的最大速度,后备模式图解 图解1 列车A 不能进入站间的闭塞区段,- 11/08/2020 - P 62,ATC原理,后备模式图解 图解2 列车A 可以进入站间的闭塞区段,ATP 授权的最大速度,- 11/08/2020 - P 63,ATC原理,Station

33、 车站 A,Station 车站 B,Interstation 站间,Train 列车 A,Flashing green 绿闪,Red 红,Green 绿,Beacon 信标,ATP 授权的最大速度,Green 绿,Red 红,后备模式图解 图解3 列车A 可以运行直下一站的出站信号机,- 11/08/2020 - P 64,ATC原理,驾驶模式的转换 列车在未装备ZC的车辆段唤醒,Non ZC equipped 非ZC管理区域,ZC equipped ZC管理区域,Delocalised train RM block RM模式下的列车 未定位,- 11/08/2020 - P 65,ATC原

34、理,驾驶模式的转换 站间无线通信故障 场景1,Radio failure 无线通信故障,Driver presses BM_PB 司机选择BM运营模式,列车在第一站台停靠时，驾驶员接到监控中心关于前方站间通信故障的通知，此 时驾驶员应主动选择后备模式，使得列车可顺利通过站间故障区，然后在第二站 台停靠时驾驶员应主动取消后备模式，CC收到“允许”状态的CBTC运行授权终点 后，信号系统自动切换到CBTC-CM模式.,- 11/08/2020 - P 66,ATC原理,驾驶模式的转换 站间无线通信故障 场景2,Radio failure 无线通信故障,Driver presses BM_PB 司机选择BM运营模式,列车在站间行驶时，前方无线通信突然发生故障，此时CC立即启动紧急制动，列 车只能以RM模式人工驾驶前行，当列车通过BM初始化信标后，CC接受到后备模 式下的移动授权，自动从RM切换到CM模式，在收到“允许”状态的CBTC运行授权 终点后，信号系统自动切换到CBTC-CM模式. 后方的列车收到监控中心的通知后，执行场景1中的操作