第八章 ATC系统.ppt

1、1,第八章ATC系统,2,第一节 ATC系统概述,一、ATC系统定义 二、ATC系统组成 三、ATC系统制式和分类 四、列控系统关键技术 五、列车速度控制模式,3,2020/10/9,3,列车运行自动控制系统（ATC） Automatic Train Control 就是对列车运行全过程或一部分作业实现自动控制的系统。 其特征为：列车通过获取的地面信息和命令，控制列车运行，并调整与前行列车之间必须保持的距离。 列车运行自动控制系统（简称列控系统）是保证列车按照空间间隔制运行的技术方法，它是靠控制列车运行速度的方式来实现的。,一、ATC系统定义,4,城轨交通ATC系统国内外应用状况表,5,列车自

2、动防护系统 列车自动运行系统 列车自动监控系统,二、ATC系统组成,6,轨道交通列车运行控制系统组成示意图,7,列车控制系统ATC框图,8,1.按地车信息传输方式,（1）连续式列控系统 ：车载设备可连续接收到地面列控设备的车-地通信信息，是列控技术应用及发展的主流。连续式列控系统可细分为阶梯速度控制方式和曲线速度控制方式。,（2）点式列控系统 ：点式列控系统接收地面信息不连续，但对列车运行与司机操纵的监督并不间断，因此也有很好的安全防护效能。,（3）点连式列控系统 ：我国CTCS2级，轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息。点式信息设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限

3、速和停车信息。,三、ATC系统制式和分类,9,三、ATC系统制式和分类,2.按控制模式,（1）阶梯控制方式 ：出口速度检查方式，如：法国TVM300系统； 入口速度检查方式，如：日本新干线传统ATC系统。,（2）速度距离模式曲线控制方式 ：速度-距离模式，如：德国LZB系统，日本新干线数字ATC系统。,3.按人机关系,（1）设备优先控制的方式。如：日本新干线ATC系统。,（2）司机优先控制方式。如：法国TVM300430系统、德国LZB系统。,4.照闭塞方式：固定闭塞、移动闭塞。,10,各种形式ATC系统控制原理基本相同，只在功能上稍有不同，系统差别主要体现在ATP系统的控制原理、功能特点、构

4、成方式上，成为代表城市轨道交通信号领域主流技术发展水平的三种ATC系统的主要技术特征。即：按闭塞方式分类的三种类型的ATC系统。 固定闭塞方式的ATC系统 准移动闭塞式的ATC系统 移动闭塞式的ATC系统,三、ATC系统制式和分类,11,固定闭塞方式的ATC系统,利用钢轨、环线等作为传输载体，一般通过模拟轨道电路信息来完成列车定位功能。采用阶梯式速度控制方式，为了保证列车运行安全，运行前方需要较长的保护区段。由于传输的信息量少，对列车运行控制精度不高，对列车运行的舒适度控制不好，司机的劳动强度较大，不易实现列车的优化控制和节能控制，限制了行车效率的提高。,三、ATC系统制式和分类固定闭塞,12

5、,线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一列车占用；闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速度、最不利制动率等不利条件设计；列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，制动的起点和终点总是某一分区的边界。,固定闭塞方式的ATC系统,三、ATC系统制式和分类固定闭塞,13,一般是以数字信号技术为基础，利用钢轨或环线等作为车地信息的传送载体。由于信号传输、处理过程的数字化，使系统具有信息量大，抗干扰能力强的特点。轨道电路可以向列车传递足够用于列车连续曲线速度控制的信息（包括目标速度、目标距离、线路状态、线路允许速度、轨道电路标号及长度等），车载设备可以实现对列车的连续

6、曲线速度控制。 该系统减少了阶梯式控制的安全保护距离对列车运行间隔的影响，提高了列车控制的精度和行车效率，使得司机在驾驶中比较轻松，不需要进行频繁的制动、牵引，可以达到较好的节能效果，提高乘客的乘坐舒适度。,准移动闭塞方式的ATC系统,三、ATC系统制式和分类准移动闭塞,14,线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一列车占用；列车间隔是按后续列车在当前速度下所需的制动距离，加上安全余量计算和控制的，确保不冒进前行列车占用的闭塞分区； 制动的起点是动态的，终点是固定在某一分区的边界处。,准移动闭塞方式的ATC系统,三、ATC系统制式和分类准移动闭塞,15,线路划分固定的闭塞分区

7、，一个闭塞分区同时只能由一列车占用； 列车间隔为若干闭塞分区加上距其前方闭塞分区边界的距离，与前行列车在闭塞分区内的实际位置无关，列车制动的起点可以延伸，但终点总是某一闭塞分区的边界处，根据目标速度和目标距离随时调整的列车可行车距离是“跳跃式”的； 采用连续曲线速度控制方式； 硬件组成较多、软件实现的功能在系统中占一定比率。追踪间隔的大小与轨旁设备的设置数量有一定关系。,技术特点,三、ATC系统制式和分类准移动闭塞,16,利用无线通信技术，通过车载设备、传输媒介与车站或控制中心实现信息交换，能够实现高速度、大容量的车-地双向通信。由于没有预先设置的闭塞分区，不以固定闭塞分区为列车追踪的最小单元

8、。此方式后续列车所知道的目标距离是距前车尾部的实际距离。因此，根据目标速度和目标距离随时调整的列车可行车距离是“连续式”的，不象准移动闭塞系统的“跳跃式”。 系统较准移动闭塞系统具有较大的运用灵活性和较小的行车间隔。该系统硬件设备数量相对较少，通过能力也更高于准移动闭塞系统，并且有更好的列车运行的调整能力或系统对于运行紊乱的适应性。,移动闭塞方式的ATC系统,三、ATC系统制式和分类移动闭塞,17,没有预先设置的闭塞分区，通过车地实时双向通信，以列车的实际运行速度和列车位置，动态计算相邻列车间的安全距离。因此，与固定闭塞相比，列车运行间隔相对减少；与准移动闭塞相比，则具有更大运用灵活性和更小行

9、车间隔，也因此具备了更大的运行调整能力。,移动闭塞方式的ATC系统,三、ATC系统制式和分类移动闭塞,18,线路没有划分固定的闭塞分区； 列车间隔为后行列车在当前速度下所需要的制动距离加上保护距离。列车间隔是动态的，并随前行列车的移动而移动，列车制动的起点和终点也是动态的，根据目标速度和目标距离随时调整的列车可行车距离是是“连续式”的； 采用连续曲线速度控制方式； 硬件组成简单、软件实现的功能在系统中很大比率。追踪间隔的大小与轨旁设备的设置数量关系不大。,技术特点,三、ATC系统制式和分类移动闭塞,19,三种制式的ATC系统速度曲线比较,三、ATC系统制式和分类三种制式比较,20,四、列控系统

10、关键技术,（一）列车测速 （二）列车定位 （三）地车信息传递,21,（1）测速电机方式：包括一个齿轮和两组带有永久磁铁的线圈。齿轮固定在机车轮轴上，随车轮转动。线圈固定在轴箱上。轮轴转动，带动齿轮切割磁力线，在线圈上产生感生电动势，其频率与列车速度（齿轮的转速）成正比。这样列车的速度信息就包含在感应电动势的频率特征里。经过频率电压变化后，把列车实际运行的速度变换为电压值，通过测量电压的幅度得到速度值。,1、轮轴旋转测速方法,（一）列车测速,22,1、轮轴旋转测速方法,（2）脉冲转速传感器方式 ：脉冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转动一周，传感器输出一定数目的脉冲，这样脉冲的频率就与轮轴的转速成

11、正比。输出脉冲经过隔离和整形后，直接输入到微处理器进行频率测量并换算成速度和走行距离。,（一）列车测速,23,2、无线测速方式,（1）雷达测速：雷达测速是利用多普勒效应原理实现的。向移动体上发射一定频率的电磁波，反射波与入射波之间会产生频差，这个频差与移动体的速度成正比，这就是多普勒效应。,（一）列车测速,24,2、无线测速方式,（2）GPS测速定位方式：美军70年代在子午仪（Transit）系统上发展起来的全球性卫星导航系统，它是目前技术上最成熟且已真正实用的一种卫星导航和定位系统，能在全球范围内，在任意时刻、任意气候条件下为用户提供连续不断的高精度的三维位置、速度和时间信息。,（一）列车测

12、速,25,（二）列车定位,26,一般列控系统采用地面固定安放的设备来对累积误差进行校正，这些地面固定安放的设备称地面绝对信标，可以作为地面绝对信标的定位方法包括：,轨道电路绝缘节定位方法：轨道电路绝缘节是闭塞分区的分界点，绝缘节的位置在线路上是固定的，绝缘节两边传输的信息不同，所以，列车可以通过接收信息的变化了解过绝缘节的时机，把绝缘节的物理位置作为绝对信标可以获得列车位置信息。,（二）列车定位,27,计轴器定位方法 ：与轨道绝缘节设置相同，计轴传感器安放也是固定的，通过计轴器检测列车占用或者出清对应计轴区段也可以获得列车位置信息。,（二）列车定位,28,查询应答器方法：查询应答器不仅物理安装

13、位置固定，它还可以直接向通过的列车发送本应答器所处的公里坐标。,轨道环线定位方法：轨道感应环线的两根电缆每隔一个轨道长度（100m）要相互交叉一次，交叉回线将交变电信号送到沿钢轨线路铺设的交叉回线上，在回线上产生交变电磁场，车载设备在经过每个交叉时能够检测到信号相位的变化，当列车驶过一个交叉点时，利用信号相位的变化引发地址码加1，由车载计算机根据地址码计算出列车的地理位置，这样就可以用绝对地址信息对机车里程计产生的定位记录进行误差修正，减少由于车轮滑行及空转造成的位置误差。,（二）列车定位,29,1、移频无绝缘轨道电路,（三）地车信息传递,30,2、GSM-R :铁路专用全球移动通信系统。,（

14、三）地车信息传递,31,3、轨道电缆:在轨道铺设的感应电缆，通过车载感应线圈和感应电缆的电磁偶合完成信号和数据的传输，地面控制中心系统通过轨道电缆与车载列控设备联系 。,轨道感应环线,（三）地车信息传递,32,2020/10/9,32,从速度控制方式角度，列车运行自动控制分为以下两种模式： 分级速度控制 目标距离速度控制,五、列车速度控制模式,33,2020/10/9,33,（一）分级速度控制,分级速度控制是以一个闭塞分区为单位，根据列车运行的速度分级，对列车运行进行速度控制。分级速度控制系统的列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分、列车性能和速度有关 。 分级速度控制又可分为阶梯式和分段曲线式。,

15、34,1.阶梯式分级速度控制,每个闭塞分区设计为一个目标速度。在一个闭塞分区中无论列车在何处都只按照固定的速度判定列车是否超速。分为两种：,出口速度检查控制方式：该方式要求列车在闭塞分区内将列车速度降低到目标速度，设备在闭塞分区出口进行检查。如果列车实际速度未达到目标速度以下则设备自动进行制动。,入口速度检查控制方式：列车在闭塞分区入口处接收到目标速度信号后立即以此速度进行检查，一旦列车超速，则进行制动使列车速度降低到目标速度以下。,35,2020/10/9,35,（1）出口速度控制方式 出口速度控制方式又称为超前式速度控制方式，给出列车的出口速度值，控制列车不超过出口速度。,36,2020/

16、10/9,36,（2）入口速度控制方式 入口速度控制方式又称为滞后式速度控制方式，给出列车的入口速度值，监控列车在本闭塞分区不超过给定的入口速度值，采取入控优先的方法，控制列车不超过下一闭塞分区入口速度值。,37,1.阶梯式分级速度控制,特点： （1）前后车均以闭塞分区单位进行定位； （2）在闭塞分区内，车载设备以一个允许速度防护列车； （3）闭塞分区长度按最差列车制动性能设计。,主要问题： （1）按制动性能最差的列车性能来确定制动距离，对制动性能好的列车而言是损失，影响运行密度进步提高； （2）ATP制动控制只进行制动和缓解两种操作，不调整制动力大小，因此列车减速度变化大，旅行舒适度差。,3

17、8,2020/10/9,38,2、曲线式分级速度控制 曲线式分级速度控制根据列车运行的速度分级，每一个闭塞分区给出一段速度控制曲线，对列车运行进行速度控制。 分段曲线式分级速度控制一般制动速度控制曲线是不连贯和不光滑的，可以利用计算机技术做成连贯和光滑的连续曲线。,分段曲线式分级速度控制,39,2、曲线式分级速度控制,40,（二）目标距离速度控制,目标距离速度控制采取的制动模式为连续式一次制动速度控制的方式，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级。列车追踪间隔可以根据列车制动性能、车速、线路条件调整，可以提高混跑线路的通过能力。,41,2020/10

18、/9,41,连续式一次速度控制模式若以前方列车占用的闭塞分区入口为追踪目标点，则为准移动闭塞；若以前方列车的尾部为追踪目标点，则为移动闭塞。,目标距离速度控制,42,2020/10/9,42,（三）列控系统各种控制模式简表,43,ATP（Automatic Train Protection，简称ATP）子系统的主要功能是通过车载ATP系统和地面设备间的信息传输，来实现列车的安全间隔控制、超速防护及车门控制, 保证行车安全 。,第二节 列车自动防护系统(ATP),44,ATP设备框图,一、ATP系统设备,45,（一）车载设备,车载主机 状态显示单元（TOD） 速度传感器 列车地面信号接收器 列车

19、接口电路 电源和辅助设备,46,（二）地面设备,发送/接收器：点式应答器、轨道电路 轨旁电子单元LEU（信号接口）,47,1、速度监督和超速防护 2、列车间隔控制 3、测速测距 4、车门控制,二、ATP系统功能,48,1、速度监督和超速防护,ATP列车运行超速防护系统速度监控曲线,49,1、速度监督和超速防护,ATP系统不断将来自联锁设备的信息、线路信息、和允许速度信息等从地面通过轨道电路传至车上，从而由车载设备计算得到当前允许的速度，由车载设备测得实际运行速度，依此来对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下运行。,50,2、安全性停车点防护,ATP轨旁设备向在其控制范围内的列车分配一个“目标

20、距离”，再由轨道电路生成代码，通知列车前方有多少个未占用的区段，接着，车载ATP车载设备调用存储器里的信息，决定在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。,51,2、安全性停车点防护,52,2、安全性停车点防护,列车B所在的区段标记为4+，这代表在到达阻碍或限制区之前，前方有4个空闲的轨道区段。列车B可获得其精确的位置，这一信息与保存在ATP和ATO设备存储器中的线路图数据相结合，可推算出列车的最大安全距离或目标距离。这样，列车B就能安全地进入列车A所占用的轨道区段之后方的空闲轨道区段。列车的实际行驶速度不断与计算出来的最高速度进行比较，如果实际车速超

21、过最高速度，则自动启用紧急制动。,53,3、测速测距,测速测距原理：基于测速单元的输入，测定列车运行速度、距离、方向和位置。 （1）测速 车载设备自测：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：卫星测速和雷达测速等方法。,54,3、测速测距,（2）测距 测距是通过测速与轮径完成的，距离测量系统记录车轮旋转的次数，考虑运行方向和车轮直径，计算出列车走行的距离。 在有轨道电路的线路上，将轨道电路的分割点作为列车绝对位置，列车的实际位置可以通过绝对位置加测距距离得出。,55,4、车门控制,当列车没有在站台停稳时， ATP不允许打开车门

22、； 当ATP检测到列车在移动，而车门未锁闭时， ATP实施紧急制动； 列车在车站预定停车区域内停稳且停车点的误差在允许范围内时，ATP才允许车门开关操作； 列车停靠站台的精度偏离0.5或1时，允许列车以km/h移动，以精确停车。,56,ATP工作原理,三、ATP工作原理,根据地面车载信息传输方式不同，可以分为： （一）点式ATP系统 （二）连续式ATP系统,四、ATP系统类型,58,点式自动列车运行控制系统在欧洲的干线铁路及城市轨道交通中应用十分广泛。其主要优点是采用无源、高信息容量的地面应答器，结果简单。安装灵活，可靠性高。,1、点式ATP系统简介,（一）点式ATP系统,（一）点式ATP系统

23、,2、点式ATP系统特点,（1）本系统可有效地实现超速防护功能 （2）能给司机充分、确切的显示 （3）地面应答器是无源的，且安装方便 （4）安全性较高 （5）主要缺点是信息传递是间断的,60,地面应答器 轨旁电子单元LEU（信号接口） 车载设备,3、点式ATP系统组成,（一）点式ATP系统,（一）点式ATP系统,4、点式ATP系统的基本结构,（一）点式ATP系统,5、点式ATP系统的工作原理,63,连续式自动列车运行控制系统适应高速干线与高行车密度的轨道交通。根据传输媒介可分为有线与无线两大类。,1、连续式ATP系统简介,（二）连续式ATP系统,64,2、连续式ATP系统组成,地面控制中心 传

24、输媒介 车载设备,（二）连续式ATP系统,（二）连续式ATP系统,2、连续式ATP系统分类,按车地信息传输媒介分类： （1）有线 利用轨间电缆技术 利用数字编码音频轨道电路技术 （2）无线 按自动闭塞的性质分类： （1）移动闭塞 （2）准移动闭塞 按车地传输信息的内容分类： （1）速度码系统 （2）距离码系统,（二）连续式ATP系统,（1）采用轨间电缆的连续式ATP系统（原理图）,（二）连续式ATP系统,（2）采用数字编码轨道电路的连续式ATP系统,68,ATO (Automatic Train Operation，简称 ATO)子系统主要实现“地对车控制”，即用地面信息完成站间自动运行、列车

25、速度调节和进站定点停车，并能接受控制中心的运行调度命令，实现列车的运行自动调整。,第三节 列车自动运行系统(ATO),69,一、ATP系统设备,70,（一）车载设备,ATO控制器 ATO车载天线：实现ATO与ATS之间信息交换 ATO附件：速度传感器、定位停车系统和司机接口,71,（二）地面设备,地面信息接收发送设备 轨道环线,72,1、自动驾驶 （1）车站自动发车 （2）自动调整列车运行速度 （3）停车点的目标制动 （4）跳停与扣车 2、无人自动折返 3、自动停车 4、车门控制,二、ATO系统功能,73,1、自动驾驶,测速单元通过ATP向ATO发送列车的实际位置信息。 ATO向牵引和制动控制

26、设备提供数据输出。,自动驾驶的闭环控制框图,74,（1）车站自动发车,当发车安全条件符合时(ATO模式、已过车站停车时间、联锁系统已排列进路、车门关闭)，驾驶员按压发车按钮启动列车运行，ATO根据ATP发送的控制速度和ATS发送的运行等级，自动运行到下一站。,75,（2）自动调整列车运行速度,ATO车载控制器通过比较实际列车运行速度及ATP给出的最大允许速度及目标速度，并根据线路的情况，自动控制列车的牵引及制动，使列车始终控制速度运行，并尽可能减少牵引、惰行和制动之间的转换。,76,（3）停车点的目标制动,当停车特征被启动后，ATO系统基于列车速度、预先决定的制动率和距停止点的距离计算出一个制

27、动曲线，采用最合适的减速度(制动率)使列车准确、平稳地停在规定的停车点。,77,ATO常用制动模型,78,（4）跳停与扣车,跳停：在线路上运营的列车，在某一指定车站不停车，而以规定的速度通过该车站。 扣车：列车在站台停靠，不允许列车继续运行。,79,2、无人自动折返,无人自动折返是一种特殊情况下的驾驶模式，在这种驾驶模式下无需司机控制，而且列车上的全部控制台将被锁闭。,80,3、自动停车,车站程序停车 线路上的车站都有预先确定的停站时问间隔。控制中心ATS 监督列车时刻表，计算需要的停站时间以保证列车正点到达下一个车站。,81,3、自动停车,车站定位停车 车站定点停车是靠一组地面标志线圈(或者

28、环线)提供至停车点的距离信息，标志线圈设置的多少可视定位停车精度而异，一般为34个。地面标志器设于沿线离站台的确定距离内，当列车标志天线置于地面标志器作用范围内时，使列车接收滤波一放大电路开始振荡，振荡频率通过调谐标志线圈来确定，每个标志线圈根据距站台的距离调在不同的频率上。,82,定位停车示意图,83,当列车进入站台区域，站台区段轨道电路的ATP接收器检测到列车到达车站； 列车到达停车点，经列车ATO系统确认，保证列车的制动； 当ATP检测到列车的速度为零，列车向地面送出列车停站信号，列车收到开门信息，使相应的门控继电器动作； 司机按压与门控继电器相对应的门控按钮后，才可打开列车车门。,4、车门控