城市轨道交通信号系统PPT课件[通用]

1、城市轨道交通概论PPT模板下载： 学习目标了解城市轨道交通信号系统的作用、特点。掌握城市轨道交通信号系统的组成。掌握城市轨道交通信号的基础设备。了解联锁和闭塞的相关知识。掌握ATC系统的构成。了解ATC各子系统的功能。掌握CBTC系统的构成。项目七 城市轨道交通信号系统项目七 城市轨道交通通信系统任务一 城市轨道交通信号系统概述 城市轨道交通信号系统的基础设备任务二 联锁与闭塞任务三 列车运行自动控制系统任务四任务一 城市轨道交通信号系统概述 城市轨道交通信号系统的作用 一、 城市轨道交通信号系统是指挥列车安全运行的关键设备，只有满足在列车运行前方的轨道区段没有列车占用（列车进路空闲）、道岔位

2、置正确、没有敌对或相抵触的信号等条件时，才允许向列车发出允许列车前行的信号。有了信号系统的保障，就可以减少列车运行事故，降低事故等级，减少事故损失。1.确保列车运行安全 在城市轨道交通中，信号设备对于提高行车效率起着极其重要的作用。由于采用了列车运行自动控制技术，可使列车以最高的允许速度运行，使列车的行车间隔时间大大缩短，甚至可以达到1.52 min的运营间隔时间，从而提高了行车密度，缩短了列车停站时间，大大提高了轨道交通的运行效率。2.提高轨道交通运行效率任务一 城市轨道交通信号系统概述 城市轨道交通信号系统的特点 二、 城市轨道交通具有高密度、短间隔、短站距和快速等特点，因而对交通保障系统

3、有着安全要求高、通过能力大、抗干扰能力强、可靠性高、自动化程度高等要求。城市轨道交通信号系统改变了传统的铁路以地面信号显示指挥行车的方式，实现了以车载信号为主体信号，利用计算机系统对速度和进路进行控制和对进路进行选择等，并逐步地向无人驾驶的方向发展。任务一 城市轨道交通信号系统概述 城市轨道交通信号系统的组成 三、 城市轨道交通信号系统通常是由基础设备、联锁系统和闭塞及列车自动控制系统组成，如图7-1所示。图7-1 城市轨道交通信号系统组成任务一 城市轨道交通信号系统概述任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备 信号机 一、1.设置位置 城市轨道交通采用右侧行车制，信号机应设置于列车运行方向的右

4、侧，如图7-2所示。当隧道中需要安装信号机时一般安装在隧道壁上，如图7-3所示。图7-2 设置于线路右侧的信号机图7-3 设于隧道壁上的信号机2.信号机柱选择 高柱信号机具有显示距离远、观察位置明确等优点，因此车辆段的进段、出段信号机，以及停车场的进场、出场信号机均采用高柱信号机。而其他信号机由于对显示距离要求不远，以及隧道内安装空间有限，一般采用矮型信号机。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备3.信号机限界 信号机限界是指确保行车安全，不允许超越的轮廓尺寸。直线地段的设备限界是在直线地段车辆限界外扩大一定安全间隙后形成的。车体肩部横向向外扩大100 mm，边梁下端横向向外扩大30 mm，接

5、触轨横向向外扩大185 mm，车体竖向加高60 mm，受电弓竖向加高50 mm，车下悬挂物下降50 mm。 曲线地段设备限界应在直线地段设备限界的基础上，按平面曲线不同半径过超高或欠超高引起的横向和竖向偏移量，以及车辆、轨道参数等因素计算确定。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备4.信号机颜色 （1）红色停车，禁止列车越过信号机。 （2）绿色进路空闲，允许列车越过该信号机，进路中道岔开通直股。 （3）黄色进路空闲，允许列车越过该信号机，进路中道岔开通侧向。当用于车辆段显示时，只代表列车可以通过信号机，不含道岔开通情况。 （4）蓝色禁止调车（用于车辆段），禁止越过信号机。 （5）白色允许调车（

6、用于车辆段），列车可以通过信号机进行调车作业。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备 继电器 二、 继电器是自动控制系统中常用的电器，它用于接通和断开电路，用以发布控制命令和反映设备状态，以构成自动控制和远程控制电路。各个领域的自动控制系统均采用继电器。城市轨道交通信号中广泛采用的继电器，称为信号继电器（简称继电器），如图7-4所示。图7-4 信号继电器任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备1.信号继电器的工作原理 继电器是一种电磁开关，能以较小的电信号控制执行电路中的大功率设备。虽然继电器的类型很多，性能各不相同，结构形式也多种多样，但一般都是由电磁系统和接点系统组成的。继电器的基本原理如图

7、7-5所示。图7-5 继电器的基本原理任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备2.信号继电器的分类1）按动作原理分类 按动作原理分类，继电器可分为电磁继电器和感应继电器。 电磁继电器是通过继电器线圈中的电流在电磁铁中产生磁吸引力，驱使衔铁动作，改变接点系统的工作状态。城市轨道交通信号设备运用的绝大多数继电器属于此类。感应继电器是利用电流通过线圈产生的交变磁场与另一交变磁场在翼板中产生的涡流相互作用产生电磁力，使翼板转动而动作的，如相敏轨道电路的接收器所使用的交流二元继电器。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备2）按动作电流分类 按动作电流分类，继电器可分为直流继电器和交流继电器。 直流继电器由

8、直流电源供电，大部分信号继电器属于此类。交流继电器由交流电源供电，如道岔表示继电器就属于交流继电器。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备3）按动作速度分类 按动作速度分类，继电器可分为正常动作继电器和缓动继电器。 正常动作继电器衔铁的动作时间为0.10.3 s，大部分信号继电器属于此类。缓动继电器分为缓吸、缓放，衔铁的动作时间超过0.3 s。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备4）按工作可靠程度分类 按工作可靠程度分类，继电器可分为安全型继电器和非安全型继电器。 安全型继电器依靠重力释放衔铁，又称为重力式继电器。非安全型继电器主要依靠弹簧弹力释放衔铁，又称为弹力式继电器。任务二 城市轨道交

9、通信号系统的基础设备 轨道电路 三、 轨道电路是利用钢轨线路和钢轨绝缘构成的电路，如图7-6所示。它用来监督线路的占用情况，将列车运行与信号显示等联系起来，并通过轨道电路向列车传递行车信息。图7-6 轨道电路任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备1.轨道电路的组成 轨道电路由送电端、受电端、钢轨、钢轨绝缘、轨端接续线等组成。最简单的轨道电路如图7-7所示。图7-7 最简单的轨道电路任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备2.轨道电路的工作原理 当轨道电路内钢轨完整，没有列车占用轨道时，轨道继电器吸起，表示轨道电路空闲，此时轨道电路处于调整状态，如图7-8所示。图7-8 轨道电路的调整状态任务二

10、城市轨道交通信号系统的基础设备 当轨道电路有列车占用时，轨道电路被轮对分路，轮对电阻远小于轨道继电器线圈的电阻，流经轨道继电器的电流大大减小，轨道继电器落下，表示轨道电路被占用，这时轨道电路处于分路状态，如图7-9所示。图7-9 轨道电路的分路状态任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备 当轨道电路发生断轨或断线等故障时，轨道继电器中无电流通过，轨道继电器落下，这时轨道电路处于断轨状态，如图7-10所示。图7-10 轨道电路的断轨状态任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备3.轨道电路的作用 （1）监督列车在正线或车辆段等线路的占用情况。轨道电路反映有关线路空闲时，为建立进路、锁闭进路、开放信号、

11、解锁进路及构成闭塞提供了依据；轨道电路被占用时，控制有关信号机自动关闭，将信号显示与列车运行结合起来。 （2）传递行车信息。在正线上，根据列车的不同位置，有关闭塞分区的轨道电路传递不同的控制信息，实现对追踪列车的控制。带有编码信息的轨道电路是城市轨道交通信号系统车地之间信息传输的通道之一。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备4.轨道电路的分类 （1）按照所传输的电流特性，轨道电路可分为工频轨道电路和音频轨道电路。 （2）按照分割方式，轨道电路可分为有绝缘轨道电路和无绝缘轨道电路。 （3）按照设置地点，轨道电路可分为区间轨道电路和车辆段内轨道电路。 （4）按照轨道电路内有无道岔，轨道电路可分为

12、无岔区段轨道电路和道岔区段轨道电路。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备 转辙机 四、 转辙机是转辙装置的核心和主体，除转辙机本身外，还包括外锁闭装置、各类杆件及安装装置，它们共同完成道岔的转换和锁闭，如图7-11所示。图7-11 转辙机任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备1.转辙机的作用（1）转换道岔。（2）锁闭道岔。（3）正确反映道岔位置。（4）故障报警。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备2.转辙机的分类 （1）电动转辙机。电动转辙机由电动机提供动力，采用机械传动方式，如ZD6系列、ZDJ9、S700K型电动转辙机。 （2）电液转辙机。电液转辙机由电动机提供动力，采用液压传动的方式

13、，如ZY(ZYJ）7型电液转辙机。1）按动作能源和传动方式分类任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备2）按供电电源分类 （1）直流转辙机。直流转辙机采用直流电源，以直流电动机作为动力。目前城市轨道交通中使用较多的ZD6系列电动机转辙机就是直流转辙机。 （2）交流转辙机。交流转辙机采用三相交流电源，以三相异步电动机作为动力，如ZDJ9、S700K型电动转辙机和ZY(ZYJ）7型电液转辙机。交流转辙机采用异步电动机驱动，不存在换向器和电刷，故障率低，且单芯电缆控制距离远。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备3）按锁闭道岔方式分类 （1）内锁闭转辙机。内锁闭转辙机的锁闭机构设置在转辙机内部，尖轨通

14、过锁闭杆与锁闭装置连接，是间接的锁闭方式。 （2）外锁闭转辙机。外锁闭转辙机虽然内部也有锁闭装置，但主要依靠转辙机外的外锁闭装置锁闭道岔，将密贴尖轨直接锁于基本轨，将斥离尖轨锁于固定位置，是直接锁闭的方式，如S700K型转辙机。其锁闭可靠，对转辙机几乎没有冲击，使用寿命长。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备4）按是否可挤分类 （1）可挤型转辙机。可挤型转辙机内设挤岔保护装置（挤切或挤脱），道岔被挤时，动作杆解锁，可以保护整机。 （2）不可挤型转辙机。不可挤型转辙机内不设挤岔保护装置，道岔被挤时，会挤坏动作杆与整机的连接结构，应整机更换。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备 计轴器 五、1

15、.计轴器的组成 计轴器主要由设在轨道区段端口处的计轴点（包括轨道磁头和电子单元等）室外设备和设在信号机械室内的计轴评估器（或计轴运算器）、继电器、防雷设备、电源等室内设备，以及它们之间连接的计轴专用电缆组成。计轴器的组成如图7-13所示。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备图7-13 计轴器的组成任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备2.计轴器的工作原理 计轴器利用轨道传感器、计数器来记录和比较驶入及驶出轨道区段的轴数，以此确定轨道区段的占用或空闲。其工作原理为：利用电磁感应的原理，当列车出发，车轮进入轨道传感器作用区时，微机开始计轴，轮对经过传感器磁头时，计轴磁头可以探测到通过列车的轴数，

16、向微机传送轴脉冲，并经电子单元向计轴运算器报告，判定运行方向，确定对轴数是累加计数还是递减计数。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备 计轴器 六、 查询应答器是一种基于电磁耦合原理构成的高速点式数据传输设备，是ATP系统的关键部件，用于在特定地点实现地-车间的数据交换，为列车提供ATP所需的各种点式信息，包括进路长度、岔区长度、闭塞分区长度、坡度、曲线等，确保列车在高速运行状态下的安全。 查询应答器系统包括地面设备和车载设备。地面设备主要指地面应答器，如图7-14所示。车载设备主要是车载查询器，包括车载查询器主机和车载查询器天线，如图7-15所示。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备图7-

17、14 地面应答器图7-15 车载查询器任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备1.查询应答器的工作原理 查询应答器是利用无线感应原理在特定地点实现列车与地面间相互通信的一种数据传输装置。当列车上的查询器通过设置于地面的应答器时，应答器被发自车上的查询器的瞬态功率激活并进入工作状态，它将存于其中的可供列车自动控制或地面指挥用的各种数据向运行中的列车连续发送。但此数据传输只在查询器与应答器的有效作用范围内进行，当查询器随列车运行到有效作用范围之外时，应答器将不再工作，直至被下次列车上的查询器功率再次激活。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备2.查询应答器的作用 查询应答器可作为列车的定位信标、线路

18、地理信息车-地通信的信道、临时限速信息的传输通道。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备3.查询应答器的分类 （1）按照供电方式，查询应答器可分为无源应答器和有源应答器。 （2）按照应用功能，查询应答器可分为普通型应答器、增长型应答器和标定型应答器。 （3）按照安装位置，查询应答器可分为中心安装式应答器、侧面安装式应答器和立杆安装式应答器。任务二 城市轨道交通信号系统的基础设备任务三 联锁与闭塞 联锁 一、1.联锁的基本内容及技术条件1）联锁的基本内容 （2）必须使列车或调车车列经过的所有道岔均锁闭在与进路开通方向相符合的位置上。 （1）防止建立会导致机车、车辆相冲突的进路。（3）必须使信号机

19、的显示与进路的开通状态相符。2）联锁的基本技术条件进路上有关道岔在规定位置才能开放信号。进路上各区段空闲时才能开放信号。敌对信号未关闭时，防护进路信号机不能开放。（1）（2）（3）任务三 联锁与闭塞2.联锁设备的功能联锁逻辑运算（1）轨道电路处理（2）进路控制（3）道岔控制（4）信号机控制（5）任务三 联锁与闭塞3.联锁设备的分类1） 继电集中联锁 用电气的方法集中控制和监督全站的道岔、进路和信号机，并实现它们之间联锁关系的设备称为继电式电气集中联锁，简称继电集中联锁。继电集中联锁采用色灯信号机，道岔由转辙机转换，进路上的所有区段均设有轨道电路。任务三 联锁与闭塞2）计算机联锁 （1）利用计算

20、机对车站值班员的操作命令和现场监控设备表示信息进行逻辑运算后，完成对信号机、道岔及进路的联锁和控制。 （2）计算机发出的控制信息和现场发回的表示信息，均能由传输通道串行传送，可节省大量的干线电缆，同时也为使用光缆提供一定的可能性。 （3）用CRT显示器（阴极射线显像管）显示代替现行的控制盘，大大缩小了体积，简化了结构，方便了使用，还可根据需要多台并机使用。 （4）采用积木式的模块化软件和硬件结构，便于站场变更，并容易实现故障控制、分析等功能。任务三 联锁与闭塞 闭塞 二、1.半自动闭塞 半自动闭塞采用车站出站信号机的允许显示信号作为列车占用站外区间的行车凭证。区间两端的值班员通过专门的闭塞机来

21、办理闭塞手续，即由发车站值班员请求占用区间，由接车站值班员认可接车后，发车站才能开放发车信号；当列车进入区间时，发车信号关闭，区间处于闭锁状态；只有当接车站值班员确认列车到达之后才能使闭塞机处于解锁状态，才能办理第二次列车占用区间的闭塞手续。任务三 联锁与闭塞2.自动闭塞 自动闭塞将站间区间划分为若干小区间（称为闭塞分区），并设置通过信号机进行防护。由车站出站信号机和区间内通过信号机的显示共同作为列车占用区间的行车凭证，而且出站信号机的关闭与通过信号机的信号显示变化均由行进中的列车自动完成（只有出站信号机的开放仍由车站值班员在排列列车进路时完成，并且已包含在联锁环节中），故称之为自动闭塞。任务

22、三 联锁与闭塞3.移动闭塞 移动闭塞是相对于固定闭塞而言的。固定闭塞有固定的闭塞分区。移动闭塞与固定闭塞相比最显著的特点是取消了以通过信号机分隔的固定闭塞分区。列车间的最小运行间隔距离由列车在线路上的实际运行位置和运行状态确定，闭塞分区随着列车的行驶不断地向前移动和调整。任务三 联锁与闭塞4.电话闭塞 电话闭塞是当基本闭塞设备不能使用时，由区间两端站的车站值班员利用站间行车电话，以发出电话记录号码的方式办理闭塞的一种方法。 电话闭塞不论单线或双线，均按站间区间办理。由于没有机械、电气设备控制，全凭制度约束来保证行车安全，因此办理手续必须严格。任务三 联锁与闭塞任务四 列车运行自动控制系统 列车

23、自动控制系统 一、 ATC系统是轨道交通列车控制的核心技术重点，也是城市轨道交通信号系统最重要的组成部分，它实现了行车指挥和列车运行的自动化，发挥了城市轨道交通的通过能力。列车自动控制系统如图7-16所示。图7-16 列车自动控制系统1.ATC系统1）ATC系统的组成 ATC系统由列车自动防护系统ATP、列车自动驾驶系统ATO（automatic train operation）和列车自动监控系统ATS三个子系统组成，简称“3A”子系统。 ATC系统设备分布于控制中心、车站、轨旁及列车处。ATC列车自动控制系统框图如图7-17所示。图7-17 ATC列车自动控制系统框图任务四 列车运行自动控制

24、系统2）ATC系统的功能列车识别功能ATS功能（1）联锁功能（2）列车检测功能（3）ATC功能（4） （5）任务四 列车运行自动控制系统3）ATC系统的分类 城市轨道交通ATC系统，按闭塞制式可以分为固定闭塞式ATC、准移动闭塞式ATC和移动闭塞式ATC；按照通信方式可以分为点式ATC和连续式ATC。任务四 列车运行自动控制系统2.ATC的子系统1）ATP子系统（1）ATP子系统的设备 车载设备。ATP子系统的车载设备主要包括车载主机、驾驶员状态显示单元、速度传感器、列车地面信号接收器、列车接口电路、电源和辅助设备等。 轨旁设备。ATP子系统的核心设备安装在列车上，但是它所需的主要信息都来自轨

25、旁设备。任务四 列车运行自动控制系统（2）ATP子系统的功能 ATP子系统的功能主要包括速度监督与超速防护、测速与测距、车门与站台安全门的控制、列车检测、停车点防护、提供司机人机接口功能（man machine interface,MMI）、折返改换驾驶室功能等。任务四 列车运行自动控制系统2）ATO子系统（1）ATO子系统的设备 轨旁设备。ATO子系统轨旁设备通常也用作ATP子系统轨旁设备，接收与列车自动运行有关的信息。 车载设备。ATO子系统的车载设备由设在列车每一端司机室内的ATO车载控制器(包括司机控制台）及安装在列车每一端司机室车体下的两个ATO接收天线和两个ATO发送天线组成，还包

26、括ATO附件，这些附件用于速度测量、定位和司机接口。任务四 列车运行自动控制系统（2）列车驾驶模式ATO模式URM模式RM模式SM模式AR模式任务四 列车运行自动控制系统（3）ATO子系统的功能 基本控制功能。基本控制功能是自动驾驶、自动折返、自动控制车门开闭等。自动驾驶又包含自动调整列车运行速度、停车点的目标制动、从车站自动发车、区间内临时停车等。 服务功能。服务功能包括列车位置功能、允许速度功能、巡航/惰行功能、PTI支持功能等。任务四 列车运行自动控制系统3）ATS子系统（1）ATS子系统的设备 控制中心设备。控制中心设备是ATS子系统的核心。其用于状态表示、运行控制、运行调整、车次追踪

27、、时刻表编制及运行图绘制、运行报告、调度员培训、与其他系统的接口等，如图7-18所示。控制中心设备主要包括中心计算机系统、综合显示屏、调度员及调度长工作站、运行图工作站、培训/模拟工作站、绘图仪和打印机、维修工作站、局域网、UPS及蓄电池。ATS子系统控制中心设备组成框图如图7-19所示。任务四 列车运行自动控制系统图7-18 控制中心设备图7-19 ATS子系统控制中心设备组成框图任务四 列车运行自动控制系统 车站设备。车站设备由ATS分机及车站现场控制工作站组成。 车辆段设备。车辆段设备由ATS分机及车辆段终端组成。 列车识别系统。PTI设备是ATS车次识别及车辆管理的辅助设备，其由地面查

28、询环路和车载查询器组成。 列车发车计时器。列车发车计时器设备设于各站，为列车运行提供车站发车时机、列车到站晚点情况的时间指示，提示列车按计划时刻表运行。任务四 列车运行自动控制系统（2）ATS子系统的功能 ATS子系统系统的主要功能包括列车运行情况的集中监视和跟踪；列车运行实迹的自动记录；时刻表自动生成、显示、修改和优化；自动排列进路，按行车计划自动控制道旁信号设备以接发列车；列车运行自动调整；列车运行和设备状态自动监视；调度员操作与设备状态记录、运行数据统计及报表自动生成；运输计划管理、输出及统计处理；实现沿线设备及列车与控制中心之间的通信；列车车次号自动传递；车辆修程及乘务员管理；系统故障

29、复原处理；列车运行模拟及培训；乘客向导信息显示。任务四 列车运行自动控制系统 基于通信的列车控制系统 二、1.CBTC系统的出现（1）轨道电路限制了列车位置检测的精度。（2）传输信息量有限。（3）轨道电路易受到天气、地理环境及电磁环境的影响。任务四 列车运行自动控制系统2.CBTC系统的基础1）车-地通信CBTC系统的通信子系统在车-地之间建立连续、双向、高速的传输通道，列车的命令和状态可以在列车与地面设备之间可靠交换，使地面设备和受控列车紧密地连接在一起。所以，车-地通信是CBTC系统的基础。任务四 列车运行自动控制系统2）列车定位 CBTC系统的另外一个基础则是列车定位。只有确定了列车的准

30、确位置，才能计算出列车间的相对距离，保证列车的安全间隔；也只有确定了列车的准确位置，才能保证根据线路条件，对列车进行恰当的速度控制。CBTC系统依据列车本身的测速测距和探测地面应答器或其他传感器对列车位置的测量，查询系统数据库，实现列车的定位。任务四 列车运行自动控制系统3.CBTC系统的优点1）更加安全 CBTC系统充分利用通信传输手段，实时或定时地进行列车与地面间的双向通信，后续列车可以及时了解前方列车的运行情况；同时，地面可以及时向车载控制设备传递车辆运行前方线路的限速情况，指导列车按线路限制条件运行，提高列车运行的安全性。任务四 列车运行自动控制系统2）更加高效 CBTC系统实现了移动闭塞，控制列车按移动闭塞模式运行，由此可