(知识扩展)城市轨道交通CBTC系统功能课件

1、2022/7/22Page 1任务二 城市轨道交通CBTC系统功能 培训目标了解城市轨道交通CBTC系统的功能 一、ATP子系统功能31、 ATP子系统组成主要由3取2冗余结构的轨旁分布式区域控制器ZC、车载控制器CC组成。区域控制器ZC车载控制器CC列车每端配置一套；其他设备轨旁信标；车载速度传感器；加速度计；TOD；信标读取器天线等。342 、子系统功能ATP子系统整个ATC系统的安全核心，负责整个ATC系统涉及安全的所有方面1.负责列车间的安全间隔和超速防护；列车定位，速度测量，计算移动授权并执行速度监督。2.车门、屏蔽门的监督检查和开启授权；3.列车完整性监督； 4.前溜和后溜防护；5

2、.停车保证功能； 6.列车运动方向监控; 7.发车联锁； 8.防淹门的防护；52 、子系统功能ATP子系统安全间隔无论车载设备是否运行，信号系统都可保证在该系统内的所有列车之间的安全列车间隔。如果车载设备运转良好，信号系统可对这些列车进行安全列车间隔控制，以认定前方列车可立即在原地停车为原则。对于车载设备运转良好的列车，其位置测定以信号系统的定位分辨率为基准。如果车载设备无法运转，由司机保证行车安全。信号系统会将移动授权限定在前方列车尾部后面的安全距离外方停车点。62 、子系统功能ATP子系统安全间隔信号系统安全列车间隔功能包括：利用ATP固定数据（如，永久限速）和ATP可变数据（如，临时限速

3、和移动授权），计算ATP曲线（即安全速度曲线，属于列车定位功能）。监控并执行信号系统计算出的ATP曲线。ATP曲线受安全制动模式管理，可确保在任何情况下（包括故障），配有车载设备的列车都不会超出移动授权限制。72 、子系统功能ATP子系统安全间隔系统还提供了旁路信号车载设备安全列车间隔功能的功能，列车可超出其移动授权限制（如以一定速度限制）。但此情况下，列车运行安全由司机保证。还可收回（增加限制）先前赋予列车的移动授权限制。 列车接近或制动到初始移动授权时，可能会违反新的ATP曲线，这时，信号系统会立即激活制动程序。该制动程序可以是紧急制动程序或是受监控的常用制动程序。82 、子系统功能ATP

4、子系统列车定位主要设备车载控制器CC，信标读取系统，速度传感器和加速度计，地面信标。车载CC通过初始化定位信标确定进入系统的位置，之后根据实时计算的列车速度计算列车走行的距离，并在每经过一个地面静态信标时，对列车的位置进行修正。列车顺序通过连续的、至少间隔34米的、无岔区段上的两个静态信标完成列车的初始化定位。定位过程不依靠车地无线通信、ZC以及联锁子系统。92 子系统功能ATP子系统列车定位安全位置用于ATP功能非安全位置，即列车最有可能的位置，用于ATO功能；CC计算上述位置及位置不确定性，并发给ZC和ATS；用于ZC为其后续列车计算移动授权点和ATS的追踪。102 、子系统功能ATP子系

5、统速度测量主要设备，车载控制器CC，速度传感器和加速度计。速度传感器：实时测量车轮的转动。加速度计：对列车的空转打滑进行监督和补偿。CC根据速度传感器传来的车轮的转动信号以及加速度计的补偿信息，实时计算列车的速度。112 、子系统功能ATP子系统 空转和打滑CC会对速度传感器和加速计输入数据的一致性进行监。当探测到空转/打滑现象时，CC会根据加速计上的实际加速或减速率计算的速度值作为现有速度，并且在经过并检测到信标后，列车的位置将得到校正。122 、子系统功能ATP子系统轮径补偿CC通过在静态线路数据库中定义的两个静态信标，从速度传感器得到的车轮走行的距离（车轮转动的圈数）和数据库中这两个静态

6、信标的固定间距进行比较，从而计算出车轮的精确轮径。这两个静态信标要求安装在平直的轨道上，以避免列车的空转或打滑而影响测量精度。132、 子系统功能ATP子系统移动授权、速度监督和超速防护车载控制器CC实时将测定的列车位置传给轨旁区域控制器ZC，ZC掌握其控制区内所有列车的准确位置，包括通过联锁得知的计轴区段的占用/空闲状态、道岔锁闭状态、屏蔽门状态、防淹门状态等信息。进而，ZC为其辖区内的每列CBTC列车计算移动授权点并发送给CC；同时CC也通过ZC得知前方的进路锁闭状态、计轴区段等轨旁状态的信息，并根据车载线路地图，计算CC的ATP防护曲线。CC将根据这个ATP防护曲线进行列车的速度监督和超

7、速防护。14CBTC系统 列车追踪原理APAPZCRadioRadioATS1. CC通过轨旁信标和测速电机计算列车的当前位置2. CC将位置信息通过轨旁无线传给区域控制器ZC3.ZC (基于从所有列车收到的信息) 计算移动授权MAL(X) 并发送给各个车载.ZC也将列车的位置信息送给ATS4. CC计算制动曲线，防护列车运行CC2 、子系统功能ATP子系统152 、子系统功能ATP子系统移动授权确定的依据前方CBTC列车的后端，包括位置不确定性；前方非CBTC列车占用计轴区段的末端；轨道终点；未锁闭进路的始端；失去表示的道岔；封锁区段的边界；CBTC区域边界其它禁行区域（如紧急关闭、安全门打

8、开时的站台区域）；16越区切换两个ZC之间的授权交接172 、子系统功能ATP子系统车门、屏蔽门的监督检查和开启授权通过与车辆的接口，CC实时检查车门的关闭状态，如果在列车运行中，车门关闭信号丢失，列车将施加FSB。 如果CC发现前方车站的屏蔽门未处于关锁状态将不允许列车进入车站，同样，列车停站，当未检查到屏蔽门关闭前，CC将不允许列车启动。182 、子系统功能ATP子系统车门、屏蔽门的监督检查和开启授权CC发送车门和屏蔽门开门允许信号前，将检查以下条件：列车处于零速状态；列车已对准站台的正确位置；列车已切除牵引；列车已实施常用制动。若能满足所有这些条件，正确侧列车车门就会接收到指令并打开。1

9、92 、子系统功能ATP子系统列车完整性监督通过与车辆接口，CC实时检查列车完整性信号；当CC检测到列车完整性丢失信号时，将实施EB。一旦列车完整性丢失，CC还将禁止所有CBTC运行模式。202、 子系统功能ATP子系统前溜和后溜防护如果CC在没有任何移动移动指令的情况下，检测到列车的任何移动，CC将施加EB；如果CC检查到列车向当前运行的反方向倒溜超过1m，将施加紧急制动。这样也是为了保证列车在坡道上的启动，其追踪列车的移动授权将考虑前车后溜的距离。212 、子系统功能ATP子系统停车保证功能用于在CBTC运行模式下，当联锁请求进路取消时，加快进路取消的进程。即ZC获知进路取消命令后，告知C

10、C，CC根据当前列车的位置和速度计算能否在信号机前停车。如果可以，则通过ZC告知联锁，则进路可立即解锁；否则联锁将继续执行延时解锁。222 、子系统功能ATP子系统运动方向监控CBTC区域内的运行方向管理，对于合理地为CBTC列车建立移动授权非常重要。它包括CC和ZC子系统，包括下列因素：列车驾驶人员的方向请求：须通过驾驶室激活和方向控制器进行表示。车载CBTC设备从ZC处获取MAL计算运行方向。CBTC运行方向：由某一区段的ZC设定。如果某一区段的运行方向已确立，系统就不会为该区段的列车再指派相反方向的移动授权。232、 子系统功能ATP子系统发车联锁列车处于ATO运行模式时，CC会向司机发

11、出报警提示，关闭车门。一旦CC检测到车门关闭并锁闭后，列车就可以向下一车站发车。在ATO运行模式下，列车停站结束后，TOD上的发车指示灯就会点亮，司机按下发车按钮，向下一车站发车。只有满足下列条件，CC才会允许列车发车：车门已关闭并锁闭MAL足够允许列车发车ATS的扣车指令未生效站台安全门关闭并锁闭242 、子系统功能ATP子系统防淹门的防护当ATP系统失去防淹门的关锁信息时，ATP系统将关闭防淹门相关区域。当防淹门请求关闭时，ATP系统将禁止列车驶入防淹门区域，并允许防淹门区域内的列车驶出。 在确认防淹门区域没有任何列车时，向防淹门系统发出允许关闭信号。二、ATO子系统功能1、主要组件ATO

12、子系统由车载设备和轨旁设备组成。ATO子系统与ATP子系统共用车载硬件设备，并没有独立的设备。ATO子系统的软件安装在与车载ATP子系统共用的车载计算机中，但使用独立的CPU。1、主要组件车载ATO设备为主备冗余，当主ATO单元发生故障，自动从主ATO单元切换到备用ATO。主ATO和备用ATO单元运行同样的软件，得到相同的传感器输入和独立计算，但是在一个时间，只有一个ATO单元是主ATO，与其他子系统接口，如：ATP、车辆、TOD和ATS等。而备用ATO不提供任何输出。2、ATO功能由于ATO始终在ATP的监督下运行，所以就ATO子系统而言，并没有安全性的要求。系统的非安全列车自动运行和监控功

13、能由ATO子系统完成。在列车运行过程中，ATO子系统执行其规定功能，同时与ATP和其他子系统交换数据。ATP认为系统配置适当，可以进入ATO操作模式后，即向ATO发送模式选择信息和激活指令。然后，ATO使用固定储存在数据库中线路信息，执行程序站停。在人工ATP模式下，ATO的功能将受到限制。29子系统功能ATO子系统在ATP的安全保护下，根据ATS子系统的指令，实现列车的自动驾驶；实现列车在区间正方向的自动运行，自动完成列车启动、加速、巡航、惰行、减速和停车；站台精确停车（25cm-50cm车门）；3.程序站停；4.下站停车、跳停和扣车5.在ATP的允许下的车门控制；6.运行等级管理7.自动折

14、返8.能量优化30用于ATO站停的轨道装配设备能够测定车门是否与站台安全门对准，同时列车必须按要求的站停精确度内停靠。 应答器/信标用于将轨旁的准确位置信息传送至车载设备内。列车ATO会应用此信息来计算站台内到停车位置的行驶距离。接近停车位置的应答器数量决定站停位置的准确度。ATO子系统功能站台精确停车31程序站停根据ATS对车辆的进路分配要求停靠在站台上。CC ATO会按照站停程序在每个车站停靠，除非ATS命令跳过这个车站或指定仅有的几个车站为停靠点。只有在正方向上才能提供自动停车。使用传感器和站台信标的位置输入数据，列车可实现站台精确停车。位置数据输入通常用来确定停车曲线的起始点。站台信标

15、可提供距离分界，以满足位置精度要求。32 跳停CC ATO可在需要跳站的前站通过DCS子系统从ATS处接收跳至下一站的指令。然后，车辆继续行进并通过此站而不做停留。33扣车扣车是指列车停车后保持零速的状态。收到ATS的“关门（停站结束）”指令后，扣车会禁止TOD上的停站结束指示灯闪亮。ATS向调度员（含车站值班员）提供人工扣车功能，可对停靠在当前车站的列车实施扣车，若来不及在当前车站扣车，可在列车进入下一车站时实施扣车。列车停下后，车门保持打开，直至调度员（含车站值班员）取消扣车，此时，列车驶离车站，并按照时刻表开始运行。该功能只在异常情况下适用，如果不调整时刻表，列车就会晚点。34 车门控制

16、列车通过自动和人工模式完成允许开门或取消允许开门。在正常运行时，CC只有确定列车已停车，并与站台屏蔽门对齐之后，才能允许开门。显示停站结束时，CC取消允许开门。若通信中断，CC将在某一车站的默认停站结束后取消允许开门。ATO的请求指令及操作人员可打开车门。关闭车门时，操作人员必须按下“关门”按钮。35列车在站台精确停车、保持制动关门请求列车在站台，发出开门指令开门请求列车在站台，发出关门指令ATO子系统-列车门与屏蔽门的同步控制ZC 区域控制器联锁控制器同步CCPSD 命令PSD 命令使能开门指令PSD 命令PSD 命令PSD 状态PSD 状态列车在站台发出开门指令授权列车离开站台授权列车离开

17、站台列车在站台，发出关门指令屏蔽门关闭状态/旁路状态同步列车授权离开3536 运行等级 车辆通过DCS接收ATS设定的运行等级包括速度限制、加减速指令限制、及车站停车减速率 运行等级数据中的速度和加减速限制并不安全（实际须受到CC ATP的限制） CC具有惰行运行模式37惰行运行模式ATS发出请求后，运行等级设定在15、目标速度在40Km/h以上时，惰行运行模式才生效。CC启动惰行运行模式后，可使列车在连续牵引之间进行惰行，重新获得牵引之前，允许降低11Km/h，重获牵引后，车速恢复到运行等级数据所确定的额定值。38 自动折返无人自动折返有人自动折返采用有人自动折返，CC会在折返地点实施精确停

18、车，它可使列车自动驶入折返区，实现精确停车，司机随后须切断进入端驾驶室电源，然后开启离去端驾驶室。CC通过DCS获取ATS车站信息，然后，列车驶入第一个车站，并实施精确停车。39 列车在自动模式下从车站出发时需具备的条件（折返） 有效的目的地ID 有效的司机ID 非零限速 有效的行车方向 发车测试时未发现故障 数据通信建立40CC1CC2开关门CC换端开关门ATO子系统无人自动折返数据存储单元FRONTAM(DSU)42 系统架构和组成 CBTC系统结构图43轨道数据库是用于描述列车运行的轨道线路的数据库，包括线路坡度、曲线、车站/站台设置、折返线/存车线设置，轨旁信号机、道岔、计轴点、信标点

19、设置，以及屏蔽门、防淹门等所有运行线路相关数据的基础文件。轨道数据库同时存储在ZC和CC中，ZC根据轨道数据库计算列车的安全授权点V-MAL和非安全授权点NV-MAL，CC确定列车的运行速度防护曲线、计算运营停车点、折返点，确定列车正确的开门侧等。为便于轨道数据库的管理及在线更新，轨道数据库也存储在数据存储单元FRONTAM(DSU)中。轨道数据库管理44轨道数据库管理数据存储单元FRONTAM(DSU)FRONTAM采用热备冗余结构，包括：应用服务器：应用服务器是一套冗余设计的服务器（在检测到故障后将自动进行主/备的切换）；存档服务器：存档服务器用于信息存档的管理功能；管理控制台：控制台用来管理服务器（为管理上述三台服务器，配置一个键盘和一个显示器）；管理员工作站：操作员工作站用于维护协助和操作。轨道数据库数据生成和更新 Frontam 主/备 ZC1ZC2CC1 CC2 CC3CCn 离线数据库 2-轨道数据库人工加载 1- 离线设计 4-数据库版本校核 3- 给C