ATP列车运行自动控制系统

1、列车运行自动控制系统-丁太生编辑/10/1011/59列车自动控制系统-ATCATC系统四个子系统 ATP-列车自动保护子系统 ATO-列车自动驾驶子系统 ATS-列车自动监控子系统 车站计算机联锁子系统/10/1022/59 列车自动防护系统-ATP知识关键点 1了解列车自动防护系统设备组成。 2掌握列车自动防护系统基本功效。 3掌握列车自动防护系统设备利用。/10/1033/59 一、列车自动防护系统基本原理 理论内容 城市轨道交通信号控制系统中，列车自动防护系统是信号控制系统非常主要组成部分，它为列车行驶提供安全保障，有效降低列车驾驶员劳动强度，提升行车作业效率。如果没有列车自动防护系统

2、，列车行车安全需要由列车驾驶员人工来保障，这么会造成列车驾驶员过分疲劳，产生安全隐患，对行车作业效率也会带来负面影响。所以在城市轨道交通中，尤其是在运行作业繁忙线路上，信号控制系统中设置列车自动防护系统是非常必要，它是行车作业安全保障和表达。 列车自动防护系统，其英文名称为“Train Automatic Protect System”，简称为ATP系统。/10/1044/59/10/1055/59 1列车运行几个基本概念 在介绍列车自动防护系统怎样控制列车运行速度时，需要简单了解列车怎样起动和停车，以及列车惯用制动和列车紧急制动基本概念。 (1)列车起动和停车 列车在人工驾驶时，列车驾驶员操

3、作驾驶手柄，经过列车牵引系统施加牵引力使列车向前加速行驶，或经过列车制动系统施加制动力使列车减速行驶。列车驾驶手柄日常放中间位置，将驾驶手柄从中间位置向前推时，列车向前加速行驶，越往前推施加牵引力越大；将驾驶手柄从中间位置向后推时，列车减速行驶，越往后推施加制动力越大，这时列车在制动力作用下减速运行，如图8一l所表示。/10/1066/59图81 列车驾驶室牵引制动 手柄和紧急制动按钮驾驶室 驾驶室内景 /10/1077/59 (2)列车惯用制动和紧急制动 列车惯用制动就是列车在正常行驶过程中，由列车制动系统施加给列车制动。 列车紧急制动就是列车在超速行驶，或碰到其它不正常会危及列车行车安全情

4、况时，对列车施加制动。列车紧急制动时所产生制动力，是列车制动系统所能提供最大制动力。列车紧急制动响应时间比列车惯用制动响应时间要短；一旦对列车施加了紧急制动，只能经过特殊处理才能将紧急制动从列车上解除。列车司机显示器（人机界面） /10/1088/59/10/1099/59 (3)速度限制 城市轨道交通中，列车在轨道线路上行驶时，受轨道线路弯道、坡道、列车本身结构以及运行需求等原因影响，列车只能在要求速度范围内运行，假如列车运行速度比要求最大速度值高，则会危及到列车行车安全，造成列车相撞、出轨或颠覆等事故发生。为确保列车行车安全，列车必须在所要求速度范围内运行，以预防安全事故发生。 列车自动防

5、护系统在每列车上都装有速度传感器，速度传感器安装在列车车轴上，如图82所表示，对列车运行速度进行实时测定，并把速度值传送给列车自动防护系统主机，由列车自动防护系统主机对速度进行分析和处理。图82速度传感器/10/101010/59/10/101111/59 (4)列车自动防护系统与列车之间接口 列车自动防护系统主机是列车自动防护系统关键控制部分，列车自动防护系统主机与列车本身牵引系统和制动系统由专门接口电路连接，如图83所表示。列车自动防护系统主机实时接收从地面信号传来信号，经过实时分析和计算，实时向列车牵引系统或制动系统发出控制指令，列车牵引系统或制动系统在接收到控制指令后，对列车施加牵引力

6、或制动力，以控制列车运行速度，使列车在允许速度范围内运行。列车自动防护系统主机安装在驾驶室内。图83列车自动防护系统与列车之间接口关系/10/101212/59/10/101313/59 2列车自动防护系统基本原理 列车自动防护系统控制列车运行速度有两种基本方式：点式叠加方式和速度距离模式曲线方式。 (1)点式叠加方式 列车自动防护系统以点式叠加方式控制列车运行速度，其速度距离曲线呈阶梯状，称为阶梯曲线，如图84所表示。图84阶梯曲线 图中横坐标表示距离值，纵坐标表示列车运行速度值。 图84中列车受到制动力作用，减速运行。列车从某点O处以不超出S1速度值运行，在运行到D1点时，对列车施加一定制

7、动力，使列车允许运行最大速度值从S1速度值降为S2速度值；列车从D1点运行到D2点处，在这一区间，列车运行最大允许速度值为S2;在S2点，再次对列车施加制动力，使列车减速运行。/10/101414/59 列车运行在OD1区段，允许运行最高速度为S1；在D1D2区段，允许运行最高速度为S2；在D2 D2区段，允许运行最高速度为S3。图84阶梯曲线/10/101515/59 在每个区段，假如列车运行速度超出了在该运行区段所对应最大速度值，列车自动防护系统会向列车制动系统发出惯用制动命令，列车制动系统对列车施加制动力，使列车运行速度在系统所设定时间内，降到允许运行速度范围内，以确保列车安全运行；假如

8、列车运行速度连续超出该运行区段所对应最大速度值，在连续时间超出系统设定时间后，列车自动防护系统将对列车实施紧急制动，强制列车停车，以预防意外事故发生。/10/101616/59 阶梯曲线控制速度方式所需要硬件结构简单，轻易实现。在图8-4中列车以不超出S1速度值运行，运行速度从S1变为S2时，使得列车运行速度发生突变，这时强烈减速会给列车上乘客一个冲击，轻易产生不适感。速度改变越大，冲击感越强，不利于旅客乘车舒适度。图84阶梯曲线/10/101717/59 (2)速度距离模式曲线 列车受到制动力作用，使列车减速运行，速度一距离图形曲线形状是连续平滑曲线，这种列车速度控制方式称为速度距离模式曲线

9、方式，如图8-5所表示。 图中横坐标表示距离值，纵坐标表示列车运行速度值。图85速度距离模式曲线/10/101818/59 图85中，列车自动防护系统依据运行计划，使列车从O点减速运行到D1点。列车自动防护系统依据各种数据，计算出列车从O点运行到前方D2点区段内，各处所需运行速度，并向列车牵引和制动系统发出指令，控制列车按照速度距离模式曲线所绘制速度值平滑稳定地从在0点减速运行到前方D2点。图85速度距离模式曲线/10/101919/59 在上图模式曲线每点，都对应有一个速度值，假如列车运行速度超出了在该点所对应速度值，列车自动防护系统实时向列车制动系统发出惯用制动命令，对列车施加制动力，使列

10、车运行速度降到模式曲线下方，确保列车以允许速度运行，确保列车安全运行；假如列车运行速度连续超出模式曲线所要求速度值，运行在模式曲线上方，若所连续时间超出系统设定时间，列车自动防护系统将对列车实施紧急制动，强制列车停车，以预防意外事故发生。/10/102020/59 速度距离模式控制速度方式，需要比较复杂软件和硬件支持，系统调试过程比较复杂。列车平滑减速运行，运行速度没有发生突变，列车运行速度控制稳定，能够有效提升列车乘客舒适度。 预防列车超速运行是列车自动防护系统最主要功效，也是城轨信号系统保障列车运行安全关键。列车自动防护系统对列车速度有效控制，保持列车速度运行不超出所允许速度范围，能有效降

11、低列车驾驶员劳动强度，提升作业效率，防止人工操作带来安全隐患保障列车安全运行。/10/102121/59 二、列车自动防护系统主要功效 列车自动防护系统不但能控制列车运行速度，还有其它许多主要功效，它们是列车安全稳定运行可靠保障。 列车自动防护系统主要功效包含有： 1预防运行列车超速运行 运行列车在线路上运行有各种速度限制，列车运行速度不能超出速度限制值。 (1)预防运行列车超出线路限制速度超速运行 城市轨道交通中，线路在曲线段或坡道处，往往有速度限制，运行列车不能超出线路限速运行，不然轻易出现列车脱轨或颠覆事件。 (2)预防运行列车超出列车允许最高速度超速运行 车辆本身结构决定了车辆所能运行

12、最大速度，超出这个速度值，列车可能会出现故障，危及车辆和行车安全。/10/102222/59 (3)预防运行列车超出道岔弯轨限制速度超速运行 城市轨道交通中，线路上设有道岔，在列车经过道岔弯轨时，不能超出道岔弯轨限制速度超速运行。 (4)预防运行列车超出限速区段超速限速城市轨道交通中，线路上有故障或作业需要运行列车限速行驶，列车应按运行要求运行。 (5)预防运行列车超出暂时限速城市轨道交通中，线路上有暂时作业，需要运行列车限速行驶，列车应按运行要求运行。 (6)预防运行列车超出其它限速 城市轨道交通中，运行作业需要任何限速地方，列车应按运行要求运行。/10/102323/59 2接收和处理来自

13、地面信息 列车运行在轨道上，地面轨道电路或地面其它设备，将列车运行所需信息发送出去，安装在列车车体上列车自动防护系统设备会实时接收这些信息，并对这些信息进行实时分析和处理，以及时对列车运行状态和运行速度进行控制。通常这些信息中包含有列车允许运行最大速度值、线路位置等。/10/102424/59 3预防列车相撞 城市轨道交通中，在某条线路上，往往会有很多列车同时运行作业，列车自动防护系统能够预防列车相撞，为这些平行作业实施提供了安全保障，它有效提升了城市轨道交通线路利用效率，增强了城市轨道交通运行能力。列车自动防护系统能够预防列车相撞包含以下内容： 1)预防运行列车撞上前面列车； 2)预防运行列

14、车进入未开通进路； 3)预防运行列车冲出尽头线； 4)预防运行列车进入封锁区段； 5)预防运行列车进入发生故障进路等。/10/102525/59/10/102626/594车辆安全停靠站台 城市轨道交通中，列车停靠站台时，需要列车完全停稳不动，确保乘客安全上下车。列车自动防护系统会检测列车速度和列车所处位置，确保列车在站台区域内安全停靠。/10/102727/59 5列车车门控制 城市轨道交通中，列车左右两侧都有车门，列车停靠站台后，列车自动防护系统会控制列车开启靠近站台车门，确保乘客安全上下车。/10/102828/59 6空转、打滑防护 列车在线路上正常运行时，列车车轮在钢轨上滚动运行，因

15、某种原因，列车车轮会发生空转，或列车车轮在线路上滑动运行，这种情况一方面会对车辆车轮造成损伤，其次会危及列车行车安全。列车自动防护系统会实时检测列车空转和打滑情况，并及时采取措施，控制列车运营状态。 7防止列车发生溜车 列车如果在线路坡道处停车或在站台处停车，列车自动防护系统会给列车施加一定制动力，保证列车不会发生溜车现象，防止发生安全事故。 列车自动防护系统除了以上重要功能外，根据城市轨道交通信号系统配置情况和复杂程度，还可以有一些其他功能，如控制列车运行方向，提供驾驶员操作接口界面等。/10/102929/59 三、列车自动防护系统车载设备组成 列车自动防护系统所包含设备分别安装在列车上和

16、地面上。安装在列车上设备，简称为车载设备；安装在地面设备简称为地面设备。 1、车载设备主要组成 列车自动防护系统车载设备主要包含有车载主机、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，如图86所表示。下面分别介绍相关设备情况。 图86车载主要设备/10/103030/59(1)车载主机 列车自动防护系统车载主机由各种印刷电路板、输人输出接口板、安全继电器和电源等设备组成。这些设备分层放在机柜中，各板利用机柜上总线进行通信。 列车定位： 测速电机（TACHO） 多普勒雷达（Doppler Radar） 绝对位置信标（APR）。 /10/103131/59(

17、2)状态显示单元 状态显示单元是车载系统与列车驾驶人员之间人机界面，能够显示列 车当前运行速度、列车抵达某点目标速度、列车抵达某点走行距离、列车驾驶模式和相关设备运行情况等与行车直接相关信息；还设置有一些按钮，用于驾驶员操作，控制列车运行。在下面详细介绍状态显示单元各个表示单元和按钮。列车司机显示器（人机界面） 显示器 /10/103232/59/10/103333/59(3)速度传感器 信号系统通常在列车上装有一个或多个速度传感器，安装在列车车轴上，用于计算列车运行速度和列车运行距离及列车运行方向判定。列车运行速度，还能够用雷达进行测定，但速度传感器技术成熟，测速精度高，安装使用简单方便，所

18、以被广泛使用。/10/103434/59(4)列车地面信号接收器 列车地面信号接收器，安装在列车底部，用于接收从轨道上传来信息，这些信息能够由地面轨道电路发送，或由安装在地面专门设备如应答器发送给列车。列车地面信号接收器，依据所接收信息格式、容量和处理速度等原因，能够设计为感应线圈，或其它形式，以确保列车在一定运行速度下能及时接收和处理所收到信息。列车地面信号接收器性能要求：抗机械冲击能力强，有很好抗电磁干扰能力，信息接收误码率低，不丢失信息。应答查询器 B型应答器 /10/103535/59(5)列车接口电路 列车自动防护系统车载设备经过车载主机与列车进行接口，车载主机将控制信息经过接口电路

19、传送给列车，同时车载主机经过接口电路从列车取得列车运行状态信息。 列车接口电路使用继电器，依据使用环境，需要体积小、力学性能好继电器，普通使用弹簧继电器。 (6)电源和辅助设备等 列车为列车自动防护系统车载设备提供所需电源，列车上还有列车运行模式选择开关，各种电源开关，和其它一些辅助设备等。/10/103636/59 2状态显示单元 列车上状态显示单元，作为车载系统与列车驾驶员人机界面，能够使用触摸屏，或使用面板形式，来实现列车状态信息显示和对列车进行操控。其面板或触摸屏上主要内容普通包含操作按钮部分、信息显示部分、表示灯和报警器，如图8-7所表示。 图87 面板状态显示单元 /10/1037

20、37/59下面对面板状态显示单元各部分进行介绍。 (1)按钮部分 以面板型状态显示单元为例，其按钮普通包含有发车按钮、慢速前行按钮、调光按钮、灯泡按钮、内容切换按钮等。其中发车按钮和慢速前行按钮用于操纵列车运行，其它几个按钮用于对面板亮度调整、显示内容切换和自检等。 列车发车按钮。 列车发车按钮通常带有灯光，当列车发车按钮灯光点亮时，列车驾驶员按压列车发车按钮，起动列车向前运行。假如列车这时处于自动驾驶模式下，列车将按照行车作业要求自动运行；若列车处于列车自动防护系统控制模式下，人工驾驶，列车驾驶员操纵牵引制动手柄，控制列车运行。 列车发车按钮灯光熄灭时，按压列车发车按钮，属于无效操作。/10

21、/103838/59 慢速前行按钮。列车处于列车自动防护系统控制模式下，当列车自动防护系统不能从地面收到信息时，列车驾驶员按下慢速前行按钮，请求列车以不超出设定速度值慢速前行。 列车慢速前行设定最高速度值，依据不一样运行需求，能够设为20kmh，或其它值。这个速度值比列车正常运行平均速度普通要小，慢速前行模式适合列车办理进出停车厂或车辆段作业时，控制列车慢速运行，碰到危险情况，能够采取办法，尽快让列车停车。 显示模式按钮。面板上显示模式按钮，用来在切换一些显示区域内不一样信息，能够增加显示信息容量。 调光器按钮。按压调光器按钮，能够改变状态显示单元显示器和指示灯亮度。 灯光测试按钮。按压灯光测

22、试按钮，能够执行显示器、指示灯和声音报警测试。/10/103939/59 (2)信息显示部分 速度显示。触摸屏和面板上，普通把表示速度区域放在屏或板中央，便于直观显示列车运行速度值。速度显示同时用模拟方式显示和数字方式显示，表示速度范围从零到线路允许最大值，并留有一定余量。 图8-7中，速度显示以100kmh作为最大允许运行速度值。中间方框用数字显示当前速度值；正围绕方框环上，标有刻度值，表示对应列车速度值。通惯用红色环指示列车当前允许运行最大速度值，用绿色环表示列车当前实际运行速度值。当绿色环超出红色环时，列出驾驶员能够直观看出，列车发生了超速，并有报警提醒，这时提醒列车驾驶员要采取办法，控

23、制列车速度，将速度绿环降低到速度红环以内，确保列车安全正常运行。/10/104040/59 两种不一样颜色速度环，直观将列车实际运行速度和当前允许运行最大速度表示出来，能够方便列车驾驶员对列车速度进行有效控制，提升作业效率，降低作业强度。 目标速度。在速度距离模式曲线系统中，能够显示列车从当前地点运行到下一目标处，所对应目标处速度值。以下一目标是在站台停车，则显示目标速度为零；假如下一目标是经过站台，则显示允许经过站台速度限制值。 目标距离。在速度距离模式曲线系统中，能够显示列车从当前地点运行到下一目标处，列车所需走行距离值。 时间。在速度距离模式曲线系统中，能够显示列车从当前地点运行到下一目

24、标处，列车所需运行时间。/10/104141/59 (3)指示灯 面板上或触摸屏上有多个指示灯，用来表示列车运行状态。 超速指示灯。当列车运行速度超出当前允许速度值时，超速指示灯点亮。 慢速前行指示灯。当慢速前行模式被激活时，慢速前行指示灯点亮。 列车自动运行指示灯。当列车模式选择开关放在ATO挡位时，这时列车在自动运行模式下运行(ATO模式)，列车自动运行指示灯点亮。 列车自动防护控制下人工驾驶模式指示灯(简称人工ATP)。当列车模式选择开关放在ATP挡位时，列车在列车自动防护控制下，由列车驾驶员人工驾驶列车运行，这时该指示灯点亮。/10/104242/59 旁路指示灯。当列车模式选择开关，

25、放在旁路挡位时，该列车车载信号系统被切除，这时旁路指示灯点春 发车测试指示灯。列车在发车进入运行线路前，要进行信号车载系统静态测试，假如该测试失败或没有开启该测试，该指示灯熄灭；假如测试成功该指示灯被点亮；假如测试正在进行中，该指示灯将不停闪烁。 列车自动防护系统故障指示灯。当列车自动防护系统发生故障时，该指示灯点亮。 运行方向指示灯。当列车自动防护系统知道列车运行方向，而且在列车对位停车时能够自动控制车门时，该指示灯点亮。 另外，还有一些指示灯，当列车处于自动驾驶(AT0)状态时，对应事件发生时，指示灯会点亮，如跳停指示灯和停站结束指示灯等。/10/104343/59 (4)报警器 当列车发

26、生超速运行，或有设备故障，或目标距离、速度参数发生改变时，报警器会发出报警声，提醒列车驾驶员注意。 图87 面板状态显示单元 /10/104444/59四、列车自动防护系统地面设备 列车自动防护系统关键设备安装在列车上，它所需主要信息来自地面设备。依据城市轨道交通信号系统不一样制式，列车自动防护系统地面设备，能够设置点式应答器或轨道电路，向列车传递相关信息，由安装在列车上设备接收和处理这些信息。移动闭塞原理 /10/104545/59 1点式应答器 在速度距离曲线为阶梯式图形信号系统中，经常会在线路上间隔一定距离设置点式应答器。这些应答器向线路保留有列车行车信息，在列车经过时，由安装在列车车底

27、感应接收装置从中读取或接收信息，对这些信息进行综合分析处理。 点式应答器中所包含信息，包含有线路位置、列车运行距离、基本线路参数、速度限制等信息，这些信息固化在应答器。应答器可分为有源应答器和无源应答器。有源应答器向线路实时发送信息，由列车接收；无源应答器，只有在列车经过时，由列车从应答器中读取信息。 /10/104646/59/10/104747/59 点式应答器安装在线路上，调试和安装工艺比较简单，轻易实施，成本相对较低，应用广泛，如图88所表示。图88点式应答器B型应答器 A型应答器 /10/104848/59 2轨道电路 城市轨道交通信号系统，轨道电路除了含有表示列车是否占用轨道功效外

28、，还能够向线路上实时发送列车运行所需信息，由列车接收和处理。轨道电路所发送信息，其容量大，有利于列车车载系统对列车进行实时控制。 因信号系统处理能力和制式不一样，轨道电路所发送信息量可有所不一样，普通来讲，轨道电路所发送信息能够有以下内容： (1)轨道电路基本信息 如轨道电路长度、坡道和曲线参数，所用载波频率，轨道电路编号等。 (2)线路速度 是指该轨道区段线路上受坡道和曲线等原因影响列车所允许运行最大速度。/10/104949/59/10/105050/59 (3)目标速度 列车抵达下一目标时，列车运行速度。 (4)运行距离 列车抵达下一目标时所需走行距离。 (5)列车运行方向 指明列车上行

29、运行或下行运行。 (6)载波频率 列车接收下一个信息载波频率。 (7)道岔定反位 列车前方经过道岔定位或反位。 (8)列车停站信号 指示列车处于停站状态。 (9)备用信息位 预留用作其它信息使用。 这些信息以数字编码方式，次序排列，放在一个信息包里。列车收到信息后进行译码和实时处理，实时控制列车运行状态。/10/105151/59五、列车自动防护系统小结 列车自动防护系统从广义上讲，应包含处理列车行车安全逻辑全部设备，所以其地面设备包含联锁设备，也能够归结为列车自动防护系统范围，它们与车载设备一起完成对列车控制和安全防护功效。休息、休息/10/105252/59项目实施 任务一认识列车自动防护

30、系统车载设备 1目标 1)熟悉列车自动防护系统车载设备安装位置。 2)掌握列车自动防护系统车载各个设备功效。 3)掌握驾驶员显示单元使用方法。 2设备 一列完整车辆编组、速度传感器、地面信号接收设备、驾驶员显示单元、列车牵引制动操纵手柄、紧急停车按钮等。 3实作内容 1)闭合列车自动防护系统电源，开启系统。 2)在列车自动防护系统控制模式下，开启慢速前行模式，观察驾驶员显示单元上各指示信息改变。 3)控制列车，分别用惯用制动和紧急制动使列车停车。 4)试验开关车门作业。/10/105353/59任务二认识列车自动防护系统地面设备 1目标 1)掌握列车自动防护系统地面设备所发送信息主要内容。 2)掌握列车自动防护系统地面设备安装和设置方式。 2设备 轨道电路、应答器、便携式计算机、串行接口、示波器、电源。 3实作内容 1)安装连接地面设备。 2)在列车上用串行接口将便携式计算机与车载系统相连。 3)起动列车和开启便携式计算机。 4)列车运行到轨道电路处，在便携式计算机上观察所接收到信息码。/10/105454/59拓展与提升 一、列车线 列车自动防护系统车载设备与列车之间电气连接，经过接口电路实现，每个接口电路对应某个功效，接口连接线用硬线连接，简称为列车线。下面介绍惯用列车线。 1前进 列车由该列车线向信号车载系统发送列车状态运行信号，表示列车处于前进状态。 2后退 列车由该