轨道交通-信号系统

第三章信号系统正线信号系统组成闭塞制式分类难点：主要内容信号系统技术的应用和发展信号系统的组成车辆段信号系统正线信号系统转辙机与信号机信号系统什么是信号系统？控制和指挥列车运行的自动控制系统在轨道运输中的地位和作用？（1）确保列车行车安全（2）提高轨道交通的运输效率（在保证安全的前提下，缩短行车间隔）（3）信号系统是轨道交通现代化信息技术综合应用的集中体现信号系统城市轨道交通对信号系统的要求

城市轨道交通对其信号系统提出与铁路不尽相同的要求。（1）安全性要求高（2）通过能力大（3）保证信号显示（4）抗千扰能力强（5）可靠性高（6）自动化程度高信号系统城市轨道交通信号系统的特点

城市轨道交通信号系统沿袭铁路的制式，但由于其自身的特点，与铁路的信号系统有一定的区别。城市轨道交通信号系统的特点是:（1）具有完善的列车速度监控功能（2）联锁关系较简单。（3）车辆段独立采用联锁设备（4）自动化水平高（5）不要求兼容信号系统车站联锁设备简称车站联锁：联锁——是指为保证行车安全，而将轨道交通线路中的所有信号机、轨道电路及道岔等相对独立的信号设备构成一种相互制约、互为控制的连带环扣关系。

闭塞设备是用来保证列车在区间内运行安全，并提高区间通过能力的区间信号设备。为防止一个区间内同时进入两列对向运行的列车而发生正面冲突，以及避免两列同向运行的列车（包括复线区间）发生追尾事故，规定区间两端在向区间发车前必须办理的行车联络手续，叫做行车闭塞（简称闭塞）手续。（一）城市轨道交通信号系统技术应用和发展

大铁路信号系统与城市轨道交通信号系统并无本质上的区别，应该说大铁路信号技术的发展，曾带动了城市轨道交通信号技术的发展。但由于城市轨道交通具有行车密度大、线路短、运营作业相对简单的特点，其信号技术水平较大铁路信号技术发展快，使城市轨道交通信号系统既与大铁路信号系统相通，又独树一枝。我国城市轨道交通信号ATC系统自七十年代投入运用至今，从自主研制到全系统引进，经历了三十年的技术发展，逐渐形成了我国富有改革开放特色的城市轨道交通信号系统。可大致分为以下三个阶段：

（一）城市轨道交通信号系统技术应用和发展

第一阶段：起步阶段从60-70年代开始，我国城市轨道交通建设处于起步阶段。这个阶段的城市轨道交通建设代表项目是北京地铁1号线，其信号系统为国产的基于模拟轨道电路的固定闭塞制式设备。

第二阶段：引进阶段从80-90年代，为我国城市轨道交通建设开始发展阶段。代表项目有上海地铁1、2号线，广州地铁1号线，北京地铁复八线、2号线等，信号系统开始引进国外先进的设备及技术，部分城市轨道交通线路信号系统采用了较为先进的基于数字轨道电路的准移动闭塞制式的ATC系统。

（一）城市轨道交通信号系统技术应用和发展

第三阶段：引进和消化吸收并存

从90年代末以来，为我国城市轨道交通建设的大发展阶段。先后有多座城市开始建设城市轨道交通线路，信号系统也随之进入了快速发展时期，准移动闭塞制式的ATC系统得到更为广泛的应用。随着国内城市轨道交通建设方与运营商对信号系统全生命周期内成本最低和线路间联通联运的需求，信号系统的选择已从固定闭塞和准移动闭塞制式向移动闭塞制式转变。随着计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和控制技术（Control）（合称为3C）的飞跃发展，用3C技术代替传统轨道电路而形成的列车控制系统，称为“基于通信的列车运行控制系统”(CommunicationBasedTrainControl，简称CBTC)，基本上已经成为目前国内在建城市轨道交通信号ATC技术的首选制式。（二）信号系统的基本组成城市轨道交通的信号系统框图（三）车辆段信号系统

微机(计算机)联锁电气集中简称微机联锁：用工控计算机取代电磁继电器的继电电路实行控制并实现联锁，只保留部分单元电路的设备。1、TYJL系列微机联锁系统的组成TYJL-II型双机热备型计算机联锁为分布式多计算机系统，它主要由以下5部分组成：控制台、监控机、联锁机、执表机和电务维修终端。控制台和维修终端是单套配置；监控机、联锁机、执表机均为主、备双套。联锁机、执表机具有热备和自动切换功能，监控机双机工作、人工切换。各备用计算机构成备用子系统，与工作子系统同步工作，也可脱离工作子系统独立工作(备用系统对继电部分永远无控制权)，故备用子系统还可作为软件修改时模拟联锁试验用。其系统结构框图如图所示。1、TYJL系列微机联锁系统的组成TYJL-II型计算机联锁系统框图2、TYJL系列微机联锁系统各组成部分的功能

(1)控制台。显示站场状态，接受操作命令。将站场状态、进路状态、操作结果用彩色监视器或单元表示盘的光带显示给操作人员；将操作人员的操作命令传输给监控机。(2)监控机。实现与联锁机的通信功能，接收联锁机的表示信息，将站场状态、进路状态、操作提示传送给彩色监视器。(3)联锁机。实现与上位机和执表机的通信调度；实现信号设备的联锁逻辑处理功能，完成进路选择、锁闭，发出开放信号和动作道岔的控制命令；采集现场信号设备状态，如轨道状态、道岔表示状态、信号机状态等；输出动态控制命令，通过动态驱动盒驱动偏极继电器，控制动作现场设备。1、核心是列车自动控制系统（ATC），主要由以下部分组成：列车自动监控子系统（ATS）列车自动防护子系统(ATP)列车自动运行子系统(ATO)联锁子系统（四）正线信号系统（1）列车自动防护子系统（ATP）功能与实现

ATP子系到的功能是对列车运行进行超速防护,对与安全有关的设备实行监控,实现列车位置检测,保证列车间的安全间隔,保证列车在安全速度下运行,完成信号显示、故障报警、降级提示、列车参数和线路参数的输入,与ATS、ATO及车辆系统接口并进行信息交换。ATP子系统不断将从地面获得的前行列车位置信息、线路信息、前方目标点的距离和允许速度信息等通过轨道电路等传至车上,由车载设备计算得到当前所允许的速度,或由行车指挥中心计算出目标速度传至车上,（1）列车自动防护子系统（ATP）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,以缩短列车运行间隔,保证行车安全。组成

采用轨道电路传送ATP信息时,ATP子系统由设于控制站的轨旁单元、设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成,并包括与ATS、ATO、联锁设备的接口设备。（2）列车自动运行子系统（ATO）功能与实现

ATO子系统主要用实现"地对车控制",即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制,包括列车自动折返,根据控制中心的指令使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行,自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动,传送车门和屏蔽门同步开关信号。使用ATO后,可使列车经常处于最佳运行状态,避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速,因此明显提高了乘客的舒适度,提高了列车正点率并减少了能量消耗和轮轨磨损。（2）列车自动运行子系统（ATO）组成

ATO子系统包括车载ATO单元和地面设备两部分。地面设备有站台电缆环路、车地通信设备以及与ATP、联锁系统的接口设备。（3）列车运行自动监控子系统（ATS）功能与实现

ATS子系统主要实现对列车运行的监督和控制,辅助调度人员对全线列车进行管理,其功能包括:调度区段内列车运行情况的集中监视与控制,监测进路控制、列车间隔控制设备的工作,按行车计划自动控制道旁信号设备以接发列车,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,运行数据统计及报表自动生成,设备运行状态监测,设备状态及调度员操作记录,运输计划管理等,还具有列车车次号自动传递等功能。ATS工作方式为集中管理，分散控制。（3）列车运行自动监控子系统（ATS）组成

ATS子系统包括控制中心设备和ATS车站、车辆段分机。在ATC范围内的各正线控制站各设一套联锁设备,用以实现车站进路控制。联锁设备接收车站值班员和ATS控制。考虑到运用的灵活性,正线有岔站原则上独立设置联锁设备,当然也可以采用区域控制方法。

联锁子系统：在有道岔车站和车辆段里，联锁设备是实现道岔、信号机、轨道电路间的正确联锁关系及进路控制的安全设备。联锁设备是自动化信号系统的重要环节，是ATP子系统的重要组成部分，是确保行车安全的基础设备，必须符合故障一安全原则及必要的设备冗余。

（4）联锁子系统2、信号系统闭塞制式分类闭塞：是指利用信号设备把轨道线路人为地划分成若干个物理上或逻辑上的闭塞分区，以满足安全行车间隔和提高运输效率的要求。目前，用于城市轨道交通系统的闭塞方式有：固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞3种。准移动闭塞式和移动闭塞式ATC系统技术水平较高，可实现较大的通过能力，具有较大的发展前景；固定闭塞式价格相对低廉，因此也宜选用。

（1）基于传统的音频轨道电路的固定闭塞ATP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。（1）基于传统的音频轨道电路的固定闭塞ATP系统

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。速度速度3速度2速度1限制速度允许运行速度保护区段距离（2）基于报文式轨道电路的准移动闭塞ATP系统准移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曲线速度控制。采用“跳跃式”连续速度/距离曲线的列车控制方式，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。

（2）基于报文式轨道电路的准移动闭塞ATP系统

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。距离速度紧急制动速度曲线实际速度曲线常用制动速度曲线保护距离（3）基于通信的移动闭塞ATP系统利用无线通信技术，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-地间双向通信。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。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。采用“连续式”连续速度/距离曲线模式，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。（3）基于通信的移动闭塞ATP系统

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车间隔，也因此具备了更大的运行调整能力。距离速度紧急制动速度曲线实际速度曲线常用制动速度曲线保护距离三种制式的ATC系统速度曲线比较距离速度固定闭塞速度曲线移动闭塞速度曲线准移动闭塞速度曲线保护距离保护距离（五）转辙机与信号机转辙机是信号系统的重要组成部分在车辆段和联锁站内的每组道岔处都要设置一台转辙机，用以转换道岔、机械锁闭道岔并反映道岔的实际位置。1、转辙机的具体作用1)转换道岔的位置，根据需要转换至左位或右位。2)道岔转至所需位置而且密贴后，实现锁闭，