上海交大《城市轨道交通信号与通信系统》课程讲义附动画一一

2023/3/18Page1任务二：列车自动防护(ATP)系统

培训目标了解ATP的基本组成了解ATP的基本原理掌握ATP的主要功能2023/3/182023/3/18Page2一、ATP概述城市轨道交通的信号控制系统中，ATP系统是信号控制系统非常重要的组成部分，它为列车行驶提供安全保障，有效降低列车驾驶员的劳动强度，提高行车作业效率。如果没有列车自动防护系统，列车的行车安全需要由列车驾驶员人工来保障，这样会造成列车驾驶员过度疲劳，产生安全隐患，对行车作业效率也会带来负面影响。因此在城市轨道交通中，尤其是在运营作业繁忙的线路上，信号控制系统中设置列车自动防护系统是非常必要的，它是行车作业的安全保障和体现。2023/3/182023/3/18Page3二、ATP系统的组成ATP系统是故障-安全系统由轨旁设备和车载设备组成1、ATP轨旁（地面）设备1）.轨道电路2）.点式应答器从广义上讲，ATP系统应包括处理列车行车安全逻辑的所有设备，因此，联锁设备也可以归结为ATP系统范畴，与车载设备一道完成对列车的控制和安全防护功能。2023/3/181）．轨道电路城市轨道交通信号系统，轨道电路除了具有表示列车是否占用轨道的功能外，还可以向线路上实时发送列车运营所需的信息，由列车接收和处理。轨道电路所发送的信息，其容量大，有利于列车的车载系统对列车进行实时控制。2023/3/18因信号系统的处理能力和制式不同，轨道电路所发送的信息量可有所不同，一般来讲，轨道电路所发送的信息可以有以下内容：(1)轨道电路基本信息

如轨道电路的长度、坡道和曲线参数，所用的载波频率，轨道电路的编号等。(2)线路速度

是指该轨道区段线路上受坡道和曲线等因素的影响，列车所允许运行的最大速度。(3)目标速度--列车到达下一目标时，列车的运行速度。2023/3/18(4)运行距离列车到达下一目标时所需走行的距离。(5)列车运行方向指明列车上行运行或下行运行。(6)载波频率列车接收下一个信息的载波频率。(7)道岔定反位列车前方经过道岔的定位或反位。(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他的信息使用。

这些信息以数字编码的方式，顺序排列，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。2023/3/182）．点式应答器应答器向线路保存有列车的行车信息，在列车经过时，由安装在列车车底的感应接收装置（车载天线）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的信息，包括有线路位置、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。

2023/3/182023/3/18Page82、车载设备主要组成车载ATP模块MMI车载天线（接收轨道电路或应答器上传的信息）速度传感器（计算列车的运行速度、运行距离、运行方向的判断）列车接口电路2023/3/18

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，安装在列车的车轴上，用于计算列车的运行速度和列车运行距离及列车运行方向的判定。列车的运行速度，还可以用雷达进行测定，但速度传感器技术成熟，测速精度高，安装使用简单方便，因此被广泛使用。2023/3/18列车接口电路

ATP系统的车载设备通过车载ATP模块与列车进行接口，车载ATP模块将控制信息通过接口电路传送给列车，同时车载ATP模块通过接口电路从列车获得列车运行的状态信息。2023/3/18人机界面2023/3/15三、列车自动防防护系统基本原原理ATP系统控制列车运运行速度有两种种基本方式:1.点式叠加方式2.速度距离模式曲曲线方式2023/3/15Page122023/3/151.点式叠加方式ATP系统以点式叠加加方式控制列车车运行速度，其其速度距离曲线呈呈阶梯状，称为为阶梯曲线。2023/3/15Page13图中列车受到制制动力的作用，，减速运行。列列车从某点O处以不超过S1的速度值运行，，在运行到D1点时，对列车施施加一定的制动动力，使列车允允许运行的最大大速度值从S1速度值降为S2速度值；列车从从D1点运行到D2点处，在这一区区间，列车运行行的最大允许速速度值为S2；在D2点，再次对列车车施加制动力，，使列车减速运运行。2023/3/152023/3/1514列车运行在O～D1区段，允许运行行的最高速度为为S1；在D1～D2区段，允许运行行的最高速度为为S2；在D2～D3区段，允许运行行的最高速度为为S3。图为：阶梯曲线线2023/3/152023/3/1515在每个区段，如如果列车运行速速度超过了在该运行区段所所对应的最大速度值，ATP系统会向列车的的制动系统发出出常用制动命令，列车的制动系系统对列车施加加制动力，使列列车运行速度在在系统所设定的的时间内，降到到允许的运行速速度范围内，以以保证列车安全全运行；如果列车运行速速度持续超过该运行区段所对对应的最大速度值，在持续的时间超过过系统设定的时时间后，ATP系统将对列车实实施紧急制动，强制列车停车车，以防止意外外事故的发生。。2023/3/152023/3/1516阶梯曲线控制速速度的方式所需需要的硬件结构构简单，容易实实现。图中列车车以不超过S1速度值运行，运运行速度从S1变为S2时，使得列车的的运行速度发生突突变，这时强烈的减减速会给列车上上的乘客一种冲冲击，容易产生生不适感。速度度变化越大，冲冲击感越强，不不利于旅客乘车车的舒适度。图为阶梯曲线2023/3/152023/3/15172.速度距离模式曲线线列车受到制动力的的作用，使列车减减速运行，速度-距离图形曲线形状状是连续平滑的曲线，这种列车速度控控制方式称为速度度距离模式曲线方方式，如图所示。。图为速度距离模式式曲线2023/3/152023/3/1518图中，ATP系统根据运营计划划，使列车从O点减速运行到D1点。ATP系统根据各种数据据，计算出列车从从O点运行到前方D2点的区段内，各处处所需的运行速度度，并向列车的牵牵引和制动系统发发出指令，控制列列车按照速度距离离模式曲线所绘制制的速度值平滑稳稳定地从在0点减速运行到前方方D2点。图为离模式曲线2023/3/152023/3/1519在上图模式曲线的的每点，都对应有有一个速度值，如如果列车运行速度度超过了在该点所对应的速度度值，ATP系统实时向列车的的制动系统发出常常用制动命令，对对列车施加制动力力，使列车运行速速度降到模式曲线线的下方，保证列列车以允许的速度度运行，确保列车车安全运行；如果列车运行速度度持续超过模式曲线所规定的速度度值，运行在模式曲线线的上方，若所持续的时间超过系系统设定的时间，ATP系统将对列车实施施紧急制动，强制制列车停车，以防防止意外事故的发发生。2023/3/152023/3/1520速度距离模式控制制速度的方式，需需要比较复杂的软软件和硬件支持，，系统调试过程比比较复杂。列车平滑减速运行行，运行速度没有有发生突变，列车车运行速度控制稳稳定，可以有效提提高列车乘客的舒舒适度。2023/3/152023/3/1521防止列车超超速运行是是ATP系统最重要要的功能，，也是城轨轨信号系统统保障列车车运行安全全的核心。。ATP系统对列车车速度的有有效控制，，保持列车车速度运行行不超过所所允许的速速度范围，，能有效降降低列车驾驾驶员的劳劳动强度，，提高作业业效率，避避免人工操操作带来的的安全隐患患．保障列列车安全运运行。2023/3/15四、ATP主要功能能ATP系统不仅仅能控制制列车运运行速度度，还有有其他许许多重要要功能，，它们是是列车安安全稳定定运行的的可靠保保障。列车自动动防护系系统主要要功能包包括有：：1．防止运运营列车车超速运运行运营列车车在线路路上运行行有多种种速度限限制，列列车运行行速度不不能超出出速度限限制值。。2023/3/15Page222023/3/15(1)防止运营列车车超过线路限限制速度超速速运行城市轨道交通通中，线路在在曲线段或坡坡道处，往往往有速度限制制，运营列车车不能超过线线路限速运行行，否则容易易出现列车脱脱轨或颠覆事事件。(2)防止运营列车车超过列车允允许最高速度度超速运行车辆的自身构构造决定了车车辆所能运行行的最大速度度，超过这个个速度值，列列车可能会出出现故障，危危及车辆和行行车安全。2023/3/15Page232023/3/15(3)防止运营列列车超过道道岔弯轨限限制速度超超速运行城市轨道交交通中，线线路上设有有道岔，在在列车通过过道岔弯轨轨时，不能能超过道岔岔弯轨限制制速度超速速运行。(4)防止运营列列车超过限限速区段超超速城市轨道交交通中，线线路上有故故障或作业业需要运营营列车限速速行驶，列列车应按运运营规定运运行。2023/3/15Page242023/3/15(5)防止运营列车超超过临时限速城市轨道交通中中，线路上有临临时作业，需要要运营列车限速速行驶，列车应应按运营规定运运行。(6)防止运营列车超超过其他限速城市轨道交通中中，运营作业需需要任何限速的的地方，列车应应按运营规定运运行。2023/3/15Page252023/3/152.接收和处理来自自地面的信息列车运行在轨道道上，地面轨道道电路或地面的的其他设备，将将列车运行所需需的信息发送出出去，安装在列列车车体上的ATP系统设备会实时时接收这些信息息，并对这些信信息进行实时分分析和处理，以以及时对列车的的运行状态和运运行速度进行控控制。通常这些些信息中包含有有列车允许运行行的最大速度值值、线路位置等等。2023/3/15Page262023/3/153．防止列车相撞撞城市轨道交通中中，在某条线路路上，往往会有有很多列车同时运营营作业，ATP系统可以防止列车相撞，为这些平行作作业的实施提供供了安全保障，，它有效提高了了城市轨道交通通线路的利用效效率，增强了城城市轨道交通的的运营能力。2023/3/15Page272023/3/15ATP系统可以以防止列列车相撞撞包括以以下内容容：1)防止运营营列车撞撞上前面面的列车车；2)防止运营营列车进进入未开开通的进进路；3)防止运营营列车冲冲出尽头头线；4)防止运营营列车进进入封锁锁区段；；5)防止运营营列车进进入发生生故障的的进路等等。2023/3/15Page282023/3/154．车辆安安全停靠靠站台城市轨道道交通中中，列车车停靠站站台时，，需要列列车完全全停稳不动动，确保乘乘客安全全上下车车。ATP系统会检检测列车车的速度度和列车车所处的的位置，，保证列列车在站站台区域域内安全全停靠。。2023/3/15Page292023/3/155．列车车车门控制制城市轨道道交通中中，列车车左右两两侧都有有车门，，列车停停靠站台台后，列列车自动动防护系系统会控控制列车车开启靠近近站台的的车门，保证乘乘客安全全上下车车。2023/3/15Page302023/3/15开关车门：ATP和ATO均涉及到该功能。。ATP系统负责对对屏蔽门状态