地铁信号系统知识介绍

地铁信号系统知识介绍主要内容一、地铁信号系统基础知识介绍二、信号系统的运营模式三、信号系统故障降级对地铁运营的影响四、ATS系统知识介绍一、地铁信号系统基础知识介绍1.概述2.信号系统功能3.信号系统分类4.XX地铁二号线正线信号系统(1)XX地铁二号线正线信号系统原理(2)XX地铁二号线正线信号系统组成(3)XX地铁二号线正线信号基础设备1.概述

在城市轨道交通系统中，信号系统是一个集行车指挥和列车运行控制为一体的非常重要的机电系统，它直接关系到城市轨道交通系统的运营安全、运营效率以及服务质量。它保证乘客和列车的安全，实现列车快速、高密度、有序运行的功能。地铁信号系统的核心是列车自动控制（ATC）系统。它由计算机联锁子系统（CBI）、列车自动防护（ATP）子系统、列车自动驾驶（ATO）子系统、列车自动监控（ATS）子系统构成。各子系统之间相互渗透，实现地面控制与车上控制相结合、现地控制与中央控制相结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的自动控制系统。它是现代城市轨道交通核心控制技术之一。计算机联锁（CBI）子系统列车自动防护（ATP）子系统列车自动监控（ATS）子系统列车自动运行（ATO）子系统ATC系统ATC系统构成示意图系统满足以下要求：信号系统必须确保列车运行安全。满足运营及行车组织的要求。需严格按照预定的时刻表（运行图）组织列车运行。在控制中心能对全线列车集中监控，自动/人工运行调整。实现列车自动驾驶或有超速防护的人工驾驶。具有必要的降级/后备控制模式。2.信号各子系统功能（1）列车自动监控（ATS）子系统

列车识别号追踪、传递和显示列车运行图编制及管理列车运行的自动调整列车进路的控制实时监视在线列车运行和信号设备的状态(其中含道岔、信号机、电源等)实现与无线通信、乘客导向、综合监控等系统的接口提供司机发车指示培训和运行模拟统计、管理与记录等（2）列车自动保护（ATP）（含正线联锁）子系统列车定位/测速安全列车间隔控制列车速度和方向的监督防护经济制动使能（实施）列车完整性监督轮径确认及磨损补偿车门/屏蔽门监控轨道终点、工作区域和折返作业的防护列车筛选（3）列车自动运行（ATO）子系统列车在区间运行的自动控制及调整控制列车按运行图规定的区间走行时分行车，自动实现对列车的启动、加速、巡航、惰性、减速和停车的合理控制。在正线车站、折返线和试车线自动实现列车的精确停车控制。在ATP子系统的允许下，向列车和屏蔽门控制系统发送开/关车门和屏蔽门的命令。向车辆自动广播系统提供相关信息。记录和统计系统事件的时间和日期。3.信号系统分类

尽管各类信号系统在实现列车控制方式、车地数据传输方式、列车定位方式和信息量等方面各有不同，但基本上可按以下方式分类：

按各信号设备所处地域、实现功能又可分为：控制中心ATS子系统、车站及轨旁子系统、车载设备子系统。

基于固定闭塞阶梯式速度控制方式示意图固定闭塞ATC系统：固定闭塞又称分级速度控制方式或阶梯式速度控制模式。其特点是采用固定划分区段的轨道区段、计轴区段，提供分级速度信息，实施台阶式的速度监督，使列车由最高速度逐步降至零。列车超速时由设备自动实施最大常用制动或紧急制动。

采用阶梯式速度控制方式的ATC系统设备构成简单，具有投资成本低，性能可靠等优点。固定闭塞轨道电路传输的信息是模拟信号，抗干扰能力差。此外，轨道电路传输的信息量有限，速度信息划分为若干等级，因此，采用阶梯式速度控制方式的ATC系统控制精度不高，不易实现列车优化和节能控制，也限制了行车效率的提高。

基于准移动闭塞连续曲线速度控制方式示意图准移动闭塞ATC系统：固定闭塞又称分级速度控制方式或阶梯式速度控制模式。其特点是采用固定划分区段的轨道电路，提供分级速度信息，实施台阶式的速度监督，使列车由最高速度逐步降至零。列车超速时由设备自动实施最大常用制动或紧急制动。

采用阶梯式速度控制方式的ATC系统设备构成简单，性能可靠。但固定闭塞轨道电路传输的信息是模拟信号，抗干扰能力差。此外，轨道电路传输的信息量有限，速度信息划分为若干等级。因此，采用阶梯式速度控制方式的ATC系统控制精度不高，不易实现列车优化和节能控制，也限制了行车效率的提高。

基于移动闭塞连续曲线速度控制方式示意图移动闭塞ATC系统：移动闭塞没有固定的闭塞分区，无需轨道电路装置判别闭塞分区列车占用与否。移动闭塞ATC系统利用无线电台实现车地数据传输。轨旁ATC设备根据控制区列车的连续位置、速度及其它信息计算出列车移动授权，并传送给列车，车载ATC设备根据接收到的移动授权信息和列车自身运行状态计算出列车运行速度曲线，对列车进行牵引、巡航、惰行、制动控制。在移动闭塞ATC系统中，列车之间保持最小“安全距离”进行追踪运行。该安全距离是指后续列车安全行车间隔停车点与前行列车尾部位置之间的动态距离。

由于在移动闭塞制式下，列车安全行车间隔停车点较准移动闭塞和固定闭塞更靠近前行列车，因此安全行车间隔距离也较短，在保证安全的前提下，能最大程度地提高列车区间通过能力。并且由于轨旁设备数量的减少，降低了设备投资、运营及维护成本。

4.XX地铁二号线正线信号系统

XX地铁二号线信号系统可根据供货商及地理位置分为正线信号和车辆段信号两大部分。其中：正线信号系统：正线信号系统为浙大网新公司集成，采用基于无线通信技术的、移动闭塞制式的、具有完整ATC功能的列车自动控制系统，即CBTC信号系统。同时还提供了连续式ATP功能丧失情况下的点式ATP列车超速防护系统。满足二号线一期工程的技术指标、功能以及行车组织和运营要求。车辆段信号系统：车辆段信号系统由北京国铁信通科技发展有限公司生产的DS6-K5B计算机联锁系统、TJWX-2006-hh微机监测系统、DSG2电源系统组成。该技术较为成熟，已应用于我国多条地铁线路中。（由于车辆段信号系统技术成熟，和国铁信号原理较为接近，故本节主要针对正线信号系统进行介绍。）

(1)XX地铁二号线正线信号系统原理

车载控制器负责列车安全定位。CC通过速度传感器和加速度传感器来确定列车的安全位置，该安全位置通过数据通信子系统(DCS)，传输到区域控制器(ZC)以及列车自动监控(ATS)系统。CC通过检测安装在轨道中间的静态信标的来修正列车的位置误差。区域控制器基于该区域内所有列车的位置和方向，发出移动权限(MAL)指令，并持续更新和传输。计算移动权限，以保证列车安全隔离，并达到最小的列车运行间隔。车载控制器利用MAL信息来执行ATP和ATO功能。每个区域控制器通过DCS，与区域内的轨旁联锁控制器单元接口。每个设备集中站都配备联锁控制器。联锁控制器控制和监测轨旁设备，诸如转辙机、计轴器、信号机和屏蔽门等，并将状态信息传递到区域控制器和ATS。ATC列车在线位置＋进路条件生成移动授权终点计算制动曲线制动曲线制动控制与列车的位置、速度比较列车位置信息基于线路数据和停车点信息逐次生成制动曲线车载设备车载控制设备防护距离车头位置车尾位置追踪列车的停车点停车点的信息XX地铁二号线正线信号系统原理示意图17APCCAPZCRadioRadioATS1.联锁控制轨旁道岔动作，并将道岔的状态信息传递给ZC。2.ZC(基于列车位置和道岔状态信息)给车载传送移送授权，并将列车位置信息传递给ATS联锁3.CC计算制动曲线，防止列车超速。正线信号原理动态示意图(2)XX地铁正线信号系统组成

(3)XX地铁二号线正线信号基础设备◆正线轨旁子系统设备包括：正线信号联锁主机、区域控制器、转辙机、信号机、计轴、应答器等。◆正线车载子系统设备包括：车载ATP/ATO、人机界面TOD、测速传感器、加速度计、车载MR天线、车载应答器天线等。◆正线ATS子系统设备包括：ATS中央服务器、ATS各工作站、人机界面MMI、现地控制工作站LCW、发车指示器PDI等。◆正线DCS子系统设备包括：轨旁AP、骨干交换机、接入交换机、光/电缆等。整个正线信号系统由DCS统一组网。下面就XX地铁二号线正线信号系统使用的“室外三大件”设备（即转辙机及道岔、信号机、计轴）进行简单介绍。①

ZDJ9型转辙机功能：转换道岔锁闭道岔表示道岔位置挤岔保护道岔

转辙机

安装装置

锁闭系统

表示系统

转辙机安装示意图

二.道岔转换系统组成和功能多点多机一机多点②

LED信号机

LED信号机是在地铁站场、区间作为进站、出站、进路、防护、预告、调车、复示、遮断、通过及引导等地面灯光信号之用，具有结构紧凑、能耗低、寿命长、无需调焦等特点。国铁中信号机是给司机提供信号指示的最主要的设备。而在地铁正线信号系统中，正常CBTC信号模式下信号机是没有作用的（亮蓝灯或直接灭灯），司机只依靠车载人机界面上的信号显示来行车，不用观看轨旁信号机指示。只有在CBTC故障降级的情况下，正线信号机才发挥指示行车的作用。③

计轴

计轴是正线信号系统重要设备之一，具有轨道区段空闲检查、列车完整性检查等功能，是正线信号系统降级后的重要设备。图中给出计轴系统的主要设备：1、磁头2、电子盒3、安装盒4、计轴评估器（ACE）

1234二、信号系统的运营模式

1、ATS自动监控模式

正常情况下ATS系统自动监控在线列车的运行，自动向联锁设备下达列车进路命令，列车在ATP的安全保护下由司机按规定的运行图时刻表驾驶列车运行。控制中心行车调度员仅需监督列车和设备的运行状况。每天开班前，控制中心调度员选择当日的行车运行图/时刻表，经确认或作必要的修改，作为当日行车指挥的依据。

2、调度员人工介入模式

调度员可通过工作站发出有关行车命令，对全线列车运行进行人工干预。调整列车运行计划包括对列车实施“扣车”、“终止站停”、改变列车进路、增减列车等。

3、列车出入车场调度模式

车辆调度员根据当日列车运行图/时刻表编制车辆运用计划和场内行车计划，并传至控制中心。车场信号值班员按车辆运用计划设置相应的进路，以满足列车出入段作业要求。

4、车站现地控制模式

除设备集中站其他车站不直接参与运营控制，车站联锁和车站ATS系统结合实现车站和中央两级控制权的转换。在中央ATS设备故障或经车站值班员申请，中央调度员同意放权后，可改由车站现地控制。

在现地控制模式下，车站值班员可直接操从车站联锁设备，可将部分信号机置于自动模式状态，也可将全部信号机设为自动模式状态，控制中心行车调度员应通过通信调度系统与列车驾驶员、车站值班员保持联系。

5、车场控制模式

列车出入场和场内的作业均由场值班员根据用车计划，直接排列进路。车场与正线之间设置转换轨，出入场线与正线间采用联锁照查联系保证行车安全。

6、列车运行控制模式

列车在正线、折返线上的运行作业时，常用ATO自动驾驶模式和ATP监督下的人工驾驶模式，限制人工驾驶和非限制人工驾驶模式均为非常用模式。

（1）ATO自动驾驶模式

列车启动后，在ATP设备安全保护下，车载ATO设备自动控制列车加速、巡航、惰行、制动，并控制列车在车站的停车位置，开关车门，司机仅需监督ATP/ATO车载设备运行状况。

（2）ATP监督下的人工驾驶模式

列车启动后，车载ATP设备根据地面提供的信息，自动生成连续监督列车运行的一次速度模式曲线，实时监督列车运行。司机根据ATP显示的速度信息驾驶列车，当列车运行速度接近限制速度时，提出报警；当列车运行速度超过限制速度时，ATP车载设备将对列车实施制动。

（3）限制人工驾驶模式

司机以不超过车载ATP的限制速度行车，列车运行安全由司机负责，当列车超过该限制速度时，ATP车载设备则对列车实施制动。

（4）非限制人工驾驶模式

在车载ATP设备故障状态下运用，ATP将不对列车运行起监控作用。列车运行安全由司机、调度员、车站值班员共同负责。

7、列车折返模式

列车在ATP监督人工驾驶模式下折返时，列车由人工驾驶自到达股道牵出至折返线，由司机转换驾驶端，并折返至发车股道。

在ATO有人驾驶模式下折返时，列车能以较合理的速度从到达股道牵出至折返线，由司机转换驾驶端和启动列车，然后从折返线进入发车股道。

三、信号系统故障降级对地铁运营的影响

信号系统故障由于种类较多、影响较大、处理较难、预见性较差，一直以来都是地铁运营工作的难点。信号故障一般会造成列车晚点、行车间隔较大、列车舒适度较差等问题，关键设备故障甚至会造成危及行车安全的大事故。近些年来各大信号集成商越来越重视信号系统降级后备模式的应用问题，信号故障降级模式的性能已作为一个信号系统好坏的重要参考指标。基于无线通信的列车控制系统（CBTC）故障降级模式较复杂，在其他城市地铁的应用情况已渐渐趋向成熟，但相对于正常运营模式而言，降级模式依然对行车安全、行车效率、行车质量具有一定的影响。

XX地铁二号线信号系统故障降级模式

XX地铁二号线信号系统故障后有多个降级运营等级，在与列车没有通信时，运营等级有点式ATP降级模式、联锁控制降级模式、站间闭塞降级模式3种。列车在降级模式下有3种驾驶模式：iATP、RM、NRM。其中NRM不提供保护，司机对列车的安全运行完全由司机负责，RM提供25kph的超速防护并可转换到iATP，iATP提供了冒进信号防护、超速防护等功能。当ATS不可用，联锁系统的默认模式是自动模式，也可以手动通过LCW设置进路，自动模式使用默认的进路设置。1.CBTC通信故障下的点式ATP降级模式后备系统运行基本原理如下图所示。轨旁信号机设置在每个车站正常运行方向站台区段的末端，计轴将负责对列车占用的检测。如果CBTC列车和区域控制器的通信连接中断，当列车以iATP模式运行时，后备系统将执行超速防护和将出站信号机亮红灯。只有在站间计轴区段无车占用的情况下，安全的联锁逻辑允许车站(上图S2站)的出站信号机显示允许信号。每个车站使用一个与出站信号机相关联的动态信标。

Distance®SpeedEnforcedOverspeedFTS1S280kphEBprofilePerformanceprofileCBTCTrainwithFailedCommunicationandwaysidedynamictagoperationAxleCounterHeadOneaxlecounterblockDistance®SpeedEnforcedOverspeedPerformanceprofile动态信标CBTCTrainwithFailedCommunicationandwaysidedynamictagoperationAxleCounterHeadS1S2

此模式是CBTC信号系统中比较常用到的降级模式，根据信号技术合同所示，此降级模式下应能保证行车