《铁道信号自动控制技能训练》课件-7 第7章　城市轨道交通系统的构成-信号与通信系统

第7章城市轨道交通系统的构成——信号与通信系统第7章城市轨道交通系统的构成——信号与通信系统【学习目标】

【教学建议】【理论知识】

【实践操作】

【评价跟进】【学习目标】1.能掌握城市轨道交通信号与通信系统的概念和作用。

2.能说出信号与通信系统中的各个不同功能的系统的作用。

3.能说明信号与通信系统中各系统的基本工作原理和相互之间的关系。【教学建议】1.教学场地：在多媒体教室和信号与通信模拟实训室中进行，课后可实地参观。

2.设备要求：轨道、道岔和轨道电路模型各1套，行车调度模拟沙盘1个，联锁系统和ATC系统仿真软件各1套；传输电缆和光缆模型1套，站台、站厅闭路电视1套，有线广播系统、旅客信息系统各1套。

3.课时要求：共6课时，其中课堂讲授4课时，模拟操作2课时。【理论知识】

7.1城市轨道交通信号系统的作用、特点和组成1.信号系统的作用和特点信号系统是城市轨道交通系统中最重要的设备之一。信号系统的作用是指挥行车，保证安全，提高效率。并且根据城市轨道交通高密度、短间隔、短站距和快速的特点，有着安全要求高、通过能力大、抗干扰能力强、可靠性高、自动化程度高等特点。改变了传统的铁路以地面信号显示指挥行车的方式，以车载信号为主体信号，用计算机系统实现了速度控制、进路选择、进路控制等，并逐步的向无人驾驶的方向发展。

2.信号系统的组成信号系统的设备主要有信号机、转辙机、轨道电路、联锁系统和列车自动控制（ATC）系统（如图7－1）。图7-1信号系统的组成【理论知识】

7.1城市轨道交通信号系统的作用、特点和组成【理论知识】

7.2信号基础设备图7-2信号机(1)色灯信号机色灯信号机是以其显示灯光的颜色、数目和亮灯的状态来表示信号。1.信号机(2)地面信号机

1)地面信号机的设置原则。2)信号机的设置。3)信号显示的颜色。

2.转辙机

1)转换道岔的位置，根据需要定位和反位，要求具有足够大的拉力，可带动尖轨往返运动；当尖轨受阻不能运动到底时，应随时通过操纵使尖轨回复原位。

2)道岔转至所需位置而且贴紧后，实现锁闭。

3)正确地反映道岔的实际位置，道岔的尖轨贴于基本轨后，正确地给出相应的表示。4)道岔被挤或因故处于“四开”(两侧尖轨均不密贴)位置时，及时给出报警或表示，在道岔被挤未修复前不应再使道岔转换。

【理论知识】

7.2信号基础设备3.轨道电路

(1)轨道电路的基本原理轨道电路是以铁路线路轨道作为导体，两端加以机械绝缘，接上送电和受电设备构成的电路(见图7-3)。图7-3最简单的轨道电路【理论知识】

7.2信号基础设备1)轨道电路的两端分别设有送电端和轨道继电器(见图7-4)。图7-4轨道继电器【理论知识】

7.2信号基础设备2)当轨道电路内钢轨完整，没有列车占用轨道时，继电器吸起，表示轨道电路空闲。

3)当轨道电路被列车占用，轨道电路被轮对分路，轮对电阻远小于轨道继电器线圈的电阻，流经轨道继电器的电流大大减小，轨道继电器落下，表示轨道电路被占用，这时轨道电路呈分路状态。

4)当轨道电路的钢轨被折断，轨道电路受电端轨道继电器中无电流通过，此时，轨道电路设备反映钢轨断轨。

(2)音频轨道电路城市轨道交通的轨道电路不仅用来检测列车的占用，更重要的是传输列车的行车信息。【理论知识】

7.2信号基础设备图7-5音频轨道电路原理图1)传输轨道电路报文。

2)传输ATP列车报文。

3)双向发送信息，具有方向性。4)作为列车的定位设备。【理论知识】

7.2信号基础设备4.UPS电源设备图7-6UPS结构图【理论知识】

7.2信号基础设备【理论知识】

7.2信号基础设备(1)后备式UPS市电正常工作时，仅对市电起稳压作用。

(2)在线式UPS在线式开机逆变器始终处于工作状态，市电正常时，UPS先将市电变成直流给蓄电池充电，然后逆变成交流电给负载；市电故障时，由蓄电池供电，逆变器输出正常交流电。(3)在线互动式UPS市电正常时，逆变器反向工作给蓄电池充电；市电异常后，逆变器工作，将蓄电池的直流电转化为交流电并给负载供电。【理论知识】

7.3联锁设备联锁系统是城市轨道交通的重要组成部分，用来在车站和车辆段实现联锁关系。所谓联锁，是指信号设备与相关因素的制约关系，我们这里所说的联锁其实是指车站信号设备之间的制约关系，是信号、道岔、进路之间的制约关系。联锁的基本内容是：防止建立会导致机车车辆相冲突的进路，必须使列车或调车车列经过的所有道岔均锁闭在与进路开通方向相符合的位置，必须使信号机的显示与所建立的进路相符。【理论知识】

7.3联锁设备1、6502电气集中。(1)控制台控制台是车站值班员指挥行车、调车控制中心指挥列车运行和调车作业的控制中心。

(2)区段人工解锁区段人工解锁是在更换继电器、轨道电路停电恢复时解锁设备，恢复电路到正常状态；或者道岔区段不能解锁时办理故障解锁，取消进路时不能关闭信号的情况下关闭信号。

(3)继电器、继电器组合及组合架继电器部分是6502电气集中的逻辑核心。

【理论知识】

7.3联锁设备2.计算机联锁

(1)表示操作层表示操作层是人机界面，是将设备和列车运行情况进行图形化显示，可通过鼠标和键盘操作命令实现联锁命令操作，接受操作员命令给逻辑层处理。

(2)逻辑层逻辑层是系统核心，是对联锁逻辑的处理。1)2取2。图7-72取2系统【理论知识】

7.3联锁设备2)3取2。

(3)执行表示层执行表示层是逻辑层和设备驱动层的接口，它分解逻辑层的命令，控制设备驱动层驱动设备，将采集设备驱动层的表示信息给逻辑层。

(4)设备驱动层设备驱动层是现场设备的驱动设备。

(5)现场设备层现场设备层如道岔、转辙机、信号机和轨道电路等现场设备。

3.联锁系统的控制

(1)进路的建立进路建立指进路开始办理到防护该进路的信号机开放的这一阶段。

(2)进路解锁

1)取消进路。【理论知识】

7.3联锁设备2)正常解锁。图7-8三点解锁(3)列车运行的三级控制

1)中心级控制。

2)远程控制终端的控制。

3)站级控制。【理论知识】

7.3联锁设备【理论知识】

7.4列车自动控制系统图7-9连续式ATC速度码系统列车自动控制（ATC）系统是城市轨道交通信号系统最重要的部分。它实现了列车指挥和运行的自动化，最大程度的保证列车安全，提高运输效率。列车自动控制由列车自动防护（ATP）系统、列车自动驾驶（ATO）系统、列车自动监控（ATS）系统组成。1.列车自动防护系统

(1)列车驾驶模式1)ATO模式。

2)SM模式。

3)RM模式。

4)URM模式。

(2)ATP的工作原理

1)列车检测。

2)列车自动限速。

3)制动模式。【理论知识】

7.4列车自动控制系统图7-10分级制动【理论知识】

7.4列车自动控制系统图7-11一级制动4)制动方式。

5)车门控制。

2.列车自动驾驶系统(Automatic【理论知识】

7.4列车自动控制系统(1)ATO的工作原理ATO系统从ATP系统获得最大允许速度和列车实时速度，并根据ATS系统和定位系统的信息，发出牵引和制动命令，驾驶车辆运行。

(2)车门控制ATO只在自动模式下执行车门开启。

(3)ATO和ATP的关系图7-12ATO和ATP的关系【理论知识】

7.4列车自动控制系统3.列车自动监控系统(1)ATS系统的构成ATS系统主要包括控制中心设备和车站(车辆段)设备。

1)控制中心设备。图7-13ATS系统控制中心设备【理论知识】

7.4列车自动控制系统2)车站设备。

(2)ATS系统的主要功能1)列车监视。

2)时刻表处理。

3)自动建立进路。

4)列车运行调整。

(3)ATS系统的控制

1)中央级控制。

2)车站级控制。

3)现场控制。【理论知识】

7.4列车自动控制系统【理论知识】

7.5通信传输系统城市轨道交通通信系统是指直接为轨道交通运营服务的，是保证列车快速、高效运行及乘客安全的一种内部智能自动化综合业务数字通信网络系统。城市轨道交通通信系统主要用于指挥列车运行；组织客运的指令发布；进行公务联络；有效地传输运营与安全管理相关的语音、数据、图像等各种信息。通信系统系统按其用途可分为综合传输系统、电话系统、调度系统、时钟系统、闭路电视、广播系统、商用通信系统和旅客信息系统等。【理论知识】

7.5通信传输系统1.传输系统的结构图7-14传输系统结构(1)光纤骨干网光纤骨干网贯穿整个传输介质，有光纤、电缆两种传输介质。

(2)网络节点网络节点是用户访问网络、使用网络的途径。

(3)用户接口卡用户接口卡是用户接入系统的硬件工具，其功能是使自身系统无限向外延伸。

(4)网络管理系统通常是基于主流、成熟的操作系统，具有友好的操作界面，其功能是负责对传输网络的配置、扩展、管理和维护。

2.传输系统的运行方式

【理论知识】

7.5通信传输系统3.光纤通信

(1)光纤的结构及其原理光纤是用石英玻璃(SiO2)制成的双层同心圆柱，在包层外有两层涂覆物来保护光纤。(2)光纤通信的安全光纤传输所依靠的是高能量的激光，其直径为10~100μm，极其微小，在使用中要特别注意以下几点：不要调整或修改激光及其控制电路；不要直接看光学端口或者光纤的末端；在准备好连接电缆之前请不要移除保护盖；小心接触破损的光纤，避免锐利的光纤可能引起眼睛和皮肤伤害。【理论知识】

7.5通信传输系统【理论知识】

7.6电话系统1.公务电话公务电话以数字程控交换机设备为核心，连接办公室、OCC、车站、设备室等电话分机，以满足城市轨道交通对内和对外的通信，为保证安全和减少成本使用专网网络构建。图7-15环形结构【理论知识】

7.6电话系统2.调度电话

3.站内和轨旁电话图7-16调度电话系统【理论知识】

7.7无线调度系统

无线调度系统是调度与司机通信的唯一手段，也是移动作业人员、抢险人员实现通信的重要手段。无线调度系统有两种形式，专用频道方式和集群方式。1、集群通信系统的分类。2、无线集群调度系统的运行方式。【理论知识】

7.8闭路电视1、闭路电视的组成和功能。闭路电视的设备主要分为分车站级和中心级。(1)图像显示(2)录像功能(3)图像文字叠加(4)驾驶员监视功能2、闭路电视的控制。【理论知识】

7.9广播系统

广播系统是城市轨道交通运营行车组织的必要手段，它的主要作用有：对乘客广播，通知列车到站、离站、线路换乘、时间表变更、列车误点、安全状况，播放音乐改善候车环境，站厅、站台、列车车厢；防灾广播，突发或紧急情况，组织指挥事故抢险，提高应急响应能力；对运营人员广播，发布有关通知信息，协同配合工作，办公区、站台、站厅、运用库、段内道岔群附近、人行道。广播系统由控制中心和车站两级控制。广播系统主要有控制中心广播、车站广播和车辆段广播组成。

【理论知识】

7.10时钟系统1.时钟系统的组成

2.时钟系统的控制模式

(1)中央控制运行模式中央控制运行模式是系统正常状况的控制模式。

(2)车站级控制模式车站级控制模式是一级母钟不能正常接收GPS信号且故障不能向二级母钟传送时间信号时使用，此时二级母钟靠自身高稳晶振运作提供子钟时间信号，但不给其他系统提供时间信号。

1.商用通信系统的构成

1)电源系统是为无线覆盖系统设备和传输系统设备等提供可靠的工作电源。2)传输系统是基于光纤的宽带综合业务数字传输网络，主要为商用通信运营商提供传输服务，在移动通信系统基站至信号引入站之间提供传输通道，同时可为无线覆盖系统网管监控提供传输通道。

3)无线覆盖系统，在每个地下车站商用通信机房各设置1套POI平台，移动通信基站的下行信号经由POI合路后，再分别传送至站台层、上下行隧道区间、站厅层、出入口通道、商业区及换乘通道，完成射频信号的下行覆盖；反之，来自站台层、上下行隧道区间、站厅层、出入口通道、商业区及换乘通道的上行信号，通过POI合路后，再分别送到各移动通信运营商基站的上行信号接收端，完成射频信号的上行传输。

【理论知识】

7.10时钟系统图7-16漏泄同轴电缆工作原理2.漏泄同轴电缆【理论知识】

7.10时钟系统【实践操作】1.操作练习

1)在实训室中完成对信号