铁道机车专业教学湖南铁道王宁27课件

铁道机车专业教学资源库湖南铁道职业技术学院主讲：王宁2M列车自动控制系统ATC（2）3以西门子公司Trainguard®MTATP为例介绍ATP子系统功能ATP子系统原理和性能：计轴系统、轨旁设备、车载设备、轨旁和列车之间的通信设备子系统软件司机操作装置接口主要内容4Trainguard®MTATP系统概述列车自动防护（ATP）负责列车的安全运行，完成保证安全的各种任务。通过与联锁系统的配合，ATP系统保护旅客、工作人员、列车和其他设备免于铁路系统的重大事故的伤害。ATP轨旁和ATP车载计算机单元使用验证的SIMIS技术，也就是说，ATP轨旁计算机单元采用3取2的技术，而ATP车载计算机单元采用冗余的2取2技术。该技术已经得到了良好的验证，并被西门子在全球的许多项目采用。5Trainguard®MTATP子系统的主要部件ATP轨旁计算机单元用“TRAINGUARDMTWCU3取2”表示；ATP车载计算机单元用“ATPOBCU”表示。这是ATP系统的两个主要组成部分。与ATP轨旁计算机单元相连接的子系统包括：VICOS运行控制中心，SICASECC联锁计算机和用于无线通信的轨旁通信控制单元。与ATP车载计算机单元相连接的子系统包括：应答器天线，测速电机和雷达单元。无线通信单元有一个接收天线和一个发送天线。另外，车载ATP还有与ATO和司机HMI的连接。6Trainguard®MTATP功能列车定位速度测量移动闭塞运行列车追踪：负责安全计算线路可变列车闭塞分区的ATP空闲状态。列车分离：负责保持列车间的安全距离。临时速度限制：满足在一些特殊地段低速运行的要求。运行方向和后退监测：所有情况下运行方向均被ATP监督。停稳监测：打开车门和站台屏蔽门的安全前提。车门释放驾驶模式：AM，SM，RM，BY，折返模式。站台屏蔽门列车完整性速度监督：取决于列车的驾驶模式。处理防护点和运行停车点紧急停车按钮：所有的站台都装备紧急停车按钮来应对紧急情况。7线路数据库TDBTRAINGUARDMT使用一个铁路网络的模型，即所谓的线路数据库（TDB）。线路数据库TDB用于存储网络中的静态特性数据（坡度，静态速度曲线，永久速度限制，应答器位置等）和动态特性数据（沿线信号机显示，临时速度限制等）。TDB设在车载单元中，由ATP和ATO调用。线路数据可以通过接口装载到列车上，用于调试过程使用。在正常运行下，不必将全部线路数据发送到车上。只需要将动态数据的更新从ATP轨旁单元发送到车载单元。TRAINGUARDMT子系统使用这些对象来完成ATP,ATO和ATS的功能。8ATP子系统原理-计轴系统因为系统要求有降级模式，所以有必要提供一个计轴系统。西门子的计轴系统使轨道划分区段并以此建立固定闭塞系统，作为系统降级运行模式的基础。西门子的AzS计轴系统具有明显的低成本的优点。系统具有高可靠性，而且备件的种类得到减少，因此储备备件的成本效率提高。根据其软件和硬件的模块化布置，系统可以进行调整，以满足不同场所的应用需求。这可以使运营商保持较低的生命周期成本。AzS计轴器的一个主要特性是可以处理最多五个ZP43轮轴传感器的信号。一台处理计算机可以监督最多四套轨道空闲检测区段。每台处理计算机具有二个V.24串口，用于与另外两台处理计算机连接。9轮轴检测设备ZP43ZP43轮轴检测设备包括一个DEK43双轮轴检测器和一个轨旁连接箱（TCB）。ZP43采用经认证的电磁轮轴检测方法。当一个轮子进入DEK43的感应范围时，交互的电磁场的场强发生了变化，这样，触发信号通过电缆传输到联锁的运算计算机。轮轴检测设备是一个双通道系统。基于43kHz的频率，DEK43产生两个不同的电压，经过轨旁连接箱（TCB）处理后，通过轨旁电缆反馈给运算计算机。根据要求，运算计算机可以监督一个单独的带有两个轮轴检测单元的轨道空闲检测区段，或带有大量轮轴检测单元的多轨道空闲检测区段。10轮轴检测设备ZP43框图

11ZP43计轴器和AzS运算计算机12ATP子系统原理-轨旁设备ATP轨旁计算机单元为TRAINGUARDMT系统提供与信号系统其他元件的主要接口。传输设备用于在TRAINGUARDMT轨旁计算机单元和TRAINGUARDMT车载计算机单元之间连续的数据交换。轨旁通信设备（轨旁无线单元）和车载通信设备通过无线来实现双向传输。ATP轨旁计算机单元的硬件具有和SICAS联锁相同的硬件。这种配置有着众多的优点，比如维护人员更加的熟悉这种硬件，因此易于维护。13ATP轨旁计算机单元（WCU）的硬件14轨旁计算机单元机柜特性计算机供电230VAC,60VDC或24VDC基本组匣3块SIMIS®ECCCU板2块通信板16块窄的或8块宽的外围板扩展组匣10块宽的外围板15ECC-元件控制计算机

特性使用经论证的西门子SIMIS®

故障-安全微机系统。安全性使用3取2配置。高级别的容量和计算能力。高安全性和高可用性。道岔和信号机的电子接口板。连接外部元件的通用接口板。16ECCCU计算单元

特性SIMISECC的核心根据SIMIS原理工作一个接口用于编程/制造商的诊断（UNILINK）AMD®486DX2处理器内部时钟频率40MHz8MBRAM8MBEPROM程序和数据存储器

17ECC-SIMIS计算机组

特性SIMIS计算机组冗余2套2取2计算机配置信号逻辑处理和TRAINGUARDMT逻辑的控制和监督18ATP子系统原理-车载设备

ATP车载设备包括：车载计算机单元（OBCU）安装在列车内。OBCU包括一个根据移动授权原理，位置报告和移动闭塞原理执行ATP功能的处理器板，并由2取2的故障-安全结构支持。每个驾驶室的人机接口设备提供显示功能。一个测速电机用来采集列车的位移和速度。该测速电机安装在列车的车轴上。一个雷达单元与测速电机一起提供列车的位移和速度。固定数据应答器和可变数据应答器从轨道到列车传输的数据由应答器天线接收。一台便携式计算机(诊断PC)可以直接连接到OBCU，以便读取存储在车载计算机中的故障数据。19车载ATP设备功能

设备故障（包括地－车通信中断）时实施紧急制动及报警；接近防护速度时预报警，超过最高允许速度时实施常用制动或紧急制动，以及常用制动率不足时自动转换为紧急制动；列车运行方向的检测和监督；列车非正常移动的检测并实施紧急制动；监控车门、站台屏蔽门的开启及监督其关闭状态；向车载ATO传送有关信息；系统自检、自诊断、故障报警和列车运行数据的记录及报警信息传送至车站/控制中心ATS功能；系统实时记录并存储操作、运行数据、ATP信息（报文信息容量应为二小时以上），并且通过外接PC输出；20车载冗余正常运行下，前端的车载计算机单元(OBCU)控制(ATO)和监督(ATP)列车运行。后端的车载计算机单元(OBCU)处于备用模式。通过驾驶室的转换，后端的OBCU取得控制权，而前端OBCU将切换为备用模式。使用前/后端冗余，两端的OBCU都得到诸如来自两个驾驶室的按钮、开关和接点的输入。无故障的情况下，后端的ATP跟随前端ATP的输出。每个2取2的SIMISATP通过安全的方式进行单独的输出。为了提供一个冗余的ATP，两路ATP的输出必须连接在一起。每个OBCU使用自己的测速电机传感器、雷达和应答器天线。如果正在使用的传感器故障，尾部OBCU就会取得列车的控制权和监督权。21无线通信的车载设备22车载计算机单元OBCU-S25160-C2001-A1尺寸宽度：84U/19inch(483mm)高度：3U(135mm)深度，包括前端连接器：320mm特性安装位置：1x计算机核心11x外围模块1x应答器通道1x电源（来自A&D）可选的集成STMµECC板侧总线电源总线(0V;3.3V;5V;24V)操作系统COSPAS32验证的C++编译23OBCU-处理器板VE5S25391-B90-X2

特性处理器单元，包括监控机构2-取-2的安全计算机核心部件双通道的板侧总线AMD486DX40MHz2MBRAM4MBFlash最多16I/O模块UNILINK接口4U3.3V/3W24通信板SERIO5S25391-B94-A2特性串行通信单通道板侧总线128KB永久性存储114字节RAM的实时时钟2xRS232/RS42219,2kbps1xRS422/TTY19,2kbps1xRS42219,2kbps诊断通道1xRS232115,2kbps4U3.3V/1.1W5V/0.3W24V/1.4W25测速电机板ODO5S25391-B91-A2

特性测速双通道板侧总线2个测速电机2xRS422(雷达)IKON接口4U3.3V/0.8W24V/2.4W26应答器接收ELBE5(LBTM5)S25391-B96-A2特性应答器接收双通道背板总线到询问单元的RS485接口，通过机箱连接器或前端连接器(单独的询问单元)4U3.3V/0.5W5V/0.4W24V/5W27测速电机测速电机给ATP功能提供输入信息。该信息对于计算列车的速度、距离、方向信息和保证列车安全都是必需的。每个驾驶室/车载计算机单元配置一个测速电机，也就是说每列车需要装备两个测速电机。28雷达传感器雷达传感器和测速电机一起用于速度和距离的测量。通过使用雷达传感器，可以提高速度测量的精度。F=24.125GHz微波辐射到轨道，然后经过反射后被雷达传感器检测到。根据多普勒效应，将会发生随列车速度变化的频率漂移，由此检测实际列车速度和行驶距离，并且不受车轮空转/打滑的影响。29应答器天线应答器天线始终发射一个27.095MHz的激活信号，当列车通过应答器时，应答器通过一个4.24Mhz的FSK调制信号发送一数据流，这个信号被天线接收，并传输到TRAINGUARDMT车载计算机单元。天线的能量来自TRAINGUARDMT计算机。30ATP子系统原理-轨旁和列车之间的通信设备轨旁设备与车载设备间存在不同的通信信道。在每一个TRAINGUARDMT模型中的信道选择独立于ATP功能。两种主要的通信级为：点式通信和连续式通信。点式通信意为在线路上特定的点进行车地信息传输。反之连续式通信为可在线路全线进行车地传输。点式通信以应答器建立，应答器安装在线路上。列车上安装有应答器天线，列车通过应答器时，信息将进行车地传输。连续式通信意味着无论是在车站还是站间，均可获得持续的通信。连续式通信是建立在无线自由传播基础之上的。31轨旁电子单元LEU轨旁电子单元（LEU）被定义为信号灯和可变应答器之间的标准接口。一个信号显示可以被转化为电压及电流值，由LEU读取后，选择对应报文通过电缆传送至可变应答器。多样适配器可对应所有的信号显示。32信息交换的安全性TrainguardMT信号系统计算机间的通信通道本身是非安全的。传输在不同的安全单元之间进行，采取了多种措施来保证安全通信。安全相关的数据传输在SICAS微机联锁系统

ATP轨旁设备（通过以太网），ATP轨旁设备

ATP轨旁设备（通过以太网），ATP轨旁设备

ATP车载设备（通过无线传输）之间进行。安全单元间报文信息以适当的编码和程序进行保护，它可以同时检测出几个误码位。具有检错功能的数据传输安全通信协议提供一种侦错方法来检测报文。报文检错系统使用独特的标识，序列号及侦错后缀。33软件-车载计算机单元的软件（OBCU）使用经过故障-安全铁路应用认证的一个实时多任务操作系统。一般的软件功能，比如任务管理，任务间通信，外设管理和安全时基，均由操作系统的内核来完成。围绕内核的驱动层提供到所使用硬件的特殊访问功能。列车控制计算机的软件基于SIMISTCC硬件。操作系统是OSCOSPAS32。OBCU的设备建立在该层的顶部。ATP内核本身在顶层。该内核用C++语言编程。OBCU模块化的软件包括系统和应用软件以及配置数据。应用软件根据项目特定的需求制作，并且独立于OBCU来开发。34车载计算机单元（OBCU）ATP主要应用模块

驾驶模式和级别：驾驶模式和转换的确定定点和定位：使用应答器，速度表和雷达进行位置和速度的确定。速度监督：制动曲线，速度曲线监测，临时限速。列车监督：监测运行方向和后退，监测停稳，列车完整性的监测。门监督：门释放，牵引释放。线路数据库（TDB）管理。 读应答器：读取欧式应答器。WCU通信：与轨旁单元的通信。通信管理器：与外部单元的通信。冗余管理：冗余管理，移