軌道交通-信號(hào)系統(tǒng)

第三章信號(hào)系統(tǒng)正線信號(hào)系統(tǒng)組成閉塞制式分類難點(diǎn)：主要內(nèi)容信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展信號(hào)系統(tǒng)的組成車輛段信號(hào)系統(tǒng)正線信號(hào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機(jī)與信號(hào)機(jī)信號(hào)系統(tǒng)什么是信號(hào)系統(tǒng)？控制和指揮列車運(yùn)行的自動(dòng)控制系統(tǒng)在軌道運(yùn)輸中的地位和作用？（1）確保列車行車安全（2）提高軌道交通的運(yùn)輸效率（在保證安全的前提下，縮短行車間隔）（3）信號(hào)系統(tǒng)是軌道交通現(xiàn)代化信息技術(shù)綜合應(yīng)用的集中體現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)城市軌道交通對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的要求

城市軌道交通對(duì)其信號(hào)系統(tǒng)提出與鐵路不盡相同的要求。（1）安全性要求高（2）通過(guò)能力大（3）保證信號(hào)顯示（4）抗千擾能力強(qiáng)（5）可靠性高（6）自動(dòng)化程度高信號(hào)系統(tǒng)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的特點(diǎn)

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)沿襲鐵路的制式，但由于其自身的特點(diǎn)，與鐵路的信號(hào)系統(tǒng)有一定的區(qū)別。城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的特點(diǎn)是:（1）具有完善的列車速度監(jiān)控功能（2）聯(lián)鎖關(guān)系較簡(jiǎn)單。（3）車輛段獨(dú)立采用聯(lián)鎖設(shè)備（4）自動(dòng)化水平高（5）不要求兼容信號(hào)系統(tǒng)車站聯(lián)鎖設(shè)備簡(jiǎn)稱車站聯(lián)鎖：聯(lián)鎖——是指為保證行車安全，而將軌道交通線路中的所有信號(hào)機(jī)、軌道電路及道岔等相對(duì)獨(dú)立的信號(hào)設(shè)備構(gòu)成一種相互制約、互為控制的連帶環(huán)扣關(guān)系。

閉塞設(shè)備是用來(lái)保證列車在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行安全，并提高區(qū)間通過(guò)能力的區(qū)間信號(hào)設(shè)備。為防止一個(gè)區(qū)間內(nèi)同時(shí)進(jìn)入兩列對(duì)向運(yùn)行的列車而發(fā)生正面沖突，以及避免兩列同向運(yùn)行的列車（包括復(fù)線區(qū)間）發(fā)生追尾事故，規(guī)定區(qū)間兩端在向區(qū)間發(fā)車前必須辦理的行車聯(lián)絡(luò)手續(xù)，叫做行車閉塞（簡(jiǎn)稱閉塞）手續(xù)。（一）城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展

大鐵路信號(hào)系統(tǒng)與城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別，應(yīng)該說(shuō)大鐵路信號(hào)技術(shù)的發(fā)展，曾帶動(dòng)了城市軌道交通信號(hào)技術(shù)的發(fā)展。但由于城市軌道交通具有行車密度大、線路短、運(yùn)營(yíng)作業(yè)相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，其信號(hào)技術(shù)水平較大鐵路信號(hào)技術(shù)發(fā)展快，使城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)既與大鐵路信號(hào)系統(tǒng)相通，又獨(dú)樹一枝。我國(guó)城市軌道交通信號(hào)ATC系統(tǒng)自七十年代投入運(yùn)用至今，從自主研制到全系統(tǒng)引進(jìn)，經(jīng)歷了三十年的技術(shù)發(fā)展，逐漸形成了我國(guó)富有改革開放特色的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)。可大致分為以下三個(gè)階段：

（一）城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展

第一階段：起步階段從60-70年代開始，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)處于起步階段。這個(gè)階段的城市軌道交通建設(shè)代表項(xiàng)目是北京地鐵1號(hào)線，其信號(hào)系統(tǒng)為國(guó)產(chǎn)的基于模擬軌道電路的固定閉塞制式設(shè)備。

第二階段：引進(jìn)階段從80-90年代，為我國(guó)城市軌道交通建設(shè)開始發(fā)展階段。代表項(xiàng)目有上海地鐵1、2號(hào)線，廣州地鐵1號(hào)線，北京地鐵復(fù)八線、2號(hào)線等，信號(hào)系統(tǒng)開始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的設(shè)備及技術(shù)，部分城市軌道交通線路信號(hào)系統(tǒng)采用了較為先進(jìn)的基于數(shù)字軌道電路的準(zhǔn)移動(dòng)閉塞制式的ATC系統(tǒng)。

（一）城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展

第三階段：引進(jìn)和消化吸收并存

從90年代末以來(lái)，為我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的大發(fā)展階段。先后有多座城市開始建設(shè)城市軌道交通線路，信號(hào)系統(tǒng)也隨之進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，準(zhǔn)移動(dòng)閉塞制式的ATC系統(tǒng)得到更為廣泛的應(yīng)用。隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通建設(shè)方與運(yùn)營(yíng)商對(duì)信號(hào)系統(tǒng)全生命周期內(nèi)成本最低和線路間聯(lián)通聯(lián)運(yùn)的需求，信號(hào)系統(tǒng)的選擇已從固定閉塞和準(zhǔn)移動(dòng)閉塞制式向移動(dòng)閉塞制式轉(zhuǎn)變。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）、通信技術(shù)（Communication）和控制技術(shù)（Control）（合稱為3C）的飛躍發(fā)展，用3C技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)軌道電路而形成的列車控制系統(tǒng)，稱為“基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)”(CommunicationBasedTrainControl，簡(jiǎn)稱CBTC)，基本上已經(jīng)成為目前國(guó)內(nèi)在建城市軌道交通信號(hào)ATC技術(shù)的首選制式。（二）信號(hào)系統(tǒng)的基本組成城市軌道交通的信號(hào)系統(tǒng)框圖（三）車輛段信號(hào)系統(tǒng)

微機(jī)(計(jì)算機(jī))聯(lián)鎖電氣集中簡(jiǎn)稱微機(jī)聯(lián)鎖：用工控計(jì)算機(jī)取代電磁繼電器的繼電電路實(shí)行控制并實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖，只保留部分單元電路的設(shè)備。1、TYJL系列微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的組成TYJL-II型雙機(jī)熱備型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖為分布式多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它主要由以下5部分組成：控制臺(tái)、監(jiān)控機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)、執(zhí)表機(jī)和電務(wù)維修終端。控制臺(tái)和維修終端是單套配置；監(jiān)控機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)、執(zhí)表機(jī)均為主、備雙套。聯(lián)鎖機(jī)、執(zhí)表機(jī)具有熱備和自動(dòng)切換功能，監(jiān)控機(jī)雙機(jī)工作、人工切換。各備用計(jì)算機(jī)構(gòu)成備用子系統(tǒng)，與工作子系統(tǒng)同步工作，也可脫離工作子系統(tǒng)獨(dú)立工作(備用系統(tǒng)對(duì)繼電部分永遠(yuǎn)無(wú)控制權(quán))，故備用子系統(tǒng)還可作為軟件修改時(shí)模擬聯(lián)鎖試驗(yàn)用。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。1、TYJL系列微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的組成TYJL-II型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)框圖2、TYJL系列微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)各組成部分的功能

(1)控制臺(tái)。顯示站場(chǎng)狀態(tài)，接受操作命令。將站場(chǎng)狀態(tài)、進(jìn)路狀態(tài)、操作結(jié)果用彩色監(jiān)視器或單元表示盤的光帶顯示給操作人員；將操作人員的操作命令傳輸給監(jiān)控機(jī)。(2)監(jiān)控機(jī)。實(shí)現(xiàn)與聯(lián)鎖機(jī)的通信功能，接收聯(lián)鎖機(jī)的表示信息，將站場(chǎng)狀態(tài)、進(jìn)路狀態(tài)、操作提示傳送給彩色監(jiān)視器。(3)聯(lián)鎖機(jī)。實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)和執(zhí)表機(jī)的通信調(diào)度；實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備的聯(lián)鎖邏輯處理功能，完成進(jìn)路選擇、鎖閉，發(fā)出開放信號(hào)和動(dòng)作道岔的控制命令；采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)，如軌道狀態(tài)、道岔表示狀態(tài)、信號(hào)機(jī)狀態(tài)等；輸出動(dòng)態(tài)控制命令，通過(guò)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)盒驅(qū)動(dòng)偏極繼電器，控制動(dòng)作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。1、核心是列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC），主要由以下部分組成：列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)(ATP)列車自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)(ATO)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（四）正線信號(hào)系統(tǒng)（1）列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）功能與實(shí)現(xiàn)

ATP子系到的功能是對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)行超速防護(hù),對(duì)與安全有關(guān)的設(shè)備實(shí)行監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)列車位置檢測(cè),保證列車間的安全間隔,保證列車在安全速度下運(yùn)行,完成信號(hào)顯示、故障報(bào)警、降級(jí)提示、列車參數(shù)和線路參數(shù)的輸入,與ATS、ATO及車輛系統(tǒng)接口并進(jìn)行信息交換。ATP子系統(tǒng)不斷將從地面獲得的前行列車位置信息、線路信息、前方目標(biāo)點(diǎn)的距離和允許速度信息等通過(guò)軌道電路等傳至車上,由車載設(shè)備計(jì)算得到當(dāng)前所允許的速度,或由行車指揮中心計(jì)算出目標(biāo)速度傳至車上,（1）列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）由車載設(shè)備測(cè)得實(shí)際運(yùn)行速度,依此來(lái)對(duì)列車速度實(shí)行監(jiān)督,使之始終在安全速度下運(yùn)行,以縮短列車運(yùn)行間隔,保證行車安全。組成

采用軌道電路傳送ATP信息時(shí),ATP子系統(tǒng)由設(shè)于控制站的軌旁單元、設(shè)于線路上各軌道電路分界點(diǎn)的調(diào)諧單元和車載ATP設(shè)備組成,并包括與ATS、ATO、聯(lián)鎖設(shè)備的接口設(shè)備。（2）列車自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)（ATO）功能與實(shí)現(xiàn)

ATO子系統(tǒng)主要用實(shí)現(xiàn)"地對(duì)車控制",即用地面信息實(shí)現(xiàn)對(duì)列車驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)的控制,包括列車自動(dòng)折返,根據(jù)控制中心的指令使列車按最佳工況正點(diǎn)、安全、平穩(wěn)地運(yùn)行,自動(dòng)完成對(duì)列車的啟動(dòng)、牽引、惰行和制動(dòng),傳送車門和屏蔽門同步開關(guān)信號(hào)。使用ATO后,可使列車經(jīng)常處于最佳運(yùn)行狀態(tài),避免了不必要的、過(guò)于劇烈的加速和減速,因此明顯提高了乘客的舒適度,提高了列車正點(diǎn)率并減少了能量消耗和輪軌磨損。（2）列車自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)（ATO）組成

ATO子系統(tǒng)包括車載ATO單元和地面設(shè)備兩部分。地面設(shè)備有站臺(tái)電纜環(huán)路、車地通信設(shè)備以及與ATP、聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口設(shè)備。（3）列車運(yùn)行自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）功能與實(shí)現(xiàn)

ATS子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行的監(jiān)督和控制,輔助調(diào)度人員對(duì)全線列車進(jìn)行管理,其功能包括:調(diào)度區(qū)段內(nèi)列車運(yùn)行情況的集中監(jiān)視與控制,監(jiān)測(cè)進(jìn)路控制、列車間隔控制設(shè)備的工作,按行車計(jì)劃自動(dòng)控制道旁信號(hào)設(shè)備以接發(fā)列車,列車運(yùn)行實(shí)跡的自動(dòng)記錄,時(shí)刻表自動(dòng)生成、顯示、修改和優(yōu)化,運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及報(bào)表自動(dòng)生成,設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè),設(shè)備狀態(tài)及調(diào)度員操作記錄,運(yùn)輸計(jì)劃管理等,還具有列車車次號(hào)自動(dòng)傳遞等功能。ATS工作方式為集中管理，分散控制。（3）列車運(yùn)行自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）組成

ATS子系統(tǒng)包括控制中心設(shè)備和ATS車站、車輛段分機(jī)。在ATC范圍內(nèi)的各正線控制站各設(shè)一套聯(lián)鎖設(shè)備,用以實(shí)現(xiàn)車站進(jìn)路控制。聯(lián)鎖設(shè)備接收車站值班員和ATS控制。考慮到運(yùn)用的靈活性,正線有岔站原則上獨(dú)立設(shè)置聯(lián)鎖設(shè)備,當(dāng)然也可以采用區(qū)域控制方法。

聯(lián)鎖子系統(tǒng)：在有道岔車站和車輛段里，聯(lián)鎖設(shè)備是實(shí)現(xiàn)道岔、信號(hào)機(jī)、軌道電路間的正確聯(lián)鎖關(guān)系及進(jìn)路控制的安全設(shè)備。聯(lián)鎖設(shè)備是自動(dòng)化信號(hào)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是ATP子系統(tǒng)的重要組成部分，是確保行車安全的基礎(chǔ)設(shè)備，必須符合故障一安全原則及必要的設(shè)備冗余。

（4）聯(lián)鎖子系統(tǒng)2、信號(hào)系統(tǒng)閉塞制式分類閉塞：是指利用信號(hào)設(shè)備把軌道線路人為地劃分成若干個(gè)物理上或邏輯上的閉塞分區(qū)，以滿足安全行車間隔和提高運(yùn)輸效率的要求。目前，用于城市軌道交通系統(tǒng)的閉塞方式有：固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和移動(dòng)閉塞3種。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞式和移動(dòng)閉塞式ATC系統(tǒng)技術(shù)水平較高，可實(shí)現(xiàn)較大的通過(guò)能力，具有較大的發(fā)展前景；固定閉塞式價(jià)格相對(duì)低廉，因此也宜選用。

（1）基于傳統(tǒng)的音頻軌道電路的固定閉塞ATP系統(tǒng)利用鋼軌、環(huán)線等作為傳輸載體，一般通過(guò)模擬軌道電路信息來(lái)完成列車定位功能。采用階梯式速度控制方式，為了保證列車運(yùn)行安全，運(yùn)行前方需要較長(zhǎng)的保護(hù)區(qū)段。由于傳輸?shù)男畔⒘可?，?duì)列車運(yùn)行控制精度不高，對(duì)列車運(yùn)行的舒適度控制不好，司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，不易實(shí)現(xiàn)列車的優(yōu)化控制和節(jié)能控制，限制了行車效率的提高。（1）基于傳統(tǒng)的音頻軌道電路的固定閉塞ATP系統(tǒng)

線路被劃分為固定位置、某一長(zhǎng)度的閉塞分區(qū)，一個(gè)分區(qū)只能被一列車占用；閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度按最長(zhǎng)列車、滿負(fù)載、最高速度、最不利制動(dòng)率等不利條件設(shè)計(jì)；列車間隔為若干閉塞分區(qū)，而與列車在分區(qū)內(nèi)的實(shí)際位置無(wú)關(guān)，制動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)總是某一分區(qū)的邊界。速度速度3速度2速度1限制速度允許運(yùn)行速度保護(hù)區(qū)段距離（2）基于報(bào)文式軌道電路的準(zhǔn)移動(dòng)閉塞ATP系統(tǒng)準(zhǔn)移一般是以數(shù)字信號(hào)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用鋼軌或環(huán)線等作為車地信息的傳送載體。由于信號(hào)傳輸、處理過(guò)程的數(shù)字化，使系統(tǒng)具有信息量大，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。軌道電路可以向列車傳遞足夠用于列車連續(xù)曲線速度控制的信息（包括目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、線路狀態(tài)、線路允許速度、軌道電路標(biāo)號(hào)及長(zhǎng)度等），車載設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的連續(xù)曲線速度控制。采用“跳躍式”連續(xù)速度/距離曲線的列車控制方式，該系統(tǒng)減少了階梯式控制的安全保護(hù)距離對(duì)列車運(yùn)行間隔的影響，提高了列車控制的精度和行車效率，使得司機(jī)在駕駛中比較輕松，不需要進(jìn)行頻繁的制動(dòng)、牽引，可以達(dá)到較好的節(jié)能效果，提高乘客的乘坐舒適度。

（2）基于報(bào)文式軌道電路的準(zhǔn)移動(dòng)閉塞ATP系統(tǒng)

線路被劃分為固定位置、某一長(zhǎng)度的閉塞分區(qū)，一個(gè)分區(qū)只能被一列車占用；列車間隔是按后續(xù)列車在當(dāng)前速度下所需的制動(dòng)距離，加上安全余量計(jì)算和控制的，確保不冒進(jìn)前行列車占用的閉塞分區(qū)；制動(dòng)的起點(diǎn)是動(dòng)態(tài)的，終點(diǎn)是固定在某一分區(qū)的邊界處。距離速度緊急制動(dòng)速度曲線實(shí)際速度曲線常用制動(dòng)速度曲線保護(hù)距離（3）基于通信的移動(dòng)閉塞ATP系統(tǒng)利用無(wú)線通信技術(shù)，通過(guò)車載設(shè)備、傳輸媒介與車站或控制中心實(shí)現(xiàn)信息交換，能夠?qū)崿F(xiàn)高速度、大容量的車-地間雙向通信。由于沒有預(yù)先設(shè)置的閉塞分區(qū)，不以固定閉塞分區(qū)為列車追蹤的最小單元。此方式后續(xù)列車所知道的目標(biāo)距離是距前車尾部的實(shí)際距離。采用“連續(xù)式”連續(xù)速度/距離曲線模式，系統(tǒng)較準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)具有較大的運(yùn)用靈活性和較小的行車間隔。該系統(tǒng)硬件設(shè)備數(shù)量相對(duì)較少，通過(guò)能力也更高于準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)，并且有更好的列車運(yùn)行的調(diào)整能力或系統(tǒng)對(duì)于運(yùn)行紊亂的適應(yīng)性。（3）基于通信的移動(dòng)閉塞ATP系統(tǒng)

沒有預(yù)先設(shè)置的閉塞分區(qū)，通過(guò)車－地實(shí)時(shí)雙向通信，以列車的實(shí)際運(yùn)行速度和列車位置，動(dòng)態(tài)計(jì)算相鄰列車間的安全距離。因此，與固定閉塞相比，列車運(yùn)行間隔相對(duì)減少；與準(zhǔn)移動(dòng)閉塞相比，則具有更大運(yùn)用靈活性和更小行車間隔，也因此具備了更大的運(yùn)行調(diào)整能力。距離速度緊急制動(dòng)速度曲線實(shí)際速度曲線常用制動(dòng)速度曲線保護(hù)距離三種制式的ATC系統(tǒng)速度曲線比較距離速度固定閉塞速度曲線移動(dòng)閉塞速度曲線準(zhǔn)移動(dòng)閉塞速度曲線保護(hù)距離保護(hù)距離（五）轉(zhuǎn)轍機(jī)與信號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)轍機(jī)是信號(hào)系統(tǒng)的重要組成部分在車輛段和聯(lián)鎖站內(nèi)的每組道岔處都要設(shè)置一臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)，用以轉(zhuǎn)換道岔、機(jī)械鎖閉道岔并反映道岔的實(shí)際位置。1、轉(zhuǎn)轍機(jī)的具體作用1)轉(zhuǎn)換道岔的位置，根據(jù)需要轉(zhuǎn)換至左位或右位。2)道岔轉(zhuǎn)至所需位置而且密貼后，實(shí)現(xiàn)鎖閉，