地铁ATP子系统基本原理.ppt
ATP子系统基本原理,一.基本概念,ATP即列车运行超速防护或列车运行速度监督，是ATC的重要组成部分。,二.设备的组成,是LZB列车速度控制系统同整个列车防护系统其他要素的主要接口（一个轨旁单元能带40个轨道电路）,同一个信号点为相邻两个轨道区段的分隔点，采用调谐单元构成电气隔离,ATP与ATO、车辆、联锁、FTGS的接口,后面有更详细介绍,三.系统的主要功能,三.1.ATP的轨旁功能,ATP轨旁功能负责列车安全间隔和生成报文，完成对列车安全运行授权许可的发布和报文的准备，这些报文包括安全、非安全信号信息。ATP轨旁功能分为列车安全间隔功能和报文生产功能。,三.2.ATP传输功能,ATP传输功能负责发出报文信号,包括报文和ATP车载设备所需要的其他数据。ATP传输功能的输入是来自ATP轨旁功能的要传输的报文和相应选择传输方向的控制信号。ATP传输功能的输出：感应信号沿着整个轨道区段连续地传输信息；信号利用钢轨作为传输天线，以适应的传输方向发出，且只包括报文数据；感应信号利用同步定位环线作为传输天线传输间隔的信号，这个信号提供本地再同步的精确位置信息。,三.3.ATP车载功能,ATP车载功能由下列子功能组成：ATP命令解码ATP监督功能ATP服务/自诊断功能ATP状态功能速度/距离功能司机人机接口功能（MMI）,四.1.系统的基本要求,（1）ATP系统中由列车自动防护的轨旁设备、车载设备、和控制区域内的联锁设备组成。（2）系统安全失效率指标优于10/h 必须符合故障安全原则（3）闭塞分区的划分或列车运行安全间隔，应通过列车运行模拟确定，并经列车实际运行校验（4）城市轨道交通的ATP系统应采用连续式控制方式（5）城市轨道交通最好采用计算机联锁设备,9,四.2.ATP车载设备的技术要求,（1）ATP系统导致列车停车为最高的安全准则（2）ATP车载设备的车内信号应是行车的主体信号（3）ATP执行强迫停车控制时，应切断列车牵引，列车停车过程中不得中途缓解（4）车载信号设备与车辆接口的布线应与其主回路等环节的高压布线分开敷设并实施防护；与车辆电器的接口应有隔离措施,四.3.ATP地面设备的技术要求,（1）宜采用报文式无绝缘轨道电路或其他准移动闭塞、移动闭塞ATC系统的地面设备。（2）ATC控制区域宜采用无绝缘轨道电路（双轨条回流方式），道岔区段、车辆段及停车场轨道电路宜采用有绝缘轨道电路（单轨条回流方式）；（3）ATP地面设备向ATP车载设备传送各种信息，并且满足控制方式和控制精度的需求。,五.系统的基本原理,1、列车检测2、列车自动限速3、目标速度和目标距离4、制动模式5、测速与测距6、速度限制7、常用制动和紧急制动8、停站9、车门控制,五.1.列车检测,采用轨道电路等作为列车检测设备。当轨道电路区段空闲时，发送轨道电路检测电码，此时轨道电路的是检测是否空闲，检测结构送往连锁装置当轨道电路被占用时，信息发送到轨旁ATP，由轨旁ATP发到中央系统，再由中央系统发速度信息给车载ATP,轨道电路,被占用,轨旁ATP,中央系统,车载ATP,五.2.列车自动限速,（测速装置测量）实际速度,实际速度允许速度 ATP车载设备发出制动 当实际速度允许速度 自动缓解,五.3.目标速度和目标距离,目标距离原理（如右图）ATP轨旁设备向在其控制范围内的列车分配一个“目标距离”，再由轨道电路生成代码（图中编码仅表示列车B前方未被占用的轨道电路的数目），通知列车前方有多少个为占用的区段，接着，车载ATP车载设备调用存储器里的信息，决定在列车任何时刻列车的运行速度和可以运行的最远距离，确保在抵达障碍物或限制区之前安全停车。,车速,列车B,列车A,6+,移动闭塞：是前后两列车都采用移动式的定位方式，列车之间的安全追踪间距随着列车的运行而不断移动且变化。移动闭塞的（部分）技术优势：1.在列车控制中，具有更好的精确性和更好的灵活性，并能更快的检测到故障点；2.可以根据列车的实际速度和相对速度来调整闭塞分区的长度，尽可能缩小列车运行间隔，提高行车密度，提高运输能力；3.此系统大大减少沿线设备，车载设备和轨旁设备的安装相对容易，维修方便，有利于降低运营成本。,补充：移动闭塞,五.4.制动模式,列车制动控制模式分为分级制动模式和一级制动模式。分级制动模式又分为阶梯式和曲线式。,制动模式,分级制动,一级制动,阶梯式,曲线式,五.4.制动模式,（1）分级制动 分级制动是以闭塞分区为单元，根据与前行列车的运行距离来调整列车速度，分级制动模式又分为阶梯式和曲线式。,阶梯式分级制动模式俗称大台阶式。它将一个列车全制动距离划分为34个闭塞分区，每一闭塞分区根据与前行列车的距离来确定限速值。当列车速度高于检查值时，列车自动制动。阶梯式分级制动模式的曲线如图所示。固定闭塞模式的ATC通常采用阶梯式分级制动模式。,五.4.（1）分级制动,阶梯式分级制动模式虽然构成较为简单，但具有较多缺点：,阶梯式制动模式的缺点,（2）列车接近前行列车时遇到保护区段，司机难以区分哪一个闭塞分区有车占用，容易造成混乱；,（1)设有防护区段，会影响通过 能力；,(3)由于其在闭塞分区出口处才给出下一闭塞分区的允许入口速度，司机有时会措手不及。,（4）列车在进站信号机前停车或进站停车时，司机怕“撞墙”引起紧急制动，往往要压低速度运行，影响运输效率。,阶梯式分级制动模式不能满足高密度行车的需要，于是改为速度-距离模式曲线制动模式。,模式曲线是根据该闭塞分区提供的允许速度值以及列车参数和线路常数由车载计算机计算出来的（或将各种制动模式曲线储存调用）。模式曲线制动模式的速度曲线如图所示。准移动闭塞制式的ATC通常采用曲线式分级制动模式。,五.4.制动模式,(2)一级制动 一级制动是按目标距离制动的。根据距前行列车的距离或距运行前方停车站的距离，由控制中心根据目标距离、列车参数和线路参数计算出列车制动模式曲线，或由车载计算机予以计算，按制动模式曲线控制列车运行。一级制动方式能合理地控制列车运行速度，是列车自动控制技术的发展方向。一级制动速度曲线如图2所示。移动闭塞制式的ATC通常采用一级制动模式。,五.5、测速与测距,ATP子系统车载设备利用安装在轮轴上的测速传感器检测列车的实际速度，并在驾驶室内显示该速度值。测距是通过记录车轮转数和预知的车轮直径加以换算而实现的。对于不准确的列车位置/速度测量，如车轮空转、蠕滑、抱死等引起的误差可进行修正。,五.5.测速与测距,（1）测速常用的测速方法有以下几种：1、车载设备自测:测速发电机路程脉冲发生器光电式传感器霍尔式脉冲转速传感器2、系统测量:卫星测速雷达测速,五.5.测速与测距,测速发电机安装在车轮轴头上，它发出的电压与车速成正比，该电压经处理后产生模拟量和数字量两个输出，分别用来驱动速度表和进入车上主机用于速度比较，测速发电机简单，但在低速范围内精度较差，可靠性也不高。,五、测速与测距,路程脉冲发生器 核心部件是一个16极的凸轮,随着车轮的转动,发生一系列脉冲,只要在一定时间内记录下脉冲的数目,既能换算成列车的实际速度。光电式传感器 应用光电传感技术，它有一个多列光圈盘，随着车轮的转动，光线不断的通过和被阻挡，使光电式传感器产生电脉冲，记录脉冲数目来测量车速。,五.5.测速与测距,霍尔式脉冲转速传感器工作原理采尔效应原理实现的一种测速方法,其基本原理是车轮旋转计数,五.5.测速与测距,（2）测距含义:测距是通过测速与轮径完成的，距离测量系统记录车轮旋转的次数，考虑运行方向和轮径，计算出列车走行的距离。信标（APR)测距法：采用信标来进行测距，信标沿线路等间距放置，都由装在列车上的发射应答器读取，每个信标都由一个独一无二的识别号，存储在ATP/ATO系统储存器中，这个系统可以确保在指定范围内对转速传感器发出的信号进行自动重新校正，也能进一步确定列车位置。,五.6.速度限制,速度限制分为固定限速、临时限速、在道岔或道岔前限速、具有短安全轨道停车点限速,速度限制,固定限速,临时限速,固定限速是在设计阶段设置的，车载ATP和ATO都储存着整条线路上的固定限速区信息，速度梯降为1km/h。他决定目标距离工作模式下的可能给出的最优行车间隔,限制速度在某些条件下(施工现场、临时危险点)可以被降低。临时限制区段范围总是限制在一个或多个轨道电路。在紧急情况下，通过特殊速度码，可立即将任何一段轨道电路上的速度设置为25km/h。这些应答器允许以5km/h为一个阶梯，降到25km/h。在带有允许临时速度限制的编码的轨道电路里，可通过设置信标来实施。,五.7.常用制动和紧急制动,列车常用制动是列车在正常行驶过程中，由列车的制动系统施加给列车的制动。列车紧急制动是列车在超速行驶，或遇到其他不正常会危及列车行车安全的情况时，对列车施加的制动。列车紧急制动时所产生的制动力，是列车的制动系统所能提供的最大制动力。一旦对列车施加了紧急制动，中途不得缓解，等列车收到速度码，通过特殊处理才能将紧急制动从列车上解除。（南京地铁事例）,下列情况会实施紧急制动：站台：屏蔽门，车门夹人；有人坠入站台等；控制中心：行车前后方间隔距离没保持到安全距离等；司机：脱钩；运行中车门开启；非正常移动等；,五.8.停站,（一）车站程序停车,线路上的车站都有预先确定的停站时间间隔。控制中心ATS监督列车时刻表，计算需要的时间以保证列车正点到达下一个车站，控制中心能通过集中站ATS缩短或延长车站停站时间。在控制中心要求下，列车可跳过某车站。,五.8.停站,（二）车站定位停车 设置站台屏蔽门时，车门的开度和屏蔽门的开度要配合良好。车站定点停车是靠一组地面标志线圈提供至停车点的距离信息，标志线圈设置的多少可视定位停车精度而异，一般为34个。,350m和150m标志线圈成对布置，具有方向性。无源标志线圈具有固定的谐振频率，列车经过时与车载标志线圈产生谐振。有源标志线圈能发送特定的频率信号。,谐振频率：在含有电容和电感的电路中，如果电容和电感并联，可能出现在某个很小的时间段内：电容的电压逐渐升高，而电流却逐渐减少；与此同时电感的电流却逐渐增加，电感的电压却逐渐降低。,五.9、车门控制,车载定位天线,地面定位天线,ATP轨旁设备,列车,屏蔽门,停稳信号,车门开启命令,站台定位接收器,打开信号,开车门、屏蔽门程序图,五.9、车门控制,地面停站控制单元,ATP轨旁设备,司机,启动,关门信号,关车门、屏蔽门程序图,车门、屏蔽门,关闭,列车停靠站台精度若超出规定范围，列车允许以小于5km/h的速度移动。列车两边的车门开启命令由轨旁ATP系统取得。车站检查了屏蔽门已关好以后才允许ATP子系统向列车发送运行速度命令信息。同时列车检查车门已关后，按收到的速度命令出发。,六.系统的运行特点,1、危险点和保护区段2、安全停车点和运营停车点3、输入数据4、列车方向保证5、出入车辆段的运行,六.1 危险点和保护区段,危险点是不能越过的轨道区段的始端或已占用的轨道区段的始端。列车无论如何不能越过危险点，否则将导致危险情况发生。因此，ATP保护区段必须在危险点处终止，ATP的保护区段确保常用制动或紧急制动的列车最迟在ATP保护区段末端（危险点前方）停稳。,六.2 安全停车点和运营停车点,安全停车点是在危险点的基础上定义的。运营停车点是对列车应停车的车站设置的。运营停车点位置的设计根据运行方向决定。运营停车点无安全显示。安全和非安全停车点，在ATP轨旁单元中按互相独立处理。它们的编码数据借助于零目标速度和目标距离传到车载设备。仅非安全停车点可应ATS请求而取消。,六.3 输入数据,生成报文所需的数据由联锁设备 轨道空闲检测设备 相邻轨旁ATP单元和紧急关闭按钮提示。需要输入下列数据：线路上轨道区段的连接和道岔的布置 设计的最大安全速度 临时限速区段 设计的安全区段 道岔设定和道岔区段的侧向速度 进路的入口 轨道空闲检测 紧急停车。,六.4.列车方向保证,列车方向由司机控制台上方向开关的状态来控制。ATP根据有两个速度传感器所接收到的速度脉冲，安全地确定列车的方向。ATP执行一项交叉检查，以确定所探测到的运行方向与由方向开关所选择的方向的一致。,六.5.出入车辆段的运行,（1）进入车辆段 正常情况下列车从正线运行至车辆段内，以ATO模式或SM模式接近车辆段，且要求列车停在车辆段入口附近。然后，当列车到达合适位置，且列车速度不高于RM速度，系统将提示司机选定RM模式。,（3）从车辆段发车 在有效的驾驶室用总钥匙打开ATP和ATO车载单元。ATP 执行自检测，并在成功地完成自检测之后启动ATO车载单元。只要没接收到报文，ATP就认为列车在车辆段内，并保持在RM模式中。当从车辆段向正线行驶时，要求使用RM模式，这由车辆段出站信号机来控制。当列车一进入正线前的转换轨，就会就收到从轨道电路发来的报文，ATP车载单元将自动转为SM模式。当满足转换到ATO模式的全部条件，ATO 启动按钮就会亮，按下ATO启动按钮时，ATP车载单元将会转换到ATO模式。,（2）车辆段内的正常驾驶 在车辆段内，没有提供ATC功能的轨旁设备，不可能采用ATO模式或SM模式，只能使用RM模式。列车运行速度监督在预定低速值是称为RM速度。ATP 功能不监督驾驶方向，列车可以自由地以“前行”或“反向”的方向移动。,
