城市轨道交通信号系统功能探究

摘　要：

摘　要：本文介绍了城市轨道交通信号系统的构成及在城市轨道交通中的作用，重点阐述了城市轨道交通信号系统的功能。

关键词：

关键词：城市轨道交通　信号系统　功能

      城市轨道交通信号系统是其自动化系统中的关键组成部分，是保证列车和乘客安全，实现列车运行高效、指挥管理有序的自动控制系统。信号系统的核心是列车自动控制系统（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（见图1）。四个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，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。从而保证行车安全，提高运行效率，缩短行车间隔，促进管理现代化，提高运输能力和服务质量。

图1

1　ATS子系统功能

　　ATS子系统由控制中心和车站设备组成，主要设备均采用双机热备方式，当主机出现故障时，可以自动或手动切换至备机，保障系统的可靠运行。ATS控制中心设备设于控制中心，车站ATS设备的设置于正线各车站。ATS系统主要功能包括：

1.1　列车自动识别及自动追踪功能

　　ATS子系统根据当日计划运行时刻表确定的车次号以及列车与地面的双向通信功能、根据列车在线运行的位置、进路状态等信息实现全线的列车自动追踪运行，并显示车次及列车进入、驶出管辖区的车次自动移位。

1.2　列车运行调整功能

　　ATS子系统根据列车偏离当日计划（实施）运行时刻表的程度，提供两种运行调整方式。一是偏离时间在一定范围内时，ATS子系统可通过选择ATC运行等级调整列车在区间的运行时分以及改变车站站停时间等措施自动调整列车运行时间，使全线列车按时刻表运行。二是在特殊情况下或偏离时间较大时，则需要行车调度员的人工介入，通过人机对话方式进行人工在线调整。

1.3　ATS子系统控制功能

　　ATS子系统与信号其它子系统结合，根据列车运行时刻表进行进路的中心自动控制，必要时中心调度员可介入进行人工控制。当运行需要时可通过中心调度员与车站值班员办理授、受权手续后实现设备集中车站控制。当车站发现有危及行车安全的情况时，车站值班员可以采取措施，强行进入车站人工控制。控制中心设备或通道故障以及运行需要时可降级为车站自动控制或车站人工控制。

　　车站ATS应能根据接近列车的识别号及目的地号等信息或程序控制等方式进行列车进路的车站自动控制。

　　通过车站联锁设备可以办理列车自动通过和自动折返进路。

　　若采用站间闭塞作为降级方式时，当车载设备故障或无车载设备的列车驶入，ATS可以设定全部或部分区段降级为站间闭塞方式。

1.4　时刻表的编制与管理功能

　　通过运行图工作站实现自动或手动编制系统运行需要的各种时刻表，并可以进行修改。编制后的时刻表在数据库服务器的磁盘机内存储。存储的时刻表一旦被调度人员确认并进入在线系统，即可成为可实施的计划运行时刻表。控制中心系统可提供多种时刻表（如平日，节、假日，特殊活动日及适应不同季节的时刻表）。通常编制时刻表需记入下列信息：车次、列车停靠站台、车站到/发时刻及通过、始发站、终到站等。

1.5　运行图绘制功能

　　ATS控制中心计算机根据编制的时刻表及列车的实际运行情况，自动产生计划和实际运行图，可在控制中心的绘图仪或打印机上按指定的时间间隔及不同的颜色输出；运行图也可在有关工作站上显示并再现。

1.6　列车运行的监视功能

　　控制中心ATS系统根据车站ATS设备采集的信息在中心大表示屏上动态显示全线线路、车站、折返线、道岔、信号机、进路、以及在线列车运行的实际位置及各种状态；车辆段进/出段列车信号机状态。

　　在各调度台上根据操作员或调度员的各种操作能给出所需的各种显示，包括各车站及车辆段的详细站场情况、所管辖范围内的各种设备状况、详细的报警信息、操作及控制指令的显示、时刻表及列车调整的各种参数的显示、各种统计报告及系统的运行状况和提示、告警。

1.7　系统设备监视功能

　　ATS控制中心系统对管辖范围内的信号设备进行监视，系统内的主要设备具有自检测及故障监视功能，一旦检测到故障信息，即送至控制中心主计算机，并在相关调度工作站或维修工作站上给出报警。

　　ATS车站设备能够采集各站的信号ATP、ATO及联锁设备的主要工作状况，并能及时传至控制中心和车辆段内的信号维修中心。

　　控制中心ATS主要设备、车站ATS设备构成均应采用热备方式。当主机出现工作异常时，可自动或手动切换至备机，保证系统继续运行。

1.8　调度员培训和模拟演示

　　在培训/模拟工作站上，配备有各种系统编辑、装配、连接和系统构成工具，以及列车运行的仿真软件。培训/模拟工作站可以与中心调度员台一样，具有同样的显示内容和相同的控制功能，并能实际仿真列车的在线运行，但不参与实际的列车控制。

1.9　运行统计和报表的生成处理功能

　　ATS子系统可以根据需要记录中心调度员的每日输入信息、中心设备工作状况信息、车辆走行距离信息等进行统计，并将统计结果存入数据库。根据数据库有关数据，可以自动产生与列车运行有关的报表，主要包括：列车识别和列车追踪报表、列车运行的调整报表、进路报表、异常情况和设备报警信息报表、列车运行时刻表和偏离时刻表报表等，并将报表存入数据库。存入数据库的统计结果和报表可以在有关工作站上显示，或由打印机打印输出。

1.10　各种操作信息的记录及回放功能

　　ATS子系统对整个ATC系统设备的状态、报警信息和调度员的操作信息进行记录并输出备份，并能够根据运营需要，对系统所辖区域内任何地点的记录数据进行过程回放。

1.11　车站发车计时器

　　通过ATS车站分机驱动车站发车计时器，向司机提供车站发车时机早晚点提示。正常情况下，列车在站台停车后，按系统给定站停时分倒计时，显示距计划时刻表的发车时间，为零时指示列车发车；正计时为发车晚点。特殊作业发车计时器应有特殊标志。

1.12实现ATS子系统与其它系统的信息交换

　　与通信系统的的接口：与主时钟接口，为ATS中心计算机系统提供基准时间；与无线系统的接口，用于实现车次号与无线车载台的对应；与车站广播系统的接口，用于实现列车接近车站的预告广播；与旅客信息服务系统的接口，提供列车到达时间、终到站、列车通过预告等信息给旅客信息服务系统。

　　与综合监控系统的接口，提供运行时刻表信息、实时列车位置信息、列车识别号、信号设备状态及故障信息、乘客向导信息以及信号系统可提供的其它信息。

2　ATP子系统功能

　　ATP子系统是保证列车运行安全、提高运输效率的重要设备，由车载设备和地面设备组成，该系统必须符合故障-安全的原则，并具有自检和自诊断能力。ATP子系统主要功能包括：

（1）自动检测列车位置，列车位置检测应安全可靠。

（2）实现列车间隔控制、确保列车之间的安全距离。

（3）具有测速和超速防护功能。车载设备能根据速度-距离曲线连续地计算速度曲线，保证列车在ATP允许速度范围内运行。如果超过ATP允许速度，则实施紧急制动。

（4）实现对车门和站台屏蔽门（安全门）的监控。车载设备监督车门、屏蔽门（安全门）的开启和关闭，为列车车门和站台屏蔽门（安全门）的开、关提供安全保证。只有当列车停在规定的停车范围内，ATP子系统才允许向列车和站台相应侧的屏蔽门（安全门）发送开门命令，在车门和站台屏蔽门（安全门）均已关闭后，才允许启动列车。对于反向运行的列车，由司机负责开、关车门。运行中的列车在车门因故开启时，应立即导致紧急制动。信号系统提供站台屏蔽门（安全门）的开、关门控制信号，站台屏蔽门（安全门）系统向信号系统提供全部门关闭状态信息和互锁解除信息。站台屏蔽门（安全门）因故失去状态表示，应对有关列车采取常用或紧急制动以防止列车进入站台或在站台内移动。站台屏蔽门（安全门）在“故障开门”状态，列车应可以采用一种特定的方式进、出站。正向运行的列车停站后，当列车未停在规定的停车范围内(暂定大于±0.5m)时，ATP将实施保护，不允许打开车门和站台屏蔽门（安全门）。同时，允许列车以不大于5km/h（暂定）的速度前进或后退以达到停车精度位置，最大移动距离不大于5m（暂定）。

（5） 对列车非正常移动（溜车）的监控。

（6）对紧急停车按钮等状态的监控。

（7）根据联锁子系统提供的进路、道岔、轨道及信号机的状态，通过地面轨旁设备向车载ATP设备传送列车安全运行的控制信息。

（8）车载ATP设备和车辆监控系统之间的接口应保证安全和对列车连续有效的控制。车载ATP设备能在下列驾驶模式下对列车实施监控：ATO自动驾驶模式；列车有人或无人自动折返模式；ATP监督下的人工驾驶模式；ATP限速下的人工驾驶模式。

（9）任何地对车连续通信中断、信道的阻塞，列车的非预期移动(包括在非限制人工驾驶模式以外的列车退行)，列车完整性电路断路，列车超速、车载设备重要故障等将产生报警及安全性制动（如紧急制动）。

（10）具有人工或自动轮径磨耗补偿功能，补偿范围为770～840mm。    

（11） 具有自检和自诊断的能力。

（12） 实现与ATS、CBI、ATO子系统的接口及信息交换。

（13）通过司机人工或自动实现列车驾驶模式转换，实现与车辆的接口及信息交换。

（14） 列车运行状态、设备状态、驾驶模式等信息的显示及记录。

（15）列车实际运行速度、列车限速、目标速度、目标距离等信息的显示；列车超速、设备故障等的报警。

3　ATO子系统功能

　　ATO子系统是自动控制列车运行的设备，由车载设备和地面设备组成，在ATP系统的安全防护下，根据ATS系统的指令实施列车的自动运行，此模式下的牵引和制动还应满足旅客舒适度的要求。ATO子系统功能主要包括：

　（1）ATO子系统应实现列车自动驾驶和无人自动折返的功能。

　（2）在ATP子系统安全保护下，完成列车的牵引、巡航、惰行和制动的控制，以较高的速度实现在正线运行、折返线运行、出入段线运行的自动追踪功能，确保列车达到设计追踪运行间隔和旅行速度。

　（3）自动折返时列车两端的车载设备应能实现自动转换。

　（4）实现列车区间运行时分控制。按照设定的运行曲线，根据ATS指令选择最佳运行工况，确保列车按运行图运行，达到列车运行的自动调整和节能控制。

　（5）车门、站台屏蔽门（安全门）开、关的监督控制，只有车门、站台屏蔽门（安全门）均已关闭以后，才允许列车起动。

　（6）车站站台定点停车控制。ATO模式下列车停车精度应满足±0.3m，根据停车站台的位置、运行方向及停车精度，在ATP的保护下自动地对相应站台侧的车门、站台屏蔽门（安全门）进行开关控制。当列车停车精度误差大于±0.5m时，在ATP保护下不允许开车门。

　（7）实现与ATS、ATP子系统的接口及信息交换，在ATS、ATP监控范围内能连续地进行车-地双向通信，以便ATS子系统能对在线列车进行实时监控。

4　CBI子系统功能

　　CBI子系统设备是保证列车运行安全，实现轨道区段、道岔、信号机之间正确联锁的基础设备，必须满足故障-安全原则。为确保正线区域内行车、折返、出入段场及转线等作业的安全，，宁波市轨道交通1号线全线均纳入联锁范围。CBI子系统主要功能包括：

（1）实现进路上的道岔、信号机和轨道区段的联锁功能，保证联锁关系正确。

（2）根据运行计划及列车位置自动设定、建立、锁闭、解锁列车进路，具有自动排列进路功能，可自动排列通过进路及自动折返进路。

能对正常的进路、延续进路、超限区段进行防护，并有侧翼防护功能。

（3）在对正常进路防护的同时，应能建立列车进路的ATP保护区段并予以防护。

（4）无论是控制中心集中式联锁还是车站分布式联锁，联锁设备均能对其控制范围内的信号设备实行单独控制。既能对道岔实行单独操作和单独锁闭，又能对道岔、信号机等信号设备实施封锁。

（5）能够实现区间临时限速的设置，区间列车运行方向的改变等ATP命令的操作及状态表示。

（6）当车载ATP设备故障或无ATP车载设备列车时，正线联锁设备应能办理站间闭塞，站间闭塞仅可用于列车运行的正方向，站间闭塞的范围为本站的出站信号机至运行前方车站的出站信号机。

（7）能向ATP/ATS子系统提供信号机状态、列车进路设置情况、保护区段的建立、轨道区段的临时限速、信号设备的封锁、站台紧急停车、区间运行方向以及其它相关条 件和信息。

（8） 能与ATS子系统结合，实现ATS和联锁的两级控制。

（9）CBI子系统应具有较完善的自诊断功能，能对包括联锁设备、列车占用检测               设备（如计轴）、道岔、信号机以及电源设备等工作状况实施监督，并能根据用户需要       在控制中心和维修中心实施远程故障诊断。

（10）能根据运营要求完成与联络线的特殊接口功能，完成必要的逻辑判断以对其接口对象进行正确的控制和监督。接口方式根据选用的信号设备的具体情况及相关专业的具体接口要求，在详细设计时相互协调。