点式ATP系统在上海地铁五号线的应用

如图 8 所示, 列车从 A 出发, 按照 / 预计停 车 0原则假定 B 显示为 / 停车 0, 准备在适当启动 制动曲线。到达环线后收到预告信号, B 点的信 号显示为 / 行进 0, 此时制动曲线还未启动 ( 即还 没到达制动实施点 ), 列车以 A 处的最大容许速 度 Vmaxl行进到 B点。
图 1 制动曲线
¹ V re l是制动曲 线在信号机前 中止的速 度, 以允许车辆前行至信号 机, 并在信号 显示从 / 停 车 0变换为 / 行进 0后继续前行;
º V re l要保证当车辆越过停车信号机后紧急 制动情况下在危险点的速度为零。
ZUB要求司机以制 动曲线要 求的监督 速度 Vdes ( 速度表红 色指针指示 ) 行驶, 一旦超速 就会
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3. 1. 1 车载单元 ( ATP1、ATP2) 车载单元为一个基于 SIM IS 3116微机的 2取
2 故障 安全 计算 机。 核 心和 外 设 板通 过 内 部 总线 互连。两个车载单元的计 算机通道设 计成双通 道: 通道 A和通道 B。 3. 1. 2 车辆耦合线圈 ( VCC)
频率
功能
50 kH z 100 kH z 850 kH z
未 经调制, 持 续传 输, 用于 检测 轨道 耦 合 线 圈的存在
未 经调制, 当 V CC 与 轨道 耦合 线圈 进 行 耦 合传输数据时, 用于向轨道 耦合线圈 提 供 电源
FSK 调制, 在 850 kH z频率范 围内 传输 来 自 于轨道耦合线 圈和 轨道 传输 环线 的 数 据 报文
恒定速度监督 恒定速度监督
无 ATP 运行 无规律运行
在通过最 后一个 有设 备区 域后 (永 久 编码耦合线 圈 )
五号线无
恒定速度监督 五号线无
图 5 / 上电运行 0转为 / 信号运行 0
大允许速度为 80 km / h。根据 / 预计停车 0原则, 列车将 在适当 位置 启动制 动曲 线, 当 信号 机由 / 停车 0变为 / 行进 0时, Vrel是制动曲线在信号机 前中止的速度。
方式的不同, 可以分为点式 系统和连续 式系统。 点式信息传输系统主要由轨旁应答器向车载设备
定点传输 ATP 信息。点式系统具有投资少、维修 成本较低等优点, 故特别适合于客流量较低, 对行 车效率要求不高的线路。
上海地铁五号 线共 11 个车站, 相 比其他线 路, 客流量较小。该线路采用了西门子公司提供 的点式信息传输系统, 其 ATP 系统名为 ZUB 222, 下文中将简称为 ZUB。
轨道数据在车辆上的接收通过车辆耦合线圈 和轨道耦合线圈以及轨道传输环线间无物理接触 的感应耦合来实现。车辆的两个走行方向各有一 个独立 的 车辆 耦 合线 圈 分 别对 应 不 同 的走 行 方向。
传输频率使用 50 kH z、100 kH z和 850kH z, 见 表 2。
表 2 传输频率与功能
图 3 数据传输点监督
1. 3 限速区段监督 当 AT P区段存在限速区段时, 与限速区段有
关的数据同样通过轨道耦合线圈传输至车辆, 主 要包括到限速区段起始点的目标距离 ( T SSRS ) 、限 速区段的 长度 ( LSRS )、限 速 区段 内 的期 望 速度 ( VSR S ) 、线路坡度 ( LG ) 等, 车载单元结合车辆长 度 ( VL ) 和自上一个数据传输点后驶过的距离生 成到限速区段起始点的制动曲线。
¹ 色灯信号机 车站的启始信号机和用于道岔组防护的信号 机都设计为色灯信 号机 ( 有信号灯 )。每个 信号 机的信 号 显 示取 决 于 线路 的 地 形以 及 联 锁 的 规范。 五号线信号灯具有红色、白色和绿色: 红色: 绝对停止。 红 ) 白: 引导, 按信号容许运行。允许列车司 机通过信号机并按信号显示继续运行。 白色: 减速进入道岔区段的岔口。 绿色: 以线路速度直向行驶。
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告警, 如图 2所示。 监督曲线由当前监督速度加上差值而产生,
当速度降低至监督速度以下时监督被取消。
限速区段的监督速度示于图 4。
图 2 制动曲线的监督
1. 2 数据传输点监督 在 AT P区域内, 如 上文所述, 轨 旁设备的每
个信号机的轨道耦合线圈均会接到下一个信号机 ( 此处实际指该信号机的轨道耦合线圈 ) 的目标 距离 T ( 如图 3所示 )传送给列车。如果没能在这 时车载单元期望下一个信号点 ( TCC ) 处在规定的 位置检测到轨道耦合线圈, 车载单元即会做出响 应, 启动紧急制动, 直至车辆停稳。
ZUB车载单元安装在位于动车 M P1 之下的 车载设备箱内。相关的诊断接口安装在动车 M P1 乘客区的接线箱内。
车辆耦合线圈安装于走行方向右侧拖车 TC 的第二个转向架上, 里程仪脉冲发生器安装位于 走行方向左侧拖车 TC1的第二个转向架上。
司机室设备安装在两个 TC 车的司机室内。
图 6 车载部件的布置
表 3 信号显示和信号接口板 5选 2编码的分配
信号 灯
绿 白 红 -白 红
信号显示
编码行 12345
/ 行进 0
@
@
/ 驶入岔口 0
@
@
/ 引导 0
@
@
/ 停车 0
@@
注: @ 表示接地传导。
º 环线放大板 环线放大板以秒的周期暂时激活轨道耦合线 圈。它通过环线控制模块, 根据当前的有效信号 显示, 接收调制过的轨道耦合线圈报文, 并通过传 输环线输送该数据。每周期传送一个报文对。 3. 2. 5 传输点类型 五号线 ZUB系统轨旁设备传输点共有以下 5 种不同的配置: 配置 1: 无传输环线的色灯信号机 (物理信号 机 ), 如: 进站与出站信号机。 配置 2: 永久编码的轨道耦合线圈 ( 无色灯信 号, 无环线 ), 如: 尽 头 阻 挡信 号 机, 进 入 无 ATP 区段。 配置 3: 有传输环线的色灯信号机 (物理信号 机 ), 如: 道岔区段。 配置 4: 逻辑信号机 ( 无色灯信号, 通常有传 输环线 ), 如: 信号开放区段。 配置 5: 紧 急停车 轨道耦 合线圈 ( 无色灯 信 号, 无环线 ), 如: 进站信号机前。
图 7 ZUB 轨旁设备基本结构
º 逻辑信号机 开放线路上不用作道岔组防护的信号机可设 计为逻辑信号机 ( 无信号灯 )。逻辑 信号机只通 过一块信号板 (金属牌 ) 外观显示, 使司机能够识 别信号机的位置。对于逻辑信号机, 只有 / 停车 0 和 / 行进 0显示能通过联锁予以驱动。
逻辑信号机必须使用有环线的 ZUB 轨旁设 备, 因为司机看不见信号显示, 他只能在列车通过 轨道耦合线圈之前通过 ZUB 驾驶室 的显示设备 看到信号显示。
恒定速度监督
信号运行 ( ATP 区段 )
在通 过有 设 备 区域 ( ATP 区 段 ) 的 第 一个轨道耦 合线圈后
按计算出的期望速 度 Vdes曲线监督
授权运行 (无 紧急 制动 地通过 危险 显 示信号机及故障信号机 )
容许运行
通过同时按 压黄色和红色按钮
在授权运行后、在无规律运 行后、在通 过危险显示 信号机后
3. 1. 3 司机室设备 每个 司机室都有数 据单元、速 度仪、控 制单
元、冗余转换开关和故障转换开关。除上述车载 设备与接口外另有断路器用于给 ATP1、ATP2 进 行独立供电等。 3. 2 轨旁设备
ZUB轨旁设备用于信 号信息从 轨道到 ZUB 车载设备的故障 ) 安全传输。轨旁设备的基本结 构如图 7所示。 3. 2. 1 信号机
3 ZUB主要设备
ZUB 系 统 设 备 主要 包 括 车 载 与轨 旁 两 大 部分。 3. 1 车载设备
五号线所用的四节编组的 M etropolis型车辆,
在两端为两节带司机室的拖车 ( TC ) , 中间为两节 动车 ( M P ) 。 ZUB 车载设备在车辆上的 布置 ( 车 辆配置: TC1- M P1- M P2- TC2) 如图 6所示。
如图 5所示, 列车在 / 上电运行 0模式下以 20 km / h的速度运行至第一架信 号机 A。信号机 A 的信号显示为 / 行进 0, 列 车越过信 号机 A 后由 / 上电运行 0转化为 / 信号运行 0模式, 此时线路最
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表 1 运营模式
运营模式
启动
速度监督
上电运行
在车辆上电 后、在走行方向改变后
轨道耦合线圈包含了存储的数据报文, 这些 报文根据信号显示设置, 通过 850 kH z通道传输。 3. 2. 3 传输环线
传输环线是沿轨道布置的导线环线, 安装于 轨道耦合线圈之前 ( 参考走行方向 ) 的传输环线 是对轨旁设备的补充, 它将来自于运行方向的下 一个信号机的信号显示传输给列车, 使得操作更 加顺畅, 特别是在到达相关轨道耦合线圈之前信 号显示由 / 停车 0变为 / 行进 0。
1 防护原理
ZUB 系统是保证行车安全, 防止列车进入前 方列车占用区段和防止超速运行的重要设备, 它 负责全部的列车运行防护, 是列车安全运行的保 障。主要执行以下安全功能: 速度限制的接收和 解码、超速防护、车门监督、司机控制台接口等。 1. 1 速度监督
在两个信号机之 间运行时 ZUB 是以下一信 号机显示为 / 停车 0作为预 期监督 列车行 驶的。 当列车从车场出发在通过第一个信号机时, 车辆 耦合线圈即接收到轨道耦合线圈提供的报文, 内 容包括下一区段的最大容许速度 Vmax1, 目标距离 T、目标速度 Vt等信息。车载单元通 过处理以上 数据以及里程仪脉冲发生器产生的已行驶的距离 及实际速度等所有数据计算出车辆的制动曲线及
1. 4 车门监督 在 / 按信号运行 0模式下, 若下列条件得到满
足时, ZUB 将通过接点输出来激励左侧或右侧开 门的控制线:
Ó ZUB车载设备已从轨道耦合线圈接收到 具有开门侧信息和车站限速区段的有效数据。
Ó 车辆的整长减去 10 m 的允差仍在车辆Βιβλιοθήκη Baidu 限速区段内。
Ó 还没有通过出站信号机处的轨道耦合 线圈。
如果车辆位于限速区段内, 在离开限速区段 时要考虑车辆长度。车辆在其尾部通过限速区段 之前必 须 观察 在 限速 区 段 内的 最 大 容 许速 度 VSR S, 因此要在 ZU B 车载单元上将限速区段以车 辆的长度加以延长。
ZUB 车载单元可同时处理多达 3个不同的限 速区段。
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图 4 限速区段的监督
制动曲线初始点。 为了使车辆能在信号显示从 / 停车 0变为 / 行
进 0, 制动曲线中止后车辆继续前进, 同时也能保 证当车辆越过停车信号机后紧急制动情况下能在 信号机后保护区段内停下来, 在停车信号机后将 设置保护区段 OL, 确保车辆不会越过 OL 后的危 险点。如图 1所示, 缓解速度 Vrel是根据紧急制动 率和保护区段 OL 计算的。缓解速度需要满足两 个条件:
关键词: AT P 制动曲线 耦合线圈 逻辑信号机
列车运行自动控制系统 (简称 ATC ), 一般包 括 AT P( 列车自 动防护 ) 、AT S( 列车自动监控 ) 、 ATO ( 列车自动运行 ) 子系统 [ 1 ] , 其中, AT P 是整 个列车运行自动控制系统的基础, 它负责列车间 的安全间隔、超速防护及车门控制等。按照传输
Ó 车辆处于停止状态。 一旦 ZUB 车载设备产生了相应的输出, 司机 即可简单地按压按钮打开车门。否则司机必须谨 慎地通过不 松手按下两个 按钮的操作来打 开车 门。当 ZUB车载设备处于 / 小心行进运行 0模式 ( 容许运行, 调车作业 )时, 车门不会发生动作。
2 运营模式
ZUB共有 6种运营模式, 在五号线上应用的 有 5种, 如表 1所示。除按信号运行模式外, 其他 模式最高限速均为 20 km /h( 数字显示器所示, 速 度表红色指针指向 0 km / h), 此时 ZUB 按恒定速 度监督车辆行驶。其监督原则参 考制动曲 线的 监督。 2. 1 运营模式举例
公用 科技
点式 ATP系统在上海地铁五号线的应用
上海市公用事业学校 平柳琼
摘 要 以上海地铁五号线为例阐述西门子点式 ATP 系统的防护原理, 包括速度监督、 数据传输点的监督、车门监督等; 分析该系统提供的各种不同的运营模式; 最后介绍该系统的 主要组成设备和功能, 同时突出设备所体现的点式 ATP的防护原理。
逻辑信号机的联锁控制与色灯信号机的控制 相同。通过等负载电阻替代信号灯 ( 包括信号变
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压器 ), 该电阻位于在信号接口箱旁 的另一个终 端箱内。 3. 2. 2 轨道耦合线圈
轨道耦合线圈通过其无源的 50 kH z可控谐 振电路、100 kH z电源电路和 850 kH z范围内的数 据通道把轨道数据传输给列车。