第7讲 列车自动控制系统(1)
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9
TRAINGUARD® MT ATP/ATO系统
混合的列车类型：TRAINGUARD MT能够处理具有不同特性的各 种类型的列车，如不同编组的列车、不同的加速和减速参数、 不同的列车长度。列车将会依照他们各自的特性最佳地驾驶； TRAINGUARD MT系统在驾驶室连续的显示当前的驾驶指令（机 车信号）并且连续的监督车速。TRAINGUARD MT使用移动闭塞 原理分隔列车。TRAINGUARD MT的功能用保护区段来保障列车 之间安全间隔，使行车间隔大大减小了。 使用TRAINGUARD MT系统可以提高线路的利用率。与联锁的固 定闭塞信号系统（基于轨道区段的间隔）相比，它可以实现更 短的行车间隔。该系统的特点是在提供安全性的同时具有高可 靠性。TRAINGUARD MT满足快速轨道交通系统对安全性、可靠 性、可用性、容量、模块化和灵活性的所有要求。 10
11
信号系统组成-1
时刻表计算机 VICOS 运行控制 中心 交通操作员
ATS 总线 / 以太网
VICOS 本地工作站 （LOW）
SICAS SIMIS PC 2乘2取2
TRAINGUARD MT WCU_ ATP 3取2
VICOS S &D
FEP
通信服务器
SICAS ECC 3取2
计轴系统
车站接 口箱
16
各部分说明-4
车载ATP：速度监督。
车载ATO：列车自动驾驶系统。 车载OPG：里程脉冲发生器，通过计算车轮旋转来测量速度 和距离。 车载雷达：根据多普勒效应测量速度和距离。 车载应答器天线：从轨旁应答器读取报文。
车载HMI：给司机显示信息。
各主要子系统间的通信连接是由通信总线提供的。VICOS、 SICAS和TRAINGUARD MT间通过ATS总线通信。这个总线也用 于SICAS ECC联锁计算机间的内部通信。 SICAS SIMIS PC 与沿线分布的SICAS ECC之间的内部通信使用联锁总线。
报告、报警与归档功能
18
系统功能-ATP和ATO子功能
ATP/ATO功能在联锁功能确立的约束下，依照ATS功能建 立的要求负责列车安全运行。 ATP/ATO系统的子功能如下： ATP轨旁功能负责列车分隔、列车追踪、并生成与ATS功 能、联锁功能和ATP/ATO车载功能进行故障-安全通信的
报文；
列车自动控制系统ATC（1）
1
主要内容
以西门子公司最先进的CBTC系统为例介绍。 西门子先进信号和控制系统主要包括：Trainguard®MT (ATP/ATO)、VICOS® OC501和VICOS® OC101列车自动监督 系统、SICAS微机联锁系统等。 西门子近年来在同类项目中积累了丰富的项目经验 。 Trainguard®MT在中国的应用包括南京地铁2号线，广州 地铁4、5号线以及北京地铁10号线和奥运支线项目等。
4
各层主要功能
集中控制层：主要指ATS系统设立的控制中心。VICOS OC 501 实现线路集中控制和备用功能。在车站级，VICOS OC 101系统 为车站控制和后备模式的功能提供车站操作员工作站（LOW） 和列车排路计算机（TRC）。
轨旁层：沿着线路分布，它由SICAS微机联锁、TRAINGUARD MT 系统、信号部件、计轴和应答器等组成，它们共同执行所有的 联锁和轨旁ATP功能。 通信层：在轨旁和车载设备之间提供连续式和/或点式通信。 车载层：包括TRAINGUARD MT的车载ATP和ATO功能，连续式和/ 或点式通信功能。
2
系统总体结构
中央
列车自动监控
轨旁
T R A IN G U A R D M T
联锁
轨道 空闲 检测
通信
无 线 , 环 线 ,应 答 器
T R A IN G U A R D M T
T R A IN G U A R D M T
T R A IN G U A R D M T 无装备列车
车载 M TO STO
SCO
3
各部分关系
TRAINGUARD® MT ATP/ATO系统为连续式移动闭塞列车控制系统， 包括点式ATP后备级别。 VICOS® OC501和VICOS® OC101为具备集中和本地操作能力的列
车自动监控（ATS）系统。
SICAS®为故障－安全、高可用性的微机联锁。 SICAS/ TRAINGUARD MT/ VICOS这三个子系统被分到四个层级， 以便分级实现指定的功能。 这四个层次分别为：集中控制层、轨旁层、通信层、车载层。
通信功能负责发送和接收气隙信号，信号中包含由无线 传输的、ATP/Байду номын сангаасTO车载设备需要的报文和其它数据； ATP/ATO车载功能负责列车的安全运行、自动驾驶、和提 供信号系统和司机间的显示界面。
19
系统功能-联锁子功能
联锁功能在始终坚持安全准则的前提下，管理进路、道 岔和轨旁信号机的控制，以响应来自ATS功能的命令。同时， 联锁将进路、轨道区段、道岔和信号机的状态信息提供给ATS 和ATP轨旁系统。联锁功能由沿着线路分布的设备来执行。联 锁系统子功能如下：
轨道区段处理（TCP）功能处理列车检测功能的输出信息，完 善列车检测信息的完整性；
进路控制（RC）功能排列、锁闭和解锁进路；
道岔控制（PC）功能解锁、转换和锁闭道岔；
信号控制（SC）功能决定轨旁信号机的显示，及向ATP功能发 出许可，准许其发出进入某一进路的移动授权。
20
系统功能-列车检测功能
14
各部分说明
SICAS SIMIS PC：用于进路排列和解锁的主机，具备联锁逻 辑（根据运行原理）。根据线路长度的不同，有可能使用几 个SICAS SIMIS PC单元。 SICAS ECC：用于控制分散型现场元件（道岔，信号，屏蔽 门和物理电子接口）的计算机。多个SICAS ECC计算机通过 ATC现场总线Profibus建立通讯。SICAS ECC单元的位置取决 于室外现场元件和信号室之间的电缆长度。
TRAINGUARD® MT ATP/ATO系统
混合运输：装备和未装备ATP/ATO的列车可在同一线路运行；
混合模式：由司机人工驾驶的列车可以与 ATO 自动驾驶的列 车混跑；
可升级性：系统可以容易地从基本的运行模式（点式、固定 闭塞）升级到高性能的模式（连续式通信、移动闭塞），直 到无人驾驶的运行模式； 适度降级：出现故障时，不同的运行等级可以使用一个比较 低的等级作为后备级,例如：ATP/ATO移动闭塞/连续通信 ATP/ATO固定闭塞/点式通信 使用色灯信号机的联锁级； 可扩展性：一条装备TRAINGUARD MT的线路能容易地扩展，增 加车站和列车；
接入点
轨旁连接盒
PIIS
a
b c
=
d e
12
信号系统组成-2
b a
PSD , EMP, 防淹门
B 1 = 固定数据应答器 B 2 = 可变数据应答器 道岔转辙 机
c
d e
轨旁设备
LEU
B2 B1
轨道
空气间隙
司机
车载设备
雷达天线
OPG
雷达
应答器天线
COM ( 无线)
车辆总线
ATP
ATO
HMI
紧急制动 常用制动
列车检测功能通过计轴器来实现，并以每个轨道区段是否 “空闲”、“占用”的形式给出列车的位置信息。
TVDS 轮轴检测设备 ZP 43 (双轮轴检测器 和 TCB，包括电缆 ) 轮轴检测设备 ZP43 （双轮轴检测器 和 TCB，包括电缆）
5
系统运行方式
在正常运营过程中，整条线路控制由运行控制中心来执行。 OCC使用的VICOS OC501系统的规模可以根据被监督/控制的系 统的容量来调整。即使是在控制中心离线的条件下，线路仍能 够在备用控制中心和各个分散的车站控制台进行监控。位于车 站控制台的VICOS OC101监督各自的本地联锁区域。 自动操作功能在集中控制层和车站级控制层实现。运行控制权 的 交 接 可 以 通 过 车 站 值 班 员 或 OCC 操 作 员 的 指 令 实 现 。 TRAINGUARD MT列车自动防护和列车自动驾驶（ATP/ATO）系统 保证列车的安全和连续监督。 系统设计能实现最佳行车间隔。正线区间线路、车站正线、折 返线、存车线和车辆段试车线装设列车定位设备、ATP/ATO室 内外设备及车－地双向通信设备。 6
正常条件下，列车分隔和轨道空闲信息由ATP子系统与SICAS共 同监督。如果是后备模式运营，在ATP故障的情况下，联锁将使 用基于计轴的轨道空闲检测系统进行进路排列的安全处理。
7
TRAINGUARD® MT ATP/ATO系统
TRAINGUARD MT是信号系统中提供列车自动防护（ATP）和 列车自动驾驶（ATO）功能的子系统。 TRAINGUARD MT系统是 一个模块化的系统，根据客户的运营需要可以适用于不同的 功能：
连续无线通信
系统以高度模块化的方式实现。它采用标准无线局域网商 业部件，同时为不同区段的特殊需求进行定制。符合IEEE 802.11b 标准。 模块化的设计也反映了对可维护性、可升级和本地内容的高度 要求。 无线子系统包括： 一组轨旁无线单元（WLAN接入点和天线）提供完全的、连 续的线路覆盖。它们通过以太网交换机与ATS总线相连； 一组两个车载无线单元安装在每列车的两头。一列车上的 无线单元通过ATP/ATO车载设备之间的串行线相互连接。
计轴系统：轨道空闲检测单元。计轴单元和SICAS ECC计算 机一起放在信号室内。计轴单元和室外计轴传感器的最大距 离为6.5 km（经过特殊排列后可延长至21 km）。
15
各部分说明
TRAINGUARD MT WCU_ATP：具备ATP轨旁功能的主机。用于追踪
列车运行和根据移动闭塞原理形成移动授权。根据线路上的列 车数量有可能会用到几个WCU_ATP计算机。每个WCU_ATP控制一 部分线路。一列车注册于一个WCU_ATP。列车从一个WCU_ATP的 控制区进入另一个控制区将由移交程序处理。 VICOS S&D：维修计算机，保存所有故障信息细节。 FEP：车站前端处理器，连接VICOS。 COM服务器：用于无线子系统。 轨旁电子单元：与信号机相连，向应答器发送报文。 车载无线单元：建立轨旁和车上的无线通信。
SICAS联锁系统
采用模块化的结构，可以根据线路条件灵活配置。 采用3取2或2乘2取2配置的故障-安全计算机。无切换时间的真 正热备。 工作站、联锁计算机和电子接口模块以及相应的信号现场元件 如转辙机、信号机和轨道空闲检测装置组成SICAS联锁系统的主 要元件。 联锁计算机（IC）计算当前的联锁功能，例如排列进路、进路 锁闭和监督。电子接口模块（EIM）直接控制和监督室外设备。
17
系统功能-ATS子功能
ATS功能提供了自动及人工控制铁路运行的手段，并向 调度员及外部系统提供信息。ATS功能的主要子功能如下：
列车监督和追踪（TMT）功能；
自动排进路（ARS）功能； 列车自动调整（ATR）功能； 时刻表功能； 控制中心人机界面（HMI）功能；
车站操作员人机界面（HMI）功能；
连续式通信：无线技术实现轨旁和列车间的连续通信； 点式通信：不依赖于连续通信通道, 可以采用基于应答器的 点式通信通道从轨旁向车上传输数据； 移动闭塞运行：配合连续通信通道，列车根据移动闭塞原理 分隔，在ATP/ATO控制下实现最小行车间隔； 固定闭塞运行：配合点式通信通道，列车根据固定闭塞原理 分隔，并受ATP/ATO控制。固定闭塞运行可以作为移动闭塞运 行的后备模式； 8
牵引力推力控制
门控制 门释放
列车系统
13
各部分说明
时刻表计算机：用于创建最优化的无冲突时刻表，它包括列
车自动调整和列车运行所需的所有相关数据。
VICOS运行控制中心（OCC）：整条线路的运行控制中心。 VICOS本地工作站（LOW）：用于车站控制的本地操作员工作 站，具备降级功能。每个联锁控制区域的VICOS OC 101分别 位于联锁主站的控制室内（SICAS SIMIS PC也位于其中）和 部分有岔站。本地列车排路计算机提供了站级自动进路排列 功能（ARS），列车监控和追踪功能（TMT）。当其中一个联 锁区域的车站操作员工作站 （LOW） 发生故障时，另外一个 LOW会接替它进行监控。
TRAINGUARD® MT ATP/ATO系统
混合的列车类型：TRAINGUARD MT能够处理具有不同特性的各 种类型的列车，如不同编组的列车、不同的加速和减速参数、 不同的列车长度。列车将会依照他们各自的特性最佳地驾驶； TRAINGUARD MT系统在驾驶室连续的显示当前的驾驶指令（机 车信号）并且连续的监督车速。TRAINGUARD MT使用移动闭塞 原理分隔列车。TRAINGUARD MT的功能用保护区段来保障列车 之间安全间隔，使行车间隔大大减小了。 使用TRAINGUARD MT系统可以提高线路的利用率。与联锁的固 定闭塞信号系统（基于轨道区段的间隔）相比，它可以实现更 短的行车间隔。该系统的特点是在提供安全性的同时具有高可 靠性。TRAINGUARD MT满足快速轨道交通系统对安全性、可靠 性、可用性、容量、模块化和灵活性的所有要求。 10
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信号系统组成-1
时刻表计算机 VICOS 运行控制 中心 交通操作员
ATS 总线 / 以太网
VICOS 本地工作站 （LOW）
SICAS SIMIS PC 2乘2取2
TRAINGUARD MT WCU_ ATP 3取2
VICOS S &D
FEP
通信服务器
SICAS ECC 3取2
计轴系统
车站接 口箱
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各部分说明-4
车载ATP：速度监督。
车载ATO：列车自动驾驶系统。 车载OPG：里程脉冲发生器，通过计算车轮旋转来测量速度 和距离。 车载雷达：根据多普勒效应测量速度和距离。 车载应答器天线：从轨旁应答器读取报文。
车载HMI：给司机显示信息。
各主要子系统间的通信连接是由通信总线提供的。VICOS、 SICAS和TRAINGUARD MT间通过ATS总线通信。这个总线也用 于SICAS ECC联锁计算机间的内部通信。 SICAS SIMIS PC 与沿线分布的SICAS ECC之间的内部通信使用联锁总线。
报告、报警与归档功能
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系统功能-ATP和ATO子功能
ATP/ATO功能在联锁功能确立的约束下，依照ATS功能建 立的要求负责列车安全运行。 ATP/ATO系统的子功能如下： ATP轨旁功能负责列车分隔、列车追踪、并生成与ATS功 能、联锁功能和ATP/ATO车载功能进行故障-安全通信的
报文；
列车自动控制系统ATC（1）
1
主要内容
以西门子公司最先进的CBTC系统为例介绍。 西门子先进信号和控制系统主要包括：Trainguard®MT (ATP/ATO)、VICOS® OC501和VICOS® OC101列车自动监督 系统、SICAS微机联锁系统等。 西门子近年来在同类项目中积累了丰富的项目经验 。 Trainguard®MT在中国的应用包括南京地铁2号线，广州 地铁4、5号线以及北京地铁10号线和奥运支线项目等。
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各层主要功能
集中控制层：主要指ATS系统设立的控制中心。VICOS OC 501 实现线路集中控制和备用功能。在车站级，VICOS OC 101系统 为车站控制和后备模式的功能提供车站操作员工作站（LOW） 和列车排路计算机（TRC）。
轨旁层：沿着线路分布，它由SICAS微机联锁、TRAINGUARD MT 系统、信号部件、计轴和应答器等组成，它们共同执行所有的 联锁和轨旁ATP功能。 通信层：在轨旁和车载设备之间提供连续式和/或点式通信。 车载层：包括TRAINGUARD MT的车载ATP和ATO功能，连续式和/ 或点式通信功能。
2
系统总体结构
中央
列车自动监控
轨旁
T R A IN G U A R D M T
联锁
轨道 空闲 检测
通信
无 线 , 环 线 ,应 答 器
T R A IN G U A R D M T
T R A IN G U A R D M T
T R A IN G U A R D M T 无装备列车
车载 M TO STO
SCO
3
各部分关系
TRAINGUARD® MT ATP/ATO系统为连续式移动闭塞列车控制系统， 包括点式ATP后备级别。 VICOS® OC501和VICOS® OC101为具备集中和本地操作能力的列
车自动监控（ATS）系统。
SICAS®为故障－安全、高可用性的微机联锁。 SICAS/ TRAINGUARD MT/ VICOS这三个子系统被分到四个层级， 以便分级实现指定的功能。 这四个层次分别为：集中控制层、轨旁层、通信层、车载层。
通信功能负责发送和接收气隙信号，信号中包含由无线 传输的、ATP/Байду номын сангаасTO车载设备需要的报文和其它数据； ATP/ATO车载功能负责列车的安全运行、自动驾驶、和提 供信号系统和司机间的显示界面。
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系统功能-联锁子功能
联锁功能在始终坚持安全准则的前提下，管理进路、道 岔和轨旁信号机的控制，以响应来自ATS功能的命令。同时， 联锁将进路、轨道区段、道岔和信号机的状态信息提供给ATS 和ATP轨旁系统。联锁功能由沿着线路分布的设备来执行。联 锁系统子功能如下：
轨道区段处理（TCP）功能处理列车检测功能的输出信息，完 善列车检测信息的完整性；
进路控制（RC）功能排列、锁闭和解锁进路；
道岔控制（PC）功能解锁、转换和锁闭道岔；
信号控制（SC）功能决定轨旁信号机的显示，及向ATP功能发 出许可，准许其发出进入某一进路的移动授权。
20
系统功能-列车检测功能
14
各部分说明
SICAS SIMIS PC：用于进路排列和解锁的主机，具备联锁逻 辑（根据运行原理）。根据线路长度的不同，有可能使用几 个SICAS SIMIS PC单元。 SICAS ECC：用于控制分散型现场元件（道岔，信号，屏蔽 门和物理电子接口）的计算机。多个SICAS ECC计算机通过 ATC现场总线Profibus建立通讯。SICAS ECC单元的位置取决 于室外现场元件和信号室之间的电缆长度。
TRAINGUARD® MT ATP/ATO系统
混合运输：装备和未装备ATP/ATO的列车可在同一线路运行；
混合模式：由司机人工驾驶的列车可以与 ATO 自动驾驶的列 车混跑；
可升级性：系统可以容易地从基本的运行模式（点式、固定 闭塞）升级到高性能的模式（连续式通信、移动闭塞），直 到无人驾驶的运行模式； 适度降级：出现故障时，不同的运行等级可以使用一个比较 低的等级作为后备级,例如：ATP/ATO移动闭塞/连续通信 ATP/ATO固定闭塞/点式通信 使用色灯信号机的联锁级； 可扩展性：一条装备TRAINGUARD MT的线路能容易地扩展，增 加车站和列车；
接入点
轨旁连接盒
PIIS
a
b c
=
d e
12
信号系统组成-2
b a
PSD , EMP, 防淹门
B 1 = 固定数据应答器 B 2 = 可变数据应答器 道岔转辙 机
c
d e
轨旁设备
LEU
B2 B1
轨道
空气间隙
司机
车载设备
雷达天线
OPG
雷达
应答器天线
COM ( 无线)
车辆总线
ATP
ATO
HMI
紧急制动 常用制动
列车检测功能通过计轴器来实现，并以每个轨道区段是否 “空闲”、“占用”的形式给出列车的位置信息。
TVDS 轮轴检测设备 ZP 43 (双轮轴检测器 和 TCB，包括电缆 ) 轮轴检测设备 ZP43 （双轮轴检测器 和 TCB，包括电缆）
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系统运行方式
在正常运营过程中，整条线路控制由运行控制中心来执行。 OCC使用的VICOS OC501系统的规模可以根据被监督/控制的系 统的容量来调整。即使是在控制中心离线的条件下，线路仍能 够在备用控制中心和各个分散的车站控制台进行监控。位于车 站控制台的VICOS OC101监督各自的本地联锁区域。 自动操作功能在集中控制层和车站级控制层实现。运行控制权 的 交 接 可 以 通 过 车 站 值 班 员 或 OCC 操 作 员 的 指 令 实 现 。 TRAINGUARD MT列车自动防护和列车自动驾驶（ATP/ATO）系统 保证列车的安全和连续监督。 系统设计能实现最佳行车间隔。正线区间线路、车站正线、折 返线、存车线和车辆段试车线装设列车定位设备、ATP/ATO室 内外设备及车－地双向通信设备。 6
正常条件下，列车分隔和轨道空闲信息由ATP子系统与SICAS共 同监督。如果是后备模式运营，在ATP故障的情况下，联锁将使 用基于计轴的轨道空闲检测系统进行进路排列的安全处理。
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TRAINGUARD® MT ATP/ATO系统
TRAINGUARD MT是信号系统中提供列车自动防护（ATP）和 列车自动驾驶（ATO）功能的子系统。 TRAINGUARD MT系统是 一个模块化的系统，根据客户的运营需要可以适用于不同的 功能：
连续无线通信
系统以高度模块化的方式实现。它采用标准无线局域网商 业部件，同时为不同区段的特殊需求进行定制。符合IEEE 802.11b 标准。 模块化的设计也反映了对可维护性、可升级和本地内容的高度 要求。 无线子系统包括： 一组轨旁无线单元（WLAN接入点和天线）提供完全的、连 续的线路覆盖。它们通过以太网交换机与ATS总线相连； 一组两个车载无线单元安装在每列车的两头。一列车上的 无线单元通过ATP/ATO车载设备之间的串行线相互连接。
计轴系统：轨道空闲检测单元。计轴单元和SICAS ECC计算 机一起放在信号室内。计轴单元和室外计轴传感器的最大距 离为6.5 km（经过特殊排列后可延长至21 km）。
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各部分说明
TRAINGUARD MT WCU_ATP：具备ATP轨旁功能的主机。用于追踪
列车运行和根据移动闭塞原理形成移动授权。根据线路上的列 车数量有可能会用到几个WCU_ATP计算机。每个WCU_ATP控制一 部分线路。一列车注册于一个WCU_ATP。列车从一个WCU_ATP的 控制区进入另一个控制区将由移交程序处理。 VICOS S&D：维修计算机，保存所有故障信息细节。 FEP：车站前端处理器，连接VICOS。 COM服务器：用于无线子系统。 轨旁电子单元：与信号机相连，向应答器发送报文。 车载无线单元：建立轨旁和车上的无线通信。
SICAS联锁系统
采用模块化的结构，可以根据线路条件灵活配置。 采用3取2或2乘2取2配置的故障-安全计算机。无切换时间的真 正热备。 工作站、联锁计算机和电子接口模块以及相应的信号现场元件 如转辙机、信号机和轨道空闲检测装置组成SICAS联锁系统的主 要元件。 联锁计算机（IC）计算当前的联锁功能，例如排列进路、进路 锁闭和监督。电子接口模块（EIM）直接控制和监督室外设备。
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系统功能-ATS子功能
ATS功能提供了自动及人工控制铁路运行的手段，并向 调度员及外部系统提供信息。ATS功能的主要子功能如下：
列车监督和追踪（TMT）功能；
自动排进路（ARS）功能； 列车自动调整（ATR）功能； 时刻表功能； 控制中心人机界面（HMI）功能；
车站操作员人机界面（HMI）功能；
连续式通信：无线技术实现轨旁和列车间的连续通信； 点式通信：不依赖于连续通信通道, 可以采用基于应答器的 点式通信通道从轨旁向车上传输数据； 移动闭塞运行：配合连续通信通道，列车根据移动闭塞原理 分隔，在ATP/ATO控制下实现最小行车间隔； 固定闭塞运行：配合点式通信通道，列车根据固定闭塞原理 分隔，并受ATP/ATO控制。固定闭塞运行可以作为移动闭塞运 行的后备模式； 8
牵引力推力控制
门控制 门释放
列车系统
13
各部分说明
时刻表计算机：用于创建最优化的无冲突时刻表，它包括列
车自动调整和列车运行所需的所有相关数据。
VICOS运行控制中心（OCC）：整条线路的运行控制中心。 VICOS本地工作站（LOW）：用于车站控制的本地操作员工作 站，具备降级功能。每个联锁控制区域的VICOS OC 101分别 位于联锁主站的控制室内（SICAS SIMIS PC也位于其中）和 部分有岔站。本地列车排路计算机提供了站级自动进路排列 功能（ARS），列车监控和追踪功能（TMT）。当其中一个联 锁区域的车站操作员工作站 （LOW） 发生故障时，另外一个 LOW会接替它进行监控。