地铁通信与信号列车自动防护系统

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(2)状态显示单元 状态显示单元是车载系统与列车驾驶人 员之间的人机界面，可以显示列 车当前运行速度、列车到达 某点的目标速度、列车到达某点的走行距离、列车的驾驶模 式和有关设备的运行状况等与行车直接相关的信息；还设置 有一些按钮，用于驾驶员操作，控制列车运行。在下面详细 介绍状态显示单元各个表示单元和按钮。
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图8—1 列车驾驶室牵引制动 手柄和紧急制动按钮
驾驶室
驾驶室内景
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(2)列车常用制动和紧急制动 列车常用制动就是列车在正 常行驶过程中，由列车的制动系统施加给列车的制动。
列车紧急制动就是列车在 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。列车紧急制动的响 应时间比列车常用制动的响应 时间要短；一旦对列车施加了 紧急制动，只能通过特殊处理 才能将紧急制动从列车上解除 。
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三、列车自动防护系统车载设备组成
列车自动防护系统所包含的设备分别安装在列车上和地面上 。安装在列车上的设备，简称为车载设备；安装在地面的设备 简称为地面设备。
1、车载设备主要组成 列车自动防护系统的车载设备主要包括有车载主机、驾驶员 状态显示单元、速度传感器、列车地面信号接收器、列车接口 电路、电源和辅助设备等，如图8．6所示。下面分别介绍有关 设备的情况。
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2．列车自动防护系统基本原理
列车自动防护系统控制列车运行速度有两种基本方式：点式
叠加方式和速度距离模式曲线方式。
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(1)点式叠加方式 列车自动防护系统以点式叠加方式控制列
车运行速度，其速度距离曲线呈阶梯状，称为阶梯曲线，如图8
．4所示。
图中横坐标表示距离值，纵坐标表示列车
运行速度值。
图8—6车载主要设备
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(1)车载主机 列车自动 防护系统的车载主机由 各种印刷电路板、输人 ／输出接口板、安全继 电器和电源等设备组成 。这些设备分层放在机 柜中，各板利用机柜上 的总线进行通信。
列车定位：
测速电机（TACHO） 多普勒雷达（Doppler Radar） 绝对位置信标（APR）。
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3．防止列车相撞
城市轨道交通中，在某条线路上，往往会有很多列车同时运
营作业，列车自动防护系统可以防止列车相撞，为这些平行作
业的实施提供了安全保障，它有效提高了城市轨道交通线
路的利用效率，增强了城市轨道交通的运营能力。列车自动防
护系统可以防止列车相撞包括以下内容：
1)防止运营列车撞上前面的 列车；
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(2)速度距离模式曲线 列车受到制动力的作用，使列车减速 运行，速度一距离图形曲线形状是连续平滑的曲线，这种列车 速度控制方式称为速度距离模式曲线方式，如图8-5所示。
图中横坐标表示距离值，纵坐标表示列车运行速度值。
图8—5速度距离模式曲线
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图8—5速度距离模式曲线
图8．5中，列车自动防护系统根据运营计划，使列车从O 点减速运行到D1点。列车自动防护系统根据各种数据，计算 出列车从O点运行到前方D2点的区段内，各处所需的运行速 度，并向列车的牵引和制动系统发出指令，控制列车按照速 度距离模式曲线所绘制的速度值平滑稳定地从在0点减速运行 到前方D2点。
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(3)防止运营列车超过道岔弯轨限制速度超速运行 城市轨 道交通中，线路上设有道岔，在列车通过道岔弯轨时，不能 超过道岔弯轨限制速度超速运行。
(4)防止运营列车超过限速区段超速限速城市轨道交通中， 线路上有故障或作业需 要运营列车限速行驶，列车应按运营规定运行。
(5)防止运营列车超过临时限速城市轨道交通中，线路上有 临时作业，需要运营列车限速行驶，列车应按运营规定运行 。
图8—4阶梯曲线
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图8—4阶梯曲线
列车运行在O～D1区段，允许运行的最高速度为S1；在D1 ～D2区段，允许运行的最高速度为S2；在D2～ D2区段，允许 运行的最高速度为S3。
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在每个区段，如果列车运行速度超过了在该运行区段所对 应的最大速度值，列车自动防护系统会向列车的制动系统发出 常用制动命令，列车的制动系统对列车施加制动力，使列车 运行速度在系统所设定的时间内，降到允许的运行速度范围内 ，以保证列车安全运行；如果列车运行速度持续超过该运行区 段所对应的最大速度值，在持续的时间超过系统设定的时间 后，列车自动防护系统将对列车实施紧急制动，强制列车停车 ，以防止意外事故的发生。
列车司机显示屏（人机界面）
显示屏
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(3)速度传感器 信号系统通常在列 车上装有一个或多个速度传感器， 安装在列车的车轴上，用于计算列 车的运行速度和列车运行距离及列 车运行方向的判定。列车的运行速 度，还可以用雷达进行测定，但速 度传感器技术成熟，测速精度高， 安装使用简单方便，因此被广泛使 用。
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5．列车车门控制 城市轨道交通中， 列车左右两侧都有车 门，列车停靠站台后 ，列车自动防护系统 会控制列车开启靠近 站台的车门，保证乘 客安全上下车。
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6．空转、打滑防护 列车在线路上正常运行时，列车车轮在钢轨上滚动运行， 因某种原因，列车车轮会发生空转，或列车车轮在线路上滑 动运行，这种情况一方面会对车辆的车轮造成损伤，另一方 面会危及列车行车安全。列车自动防护系统会实时检测列车 空转和打滑情况，并及时采取措施，控制列车运营状态。 7．防止列车发生溜车 列车如果在线路的坡道处停车或在站台处停车，列车自动 防护系统会给列车施加一定的制动力，保证列车不会发生溜 车现象，防止发生安全事故。 列车自动防护系统除了以上的重要功能外，根据城市轨道 交通信号系统的配置情况和复杂程度，还可以有一些其他功 能，如控制列车的运行方向，提供驾驶员操作接口界面等。
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图8—4阶梯曲线
阶梯曲线控制速度的方式所需要的硬件结构简单，容易实现。 在图8-4中列车以不超过S1速度值运行，运行速度从S1变为S2时 ，使得列车的运行速度发生突变，这时强烈的减速会给列车上的 乘客一种冲击，容易产生不适感。速度变化越大，冲击感越强， 不利于旅客乘车的舒适度。
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速度距离模式控制速度的方式，需要比较复杂的软件和硬 件支持，系统调试过程比较复杂。列车平滑减速运行，运行速 度没有发生突变，列车运行速度控制稳定，可以有效提高列 车乘客的舒适度。
防止列车超速运行是列车自动防护系统最重要的功能，也 是城轨信号系统保障列车运行安全的核心。列车自动防护系统 对列车速度的有效控制，保持列车速度运行不超过所允许的 速度范围，能有效降低列车驾驶员的劳动强度，提高作业效率 ，避免人工操作带来的安全隐患．保障列车安全运行。
列车自动防护系统，其英文名称为“Train Automatic Protect System”，简称为ATP系统。
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1．列车运行的几个基本概念
在介绍列车自动防护系统如何控制列车运行速度时，需 要简单了解列车如何起动和停车，以及列车常用制动和列车 紧急制动的基本概念。
(1)列车起动和停车 列车在人工驾驶时，列车驾驶员操作 驾驶手柄，通过列车的牵引系统施加牵引力使列车向前加速行 驶，或通过列车的制动系统施加制动力使列车减速行驶。列车 驾驶手柄平常放中间位置，将驾驶手柄从中间位置向前推时， 列车向前加速行驶，越往前推施加的牵引力越大；将驾驶手柄 从中间位置向后推时，列车减速行驶，越往后推施加的制动力 越大，这时列车在制动力的作用下减速运行，如图8一l所示。
在上图模式曲线的每点，都对应有一个速度值，如果列 车运行速度超过了在该点所对应的速度值，列车自动防护系 统实时向列车的制动系统发出常用制动命令，对列车施加制 动力，使列车运行速度降到模式曲线的下方，保证列车以允 许的速度运行，确保列车安全运行；如果列车运行速度持续 超过模式曲线所规定的速度值，运行在模式曲线的上方，若 所持续的时间超过系统设定的时间，列车自动防护系统将对 列车实施紧急制动，强制列车停车，以防止意外事故的发生 。
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二、列车自动防护系统主要功能
列车自动防护系统不仅能控制列车运行速度，还有其他许多 重要功能，它们是列车安全稳定运行的可靠保障。
列车自动防护系统主要功能包括有： 1．防止运营列车超速运行 运营列车在线路上运行有多种速度限制，列车运行速度不能 超出速度限制值。 (1)防止运营列车超过线路限制速度超速运行 城市轨道交通 中，线路在曲线段或坡道处，往往有速度限制，运营列车不能 超过线路限速运行，否则容易出现列车脱轨或颠覆事件。 (2)防止运营列车超过列车允许最高速度超速运行 车辆的自 身构造决定了车辆所能运行的最大速度，超过这个速度值，列 车可能会出现故障，危及车辆和行车安全。
2)防止运营列车进入未开通 的进路；
3)防止运营列车冲出尽头线 ；
4)防止运营列车进入封锁区 段；
5)防止运营列车进入发生故 障的进路等。
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4．车辆安全停靠站台 城市轨道交通中，列车停靠站台时，需要列车完全停稳
不动，确保乘客安全上下车。列车自动防护系统会检测列车 的速度和列车所处的位置，保证列车在站台区域内安全停靠 。
(6)防止运营列车超过其他限速 城市轨道交通中，运营作 业需要任何限速的地方，列车应按运营规定运行。
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2．接收和处理来自地面的信息 列车运行在轨道上，地面轨道电路或地面的其他设备，将 列车运行所需的信息发送出去，安装在列车车体上的列车自动 防护系统设备会实时接收这些信息，并对这些信息进行实 时分析和处理，以及时对列车的运行状态和运行速度进行控制 。通常这些信息中包含有列车允许运行的最大速度值、线路位 置等。
图8—4中列车受到制动力的作用，减速运
行。列车从某点O处以不超过S1的速度值运行 ，在运行到D1点时，对列车施加一定的制动 力，使列车允许运行的最大速度值从S1速度 值降为S2速度值；列车从D1点运行到D2点处 ，在这一区间，列车运行的最大允许速度值
为S2;在S2点，再次对列车施加制动力，使列 车减速运行。
列车自动防护系统在每列车上 都装有速度传感器，速度传感器 安装在列车的车轴上，如图8．2 所示，对列车的运行速度 进行实时测定，并把速度值传送 给列车自动防护系统主机，由列 车自动防护系统主机对速度进行 分析和处理。
图8—2速度传感器
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(4)列车自动防护系统与 列车之间的接口 列车自动 防护系统主机是列车自动防 护系统的核心控制部分，列 车自动防护系统主机与列车 自身的牵引系统和制动系统 由专门的接口电路连接，
图8—3列车自动防护系统与列车之间的接口关系
如图8．3所示。列车自动防护系统主机实时接收从地面信号传来 的信号，通过实时分析和计算，实时向列车的牵引系统或制动系 统发出控制指令，列车的牵引系统或制动系统在接收到控制指令 后，对列车施加牵引力或制动力，以控制列车的运行速度，使列 车在允许速度的范围内运行。列车自动防护系统主机安装在驾驶 室内。
地铁通信与信号列车自动防 护系统
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[理论内容] 一、列车自动防护系统基本原理
城市轨道交通的信号控制系统中，列车自动防护系统是信号 控制系统非常重要的组成部分，它为列车行驶提供安全保障， 有效降低列车驾驶员的劳动强度，提高行车作业效率。如 果没有列车自动防护系统，列车的行车安全需要由列车驾驶员 人工来保障，这样会造成列车驾驶员过度疲劳，产生安全隐患 ，对行车作业效率也会带来负面影响。因此在城市轨道交通 中，尤其是在运营作业繁忙的线路上，信号控制系统中设置列 车自动防护系统是非常必要的，它是行车作业的安全保障和体 现。
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(3)速度限制 城市轨道交通中，列车在轨道线路上行驶时， 受轨道线路弯道、坡道、列车自身构造以及运营需求等因素的影 响，列车只能在规定的速度范围内运行，如果列车运行速度比规 定的最大速度值高，则会危及到列车的行车安全，导致列车相撞 、出轨或颠覆等事故的发生。为确保列车行车安全，列车必须在 所规定的速度范围内运行，以防止安全事故的发生。