其他各类列车自动控制系统认知
模块8 列车网络控制系统认知《城市轨道交通电客车电气控制系统》教学课件
司机显示单元
二、列车网络控制系统的通信总线
1. MVB总线
MVB是多功能车辆总线的简称，属于现场总线，也 是工业控制的一种。城市轨道交通车辆通信网络分为两 级：列车控制级、车辆控制级。
MVB主要作为车辆级的通信总线。该总线使用双绞 线介质，将车辆上各个重要设备与车辆主机连接，如牵 引控制单元、辅助控制单元、制动电子控制单元等都通 过MVB总线与车辆控制单元进行通信传输控制、监测信 号等。
பைடு நூலகம்
DDU RIOM
司机显示单元 远程输入输出单
元
EVR ACE
PCE
事件记录器 辅助控制电子
牵引控制电子
ATC PIS LCD RIO
列车自动控制 乘客信息系统 液晶显示屏 输入输出阀
EDCU VAC GTW Smart
电子门控单元 空调通风 网关阀 智能阀
拓扑图中涉及的部件有MPU、DDU、ACE、PCE、RIOM、GTW、Smart、EDCU、PIS、VAC、EVR、ATC等。
城市轨道交通 电客车电气控制系统
✩精品课件合集
模第块X章8 列X车XX网X络控制系统认知
目录
任务一
列车网络控制 系统硬件、通 信总线认知
任务二
列车网络控制 系统拓扑结构
认知
列车网络控制系
01 统硬件、通信总 线认知
列车网络控制系统利用通信网络实现对车载设备的控制、 监控及故障诊断。它由微机单元利用相应总线通信来实现。 列车网络控制系统主要部件有车辆控制单元、网关、微处 理器单元、输入/输出模块、司机显示单元、冗余中继器等。
MPU TCMS的主处理单元，通过MVB总线与各子系统控制单元通信，完成对各子系统的控制、 监测和故障诊断等功能。
第04章 列车自动控制(ATC)系统
信号与通信概论 第 4 章 列 车 自 动 控 制 系 统
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列车自动控制( ATC)系统是城市轨 道交通信号系统最重要的组成部分，它 通过实现行车指挥和列车运行自动化， 能最大限度地保证列车运行安全，提高 运输效率，减轻运营人员的劳动强度， 从而充分发挥城市轨道交通的通过能力。
信号与通信概论 第 4 章 列 车 自 动 控 制 系 统
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区间闭塞制度的发展经历了人工闭塞、半自动闭塞、自动闭 塞和移动闭塞四个阶段。 1)人工闭塞 人工闭塞包括电话或电报闭塞、电气路签（牌）闭塞。 ①电话或电报闭塞：区间两端车站值班员用电话保区间只有一辆列车运行。 ②电气路签（牌）闭塞：只在单线铁路早期使用，以路签或路 牌作为列车占用区间凭证的行车闭塞法。区间两端车站装设同一 型闭塞机各一台（称为一组），彼此有电气锁闭关系。当一组闭 塞机中存放路签（牌）总数为偶数时，经双方协同操怍，发车站 可取出一枚路签（牌），递交司机作为行车凭证。在列车到达前， 这一组闭塞机中不能再取出第二枚路签（牌），确保区间只有一 辆列车运行。
信号与通信概论 第 4 章 列 车 自 动 控 制 系 统
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3．移动闭塞式ATC系统 移动闭塞的特点是前后两列车均采用移动式的定位 方式，即前后两辆列车均可精准定位。与固定闭塞的 根本区别在于闭塞分区的形成方法不同，闭塞分区之 间没有固定的地面间隔点，移动闭塞的分区是随着列 车的移动而形成的，列车运行中与前方列车的安全间 隔距离（即后方列车的最大制动距离）点，也就是允 许下一辆列车行至的位置，即是移动闭塞分区的间隔 点，它是随着列车的移动而变化的，如图4-4所示。
12
传统ATP采用固定闭塞，通过轨道电路判别闭塞分区占用情况， 并传输信息码，需要大量的轨旁设备，维护工作量较大。 此外，传统方式还存在以下缺点。 ①轨道电路工作稳定性易受环境影响，如道床阻抗变化、牵引 电流干扰等。 ②轨道电路传输信息量小。在传统方式下增加信息量，只能通 过提高信息传输的频率实现。但是如果传输频率过高，钢轨的集 肤效应会导致信号的衰耗增大，从而导致传输距离缩短。 ③利用轨道电路难以实现车对地的信息传输。 ④固定闭塞的闭塞分区长度是按最长列车、满负载、最高速度、 最不利制动率等不利条件设计的，分区较长，且一个分区只能被 一列车占用，不利于缩短列车运行间隔。 ⑤固定闭塞系统无法知道列车在分区内的具体位置，因此列车 制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充分保证安全，在滞 后速度控制模式下，需要在两列车间增加一个“防护区段”，但 这将使得列车间的安全间隔较大，影响线路的使用效率。
列车运行自动控制系统—CBTC系统
2. 区域控制器 ZC
ZC接收其控制范围内列车车载设备无线传输的所有列车位置 信息；根据联锁系统报告的信号设备状态信息及所辖区域内轨道 障碍物的位置，为向所辖区域内后续的所有列车计算各自的移动 授权。 ZC同时对线路的临时限速进行管理控制。 ZC还负责对相邻ZC的移动授权请求做出响应，完成列车从一 个区域到另一个区域的交接。
列车定位过程分为两个：列车位置初始化和列车位置信息更新。
➢列车根据检测到第一个无源定位信标作为列车初始位置， 其中检测是通过信标检测列车上的天线位置实现。然后根据 第二个检测的无源定位信标确定列车的行进方向。即列车根 据检测到的两个连续无源定位信标建立列车位置和方向。 ➢列车根据测速测距功能计算出的列车位移，在列车先前建 立的位置基础上持续更新位置。 ➢列车会根据后续检测到的无源定位信标更新校准列车位置。
2. ZC切换原理
当列车正常运行到达当前 受控ZC管辖边界时，如确 认列车满足切换条件，开始 与相邻管辖区的ZC进行信 息交互，当列车越过边界后 将尝试与相邻ZC建立控制 关系，并与运行出清的ZC 解除控制关系。
ZC只能授予列车在其辖 区内活动的权限。当列车 MA延伸到地面ATP边界时， ZC会请求相邻的ZC为该列 车计算MA。
城市轨道交通信号系统ATC、ATS、ATO、ATP介绍
城市轨道交通信号系统ATC、ATS、ATO、ATP介绍城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。
城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）组成，ATC系统包括三个子系统：—列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，简称ATS）—列车自动防护子系统（Automatic Train Protection，简称ATP）—列车自动运行系统（Automatic Train Operation，简称ATO）三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，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列车自动控制系统。
一、列车自动控制系统（ATC）分类1、按闭塞布点方式：可分为固定式和移动式。
固定闭塞方式中按控制方式，又可分为速度码模式（台阶式）和目标距离码模式（曲线式）。
2、按机车信号传输方式：可分为连续式和点式。
3、按各系统设备所处地域可分为：控制中心子系统、车站及轨旁子系统、车载设备子系统、车场子系统。
二、固定闭塞ATC系统固定闭塞ATC系统是指基于传统轨道电路的自动闭塞方式，闭塞分区按线路条件经牵引计算来确定，一旦划定将固定不变。
列车以闭塞分区为最小行车间隔，ATC系统根据这一特点实现行车指挥和列车运行的自动控制。
固定闭塞ATC系统又可分为速度码模式和目标距离码模式。
1、速度码模式（台阶式）如北京地铁和上海地铁1号线分别引进的英国西屋公司和美国GRS公司的ATC 系统均属此类ATC系统，该系统属70～80年代的产品，技术成熟、造价较低，但因闭塞分区长度的设计受限于最不利线路条件和最低列车性能，不利于提高线路运输效率。
固定闭塞速度码模式ATC是基于普通音频轨道电路，轨道电路传输信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，从控制方式可分成入口控制和出口控制两种，从轨道电路类型划分可分为有绝缘和无绝缘轨道电路两种。
列车自动控制系统(ATC)总结
1.目前城规交通一般采用S型音频轨道电路（短路钢条为S型），没有“盲区”，而是有“谷区”，较安全。
2.由于集肤效应，钢轨电阻与频率关系为非线性，近似认为钢轨电阻与频率平方成正比。
疑问：什么是带调谐电路，什么是不带调谐电路？3.为了加大作用距离，采用中间馈电式或联级式音频轨道电路。
4.数字编码式音频轨道电路采用移频键控（FSK），载波为9.5—16.5kHz8种标准频率（频差为1kHz）中的一种，64Hz信号作为调制信号。
这种轨道电路可被作为车上—地面的信息传输通道，构成ATC 速度控制的基础。
电子计轴器：5.电子计轴器包括：室外（地面传感器、电缆盒、传输电缆），和室内（信号处理电路、计数处理电路）。
传感器有两种类型：增强型和减弱型。
指的是列车经过时传感器中形成增强或减弱脉冲。
第三章列车超速防护（ATP）系统1.基于轨道电路自动闭塞区间，将站间一个闭塞区间划分为若干个与列车制动距离有关的较短闭塞区间，与之匹配的是机车信号（改善瞭望条件）与自动停车装置（防止司机疏忽造成重大事故）。
2.列车超速防护系统（ATP）和列车自动驾驶系统（ATO）统称为列车速度自动控制系统。
3.ATP的五大主要功能：1）停车点防护，停车点之前有一段防护段，列车不能超越防护段起点P点，有时在P点设置列车滑行速度值5km/h，避免不必要的列车停车重新启动；2）速度监督与超速防护，固定限速（如线路参数决定的区间限速，列车结构决定的列车最大允许速度），临时限速（如线路维修时的临时设置的速度限制）；3）列车间隔控制，即移动闭塞，列车占用的轨道电路的始端为危险点，防护段为相邻轨道电路，也可大于轨道分区，目标距离是指后续车所在轨道电路的始端到停车点的距离，紧急制动曲线与列车最大减速度有关；4）测速与测距，轮轴上的测速传感器测量列车实时速度，基本定位依所在轨道电路，轨道电路内的运行距离根据车轮转数与车轮直径得知；5）车门控制，防止站外打开车门，防止打开非站台侧的车门，防止车门打开时列车启动。
列车运行控制系统的分类
1.按自动化程度分类
列车运行控制系统按自动化程度可分为ATC系统和ATP系统。ATC系统和ATP系统都可以对列车的运行速度进行实时监督，当列车超速时，自动降低列车运行速度，保证行车安全。ATC系统是比ATP系统高一级的列车运行控制系统，它可用来替代司机的部分操作。
2.按人机关系分类
列车运行控制系统按人机关系可分为司机操作优先的速度自动监督系统（人控优先）和设备优先的自动减速系统（机控优先）。人控优先是司机按照模式曲线控制列车速度，设备不干涉司机正常驾驶，只有当列车超速时，设备才会采取有效的减速措施，以确保列车运行安全。设备制动的缓解，必须得到设备允许和司机操作确认。机控优先是设备能够按照模式曲线自动控制列车减速并保证列车运行安全。设备实施常用制动后，一旦满足缓解条件将及时自动缓解。以设备制动优先的列车运行控制系统的另一优点是可以适当缩短列车运行间隔时间，保证列车按时刻表运行。
3.按控制模式分类
列车运行控制系统按控制模式可分为速度码阶梯控制方式和速度-距离模式曲线控制方式。
4.按信息传输通道分类
（1）点式列车运行自动控制系统。点式列车运行自动控制系统在欧洲的干线铁路及城市轨道交通中应用十分广泛。其主要优点是采用了高信息容量的地面应答器，结构简单，安装灵活，可靠性高，价格明显低于连续式列车运行自动控制系统。ETCS1级是典型的点式系统，列车运行速度可达250 km/h。点式列车运行自动控制系统因其主要功能是实现列车的超速防护，所以又称为点式超速防护（点式ATP）系统，它是一种采用点式传递信息，用车载计算机进行信息处理，最后达到列车超速防护目的的系统。点式ATP系统主要由3部分组成：地面应答器、轨旁电子单元（lineside electronic unit，LEU，又称信号接口）及车载设备。点式ATP系统采用无源应答器提供线路数据，采用有源应答器提供行车许可、进路信息和临时限速。采用轨道电路或计轴器进行列车完整性检测，技术成熟，设备简单，容易升级。点式ATP系统的缺点是列车在两个移动授权应答器之间接收不到行车许可信息，影响效率和行车安全。
列车自动控制系统(ATO)
轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统，由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）组成。
ATC系统共分三个子系统，分别是列车自动行车监控系统（ATS）、列车自动运行系统（ATO）、列车自动防护子系统（ATP），三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，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列车自动控制系统。
其中ATS系统由控制中心、车站、车场以及车载设备组成。
ATS系统在ATP系统的支持下完成对列车运行的自动监控，实现以下基本功能。
1.通过ATS车站设备，能够采集轨道旁及车载ATP提供的轨道占用状态、进路状态、列车运行状态以及信号设备故障等控制和监督列车运行的基础信息。
2.根据联锁表、计划运行图及列车位置，自动生成输出进路控制命令，传送至车站联锁设备，设置列车进路、控制列车停站时分。
3.列车识别跟踪、传递和显示功能。
系统能自动完成正线区段内列车识别号（服务号、目的地号、车体号）跟踪，列车识别号可由中央ATS自动生成或调度员人工设定、修改，也可由列车经车—地通信向ATS发送识别号等信息。
4.列车计划与实际运行图的比较和计算机辅助调度功能。
能根据列车运行实际的偏离情况，自动生成调整计划供调度员参考或自动调整列车停站时分，控制发车时间。
5.ATS中央故障情况下的降级处理，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，由ATS车站完成自动进路或根据列车识别号进行自动信号控制，由车站人工进行进路控制。
6.通过显示终端，能对轨道区段、道岔、信号机和在线运行列车等进行监视，能在行调工作站上给出设备故障报警及故障源提示。
在轨道交通调度指挥中心，整个大屏显示系统以ATS列车自动监控系统为主要人机界面，其全局信号显示方式经历了三个阶段。
第一阶段，传统的马赛克表盘显示方式，操作困难，显示不够灵活；第二阶段，计算机显示终端显示方式，往往因为分辨率不够导致无法完整显示整个系统；第三阶段，大屏可视化系统显示方式，可满足超大分辨率图像的高速显示。
城市轨道交通列车自动控制系统各子系统的认知
项目4 城市轨道交通列车自动控制系统
任务4.2 列车自动控制系统各子系统的认知 4.2.2 ATO系统认知
ATO系统认知
列车自动驾驶子系统（ATO）的定义
列车自动驾驶子系令实现列车的自动驾驶，能够自动完成对列车的启动、 牵引、巡航、惰行和制动的控制，确保达到设计间隔及旅行速度。
ATP系统认知
列车自动防护子系统（ATP）的功能
（5）车门/屏蔽门控制
列车车站停车位置统一规定车头停在站台端部，只有列车停在站台区， 并满足站台屏蔽门对停车精度要求的情况下或者司机按压强行开门按钮后， ATP系统才允许ATO向列车发送开车门和向站台屏蔽门控制系统发送屏蔽门 的开门命令。停站列车的车门和站台屏蔽门均已关闭后，才允许启动列车。 开左门或右门应符合站台的位置和运行方向。
项目4 城市轨道交通列车自动控制系统
任务4.2 列车自动控制系统各子系统的认知 4.2.1 ATP系统认知
ATP系统认知
列车自动防护子系统（ATP）定义
列车自动防护子系统（ATP），是ATC系统中确保列车运行安全、 缩短行车间隔、提高行车效率的重要设备，它是ATC系统的核心。
主要作用是防止列车追尾、冲突事故的发生，并控制列车的运行速 度不超过允许的最高速度。
ATS系统认知
列车自动监督子系统（ATS）的组成
⑤调度员及调度长工作站 ⑥运行图工作站 时刻表编辑工作站用于运行计划人员编制及修改列车运行运行图和时刻表。系统通过 人机对话可以实现对运行图、时刻表的编辑、修改及管理。
⑦培训/模拟工作站
可与调度员工作站具有相同的显示内容和相同的控制内容，但不参与在线列车的控制。 该工作站还能实际仿真列车在线运行及各种异常情况，实习操作员可通过此台模拟实际操 作。
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TEST6其他各类列车自动控制系统认知
6.1.2知识链接
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
4.ATP子系统
图6-4 ZC子系统结构
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
6.1.2知识链接
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
4.ATP子系统
车载ATP子系统按照安装端头不同，可以划分为 近端（本端）和远端。近端和远端设备配置完全 相同，核心控制部件独立，采用了与计算机联锁 系统相同设计理念的2乘2取2安全冗余方式，包 括速度传感器、测速雷达、应答器收发单元 （BTM）在内的外围传感器则采用了双端现场总 线网络共享方式。如图6-5所示。
系统认知
任务3 FZL系列城轨道 ATC系统认知
任务5 AnsaldoSTSCB TC系统认知
任务7 TRANAVICBTC系
统认知
任务2
任务4
*
LZB700M及 TrainGuard M
T系统认知
LCF-300型CBTC 系统认知
任务8 JeRail®CBTC 系统认知
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
6.1.2知识链接
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
4.ATP子系统
图6-5车载ATP子系统架构
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
图6-1MTC-I型CBTC系统总体架构
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6.1.2知识链接
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
2.ATS子系统
MTC-I型CBTC系统采用的FZy型ATS子系统由控制中心ATS、车站ATS、 停车场和车辆段ATS设备及相应的通信网络组成，如图6-2所示。
ATS控制中心系统环境基于标准硬件部件的系统体系结构，以IBM 小型机系列服务器、IBMPC级服务器以及图形工作站等组成，采用 AIX/Windows操作系统作为服务器和工作站的基础，通过2个冗余的 10/100M以太网LAN相互连接，并通过列车自动控制（ATC）网络和 DCS及车载设备VOBC相连。主要硬件设备包括：服务器系统、运营操 作工作站、维护工作站、网络设备。应用服务器、数据库服务器以及 接口服务器，均采用双机冗余系统，保证系统关键业务的可靠性。
6.1.2知识链接
(1)
列车自 动监控 （ATS）
(2)
计算机 联锁
（CBI）
(6)
计算机 监测维 护(CSM)
1)MTC-I型 CBTC信号 系统6个子 系统
(3)
列车自 动防护 （ATP）
(5)
数据通 信系统 （DCS）
(4)
列车自 动驾驶 （ATO）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
1.MTC-I型CBTC信号系统结构
(1)
中央控 制层。
(2) 通信层。
2)MTC-I型 CBTC信号系 统总体架构
(3) 车站层。
(4) 轨旁层。
(5) 车载层。
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
6.1.2知识链接
2)MTC-I型 CBTC信号系 统总体架构
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
1.MTC-I型CBTC信号系统结构
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
依据控制方式以及信息传输方式的不同，ATC系统结构组成和配 置方式也完全不同，在工程设计中选择何种配置，须根据行车组 织、车辆性能、车站规模、线路条件等，以安全性、可靠性为基 本原则，兼顾成熟性、经济性、合理性，以发挥最大效能为目标， 并需适当考虑先进性等。
任务1 MTC-Ⅰ型CBTC
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
6.1.2知识链接
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
2.ATS子系统
ATS车站系统分为设备集 中站和非设备集中站，其系 统环境均基于标准硬件部件 的系统体系结构，以工业级 控制机和图形工作站等组成， 采用Windows操作系统作为 工作站的基础，通过2个冗余 的10/100M以太网LAN相互连 接，并通过RS422与计算机联 锁系统相连，过ATC网络和区 域控制器系统相连。
ZC系统采用了与TYJL-III型计算机联锁系统完全相同的2乘 2取2安全计算机软、硬件平台，采用该平台的计算机联锁系 统已大量应用于全国多条线路，并已经获得独立第三方安全 认证，其安全性和可靠性已得到了实践的检验。
ZC系统主要由逻辑处理子系统、输入输出子系统、通信 子系统、电源子系统、维护终端子系统组成，如图6-4所示。
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
6.1.1 工作任务
6.1.2 知识链接
6.1.3 相关规范、规
程与标准
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
6.1.1 工作任务
认知JeRail®CBTC系统。
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
6.1.2知识链接
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
2.ATS子系统
图6-2ATS系统结构
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
6.1.2知识链接
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
3.CBI子系统
MTC-I型CBTC系统采用的TYJL-III型计算机联锁系统， 其系统结构可分为3个层次：
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
6.1.2知识链接
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
3.CBI子系统
图6-3CBI子系统架构
TEST6其他各类列车自动控制系统认知
6.1.2知识链接
任务1MTC-Ⅰ型CBTC系统认知
4.ATP子系统
MTC-I型CBTC系统的ATP子系统包括了车载ATP和地面ZC 设备。
设备集中站主要硬件设备包括：ATS 分机、驱动控制机、车站工作站等。
非设备集中站主要硬件设备包括：驱 动控制机、车站工作站等。
车辆段ATS系统的硬件设备配置与车 站ATS系统配置类似，主要区别是车辆段 ATS系统不纳入ATS系统的控制范围，只 具备监视功能。主要硬件设备包括：ATS 分机、车站工作站等。