第四章 导学

第四章 列车自动控制系统 要求：了解列车自动控制系统ATC的历史沿革；掌握列车自动控制系统ATC的组成、功能、分类和选用原则，并做到能使ATC的类型与城市轨道交通的运输需求相一致；掌握列车自动控制系统ATC的控制模式。 重点：掌握列车自动控制系统ATC的组成、功能、分类和选用原则，并做到能使ATC的类型与城市轨道交通的运输需求相一致。 难点：掌握列车自动控制系统ATC的控制模式。 本章通过简单介绍ATC系统的历史沿革、组成和功能，对ATC系统的分类和控制模式进行了较为详细的讲述，使学生对ATC系统有一个较为深刻的认识。

第一节 ATC系统综述 一、ATC系统的历史沿革 列车自动控制系统（ATC）是将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与轨道交通信号技术融为一体的具有行车指挥、控制、管理功能的自动化系统。它是保障轨道交通行车安全、提高运输效率的核心，也是标志一个国家轨道交通技术装备现代化水准的重要组成部分。它包含：列车自动驾驶系统（ATO）、列车自动防护系统（ATP）和列车自动监控系统（ATS）。ATC系统能替代司机的部分甚至全部作用，大大地提高行车的效率和安全性，使得因人为疏忽、设备故障而产生的事故率降至最低。 城市轨道交通行车自动化的功能包括低级阶段功能和高级阶段功能。低级阶段的基本功能是由自动闭塞、自动停车、车站联锁和调度集中控制来完成的；高级阶段的基本功能则叠加了行车指挥自动化和列车运行自动化中的ATO系统以及若干自动检测设备。为了保证行车安全，在行车自动化系统中还配置列车无线调度电话，使行车调度员和驾驶员之间可以随时进行通话。 由于城市轨道交通运送的全是乘客，所以对列车运行控制系统的安全性、可靠性要求较高。列车运行控制系统构成中最基本的是人工控制信号设备，叠加自动控制信号设备，再叠加行车的全自动控制系统。这样在高级系统失灵时，低级系统仍能完成运转。此外，在自动化控制系统中都要相应增加安全可靠措施，例如在应用计算机时尽可能增加多机冗余系统。 二、ATC系统的组成和功能 1.ATC系统的组成 目前，ATC系统已经成为城市轨道交通运行控制系统中最重要的组成部分，由列车自动防护（ATP——AutomaticTrainProtection）、列车自动驾驶（ATO——AutomaticTrainOperation）和列车自动监控（ATS——AutomaticTrainSupervision）三个子系统组成，简称“3A”子系统。但在有些情况下ATS子系统可以利用调度集中（CTC——CentralizedTrafficControl）代替。各子系统之间相互支持，实现对列车的控制，保障列车行驶的安全和运输效率的提高。 ATC系统按地域分为五部分：控制中心设备、车站及轨旁设备、车辆段设备、试车线设备、车载ATC设备。 城市轨道交通列车自动运行控制系统ATC是根据列车在线路上运行的客观条件和实际情况，对列车运行的速度与控制方式等状态进行监督、控制和调整的技术装备。系统包括地面与车载两部分，地面设备生成并传递出对列车控制所需要的全部基础数据，例如列车运行的限制速度、线路信息等。车载设备通过传输媒介将地面设备传来的信号进行信息处理，形成列车速度控制数据及列车制动模式，并不断监督和控制列车安全运行。ATC系统改变了传统的信号控制方式，可以连续、实时地监督列车的运行速度，自动控制列车的制动系统，实现列车的超速防护。列车控制方式可以由人工驾驶，也可以由设备实行自动控制，使列车根据其本身条件自动调整追踪间隔，提高线路的通过能力。 ATC系统需设置行车指挥中心，沿线各车站设计为区域性联锁，其联锁设备放在控制站（一般为有岔站，有时也称集中站）。列车上安装有车载控制设备。行车指挥中心与控制站通过有线数据通信网连接，行车指挥中心与列车之间可采用无线通信进行信息交换。ATC系统直接与列车运行有关，因此ATC系统中的数据传输要求比一般通信系统的安全性、可靠性、实时性更高。 ATC系统设备分布于控制中心（OCC）、车站、轨旁及列车。 在控制中心内，设置有分布式中心计算机系统、中心数据传输系统、信息管理系统等。 中心计算机系统通过内部冗余结构进行全部数据处理和行车指挥功能，这种结构符合故障-安全原则和可靠性要求；数据传输系统可以对所辖车站及运行中的列车实现双向高速数据传递。 在中心计算机系统中存有固定的被控区域的各种数据，如：线路坡度与曲线数据以及当前线路允许速度，还应包括轨道电路状态、信号机位置及显示状态、应答器位置及工作状态等。运行中的列车的各种数据，如列车位置、列车制动效果等将通过各站分机传送到中心计算机。中心计算机根据各种数据计算出行车指挥命令，并通过数据传输设备传送到车载计算机中。这些命令如行车目标速度、到达下一个目标点的行车距离以及车载计算机应使用的速度曲线及制动曲线，并根据最大允许速度自动驾驶列车。线路设备的变化如轨道电路反应的各种状态，都是通过数据传输系统输入到控制中心的。因此，数据传输系统是轨旁设备与列车、列车与车站以及各车站间、车站与控制中心间的闭环式地——车信息交换的通道。 2.ATC系统的功能 ATC系统包括五个原理功能：ATS功能、联锁功能、列车检测功能、ATC功能和PTI（列车识别）功能。 （1）ATS功能：可自动或人工控制进路，进行行车调度指挥，并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能主要由位于OCC（控制中心）内的设备实现。 （2）联锁功能：响应来自ATS功能的命令，在随时满足安全准则的前提下，管理进路、道岔和信号的控制，将进路、轨道电路、道岔和信号的状态信息提供给ATS和ATC功能。联锁功能由分布在轨旁的设备来实现。 （3）列车检测功能：一般由轨道电路或相应的计轴装置完成。 （4）ATC功能：在联锁功能的约束下，根据ATS的要求实现对列车运行的控制。ATC功能有三个子功能：ATP/ATO轨旁功能、ATP/ATO传输功能和ATP/ATO车载功能。ATP/ATO轨旁功能负责列车间隔和报文生成；ATP/ATO传输功能负责发送感应信号，它包括报文和ATC车载设备所需的其他数据；ATP/ATO车载功能负责列车的安全运营、列车自动驾驶，且给信号系统和列车司机提供接口。 （5）PTI功能：通过多种渠道传输和接收各种数据，在特定的位置传给ATS，向ATS报告列车的识别信息、目的号码和乘务组号和列车位置数据，优化列车运行。 3.ATC系统的特点 （1）将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与轨道交通信号技术融为一体的安全控制系统； （2）能够对线路空闲/占用进行检测； （3）车载信号属于主体信号，可以直接给司机指示列车应遵循的安全运行速度； （4）具有对运行中的列车测速、定位的功能； （5）自动监控列车运行速度，有效地防止由于司机失去警惕或错误操作可能酿成超速运行、列车颠覆、冒进信号或列车追尾等事故，它是一种行车安全控制设备； （6）为满足行车安全控制需要，给司机指示安全可靠的速度指令，它通过安全可靠的大容量的地——车之间信息传输系统传输安全控制信息。

第二节 ATC系统的分类 城市轨道交通ATC，按闭塞制式可以分为固定闭塞式ATC、准移动闭塞式ATC和移动闭塞式ATC；按照通信方式可以分为点式ATC和连续式ATC。 1.固定闭塞式ATC 固定闭塞将线路划分为固定的闭塞分区，前后车的位置都是用固定的地面设备来检测；闭塞分区用轨道电路或计轴装置来划分。由于列车定位是以固定区段为单位的（系统只知道列车在哪一个区段中，而不知道在区段中的具体位置），所以固定闭塞的速度控制模式是分级的，需要向被控列车传送的信息只有速度码。 固定闭塞的闭塞长度较大，并且一个分区只能被一辆列车占用，不利于缩短行车时间间隔，除此之外，因为无法知道列车的具体位置，需要在两辆列车之间增加一个防护区段，这使得列车间的安全间隔较大，影响了线路的使用效率。 2.准移动闭塞式ATC 准移动闭塞对前后列车的定位方式是不同的，前行列车的定位仍然沿用固定闭塞方式，而后续列车的定位则采用移动的或称为连续的方式，即后续列车可以定位更加精准。为了提高后续列车的定位精度，目前各系统均在地面每隔一段距离设置1个定位标志（即轨道电路的分界点、信标或计轴器等），列车通过时提供绝对位置信息。在相邻定位标志之间，列车的相对位置由安装在列车上的轮轴测速装置连续测得。 由于准移动闭塞采用了固定和移动两种定位方式，所以其速度控制模式既有连续的特点，又有阶梯的性质。但是与“固定”性质相对应的设备，必须在工程设计和施工阶段完成设置。由于被控列车的位置是由列车自行实时（移动）测得的，所以其最大允许速度的计算最终是在车载设备上实现的。 准移动闭塞在控制列车安全间隔方面比固定闭塞更进一步，可以告知后续列车继续前行的距离，后续列车也可以通过这一距离合理地采取减速或制动，从而可以改善列车控制，缩小时间间隔，提高线路使用效率。但准移动闭塞中后续列车的最大目标制动点仍必须在先行列车占用分区的外方，因此它没有完全突破轨道电路的限制。 3.移动闭塞式ATC 移动闭塞式的特点就是前后两车均采用移动式的定位方式，即前后两辆列车均可精确定位，列车之间的安全追踪间距随着列车的运行而不断移动且变化。 ATC系统选用按下列原则选择： （1）ATC系统应采用安全、可靠、成熟、先进的技术装备，具有较高的性能价格比； （2）城市轨道交通运营线路宜采用准移动闭塞式ATC系统或移动闭塞式ATC系统，也可以采用固定闭塞式ATC系统。 因为城市轨道交通具有客流量大、行车密度高的特点，而准移动闭塞式和移动闭塞式ATC系统可以实现较大的通过能力，对于客运量变化具有较强的适应性，可以提高线路利用率，具有高效运行、节能等作用，并且控制模式与列车运行特性相近，能较好地适应不同列车的技术状态，其技术水平较高，具有较大的发展前景。虽然固定闭塞式ATC系统技术水平相对较低，但由于可满足2min行车间隔的行车要求，且价格相对低廉，因此也宜选用。根据实际情况，因地制宜选择三种不同制式的ATC系统是完全必要的。 按照通信方式可以分为点式ATC和连续式ATC。