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第十一章基于轨道电路基于轨道电路ATC ATC系统系统¾第一节：西门子第一节：西门子ATC ATC 第二节：US&S US&S ATC¾第二节：第二节：US&S ATC US&S ATC第节第一节西门子西门子ATC ATC一系统构成一、系统构成参考图11-2参考图西门子的西门子的ATC ATC系统按系统功能可划分为系统按系统功能可划分为44个层次1、操作层（中央层）2、轨旁层（车站层）3、轨道层车载层4、车载层二系统特点二、系统特点安全与效率特性的兼顾1．安全与效率特性的兼顾 ATP ATP安全系统按故障安全系统按故障——安全原则设计，采用冗余障用技术技术((车裁车裁ATP ATP为计算机为计算机22取2系统，轨旁系统，轨旁ATP ATP为为3取2计算机系统计算机系统))，ATS ATS系统采用双套冗余系统，系统采用双套冗余系统，系统可靠性和安全性高系统可靠性和安全性高。
采用多级控制方式，有控制中心控制采用多级控制方式，有控制中心控制((人工及自动人工及自动))、RTU RTU后备自动控制、车站控制后备自动控制、车站控制((人工及自动人工及自动))方式。
式。
模块化设计，故障识别及自动控制模式的自动转模块故障动制模动转换，系统可用性高，且便于维修。
以单个信号机及单个列车为基本单元的自动功能设定及取消设定及取消。
自动功能设定的多种操作方法，如控制中心或车站对单个信号机，整个联锁区或控制中心对所有站对单个信号机整个联锁区或控制中心对所有信号机自动功能的设定和取消，控制中心对单个列车或全部列车自动功能的设定及取消。
灵活、多样、简便的人工介人控制手段。
2、设计适合信号系统功能要求并满足运营管理需要及其他专业接口要求的列车识别号管理系统要及其他专业接口要求的列车识别号管理系统。
3、设计带有运营要求特征，如列车跳停、折返、回库、存车、清洗等的列车目的地号，以支持系统的自动功能和管理要求。
1、前言移动闭塞是一种区间不分割，根据连续检测先行列车位置和速度，进行列车间隔控制，确保后续列车不会与先行列车发生冲突，能够安全停车的列车安全系统。
移动闭塞的想法产生于60年代，由于当时技术条件的限制，难以变成现实。
到了80年代，计算机技术和通信技术的飞速发展，为移动闭塞系统的实现创造了条件。
近年来，各国相继投入力量研制基于通信的列车控制系统CBTC，具有代表性的主要有法国国铁的ASTREE,日本铁道综合技术研究所的CARA T系统、欧洲铁道联盟研究所的ETCS 系统和美国加拿大铁路协会的ATCS系统等。
这些系统的共同点是列车和地面间有各种类型的双向通信手段，可以在确保列车运行安全的前提下，最大限度地缩短列车运行间隔，提高线路通过能力。
2、移动闭塞原理及系统结构2.1、移动闭塞原理移动闭塞是相对于固定闭塞而言的。
固定闭塞是在区间设置固定的闭塞分区和相应的防护信号，而移动闭塞虽然也有防护列车运行安全的闭塞分区，但其闭塞区间是移动的，是随着后续列车和前方列车的实际行车速度、位置、载重量、制动能力、区间的坡度、弯道等列车参数和线路参数的变化而改变，随着列车运行而移动。
根据是否考虑先行列车的速度，移动闭塞的构成分为两种：一是考虑先行列车速度的移动闭塞系统(MB-V方式)；二是不考虑先行列车速度的移动闭塞系统(MB-V0方式)。
图1 移动闭塞条件下列车追踪控制原理2.2、移动闭塞的系统结构移动闭塞系统的具体结构有多种，但从基本组成上来说，移动闭塞ATC系统通常分为三个层次：管理层、操作层和执行层，其典型结构如下图2所示。
系统管理中心SMC位于管理层，其任务是统一指挥整个全段内列车运行。
SMC通过先进的计算机和网络技术监督着整条线路的自动操作，实现ATS的功能及其它中央调度功能。
车辆控制中心VCC位于操作层，它根据SMC的命令，按移动闭塞原理对列车运行间隔进行控制，并和车站联锁设备相联系，为列车进出站安排接发车进路。
ATC（列车自动控制系统）ATC系统列车自动控制（ATC）系统是城市轨道交通信号系统的最重要的组成部分，它实现行车指挥和列车运行自动化，能最大程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。
ATC系统的技术含量高，运用了许多当代重要的科技成果。
目前我国城轨交通的ATC系统基本上都是国外引进，有法国的阿尔斯通公司、德国西门子公司等等。
ATC系统组成ATC系统组成：包括三个子系统，建成“3A”：列车防护系统（ATP）、列车自动运行系统（ATO）、列车自动监控系统（ATS）或调度集中（CTC）。
ATC系统功能（1）ATS功能－－自动或人工控制线路，向列车调度员和外部系统提供信息。
（2）联锁功能－－响应来自ATS的命令，管理进路、道岔和信号控制。
（3）列车检测功能－－通过轨道电路完成列车数据检测。
（4）ATP/ATO功能－－受联锁约束根据ATS的要求实现列车运行控制。
ATC 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。
（5）PTI功能－－传输收集数据传送ATS，向ATS报告列车的识别信息、目的号码和乘务组号码和列车位置数据，以优化列车运行。
ATP系统系统的基本概念ATP即列车运行超速防护或列车速度监督系统。
主要功能：对列车运行进行超速防护，对与安全有关的设备实行监控，实现列车位置检测，保证列车之间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行，完成信号显示、故障报警、降级提示、列车参数和线路参数的输入、与ATS、ATO及车辆系统接口并进入信息交换。
ATP是ATC的基本环节，属于故障——安全系统，必须符合故障——安全的原则。
ATP功能（1）ATP轨旁功能负责列车安全间隔和生成报文，完成对列车安全运行授权许可的发布和报文的准备，这些报文包括安全、非安全和信号信息等。
（2）ATP传输功能负责发出报文信号，包括报文和ATP车载设备所需的其他数据。
（3）ATP车载功能负责列车安全运行、自行驾驶，并提供信号系统和司机间的接口。
![城市轨道交通通信与信号项目七ATC系统概述_[全文]](https://img.taocdn.com/s1/m/e8f786be64ce0508763231126edb6f1aff0071c6.png)
工程七 ATC系统概述[知识要点]11></a>．把握ATC系统在城市轨道交通信号系统中的作用。
2．把握ATC系统的组成及全然功能。
3．把握ATC系统与其他系统的接口。
[理论内容]一、ATC系统的作用列车自动操纵系统简称为ATC系统(Automatic Train Control system)。
城市轨道交通的运营线路封锁，它的要紧作业是输送旅客，运营线路不长，站与站之间的距离较短，列车以中低速行驶，这些特点为线路上的列车进展平安高效运营提供了有利条件。
因此在城市轨道交通中，ATC系统的作用是保障列车行车平安和提高运营效率。
列车自动操纵系统1．保障行车平安列车行车平安是由列车自动操纵系统中的列车自动防护系统，即ATP系统来完成。
ATP系统与列车的牵引制动系统一道操纵列车运行速度，避免列车超速行驶。
设备在故障情形下遵循故障导向平安原那么，确保运营平安。
列车自动防护〔ATP〕系统—TBS100型车载设备列车自动防护〔ATP〕系统—FS-2500型轨道电路列车自动防护位置检测〔ATPTD〕地面系统北京首都机场线将建国内第一条无人驾驶地铁2．提高运营效率列车自动操纵系统能实现列车自动驾驶，列车依照运营方案自动完成运营作业，能够有效减少列车驾驶员、调度和车站人员的工作强度，确保列车正点运营，有效提高运营作业效率。
我国首套列车自动操纵系统二、ATC系统组成1．按设备功能划分ATC系统从功能分要紧包括三个子系统。
1)列车自动防护子系统(Automatic Train Protection，简称ATP)，要紧作用是避免列车追尾、冲突事故的发生，并操纵列车的运行速度不超过许诺的最高速度；2)列车自动运行系统(Automatic Train Operation，简称ATO)，要紧作用是实现列车自动驾驶，并使列车在设定的车站自动停车；列车自动运行〔ATO〕系统机车信号设备-自动停车装置3)列车自动监控系统(Automatic Train Supervision，简称ATS)，要紧作用是对线路上运行的所有列车进展监视和治理，操纵列车依照列车运行图完成运营作业。
项目七ATC系统概述[知识要点]11></a>．掌握ATC系统在城市轨道交通信号系统中的作用。
2．掌握ATC系统的组成及基本功能。
3．掌握ATC系统与其他系统的接口。
[理论内容]一、ATC系统的作用列车自动控制系统简称为ATC系统(Automatic Train Control system)。
城市轨道交通的运营线路封闭，它的主要作业是运送旅客，运营线路不长，站与站之间的距离较短，列车以中低速行驶，这些特点为线路上的列车进行安全高效运营提供了有利条件。
因此在城市轨道交通中，ATC系统的作用是保障列车行车安全和提高运营效率。
列车自动控制系统1．保障行车安全列车行车安全是由列车自动控制系统中的列车自动防护系统，即ATP系统来完成。
ATP 系统与列车的牵引制动系统一道控制列车运行速度，防止列车超速行驶。
设备在故障情况下遵循故障导向安全原则，确保运营安全。
列车自动防护（ATP）系统—TBS100型车载设备列车自动防护（ATP）系统—FS-2500型轨道电路列车自动防护位置检测（ATPTD）地面系统北京首都机场线将建国内第一条无人驾驶地铁2．提高运营效率列车自动控制系统能实现列车自动驾驶，列车根据运营计划自动完成运营作业，可以有效减少列车驾驶员、调度和车站人员的工作强度，确保列车正点运营，有效提高运营作业效率。
我国首套列车自动控制系统二、ATC系统构成1．按设备功能划分ATC系统从功能分主要包括三个子系统。
1)列车自动防护子系统(Automatic Train Protection，简称ATP)，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；2)列车自动运行系统(Automatic Train Operation，简称ATO)，主要作用是实现列车自动驾驶，并使列车在设定的车站自动停车；列车自动运行（ATO）系统机车信号设备-自动停车装置3)列车自动监控系统(Automatic Train Supervision，简称ATS)，主要作用是对线路上运行的所有列车进行监督和管理，控制列车根据列车运行图完成运营作业。
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。
基于轨道电路的ATC系统基于轨道电路的ATC系统，包括基于模拟轨道电路和数字编码轨道电路的ATC系统，在城市轨道交通中得到大量使用，尤其是后者，本章介绍用于我国城市轨道交通的各种基于轨道电路的ATC系统。
第一节西屋ATC西屋信号有限公司(WestinghOUSe Signals Ltd，简称WSL)的ATC，充分利用WSL多模式列车自动防护系统TBSl00的灵活性。
系统具有很强的可维护性，一旦发生故障，修复时间可以尽量缩短。
这种高水平的可维护性是通过广泛采用下列技术来实现的：用自诊断法和发光二极管指示或故障提示，进行有效的故障报告，可快速找出故障所在；使用模块化“在线可更换单元”，可更换失灵的模块，快速排除故障；尽量减少在不可及地点(例如隧道内)的设备；各系统一般分散布置，某些方面采用冗余，以提高系统可用性。
WSL的ATC已在世界各地的地铁系统上运营，在我国则用于北京地铁系统和天津地铁l号线。
一、系统组成WSL的ATC由TBSl00ATP和AT0系统、FS一2500无绝缘轨道电路、基于WE—STRACE处理器的联锁，以及WESTCAD监控系统组成。
所提供的设备主要为模块式，便于扩大功能或延伸系统。
该系统大量采用处理器技术。
例如，轨道电路以处理器为基础，联锁采用处理器，ATP和AT0车载系统及轨旁系统基于处理器为基础，ATS系统也采用处理器。
正线列车行车间隔采用自行开发的“多列车模拟器”。
基本的信号功能采用WESTRACE处理器为基础的联锁装置来实现。
它包括特别设计的模块，可以与无绝缘轨道电路直接衔接。
WESTRACE联锁装置将接通本地或远程终端，并有端口供连接维修用的便携式计算机。
ATP子系统采用最新的TBSl00系统。
这种系统极为灵活，并采用了最新的技术成果。
ATP系统利用联锁通过轨道电路传来的信息，决定列车的运行速度。
ATO子系统采用与TBSIOOATP系统相同的基本车载模块。
它载有有关轨道布置和坡度的所有资料，能优化列车控制指令。
它配备双向站台列车通信系统，确保能与ATS系统直接衔接，从而优化列车的运行。
AT0还能从ATP系统中提取数据，以判断前方信号情况。
ATS子系统使用WSL最新的WESTCAD控制与显示系统。
每个WESTRACE联锁接通一台WESTCAD控制终端，以便对该区域进行就地控制。
它还通过电信链路，接至控制中心。
控制中心的WESTCAD终端可以遥控正线上的所有路线、信号机和道岔。
，系统正常时，ATC系统自动控制正线运行的列车，必要时调度员可人工介入控制。
控制中心故障时车站信号系统由车站值班员人工控制。
在控制中心ATS正常时，可对全部正线列车进行监控，并对车辆段内列车进行追踪、监视。
二、ATP子系统ATP系统可先按照目标距离模式来设计，这是可以满足城市轨道交通初期运营要求的最经济的低风险模式。
在“目标距离”系统中，每列列车被告知它可以安全行驶的目标距离，据此列车决定到达该点的安全速度。
即使发生某些故障，列车仍能以一定的限制速度行驶。
将来需要时，TBSl00可以升级为移动闭塞模式，用一个无线系统在列车和轨旁设备之间进行双向通信。
每列列车向地面控制系统不断报告其所在位置，控制系统则向控制范围内的所有列车分配目标距离。
TBSl00由一系列标准模块组成。
这些模块的大小都是欧洲板的两倍，装在19英寸(48．26 am)的工业标准机架中。
根据不同的应用条件，可选择相匹配的机箱和接口电路。
1．设备构成ATP子系统由现场设备、车载设备及车站联锁设备组成。
(1)现场设备地面ATP设备用于向车载设备传送相关的安全信息。
轨道电路提供了前方线路的状态信息，绝对位置参考应答器(APR)为列车提供精确的位置信息。
现场设备采用FS一2500无绝缘轨道电路。
．轨道电路采用由联锁系统生成的电码进行调制。
这一编码取决于列车运行前方线路的状态。
FS一2500无绝缘轨道电路能够有效、及时、可靠地连续检测列车占用和向列车发送速度码；保证在电源电压或道床电阻变化时可靠分路；向列车发送足够功率的信息保证车载设备可靠接收；防止牵引动力对轨道电路的干扰；实现断轨检查及自诊断。
如果列车需要由AllP控制在一段轨道电路上双向运行，则只要发送器和接收器的端子与切换继电器的接点互换连通，通过继电器与相应的轨道电路终端相连，就可以实现。
道岔区段采用了有绝缘轨道电路，其采用的载频是车载设备无法识别的，故ATP 编码是通过安装在线路上的特殊ATP环路单独传送的。
APR应答器是一种小巧、坚固耐用的无源装置，没有永久的外部电气连接，安装在钢轨中间，并编人唯一的标识号。
当列车经过应答器时，车载设备轮询应答器，应答器把自己的唯一标识号编码发送给列车作为应答。
(2)车载设备车载设备由ATP控制器、速度表、天线及测速电机等组成。
ATP车载设备接收轨道电路传送的速度码(最大安全速度MSS／目标速度Ts)，当列车速度超过目标速度时向司机报警，提醒减速，如未减速或操作不当，列车超过最大安全速度时，实施紧急制动，实现列车超速防护功能。
当列车实际运行速度超过ATP规定的限制速度时，紧急制动；列车运行实际速度接近ATP规定的限制速度时，发生音响并告警司机进行减速；如未能减速时，自动启动常用制动使列车减速；列车非正常移动时采用紧急制动。
系统可对轮径磨损进行自动补偿，实现故障自诊断及告警，进行运行状态记录。
(3)车站设备车站设备由车站集中联锁、接口电路、编码电路等组成。
与ATP速度编码电路的接口电路的主要功能是，保证站内联锁区内的轨道电路仅在进路建立、信号机开放后，才能发送速度码；并在列车进入进路内方后始终保持速度码的发送，直至列车出清进路。
编码电路的主要功能是根据发送速度码的条件、速度码的码序及前方轨道电路的空闲状态，为每一轨道区段选择正确的速度码。
与ATS及PAC的接口电路，包括车站内各种信号设备的状态表示、进路建立的表示信息等接口电路，控制接口电路。
’2．TBSl00型ATP车载设备TBSl00型车载ATP设备包括一个ATC机柜，它同时也装车载AT0设备，各种外设都连接到机柜。
车载机柜装有一套双通道ATP系统(ATP，和ATP：)，组成2选2系统，即ATP控制器包含两个相同的处理器通道，通过一块背板和多个接口模块互相连接。
每个系统独立地计算ATP数据，并且分别驱动输出。
它们与AT0系统和列车电路连接，还与用于速度和距离测量的ATP测速电机和多普勒仪、检测轨道电路ATP编码的ATP天线以及查询ATP应答器的ARP识别器相连接。
(1)ATP控制器ATP控制器的每个ATP处理通道单元都与许多模块相结合，它们之间的连接通过局部VME总线实现，VME总线接口使得模块之间可以通信。
总线上有多个主控程序来控制总线通信情况。
每条通道单元都有一个主处理器和必要的输入／输出模块。
所有模块，包括处理器，都有一个诊断／测试串行链路。
每个ATP通道由五个模块组成，如图6—1所示。
①主处理器模块(MPM)主处理器模块提供主处理和存储功能，以运行各种应用程序，以及存储各种数据。
该模块提供一个VME外部总线控制器，它有硬件选择性切断功能，能对这条处理线路中的其他模块进行控制；它还提供串行链路，通往诊断和数据上载单元(DDU)。
主处理器模块提供一个基于摩托罗拉68030中央处理器，带有时钟、重启和看门狗电路。
该中央处理器可以访问专用的非易失的只读存储器、专用的随机存取存储器和非易失的随机存取存储器。
VME总线接口使得模块问可以通信，随机存取存储器中有一个区域为该中央处理器和该VME总线所共用。
只读存储器的各区域可以采用诊断和数据上载单元(DDU)来编程，通过一个串行接口来连接——这是所有TBSl00模块的基本配置情况。
MPM是一种充分采用表面安装技术的先进处理器，车载AT0设备中的模块以及移动闭塞信号系统中的地面移动闭塞处理器采用的也是这种处理器。
②串行输A／输出模块(SIOM)SIOM为外部子系统[例如控制中心和诊断和数据上载单元(DDU)]提供缓冲串行链路。
SIOM提供了VME的主控接口和从属接口，它们是通过硬件配置的。
这个模块为系统提供了串行通信接口。
它包括两个单独的功能块，一个主要的中央处理器程序块和一个串行输入／输出程序块，带有一个对两者都通用的随机存取存储器的区域。
主要的中央处理器程序块基于一个摩托罗拉68030微处理器，带有专用的非易失的只读存储器、易失的和非易失的随机存取存储器。
串行输入／输出程序块则基于两个摩托罗拉68302微处理器，一个是作为串行处理器，而另外一个则作为串行通信控制器，带有专用的随机存取存储器和非易失的只读存储器。
、该模块为外部子系统和线路间通信提供了缓冲串行链路。
串行输入／输出模块(SIOM)配备了下列的基本接口：一个串行通道，RS232C，速度19．2 kbit／s，诊断／测试端口通往前端面板；两个串行通道，RS485，速度1 Mbit／s，同步或者异步方式；．三条串行通道，RS485，速度500 kbit／s，同步方式；两条串行通道，RS485，速度19．2 kbit／s，同步方式。
③离散输入／输出模块(DIOM)DIOM为主处理器提供缓冲串行输A／输出，为离散的输入和输出信号设备提供各种接口。
它提供了一个VME总线受控接口。
DIOM通过电平转换器和VME总线接口为不连续的列车布线提供处理器接口。
由于一系列列车信号与行车安全息息相关，非常关键，因此接El都应采用主备配置。
DIOM向列车提供紧急制动、车门启动和禁止牵引的输出。
它把离散的安全和非安全输人信号转换成为数字形式，通过VME总线传送到控制处理器模块。
它还通过VME背板总线接受来自控制处理器模块的状态命令，以执行安全和非安全功能，相应地改变各自的输出驱动。
它检验输出状态的正确性，并且把报告送回处理器模块。
SIOM和DIOM为其他车载模块提供接口。
SIOM和DIOM也在AT0设备中采用。
④速度和位置模块(SLM)SLM为列车速度传感器(测速电机、多普勒雷达)提供接口，列车速度传感器分别连接到每个AllP通道，以避免单条通道故障。
并提供两个串行接口，以便接收绝对位置参照(APR)系统的串行数据。
它与用在军载AT0设备中的模块是一样的。
SLM接收来自测速电机、APR阅读器和多普勒速度传感器的输入信息。
该模块保存精确的列车速度和位置测量数据。
．这个模块提供一个处理器和足够的存储器来运行应用程序编码，存储变化的数据。
它提供了一个VME外部总线控制器和从属接El，接口是通过硬件配置的。
该模块还为多达四个环路调制解调器模块提供缓冲串行链路。
该模块提供一个基于摩托罗拉68030的中央处理器，带有时钟、重启和看门狗电路。
该中央处理器可以访问专用的非易失的只读存储器、专用的随机存取存储器和非易失的随机存取存储器。
