城轨信号讲义——ATS部分
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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。
第一章 ATS子系统ATS子系统(以下简称A TS)亦是列车自动控制系统的三个子系统之一,属于非安全系统。
它与A TP、ATO子系统相结合,完成运行图编辑、列车运行自动调整、列车运行显示、进路自动排列、运行历史数据归档记录等功能。
下面仍以SIMENS的系统为例对该子系统的构成、设备运行、控制方式及冗余设置和设备维护等方面进行阐述。
第一节 ATS子系统构成一、系统构成要求和基本功能系统要求.ATS设备的组成及功能应满足线路的运营需求;系统网络应具有通用性、可扩展性,网络通信协议应采用国际标准协议;须具有网络安全措施,对病毒及恶意攻击具有完备的防范功能;系统应与轨道交通系统中的时钟同步(由通信时钟系统提供标准的GPs时钟信号);系统无论是在中央级还是车站级进行控制,其人工控制权限均应高于系统自动控制的权限;中央自动监控模式应为正常监控模式,在各种控制模式转换过程中,在新的控制模式转换成功并实现控制前,原控制模式应保持不变。
ATS子系统由中央、车站和车场A TS设备组成。
中央。
A TS设备一般设于控制中心,车站A TS 设备的设置地点与ATP/A TO室内设备相同。
在车站控制室,设置车站值班员现地操作工作站,用于在特殊情况下人工调整在线列车的运行。
A TS中央与车站间的信息交换采用通信系统的专用数据传输通道,所有接口符合国际标准。
(一)ATS中央设备的构成要求ATS中央设备中的各工作站均应具有相同的硬件和软件配置,满足系统安全、稳定、高效运行的要求。
对以上设备的供电要求是除保证设备稳定、可靠工作之外,在停电30min内,UPS设备必须保证A TS设备连续正常工作。
(二)车站ATS设备的构成要求车站ATS设备除接收和发送各种运行命令、数据和设备状态信息,使ATC系统正常工作以外,还必须完成对旅客向导设备显示信息的实时控制。
(三)ATS实现的基本功能ATS子系统在A TP、ATO子系统的支持下完成如下的对列车运行的自动监控。
1.根据联锁表、计划运行图及列车位置自动生成进路控制命令,传送到联锁设备,设置列车进路。
2.自动实现正线区段内列车识别号(服务号,目的地号)的跟踪,列车识别号由中央A TS系统根据计划运行图自动分配给列车或由调度员人工设定、修改,也可由司机在驾驶室的人机界面输入后经车地通信向ATS发送标识号等信息获得。
3.具有计划与实际运行图的比较功能和计算机辅助调度的功能,能够根据列车实际偏离计划的情况,自动对列车的运行进行调整或生成调整计划供调度员参考。
4.调度员人工介入设置进路的功能,对列车运行进行人工调整。
5.在计算机辅助下完成对列车基本运行图的编制及管理,具有较强的自动生成运行图功能、时刻表冲突检查功能和人工调整功能。
6.在车站控制模式下与联锁系统结合,将部分或所有信号机置于自动模式状态,实现车站级控制模式下的进路自动控制功能。
7.具有列车运行状态实时监视及异常事件自动报警功能。
8.通过投影式显示系统及调度显示界面,对车站及区间轨道区段、道岔、信号机等远程周边信号设备进行实时监控;设备故障情况下显示报警及故障源提示。
9.通过设在车场的终端,向车场管理及行车人员提供必要的信息,用于编制车辆运用计划和行车计划。
10.在中央ATS专用的独立设备上提供模拟和演示功能,用于培训及参观演示。
(四)其他要求1.当各子系统为不同的供货商时,A TS必须满足与ATP、A TO以及计算机联锁子系统的接口要求,其设备组成及功能应满足线路运营组织的功能需求。
2.在中央控制室为行调及主任调度一般配置多台行车调度工作站,行车调度工作站在硬件和软件上应具有相同的结构,控制功能能够互为备用。
工作站的人机界面对话窗口应包括列车监控、联锁控制、时刻表编辑、时刻表管理、列车调度管理、系统监测、车辆管理、线路管理、职责和授权、报警及报表等,在相应的对话窗中可对全部的控制对象进行实时监控。
3.背投式高分辨率组合显示屏,可方便地自定义显示区的大小,自由移动窗口,打开多个画面,ATS系统应可靠地与其接口。
4.为提高ATS的可靠性和可用性,.ATS局域网采用100M双网冗余结构;对通信骨干网要求提供冗余双传输通道;关键网络设备如管理、通信、数据等服务器采用热备冗余结构;调度工作站采用双屏显示(一屏用于显示计划、实际运行图比较显示,另一屏用于列车运行监控的操作),双显示器输出控制相对独立,一个显示器故障,可由另一台显示器完成全部的显示及控制功能。
其他工作站采用单屏显示。
中央至车站的通信通道采用双通道冗余热备方式。
主机故障时,主备切换应确保显示及控制功能的连续性。
5.A TS的中央设备的服务器、网络设备、终端工作站及其他计算机外围设备均应采用国际上工业级高端产品。
主要设备应有冗余配置,硬件达到工业级使用标准。
6.网络打印设备,宜配置彩色激光打印机用于运行图打印和数据报表打印,宽行针式打印机用于故障报警信息打印,根据用户需要可对打印机配置和型号进行选择(在系统采购时确定)。
二、系统设备组成(一)控制中心设备中央A TS的主要设备包括通信处理机(通信管理机)、调度工作站、模拟显示屏、运行图编辑工作站、网络设备、系统管理工作站、维护工作站、与其他系统接口的通信服务器、培训/模拟工作站等,以及报告输出和系统运行状态信息输出的打印设备。
中央椰将根据控制中心工艺要求进行设计,设备分设于中央控制室、信号设备室、电源室、运行图编辑室、模拟演示室中。
1.在中央控制室设置三个行车调度工作站、一个OCC运行模拟显示屏、一个在线运行图编辑工作站,以及一台彩色激光打印机、两台宽行针式打印机。
其中,一个行车调度工作站(19寸液晶显示器)用于主任调度台,两个行车调度工作台用于行车调度。
以上工作站在硬件和软件上具有相同的结构,控制功能互为备用。
2.中央控制室内的运行模拟显示屏采用背投式高分辨率组合显示屏,主要基于以下原因:(1)智能化终端,具有灵活的文字、图表、图像的彩色显示功能,满足线路、站场、车次号实时显示要求。
(2)串行、以太网接口等通信功能,可方便地直接与中央ATS网络接口,而无需另外增加接口设备;可直接显示列车识别号,无需另外增加车次窗设备。
(3)显示内容容易修改,在线路变更、延伸扩展时具有较高的灵活性。
3.A TS信号设备室将设置有关的ATS系统管理服务、通信服务、数据服务、系统接口、维修/管理工作站等设备。
4.A TS电源室设置智能电源系统,包括UPS、免维护电池、电源屏。
5.在运行图编辑室设置一台编辑工作站。
6.模拟/演示室设置模拟/演示工作站及打印机。
(二)线路上的设备在正线设备集中站信号设备室设置ATS分机设备。
(三)车辆段的设备在车辆段(车场)信号运转楼控制室设置一台A TS行调工作站。
(四)网络组建要求控制中心至设备集中站A TS分机设备及车场的传输通道采用点对点主备双通道星型网络或冗余双环形网络,通道由通信专业提供或由信号系统单独构建网络。
第二节ATS设备的运行一、ATS设备运行概述完整的.ATS子系统功能基于ATP、ATO以及微机联锁子系统,实现对全线列车运行的自动管理和监控过程,其设备组成及具备的各项功能完全满足运营组织需求。
例如能够可靠地监督列车运行;完成运行图编辑、列车识别、运行列车的自动调整、自动排列进路;实现人工控制列车进路;实现与轨道交通其他系统的信息交换接口功能;进行运行记录的缴汁、自动保存/归档、系统维护/备份,以及调度员岗前培训等功能。
通过操作界面,调度员可以随时根据需要,局部或全部下放或收回对车站的控制权,能够实时地向行车岗位操作员和其他有关人员提供全线车站、道岔、信号机、UPS电源设备、ATP轨旁设备等信号系统的设备状态、列车运行情况的表示信息。
人机界面设备在功能上实现互为备用,多台人机对话工作站可以实现相同的操作控制功能。
二、ATS运行特征ATS(二)ATS工作站运行特征1.。
ATS设备应保证行车调度员能随时监督、控制全线车站的接、发车进路,并可根据需要,局部或全部下放或收回对车站的控制权。
2.A TS设备应能实时地向行车调度员和其他有关人员提供全线车站、道岔、信号机、UPS电源设备、A TP轨旁设备等信号系统的设备状态、列车运行情况的表示信息。
3.计算机显示屏MMI或表示盘MDP所显示的图形符号应与车站联锁设备所表示的含义相符。
4.A TS中央设备故障导致与车站连接中断时,系统应自动激活降级模式。
5.A TS故障时,不导致车站联锁设备错误动作。
6.关键设备(如:ATS通信管理机)需主备机热备,主机故障时,实现无延时自动切换。
7.人机界面设备实现功能备用,多台MMI可以实现相同的控制操作功能。
(三)ATS核心工作站的冗余能力1.通信管理机实现无延时自动切换Hot.一Standby用于确保系统中带有无滞延转换开关的中央功能,例如COM一服务器。
Hot.Standby一运行具有下列特征:(1)两台在硬件上一致的服务器获得相同的软件,它们并联工作并获得同样的信息。
两台并联工作的服务器中的一台执行程序运行工作(PC),另一台执行Hot—Standby一功能(SB)。
Hot—Standby一服务器不输出或发指令。
这两台由盈余功能连在一起的服务器相互监控对方的状态。
(2)在SⅨ起动时,PC向未来的sB输送数据库中的不能由GA获取的那部分。
SB在起动阶段,PC将SB分成几步,它们直至起动阶段结束都是同步的,这样两台微机在经过起动阶段后还是拥有相同的程序轮廓。
(3)在盈余运行中,向各打印机的输出都是同步的,由手动进行的输入将被重新发送。
(4)SB工作是随机发生的,无周期,这样就保证能够发现最新的故障,Standby。
服务器可在短时间内担负起程序运行的工作,因为它拥有最新的程序数据。
(5)当构件发生故障时,不需工作人员就能进行自动转换,在维修情况下也可由操作人员手工操作。
(6)Hot—Standby运行中的不同状态周期列在图l-1中。
图1-1 Hot-SMdby转换过程原理2.管理工作站的主备切换ADM管理工作站和ADM管理工作站备用机也可进行转换,但有别于COM的转换。
ADM管理工作站备用机一般在MMI的状态时我们称它为ADMSP,而ADM管理工作站备用机在Pr状态(准备状态)时我们称它为ADMSO。
只有ADM管理工作站备用机在Pr状态时,同时ADM管理工作站故障时才能实现ADM主备转换,让ADM管理工作站备用机在Pr状态转换为PC 状态。
3.MMl人机界面设备功能备用行调操作人机接口有3台MMI,每台MMI的功能是相同的,对各个联锁区域的控制权限可以互相交接,便于多个行调间的职责划分。
其特点为:(1)所有的工作站可以独立履行全部联锁区域的职责。
(2)只有当工作站被指定分配了某个联锁区域的职责时,操作员的相关操作命令就被激活。