信号系统

城市轨道交通ATC系统结构及工作原理姓名：李时威学号：631205020128班级：道通一班专业：交通运输摘要摘要：城市轨道交通信号与系统是城市轨道交通的重要基础设备，不仅技术含量高，而且具有网络化、综合化、数字化、智能化的现代系统技术特征。

该论文主要对城市轨道交通ATC系统的发展史、ATC系统在城市轨道交通运输中的作用、ATC系统的结构、功能以及工作原理等方面进行论述。

关键词：城市交通、ATC系统、轨道、信号1、城市轨道交通信号的发展史及作用1.1、信号机诞生之初交通信号是汽车工业发展所带来的产物，凡在道路上用以传达具有法定意义、指挥交通行、止、左、右的手势、声响、灯光等都是交通信号。

但目前使用的最为普遍、效果最好的是灯光交通信号。

色灯交通信号控制技术的发展是随着现代科学与汽车技术的发展，汽车数量增长，路口冲突矛盾激化，人们为了安全、迅速通过，不得不将最新的科技成果用以解决路口的交通阻塞问题，从而推动了自动控制技术在交通领域的迅速发展。

1886年伦敦的威斯敏斯特教堂安装了一台红绿两色煤气照明灯，用以指挥路口马车的通行，不幸发生意外爆炸，遭到人们反对而夭折。

1917年美国盐湖城开始使用联动式信号系统，将六个路口作为一个系统，用人工手动方式加以控制。

1918年初纽约街头出现了新的人工手动红黄绿三色信号灯，同现在的信号机基本相似。

1922年美国休斯顿建立了一个同步控制系统，以一个岗亭为中心控制几个路口。

1926年英国伦敦成立了第一台自动交通信号机在大街上使用，可以说是城市交通自动控制信号机的开始。

1928年人们在上述各种信号机的基础上，制成“灵活步进式”适时系统。

由于其构造简单、可靠、价廉，很快得到推广普及，以后经不断改进、更新、完善，发展成现在的交通协调控制系统。

1.2、轨道交通信号的作用在城市轨道交通系统包括：线路、车辆、供电、通信、信号、环控、售检票等子系统，在运营管理人员的协调下，共同完成着旅客输送任务，实现旅客的位移。

这就是城市轨道交通运输所形成的产品，它蕴含着各个子系统所创造的价值。

在城市轨道交通中，信号系统担负着保证行车安全、指挥列车运行的重要任务。

城市轨道交通信号系统的作用主要是：（1）确保列车运行的安全轨道交通信号系统是指挥列车安全运行的关键设备，只有在列车运行前方的轨道区段没有列车占用（列车进路空闲）、道岔位置正确、敌对或相抵触的信号没有建立等条件满足，才允许向列车发出允许列车前行的信号，所以列车只要严格按照信号的显示运行，就能够确保列车的安全运行；反之，如果列车不遵循信号的显示运行（违章运行），将导致事故，在城市轨道交通运输中，确保旅客的旅途安全，比什么都重要。

所以信号系统担负着确保运输安全的重要使命，有了信号系统的保障，可以杜绝和减少列车运行事故、而且可以降低事故等级、缩小事故损失。

（2）提高轨道交通的运行效率信号设备在轨道交通建设中的投资尽管很少，但是对于提高行车效率起着极其重要的作用。

在轨道交通的铁路建设中，用于通信、信号的投资不到总投资的5%但其效益占铁路运输总效益的25%以上在城市轨道交通中，由于采用了先进的列车运行自动控制系统，使列车间的行车间隔大大缩短，一般大容量城市轨道交通的行车间隔时间为2分钟甚至小于2分钟。

提高行车密度，缩短列车停站时分，由计算机系统根据设定的列车运行时刻表，自动、安全地指挥列车按列车运行图运行。

据有关资料统计，铁路信号的单线自动闭塞系统，在组织追踪运行的条件下，可提高通过能力25%-30％;而复线自动闭塞系统，可以提高通过能力1-2倍。

采用调度集中系统，在不增加车站到发线的情况下，提高通过能力12%-24%足以可见，现代化的信号系统，对于提高行车效率有着无可比拟的作用。

换言之，如果信号系统失灵，或信号停用，将导致列车自动行车指挥系统处于瘫痪状态，只能靠调度人员“人工”指挥列车运行，不仅增加了调度人员的劳动强度，行车安全更是难以保证，当然也导致行车效率极低，其损失难以估量。

（3）信号系统是轨道交通现代化信息技术综合应用的集中体现我国城市轨道交通信号系统中，已经普遍采用基于计算机实时控制的列车运行自动控制（ATC）系统，该系统包括列车自动监控（ATS）子系统、列车自动保护（ATP）子系统、列车自动运行（ATO）子系统。

列车运行自动控制系统是自动控制技术、计算机技术和数据通信技术在信号系统中的集中体现，也可以说是现代化信息技术在轨道交通信号系统的综合应用。

世界信息技术的最新成果，迅速地在城市轨道交通信号系统中得到应用，我国城市轨道交通（地铁、轻轨等）在近20年来得到迅速发展，而其信号系统，随着信息技术的不断发展，也产生了“革命性”的变化，原来设置于轨旁的“地面信号”已有“车载信号”所替代，其“信号”的内容，已发生根本性的变化，它不再是用“颜色”显示不同的速度等级，而由车载信号直接接收列车运行的“目标速度”、“目标距离”或“进路地图”，并且由车载计算机，直接控制列车的自动运行，实现列车在车站的程序对位停车和自动超速防护；随着数字编码技术的不断发展，模拟技术的信号系统，已被数字信号系统所替代，这一点在信号系统的“轨道电路”技术发展中尤为突出，模拟轨道电路中，只能向列车传送有限的“固定信息”，而利用数字编码轨道电路可以向列车传送各种不同的“变量”，以实现列车运行的自动控制；光纤传输通信技术和无线通信技术，都在信号系统中得到应用，尤其是近几年，基于无线通信的列车自动控制（CBTC）系统，也已经在国内几个特大城市的轨道交通信号系统中采用，这将对信号系统产生“革命性”的变化，为信号系统中废除传统的“轨道电路”和“地面信号”、为进一步缩短行车间隔，真正实现“移动闭塞”，“无人驾驶”的列车自动运行，奠定了基础。

轨道交通信号系统的基础技术，当然离不开上述自动控制、计算机、通信系统、数据传输等理论性很强的课程，但是，由于信号系统的特殊性，它还有一些“特有”和“专用”的检测设备和运营相关的基础知识，这正是本课程阐述的重点。

城市轨道交通信号系统，只是城市轨道交通列车运行自动控制系统的简称。

1.3、轨道交通信号系统框架图2、轨道电路基本原理及作用2.1. 轨道电路基本原理轨道电路是以轨道线路的两根钢轨作为导体，两端加以机械绝缘（或电器绝缘），接上送电和受电设备构成的电路。

最简单的轨道电路如下图所示。

轨道电路主要由钢轨、钢轨绝缘、轨端接续线、引接线、送电设备等主要原件组成。

轨端接续线受电测2.2. 轨道电路的作用轨道电路有调整、分路和断轨三种基本工作状态。

（1）调整状态。

轨道区段空闲，设备完整，轨道继电器可靠吸起的状态叫调整状态。

调整状态时的最不利条件是：电源电压最低、钢轨阻抗最大、道碴电阻最小。

轨端连续线受电端（2）分路状态。

轨道区段上有车，轨道电路电流绝大部分被车列分流，轨道继电可靠落下状态叫分路状态。

分路状态的最不利的条件是：电源电压最高、钢轨阻抗最小、道碴电阻最大。

（3）断轨状态。

轨道电路在轨道区段某点折断，轨道继电器可靠落下的状态。

分路状态最不利条件除了电源电压最高、钢轨阻抗最小外，与分路地点和道碴电阻有关系，情况比较复杂。

有的制式轨道电路并不能保证断轨状态的要求。

轨端连续线受电端2.3. 轨道电路的接线（1）无岔区段轨道电路，构成较为简单，如下图所示：轨端接续线受电测（2）道岔区段的轨道电路主要有串联式和并联式两种连接方式。

串联式轨道电路电流要流经整个区段的所有钢轨，可以检查所有跳线和钢轨的完整情况比较安全。

但结构复杂，增加了一组道岔绝缘和两根用电缆构成的连接线，给施工带来不便。

串联式轨道电路并联式轨道电路电路较为简单，但是因侧线只检查了电压，而没有检查电流，当跳线或连接线折断，列车进入弯股时，因弯股并没有设置继电器，GJ仍在吸起状态，这是非常危险的，因此用双跳线来防护。

但是，当弯股钢轨折断，列车仍占用时，轨道继电器也不会落下，不符合故障安全原则。

并联式轨道电路一送多受轨道电路设有一个送电端，在并联式轨道电路的每个分支的受电端都设置轨道继电器的前接点串联在主轨道继电器电路中。

当任一分支轨道电路有车占用或跳线折断时，分支轨道继电器落下，主轨道继电器也随之落下，即可监督轨道电路的状态，以实现对整个轨道电路空闲与否的检查。

E并联式轨道电路3、计算机联锁的基本工作原理3.1. 信号灯、进路、道岔三者之间的联锁关系车站和车辆段内有许多线路，它们通过道岔联结着。

列车和调车车列在站内运行所经过的径路，称为进路。

按道岔的不同开通方向可以构成不同的进路。

列车和调车车列必须依据信号的开放而通过进路，即每条进路必须由相应的信号机来防护。

如进路上的道岔位置不正确，或已有车占用，或敌对进路已建立，有关的信号机就不能开放；信号开放后，其防护的进路不能变动，即此时该进路上的道岔不能再转换。

车站进路的划分3.2. 计算机联锁的基本结构计算机联锁系统结构主要包括操作层、逻辑层、执行表示层、设备驱动层和现场设备层，如下图所示：轨道电路信号机（现场测控设备）操作层是人机界面，设有集中操作台和图形显示设备，将设备和列车运行情况用图形显示，通过鼠标和键盘操作命令实现联锁命令操作，接受操作员命令并传递给逻辑层处理。

逻辑层是系统核心，实现了联锁逻辑的处理。

它的功能由人机会话和联锁测控计算机实现。

设备驱动及执行表示层是逻辑层和现场设备层的接口，由输入输出适配电路和安全继电电路等实现。

它分解逻辑层的命令，控制现场设备层驱动设备，并将采集的现场设备层的表示信息传递给逻辑层。

现场设备层是计算机联锁系统的被控制对象，包括道岔转辙机、信号机、轨道电路等设备。

3.3. 办理进路的基本形式采用双按钮进路办理方式，只需按压两个进路按钮，就能转换道岔，开放信号，而且不论进路中有多少组道岔能一次转换，简化了操作手续。

在6502电气集中采用的是逐段解锁方式，即列车清一段解锁一段，提高了车站作业效率。

第一步：办理基本进路第二步：办理迂回进路第三步：如有必要，可办理人工取消进路。

第四步：列车驶入该进路后，信号机自动关闭。

4、ATP系统4.1. 区间行车组织工作方式只描述固定闭塞、准移动闭塞、移动闭塞三种区间行车组织方式（1）固定闭塞固定闭塞将线路划分为若干个固定的分区，前后车的位置间距都是用固定的地面设备来检测，闭塞区间用轨道电路或计轴装置来划分。

闭塞区间长度较大，并且一个分区只能被一辆车占用，并且需要在两辆列车之间增加一个防护段。

（2）准移动闭塞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用了减速或制动，从而改善列车控制，缩小时间间隔，提高线路使用效率。

（3）移动闭塞前后两车可精准定位。

通过车载设备和轨旁设备连续地双向通讯，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态地计算列车的最大的制动距离。