城市轨道交通信号与通信系统教案 项目1 城市轨道交通信号基础设备应用.docx

城市轨道交通专业核心课程数字资源教材名称：城市轨道交通信号与通信系统书 号：ISBN 978-7-114-17716-3主 编：张利彪资源名称：教案 项目一 城市轨道交通信号基础设备应用课程名称：铁路线路及站场主 编：夏栋资源名称：课程标准项目一 城市轨道交通信号基础设备应用任务1 信号机（共2课时，每周4课时）院系名称： 授课教师任教课程城市轨道交通通信信号授课班级任 务信号机应用授课时间课型理论R 实验£ 习题实训R 复习 其他授课地点多媒体教室教学目标知识目标：1. 复述信号的分类2. 复述信号机的结构及序列3. 复述信号机的设置位置及名称4. 复述信号机的显示颜色及意义能力目标：1. 能说出信号的分类2. 能画出信号机结构图3. 能说出信号机的显示含义德育目标：培养学生遵守操作规范，爱岗敬业，工作严谨的作风。教学重点信号机的设置位置信号机的显示含义和意义教学难点信号机的设置位置信号机的显示含义和意义教学方法讲授与展示、讨论、问题解答教学手段多媒体教学并结合板书教学板书设计信号机信号的种类信号机的设置信号机的用途作业A B C DG H JEFI完成信号布置教学后记教 学 过 程教师活动学生活动教学意图时间分配一、组织教学二、复习城市轨道交通信号与通信系统的组成城市轨道交通信号与通信系统的作用三、课程导入四、新课学习1、信号的分类1.1 地面信号（固定信号）固定信号是将信号机固定在一个位置上，用颜色的变化显示信号指示列车运行。城市轨道交通固定信号采用色灯信号机。固定信号设置原则 城市轨道交通采用右行车制，地面信号机设于列车运行方向的右侧，地下部分一般装在隧道壁上。特殊情况下，可设于列车运行方向的左侧或其他位置。1.2、车载信号城市轨道交通为满足大容量和小间隔的运输多采用列车自动控制（ATC）系统，所以固定信号在一定程度上失去其主导地位，更多地以车载信号作为司机驾驶的命令信息。1.3、手信号手信号多在信号设备故障或者是特殊的运营时段等情况下使用，手信号员必须手持信号旗或手提信号灯发出手信号。手信号不得固定在地面或其它地方。驾驶员看到任何错误展示的手信号、看不见或看不清楚控制行车的手信号时必须停车；手信号员撤消停车信号后，并可让列车安全行进时，必须展示前进或减速手信号。2地面信号机的设置原则2.1设置方向 设于列车运行方向的右侧，城市轨道交通采用右侧行车制，机车司机在驾驶室内的位置统一设在右侧。为了便于司机了望信号，因此规定所有色灯信号机均应设在线路的列车运行方向的右侧。2.2 设置类型 信号机柱的选择：车辆段、出段信号机用高柱，其他由于显示距离不远和隧道空间限制，用矮柱 2.3 设置要求在线路旁设置的信号机，均不得侵入建筑接近限界。在准许接发或通过超限货物列车的线路旁设置的信号机，不得侵入超限限界。 色灯信号机基本上采用灯光颜色特征和灯光树木特征组合的显示方式，个别情况下采用闪光特征，并以信号机的外形来辅助区别一些特定的含义。视觉基本颜色是：红色，停车信号，禁止越过该信号机(信号熄灭或显示不明时，也应视为停车信号)；绿色，允许信号，信号处于正常开放状态，可按规定速度通过该信号机； 黄色，允许信号，信号处于有限开放状态，要求列车注意或减速运行。还有辅助色，月白色，用于指示调车作业时，表示允许越过该信号机调车；用于指示正线列车作业时，同时显示一个红灯信号，构成引导信号，表示准许列车越过显示红灯的信号机，并随时准备停车(我国城市轨道交通的信号系统没有对地面信号的显示方式和显示意义进行统一规定，因此信号显示存在一定差异，例如有的城市轨道交通公司采用一个红色灯光和一个黄色的灯光构成引导信号)； 蓝色，用于调车信号机，表示禁止越过该信号机调车。信号机上同时点亮的基本灯光，原则上不能超过两个（附加灯光除外，如进路表示器）。信号显示定位是指信号机经常显示的状态为信号机定位，其定位的选择一般考虑行车安全、行车效率等，除进出站信号机和通过信号机以绿色为定位，其他信号机以禁止信号为定位。信号机关闭时机，调车信号机在调车车列全部通过该信号机自动关闭，其他信号机都在列车第一轮对越过该信号机后自动关闭。停车信号，地面信号机点亮红色信号，地面信号机灭灯、显示不明或不正确，车载信号显示的目标速度为0，手信号员使用红色手信号来展示停车手信号，任何人高举双手或任何物件用力摇动都是停车信号。在非运营时间内所有地面信号，必须保持为停车信号，除非正在进行信号调试，工程车或特别列车需要通过进路区段，不可开放信号机，除非已刊登在行车通告或其它刊物上。3.各种用途信号机1、进站信号机：设置在车站入口外方适当距离，用于防护车站内作业安全，如图1-5中F。进站信号机显示一个红色灯光表示不准列车越过信号机进入站内，显示一个绿色灯光表示允许列车按规定速度越过信号机进入站内。2、出站信号机：进站信号机出站信号机设置在车站出口，即列车由车站向区间发车处前方，指示列车能否由车站进入区间。3、预告信号机：将主体信号机的信号显示状态提前告诉司机。4、防护信号机，在正线道岔岔前和岔后适当地点设置防护信号机。5、阻拦信号机，在线路尽头处设置阻挡信号机，表示列车停车位置。6、调车信号机：装设在经常进行调车作业的线路上，用来指示机车进行调车作业。7、通过信号机：采用ATC系统的城市轨道交通，自动闭塞通过信号机已经失去主体信号的作用，一般在区间不设置通过信号机。起立，致礼、考勤回答问题、展示预习任务、讨论。记分记忆地面信号的设置和使用规则能认识车载信号的使用会进行手信号指挥信号机设置于运行方向认知各种不同显示信号机的使用认知信号显示定位状态认知停车洗好认知各种不同用途的信号机德育及行为教育、上课准备检查预习及作业学习效果给学生养成复习、预习的习惯通过案例分析信号灯的作用通过图片、数据分析和比较手信号的打法和意义信号机设置方向与行车方向提问：信号机的显示认知信号显示和关闭时机明确各种不同信号机的设置位置和作用2min5分钟5min15min10min15min10min15min任务2 转辙机应用（共2课时，每周4课时）院系名称： 授课教师任教课程城市轨道交通通信信号授课班级任 务转辙机应用授课时间课型理论R 实验 习题实训R 复习 其他授课地点多媒体教室教学目标知识目标：1. 掌握转辙机的作用和要求。2. 掌握ZD-6和ZDJ9型电动转辙机的结构和使用。能力目标：1. 能识别转辙机的类型。2、能判断道岔的状态。德育目标：培养学生严肃认真的学习态度、严谨的学习作风，团结合作。教学重点转辙机的作用和要求。教学难点转辙机的结构和基本原理。教学方法讲授与展示、讨论、问题解答教学手段多媒体教学并结合板书教学板书设计转辙机道岔转辙机作用转辙机要求转辙机的结构作业转辙机的自动开闭器有几组，道岔在定位和反位时是哪组相接的？教学后记教 学 过 程教师活动学生活动教学意图时间分配一、 组织教学二、 复习旧课：1.信号机的种类有哪些？2.信号机的设置原则是什么三、 导入：【任务案例】与【任务分析】四、 学习新课转辙机是道岔控制的执行机构，它对于保证行车安全，提高行车效率有着非常重要的作用。1、转辙机的作用和要求转换道岔的位置，根据需要到定位和反位，有足够大的拉力，带到尖轨坐往返运动；当尖轨受阻不能运动到底，应随时通过操纵使尖轨回复原位。道岔转至所需位置而且贴紧后，实现锁闭，当尖轨和基本轨不密贴时，不应锁闭，一旦锁闭，应保证不致因车通过震动而解锁。正确的反映道岔的实际位置，道岔的尖轨贴于基本轨后，正确地给出相应的表示。道岔被挤或因故处于“四开”（两侧尖轨均不密贴）位置时，及时给出报警或表示，在未修复前不应再使道岔转动。2.转辙机的结构1）电动机电动机要有较大的起动转矩，以克服尖轨与滑床板之间的静摩擦。同时，道岔需要定反位转换，要求电动机能够逆转。通过改变定子绕组中或电枢（转子）中的电流的方向来实现。两个定子绕组通过公共端子分别与转子的绕组串联。额定电压160v。额定电流2.0A，额定转速2400r/m，额定转矩0.8826N。2）减速器为了得到足够的转矩要求将电机的高速旋转降下来。其由两级组成：第一级小齿轮带动大齿轮，减速比103：27，第二级为行星传动式，减速比为41：1，总的减速比为103/27×41/1=156.43）传动装置包括有减速齿轮、输入轴、减速器、输出轴、起动片、主轴。起动片介于减速器与主轴间的传动媒介。，它连接输出轴与主轴，利用其正反两面相互垂直成“十”字形的沟槽，在旋转时补偿两轴不同心的误差，同时，还能够对自动开闭器起到控制作用。主轴带动锁闭齿轮，通过与齿条块配合完成转换和锁闭道岔。4）转换锁闭装置锁闭齿轮和齿条块将旋转运动变为直线运动以带动道岔的尖轨位移，并完成内部锁闭。动作杆：一端与道岔的密贴调整杆相连，带动尖轨运动。通过挤切削和齿条块联成一体，正常工作时，与它们一起运动。挤岔时，动作杆与齿条块能够迅速脱离联系，保护了机内的部件。5）自动开闭器用来及时、正确反映道岔尖轨的位置，并完成控制电动机和挤岔表示的功能。拉簧、速动片、检查柱在正常转换过程时，对表示杆缺口起到探测作用。道岔不密贴，缺口位置不对，检查柱不会落下，它阻止动接点块动作，不构成道岔表示电路，挤岔时，检查侏被表示杆顶起，迫使动接点块转向外方，断开表示电路。速动片 配合起动片完成解锁和锁闭功能，使速动爪落入其梯形凹槽之中。自动开闭器有2排动接点，4排静接点，编号是站在电动机处观察，自右向左分别为1、2、3、4、5、6排，每排有3组接点，自上向下顺序编号，例11、12，13、14、15、16。定位状态时，有第1、3 排接点闭合，和2、4排接点闭合。其中，2、3排接点是表示用，1、4排为动作用。道岔转换时，先断开表示接点组，最后断开动作接点组。6）摩擦联结器保护电动机和吸收转动惯量的联结装置。其主要是在道岔因故转换不到底时，电机的电路不能断开，如果电动机突然停转，电动机将会因为电流过大而烧坏。另外，在正常使用过程中，可以消耗电动机的惯性，以避免内部器件受到撞击或毁坏。7）挤切装置包括挤切削和移位接触器，用来进行挤岔保护，并给出挤岔表示。两挤切削将动作杆与齿条块连成一体。正常转换时，带动道岔。当来自尖轨的的挤岔力超过挤切削能承受的机械力时，主副挤切削先后被挤断，动作杆在齿条块内移动，道岔即与电动转辙机脱离机械联系，保护了转辙机的主要机件和尖轨不被损坏。起立，致礼、考勤回答问题、展示预习任务、讨论。记分由地铁车辆驾驶室的图片，引出问题地铁车辆如何改变行驶方向记忆转辙机的基本要求记忆和理解转辙机各部分动作的基本原理和要去德育及行为教育、上课准备检查预习及作业学习效果给学生养成复习、预习的习惯讲授电动机的工作图讲授转辙机组成部分减速器的作用及工作方式了解转辙机的工作原理讲授转辙机组成部分转换锁闭器、自动开闭器的作用及工作方式，了解转辙机的工作原理讲授转辙机组成部分摩擦联结器、挤岔装置的作用及工作方式，了解转辙机的工作原理2min5min5min15min10min20min10min10min任务3 轨道电路应用（共2课时，每周4课时）院系名称： 授课教师任教课程城市轨道交通通信信号授课班级任 务轨道电路应用授课时间课型理论R 实验 习题实训R 复习 其他授课地点多媒体教室教学目标知识目标：掌握轨道电路的原理掌握作用和分类明确轨道电路的要求能力目标：1. 能根据轨道电路分析信号灯显示的控制过程德育目标：培养学生严肃认真的学习态度、严谨的学习作风，团结合作，安全意识。教学重点轨道电路的作用和基本原理。教学难点轨道电路的基本原理。教学方法讲授与展示、讨论、问题解答教学手段多媒体教学并结合板书教学板书设计轨道电路轨道电路的组成轨道电路的状态轨道电路的基本原理音频轨道电路作业设计轨道电路与红绿黄灯变化教学后记教 学 过 程教师活动学生活动教学意图时间分配一、 组织教学二、 复习旧课：1.转辙机的作用和基本要求2.转辙机的结构三、 导入：【任务案例】与【任务分析】四、 学习新课1、轨道电路的作用和组成（1）传递列车行车信息在正线上，根据列车的不同位置，有关闭塞分区的轨道电路传输不同的控制信息，实现对追踪列车的控制。带有编码信息的轨道电路市城市轨道交通信号系统车和地之间信息传输的通道之一。（2）监督线路的占用情况利用轨道电路监督列车在正线的占用状态，轨道电路反映有关线路在空闲时为开放信号，轨道电路被占用时，用于实现信号系统的自动控制2、轨道电路的基本原理轨道电路是以铁路线路轨道作为导体，两端加以机械绝缘，接上送电和受电设备构成的电路，如图所示。最简单的轨道电路轨道电路的两端分别设有送电端和轨道继电器，当轨道继电器中有电流时，轨道继电器吸起，继电器前接点和中接点闭合，当轨道继电器没有电流时，轨道继电器落下，后接点和中节点闭合。当轨道电路内钢轨完整，没有列车占用轨道时，继电器吸起，表示轨道电路空闲。此为轨道电路的调整状态当轨道电路被列车占用，轨道电路被轮对分路轮对电阻远小于轨道继电器线圈的电阻，流经轨道继电器的电流大大的减小，轨道继电器落下，表示轨道电路被占用，这时轨道电路的分路状态。分路状态当轨道电路的钢轨被折断，轨道电路受电端轨道继电器中无电流通过，设备反映钢轨断轨。断轨状态2.音频轨道电路的工作原理l幅值计算空闲情况，ü接收到的轨道电压幅值足够高，并且轨道电路调制器鉴别编码调制正确，ü接收器发送 “轨道空闲”信号，Ø车辆进入区段ü车辆轮对的分路作用，该区段短路ü接收端的接受电压减小ü轨道继电器达不到相应工作电压落下ü发出“轨道占用”的信号发送器的一个输出端和接收器的一个输入端接在S形导线的中间。电容器C2与钢轨L2及S形电缆的一半组成谐振于轨道区段2 音频频率f2的并联谐振电路。两个并联谐振回路分别对f1、f2信号呈现高阻抗，以使信号能够发送和接收。在轨道电路的检测的过程中，接收器对收到的信号幅值进行计算，当接收到的轨道电压幅值足够高，并且轨道电路调制器鉴别编码调制正确，接收器发送 “轨道空闲”信号，轨道继电器吸起表示“轨道区段空闲”。当车辆进入区段，因为车辆轮对的分路作用，该区段被短路，接收端的接受电压减小，轨道继电器达不到相应工作电压落下，发出“轨道占用”的信号。2.2音频轨道电路的工作方式传输轨道电路报文 Ø检查轨道区段是否占用 传输ATP列车报文 Ø发送信息的选择 双向发送信息，具有方向性 作为列车的定位设备起立，致礼、考勤回答问题、展示预习任务、讨论。记分分析轨道电路的作用分析电路占用和空闲的情况分析电路占用和空闲的情况分析电路占用和空闲的电流的情况笔记本上画出有车辆通过时的电流走向画出断轨状态下的电流走向总结音频轨道电路的工作方根据PPT上的原理图，说出音频轨道电路的组成及各部分功能德育及行为教育、上课准备检查预习及作业学习效果给学生养成复习、预习的习惯通过案例分析信号灯与轨道电路分析轨道电路电流的流动分析轨道电路电流的流动分析轨道电路电流的流动讲授，提问：当车辆通过时，电流走向如何给出断轨状态下的电路图，让学生讲出断轨状态下的工作原理引导学生总结音频轨道电路的工作方式2min5min5min15min10min20min10min10min任务4 计轴器和应答器应用（共2课时，每周4课时）院系名称： 授课教师任教课程城市轨道交通通信信号授课班级任 务计轴器和应答器应用授课时间课型理论R 实验 习题实训R 复习 其他授课地点多媒体教室教学目标知识目标：掌握计轴器的作用和原理掌握应答器的种类和作用、原理能力目标：能够说明计轴器和应答器的作用和工作原理德育目标：培养学生严肃认真的学习态度、严谨的学习作风，团结合作，安全意识。教学重点应答器的工作原理教学难点应答器的作用和工作原理教学方法讲授与展示、讨论、问题解答教学手段多媒体教学并结合板书教学板书设计计轴器计轴器的组成计轴器的工作原理应答器应答器的种类应答器的组成应答器的工作原理作业简述应答器进行定位的原理。教学后记教 学 过 程教师活动学生活动教学意图时间分配一、 组织教学二、 复习旧课：1.转辙机的作用和基本要求2.转辙机的结构三、 导入：【任务案例】与【任务分析】四、 学习新课1.计轴器计轴器是计算车辆进出区段的车轴数来监督列车占用，它不受轨道线路、道床状况的影响，在CBTC城轨线路无线设备故障时用计轴器检查列车位置，构成“降级”信号。计轴器有由传感器、计数比较器等部分组成。传感器是计轴器的基础设备，其作用是将机车、车辆通过的车轴数转换成电脉冲信号。一般采用电磁式。电磁式传感器由磁头、发送器、接收器三部分组成。磁头有一个发送线圈和一个接收线圈分别装在钢轨的两侧。发送器向磁头的发送线圈馈送较高频率的电流，使其周围产生交变磁场，并通过空气、钢轨、扣件等不同介质环链到磁头的接收线圈,感应出一交流电压。车轴通过磁头时,车轮的屏蔽作用和轮缘的扩散作用，使环链到磁头的接收线圈的磁通量发生变化，并使感应电压显著降低。接收器将这个变化的感应电压转换成车轴电脉冲信号。 计数比较器主要由计数器、鉴别器、比较器组成。它将进出两个计轴点之间的车轴电脉冲信号进行计数和比较，以判断区间（或轨道区段）是否空闲。在区间始端和末端各有一传感器，当车轮进入始端轨道传感器作用区时，传感器发出电脉冲信号给计数器，开始计轴进行加轴运算，当车轮进入末端轨道传感器作用区时，传感器同样发出电脉冲给计数器，进行减轴运算，当如果计数器为0，表明此时区间无车，如果不为0，则表明此时区间有车占用。2.应答器城市轨道交通列车运行自动控制系统中，应答器的应用很普遍，最早在上海轨道交通1号线的ATC系统中，采用无源和有源应答器，实现列车在车站的程序定位停车控制，其后在“距离定位”的ATC系统中，轨间采用了大量的定位应答器，也称“信标”；近年来我国城市轨道交通陆续采用基于无线通信的CBTC系统，从而废除了轨道电路，而为了检测列车在线路的精确位置，普遍、大量地采用了应答器。应答器是一种可以发送数据报文的高速数据传输设备，分为无源应答器和有源应答器两种。地面应答器实现地对车的数据传输。地面无源应答器具有列车运行固定信息；有源应答器与地面电子单元相连接时，能提供实时可变的信息；地面电子单元是一种数据采集与处理单元，当有数据变化时，将变化后的数据形成报文，并送给地面应答器，传送给列车。（1）无源应答器地面应答器分无源和有源两种，无源应答器作为一个电磁设备，如图2-26所示，它没有外接电源供电，平时无源应答器处于静止休眠状态；当列车经过无源应答器上方时，地面应答器接收到车载天线传递的载频能量，获得电能量使地面应答器的信号发生器工作，然后将事先存储在地面应答器中的数据传送出去。这些信息可以包含公里标、线路坡度、限速等各种数据信息。列车接收到这些信息，通过车载控制系统得出最佳的运行速度，以保证行车安全。列车也可以根据接收到的信息确定列车在线路的精确位置。（2）有源应答器有源应答器需要外接电源向其供电。如图2-27所示，它由可变信息应答器、轨旁电子单元（LEU）、车站信息编码设备和连接电缆组成。有源应答器接有车站信息编码设备，因此有源应答器内的数据报文可以随外部控制条件产生变化，例如设置于地面信号机旁的应答器，它将信号机的显示状态的数据信息通过应答器传送给列车，对应信号机的不同显示，数据信息是可变的。在城市轨道交通点式ATP子系统中，得到广泛的应用，另外在CBTC的后备系统中也普遍采用。当列车接近到应答器的一定距离时，地面应答器内的数据应该保持不变，当列车远离应答器时，数据可以随时变化。车站内的信息编码设备和车站联锁系统结合，采集联锁系统的有关信息，例如：信号机的显示、道岔的位置、临时限速等。这些信息经过编码设备编码后，通过串行接口传送至轨旁电子单元，再通过它控制地面有源应答器的发送，为列车提供实时的信息。起立，致礼、考勤回答问题、展示预习任务、讨论。记分分析计轴器的作用分析计轴器个组成部分的作用计轴器监督的原理分析应答器的作用无源应答器信息传输的工作原理有源应答器信息传输的工作原理德育及行为教育、上课准备检查预习及作业学习效果给学生养成复习、预习的习惯掌握应答器监督列车占用的基本原理认知应答器的作用掌握应答器工作的基本原理分析轨道电路电流的流动2min5min5min15min10min20min10min10min