城市轨道交通信号教案.docx
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1、轨道交通掌握系统学习包 第一章 城市轨道交通信号设备概述城市轨道交通信号设备是城市轨道交通的主要技术装备,它担负着指挥列车运行、保证行车安全、提高运输效率的重要任务。现代化的城市轨道交通要求城市轨道交通信号设备的 现代化。第一节城市轨道交通信号设备的特点城市轨道交通包括地下铁道和轻轨铁路是现代化都市的重要根底设施,它安全、迅 速、舒适、便利地在城市范围内运送乘客,最大限度地满足市民出行的需要。在城市各种公 共交通工具中,具有运量大、速度快、安全牢靠、污染低、受其他交通方式干扰小等特点, 对转变城市交通拥挤、乘车困难、行车速度下降是行之有效的。城市轨道交通是现代化都市 所必需的交通工具。我国北京
2、、天津、上海、广州、深圳、南京已建成档次和规模不同的地铁并进展扩展和延长,武汉高架快速轨道线、重庆单轨运输线、大连轻轨线、长春轻轨线已 建成通车,成都、沈阳、青岛、西安、哈尔滨、杭州、苏州等城市轨道交通也正在建设。我国城市轨道交通消灭了建设高潮,前景格外宽阔。城市轨道交通系统的安全、速度、输送力量和效率与信号系统亲热相关,以速度掌握为根底的列车自动掌握系统已成为城市轨道交通信号系统的共同选择。信号系统实际上已成为 城市轨道交通调度指挥和运营治理的中枢神经,选择适宜的信号系统,可以带来较好的经济 效益和社会效益。一、 城市轨道交通的特点1. 城市轨道道交通有别于城市路交通的特点城市轨道交通具有城
3、市道路交通无可比较的优势:(1) 容量大地下铁道单向每小时运送力量可达3000070000人次,轻轨交通在1000030000人次之 间,而公共汽车、电车为8000人,在客流密集的城市建设城市轨道交通可疏散公交客流。(2) 运行准时、速达城市轨道交通有自己的专用线路,与道路交通相隔离,不受其他交通工具的干扰,不会消灭交通堵塞而延误运行时间,可保证乘客准时、快速地到达目的地。(3) 安全城市轨道交通或于地下或高架,即使在地面也与道路交通相隔离,与其他交通工具无相互干扰,假设不遇到自然灾难或发生意外,运行安全有充分的保障。(4) 利于环境保护城市轨道交通噪声小,污染轻,对城市环境不造成破坏。5)节
4、约土地资源城市轨道交通多建于地下或高架即使在地面其占地也有限,充分利用了城市空间, 节约了日益贵重的土地资源。但是城市轨道交通也存在肯定的局限性,如建设费用高,建设周期长,技术含量高,建设难度大;一旦遇有自然灾难尤其是火灾,乘客疏散困难,简洁造成人员伤亡。城市轨道交通系统建成后就难以迁移和变动,不像地面公共交通可以机动地调整路线和设置站点,以满足乘客流量和流向变化的需要,其运输组织工作远比地面公共交通简单。2. 城市轨道交通有别于铁路的特点城市轨道交通虽然和铁路同为轨道交通,但和铁路有不少不同之处。(1) 运营范围城市轨道交通运行范围是城市市区及郊区,往往只有几十千米,不像铁路那样纵横数千千米
5、,而且连接城乡。(2) 运行速度城市轨道交通因在城市范围内运行,站间距离短,且站站须停车,列车运行速度通常不超过80km/h。而铁路的运行速度比较高,很多线路在120km/h以上高谏铁路在300km/h以 上。(3) 效劳对象城市轨道交通的效劳对象单一,只有市内客运效劳,不像铁路那样客、货混运。(4) 线路与轨道城市轨道交通大局部线路在地下或高架通行,均为双线,各线路之间一般不过线运营。正线一般承受9号道岔,车辆段承受7号道岔,这些都与铁路有异。另外城市轨道交通还有铁 路没有的跨座式和悬挂式。(5) 车站城市轨道交通一般车站多为正线,多数车站也没有道岔,换乘站多为立体方式,不像铁路那样车站有数
6、量不等的道岔及股道,有较简单的咽喉区,换乘也为平面方式。(6) 车辆段城市轨道交通的车辆段不同于铁路的车辆段,只有车辆检修的功能,而是类似于铁路的区段站,要进展车辆检修、停放以及大量的列车编解、接发车和调车作业。(7) 车辆城市轨道交通承受电动车组,没有铁路那样的机车和车辆的概念,也没有铁路那样众多类型的车辆。(8) 供电城市轨道交通的供电包括牵引供电和动力照明供电。城市轨道交通均为直流电力牵引, 没有非电气化铁路的说法。城市轨道交通的动力、照明供电尤为重要,一旦供电中断,将陷人整体瘫痪状况。(9) 通信信号城市轨道交通列车密度高,行车间隔短,普遍承受列车自动监控和列车自动运行的方式。城市轨道
7、交通为了快速、准确、牢靠地传递信息,建有自成体系的独立完整的内部通信网, 还包括播送和闭路电视。(10) 运营治理城市轨道交通运营条件格外单纯,除了进、出段和折返外,没有越行,没有交会,正线上一般没有调车作业,易于实现自动监控。二、城市轨道交通对信号系统的要求城市轨道交通,尤其是地下铁道因其固有的特点,对其信号系统提出如下要求:1)安全性要求高因城市轨道交通尤其是地下局部隧道空间小,行车密度大,故障排解难度大,假设发生事故难以救援,损失将格外严峻,所以对行车安全的保证,即对信号系统提出了更高的安全要 求。2)通过力量大城市轨道交通一般不设站线,进站列车均停在正线上,先行列车停站时间直接影响后续
8、列车接近车站,所以要求信号设备必需满足通过力量的要求。另一方面,不设站线使列车正 常运行的挨次是固定的,有利于实现行车调度自动化。3)保证信号显示城市轨道交通虽然地面信号机少,地下局部背景暗,且不受天气影响,直线地段燎望条件好,但曲线地段受隧道壁的遮挡,信号显示距离受到限制,所以保证信号显示也是一个重 要的问题。(4) 抗干扰力量强城市轨道交通均为直流电力牵引,要求信号设备对其有较强的抗电气化干扰力量。(5) 牢靠性高由于城市轨道交通隧道净空小,且装有带电的接触网,行车时不便洞修理和排解设备故障,所以要求信号设备具有高牢靠性,应尽量做到寻常不修理或少修理。(6) 自动化程度高城市轨道交通站间距
9、短,列车密度大,行车工作格外频繁,而且地下局部环境潮湿,空气不佳,没有阳光,工作条件差,所以要求尽量承受自动化程度高的先进技术设备,以削减工作人员,并减轻他们的劳动强度。(7) 限界条件苛刻城市轨道交通的室外设备及车载设备,受土建限界的制约,要求设备体积小,同时必需兼顾施工和维护作业空间。三、城市轨道交通信号系统的特点城市轨道交通的信号系统沿袭铁路的制式,但由于其自身的特点,与铁路的信号系统有肯定的区分。城市轨道交通信号系统的特点是:(1) 具有完善的列车速度监控功能城市轨道交通所担当的客运量巨大,对行车间隔的要求远高于铁路,最小行车间隔到达90 s甚至更小,因此对列车运行速度监控的要求极高。
10、(2) 数据传输速率较低城市轨道交通的列车运行速度远低于铁路干线的列车运行速度,最高运行速度通常为80km/h,所以信号系统可以承受速率较低的数据传输系统。但是,随着城市轨道交通信号自动化技术的不断进展,对信息需求越来越多,信号系统也逐步承受速率较高且独立的数据传输系统。(3) 联锁关系较简洁但技术要求高城市轨道交通的大多数车站没有配线,不设道岔,甚至也不设地面信号机,仅在少数有岔联锁站及车辆段才设置道岔和地面信号机,故联锁设备的监控对象远少于铁路车站的监控 对象,联锁关系远没有铁路简单。除折返站外全部作业仅为旅客乘降,格外简洁。通常一个掌握中心即可实现全线的联锁功能。城市轨道交通信号自动掌握
11、最大的特点是把联锁关系和ATP编发码功能结合在一起, 且包含一些特别的功能,如自动折返、自动进路、紧急关闭、扣车等,增加了技术难度。(4) 车辆段独立承受联锁设备城市轨道交通的车辆段类似于铁路区段站的功能,包括列车编解、接发列车和频繁的调车作业,线路较多,道岔较多,信号设备较多,一般独立承受一套联锁设备。(5) 自动化水平高由于城市轨道交通的线路长度短,站间距离短,列车种类较少,行车规律性很强,因此它的信号系统中通常包含自动排列进路和运行自动调整的功能,自动化强度高,人工介人极 少。其次节 城市轨道交通信号系统组成城市轨道交通的信号系统通常由列车运行自动掌握系统ATC和车辆段信号掌握系统 两大
12、局部组成,用于列车进路掌握、列车间隔掌握、调度指挥、信息治理、设备工况监测及维护治理,由此构成了一个高效的综合自动化系统,如图1-1所示。自城市轨道交通问世以来,其安全程度和载客力量不断得到提高,信号系统也不断完善和得到进展。随着经济的进展,世界各国城市人口急剧膨胀,对城市轨道交通的载客力量提出了越来越高的要求,最重要而有效的措施就是缩短列车运行间隔。在这种状况下,随着计算机技术的飞速进展,城市轨道交通信号技术日趋成熟,成为城市轨道交通不行缺少的组成局部。图1-1城市轨道交通信号系统框图一、列车运行自动掌握系统列车运行自动掌握系统(ATC)包括列车自动防护ATP、列车自动运行ATO及列 车自动
13、监控ATS三个系统,简称“3A”。系统需设置行车掌握中心,沿线各车站设计 为区域性联锁,其设备放在掌握站一般为有岔站,列车上安装有车载掌握设备。掌握中心与掌握站通过有线数据通信网连接,掌握中心与列车之间可承受无线通信进展信息交换。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、牢靠性、实时性更高。ATC地面设备分布如图1一2所示不同制式的ATC设备组成可能不同, 本图以西门子公司的ATC为例。1. ATP子系统ATP子系统的功能是对列车运行进展超速防护,对与安全有关的设备实行监控,实现列 车位置检测,保证列车间的安全间隔,保证列车在安全速度下运行,完成信号显
14、示、故障报警、降级提示、列车参数和线路参数的输人,与ATS、ATO及车辆系统接口并进展信息交换。ATP子系统不断将从地面获得的前行列车位置信息、线路信息、前方目标点的距离和允许速度信息等通过轨道电路等传至车上,由车载设备计算得到当前所允许的速度,或由行车 指挥中心计算出目标速度传至车上,由车载设备测得实际运行速度,依此来对列车速度实行 监视,使之始终在安全速度下运行,以缩短列车运行间隔,保证行车安全。承受轨道电路传送ATP信息时,ATP子系统由设于掌握站的轨旁单元、设于线路上各轨 道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成,并包括与ATS、ATO、联锁设备的接口设备。2. ATO子系统ATO子
15、系统主要用实现“地对车掌握”,即用地面信息实现对列车驱动、制动的掌握,包括列车自动折返,依据掌握中心的指令使列车按最正确工况正点、安全、平稳地运行,自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动,传送车门和屏蔽门同步开关信号。使用ATO后,可使列车常常处于最正确运行状态,避开了不必要的、过于猛烈的加速和减速,因此明显提高了乘客的舒适度,提高了列车正点率并削减了能量消耗和轮轨磨损。ATO子系统包括车载ATO单元和地面设备两局部。地面设备有站台电缆环路、车地通信设备(TWC)以及与ATP,联锁系统的接口设备。3. ATS子系统ATS子系统主要实现对列车运行的监视和掌握,关心调度人员对全线列车进展治理,其
16、功能包括:调度区段内列车运行状况的集中监视与掌握,监测进路掌握、列车间隔掌握设备 的工作,按行车打算自动掌握道旁信号设备以接发列车,列车运行实迹的自动记录,时刻表 自动生成、显示、修改和优化,运行数据统计及报表自动生成,设备运行状态监测,设备状态及调度员操作记录,运输打算治理等,还具有列车车次号自动传递等功能。ATS 子系统包括掌握中心设备和ATS 车站、车辆段分机。掌握中心ATS 设备有中心计算机系统、工作站、显示屏、绘图仪、打印机、UPS 等。每个掌握站设一台ATS 分机,用于采集车站设备的信息和传送掌握命令,并实现车站进路自动掌握功能。车辆段ATS 分机用于采集车辆段内库线的列车占用状况
17、及进出车辆段的列车信号机的状态。此外,在ATC范围内的各正线掌握站各设一套联锁设备,用以实现车站进路掌握。联锁设备接收车站值班员和ATS掌握。考虑到运用的敏捷性,正线有岔站原则上独立设置联锁设备,固然也可以承受区域掌握方法。二、车辆段联锁设备车辆段设一套联锁设备,用以实现车辆段的进路掌握,并通过ATS车辆段分机与行车指挥中心交换信息。车辆段联锁设备前期承受6502电气集中联锁,近来均承受计算机联锁。先进的车辆段信号掌握系统的特点是信号一体化,包括联锁系统、进路掌握设备、接近 通知、终端过走防护和车次号传输设备等。这些设备由局域网连接并经过光缆与调度中心相 通。列车的整备、修理与运行相互连接成一
18、个整体,保证了城市轨道交通的高效率和低本钱。车辆段内试车线设假设干段与正线一样的ATP轨道电路和ATO地面设备,用于对车载ATC 设备进展静、动态试验。在车辆段停车库,一般还设有日检月检设备,用来对列车进展上线前的常规检测。第三节城市轨道交通信号系统的地域分布按地域城市轨道交通信号设备划分为五局部:掌握中心设备、车站及轨旁设备、车辆段设备、试车线设备、车载ATC设备。一、 掌握中心设备掌握中心设备属于ATS子系统,是ATC的核心。其设备组成如图1-3所示。掌握中心设备主要包括中心计算机系统、综合显示屏、调度员及调度长工作站、运行图 工作站、培训模拟工作站、绘图仪和打印机、修理工作站、UPS及蓄
19、电池。其中综合显示 屏、调度员及调度长工作站设于主掌握室。掌握主机、通信处理器、数据库效劳器、修理工作站设于设备室。运行图工作站设于运行图室。绘图仪和打印机设于打印室。培训模拟工 作站设于培训室。UPS设于电源室,蓄电池设于蓄电池室。1. 中心计算机系统中心计算机系统包括掌握主机、通信处理器、数据库效劳器、局域网及各自的外部设备。为保证系统的牢靠性,主要硬件设备均为主备双套热备方式,可自动或人工切换。一系统 能满足自动掌握、调度员人工掌握及车站掌握的要求。2. 综合显示屏综合显示屏设于掌握中心的掌握室,用来监视正线列车运行状况及系统设备状态,由显示设备和相应的驱动设备组成。3. 调度员及调度长
20、工作站调度员及调度长工作站用于行车调度指挥。4. 运行图工作站运行图工作站用于运行打算的编制和修改,通过人机对话可以实现对运行时刻表的编辑、修改及治理。5. 培训模拟工作站培训模拟工作站配有各种系统的编辑、装配、连接和系统构成工具以及列车运行仿真的软件。它可与调度员工作站显示一样的内容、有一样的掌握功能,能仿真列车在线运行及 各种特别状况,而不参与实际的列车掌握。实习操作员可通过它模拟实际操作,培育系统控 制和各种状况下的处理力量。6. 绘图仪和打印机彩色绘图仪和彩色激光打印机,用于输出运行图及各种报表。7. 修理工作站主要用于ATS系统的维护、ATC系统故障报警处理和车站信号设备的监测。8.
21、 UPS及蓄电池组掌握中心配备在线式UPS及可供给30min后备电源的蓄电池组。二、车站及轨旁设备车站分集中联锁站和非集中联锁站。集中联锁站一般为有道岔车站,也可能是无道岔的车站。非集中联锁站一般为无道岔的车站。有道岔车站依据需要和可能也可以由邻近车站控制,而成为非集中联锁站。车站信号设备组成如图1-4所示。图中TWC即车一地通信。1. 集中联锁站及轨旁设备集中联锁站设有ATS车站分机、车站联锁设备、ATP/ATO系统地面设备、电源设备、修理终端、乘客向导显示牌、紧急关闭按钮以及信号机及发车指示器、转辙机。1) ATS车站分机集中联锁站设一台ATS分机,用于采集车站设备的信息,接收掌握命令,实
22、现车站进路的自动掌握。2车站联锁设备车站设继电集中联锁或计算机联锁,能接收车站值班员和ATS系统的掌握,用以实现车站进路的自动掌握。3) ATP/ATO系统地面设备ATP地面设备包括:轨道电路或计轴器,ATP地面编码发码设备,与ATS、ATO、锁设备的接口,用于实现列车占用的检测和发送ATP信息,实现列车运行超速防护。ATO地面设备包括:站台电缆环路,TWC设备,以及与ATP、联锁设备的接口设备,用于发送ATO命令,实现列车最正确掌握或列车自动驾驶。(4) 电源设备集中联锁车站配备一套适用于联锁设备、ATS、ATP、ATO设备的在线式UPS及可供给15 min后备电源的蓄电池组。(5) 修理终
23、端修理终端设修理用彩色显示器、键盘及鼠标,显示与掌握用显示器一样的内容及必要的修理信息,并能对信号设备进展自动、手动测试,但不能进展掌握。(6) 乘客向导显示牌在站台适当位置设乘客向导显示牌,用于显示接近列车的到站时间等。(7) 紧急关闭按钮紧急关闭按钮用于在遇到紧急状况危及行车安全时,关闭信号,使列车停车。(8) 信号机及发车指示器正线上防护信号机设于道岔区段,线路终点设阻挡信号机,用于指示列车运行,防护列车进路。在正向出站方向的站台侧列车停车位置前方设置发车指示器,指示列车出站。(9) 转辙机转辙机用于转换道岔。对于直尖轨道岔,承受单机牵引;对于AT道岔,承受双机牵引。可承受外锁闭装置,也
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