列车自动控制系统的分析及研究.doc

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1、列车自动控制系统的分析及研究列车自动控制系统的分析及研究 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 指 导 教 师： - -摘 要城市轨道交通系统是城市最为重要的基础设施之一，城市内人员的流动，物质的运输都是依靠城市交通来完成。城市轨道交通体系直接展示着城市的面貌和活力，体现城市的承载能力，关系着城市的环境，进而影响着城市的可持续发展。城市轨道交通车辆是城市轨道交通体系中最重要的，也是最关键的设备，它是集多专业先进技术于一体的综合性产品，涉及机械、电气及控制、材料等领域。而在确保安全的前提下，为了实现列车快速和高密度运行，为了保证列车安全高效的运行，迫切需要装备性能先进，安全可靠的列车自动控制

2、系统。先进、可靠的自动化控制系统是城市轨道交通系统发展的重要部分。列车自动控制系统是在列车自动停车基础上发展起来的装置，使列车按地面送来的允许行车速度信息行驶的技术和设备。它设在机车上，大部分情况下，是装有专用程序的微型计算机及其相应的接口。装有列车自动控制系统的列车，连续不断地从地面获得允许行车的速度信息，将它与列车实时采集的车速相比较，在超出规定允许的车速时，控制系统根据列车的制动能力、实际载重和前方区间坡道弯道条件等多种因素，求得最佳降速方案进行降速，或在需要时进行制动，以保证行车安全。本文介绍了城市轨道交通车辆的机械、电气部分，着重介绍了城轨车辆自动控制系统的设备，组成及应用原理。并以

3、西门子A型列车的自动控制部分举例介绍。对列车自动控制系统的现状加以分析，对其将来的发展做以展望。目 录摘 要2引 言31地铁列车自动运行系统的分析与设计51.1 ATC与ATO简介51.2 ATO系统技术特点比较51.2.1北京地铁1号线ATO系统51.2.2 上海地铁1号线ATO系统61.2.3 广州地铁1号线ATO系统71.3 系统分析比较81.4 ATO系统车载设备的国产化研究91.5 工作原理9ATO车载设备的设计92 列车自动控制系统的研究112.1用于地铁的ATC系统112.2系统的技术特点112.3系统功能133 西门子A型电动列车自动控制系统153.1西门子A型电动列车牵引单元

4、153.2西门子A型电动列车总线系统组成153.2.1 西门子A型电动列车总线系统组成153.2.2 西门子A型电动列车电子制动单元153.3 西门子A型电动列车高速电路断路器控制电路163.4 西门子A型电动列车牵引控制183.4.1列车非紧急工作状态183.4.2列车紧急工作状态194 我国城市轨道交通ATC系统状况分析20结 论22致 谢23参 考 文 献24引 言进入21世纪，我国城市轨道交通运输事业正处于方兴未艾的时期，随着我国城市轨道交通的发展，人们对于城市轨道交通需求日益增大，要求越来越高，因此，如何实现列车安全、快捷、高效地运行是目前城市轨道交通亟待解决的问题。而作为保证行车安

5、全、提高运营效率和乘坐舒适度的列车自动控制系统具有决定性的作用。熟悉和掌握列车自动控制系统，对列车自动控制系统的设备,功能与应用作以详细的分析，是城市轨道交通系统发展的必要条件，也是维持城市居民工作学习和生活正常秩序的重要保障。1地铁列车自动运行系统的分析与设计对于城市轨道交通系统高效率、高密度的要求来说，列车自动控制系统（ATC）是必不可少的。其中一个重要的子系统列车自动运行（驾驶）系统（ATO）能模拟有经验的司机完成驾驶列车的任务。ATO子系统利用地面信息实现对列车牵引、制动的控制，使列车经常处于最佳运行状态，提高乘客的舒适度，提高列车准点率，节能能源。 许多国家都在研究ATO系统，且取得

6、了一定的成绩。我国在此项技术上尚属空白。本文将对比分析三套ATO系统技术特点。 1.1 ATC与ATO简介 ATC是一套以安全和效率为目的、调节列车运行间隔的自动控制设备，通过车载设备、地面设备、车站和控制中心组成的控制系统完成列车运行控制。ATC系统包括三个子系统:列车自动监控系统（ATS），列车自动保护系统（ATP）和列车自动运行系统（ATO）。 ATS子系统实现监督、引导列车按预定的时刻表运行，保证地铁运行系统的稳定性。它通过转换道岔建立发车进路，并向列车提供由控制中心传来的监督命令。ATP子系统具有超速防护、零速度检测和车门限制等功能。ATP提供速度限制信息以保持列车间的安全间隔，使列

7、车在符合限制速度的标准下运行。在打开车门前，ATP先检查各种允许打开车门的条件，检查通过后，才允许打开车门。 ATO子系统能自动调整车速，并能进行站内定点停车，使列车平稳地停在车站的正确位置。 ATO从ATS处得到列车运行任务命令。其信息是通过轨道电路或轨旁通信器传送到列车上的。信息经过处理后传给ATO，并显示相关信息。ATO获得有用信息后，结合线路情况开始计算运行速度，得出控制量，并执行控制命令，同时显示有关信息。到站后，开门条件允许后，ATO打开车门。停站期间，列车通过车-地通信系统把列车信息传送给地面通信器，然后传到ATS。ATS根据列车信息，把运行信息传给车载ATO。 1.2 ATO系

8、统技术特点比较 20世纪90年代初，北京地铁1号线部分列车安装了英国Westinghouse公司的ATO设备（未使用）;上海地铁1号线的ATO设备则是从美国GRS公司引进的，并于1996年11月开始在全线试用。广州地铁1号线引进的是德国Siemens公司的ATO设备，在1999年6月正式运营。由于他们的ATO系统设计不尽相同，因此有必要对不相同的地方进行比较（主要是ATO设备、ATO需求数据与传输通道和控制策略），然后分析各种设计的特点，以利于ATO的设备国产化。1.2.1北京地铁1号线ATO系统 ATO设备 车载设备:由设在列车每一端司机室内的ATO控制器及安装在列车每一端司机室车体下的两个

9、ATO接收天线和两个ATO发送天线组成。 地面设备:在各车站设备室内设有站台ATO通信器PAC（PlatformATOCommunicator）。PAC内存有至下两个车站的线路信息，并通过与LPU或RTU接口，得到来自ATS子系统的控制命令。在各车站上下行站台以及进行ATO折返的折返线处轨道上，设有Xd或X2环路及Rd环路。列车在车站停车期间，经联锁电路及轨道电路的有关条件控制向室外环路发送。 ATO需求数据与传输通道 在ATO数据获取的过程中，车载ATP接收安全信息。安全信息由列车当前运行区段的AF900轨道电路传送，采用低频脉冲调幅方式，有8种不同的调制频率，6种用于ATP速度命令，2种用

10、于门控命令。另外，车载TWC系统接收地面TWC信息。该信息一般是非安全控制功能数据，诸如运行等级、列车号、目的地和跳停等。该信息采用FSK调制方式，通过地面TWC设备向列车发送。最后，车载ATO接收来自车载ATP、TWC的信息和标志线圈的信息。 控制策略 速度调节:ATO根据从ATP中获取的MSS和TS，计算列车运行速度曲线。该曲线比较简单，主要计算加速转匀速、匀速转制动的位置点，以保证列车运行时不超过MSS，并且在每个轨道电路区段目标距离处速度不超过目标速度。控制器根据线路的情况自动控制列车的牵引及制动输出，尽量使列车按运行速度曲线的速度来运行。当列车速度超过目标速度时，ATP设备报警;当超

11、过最大允许速度时，ATP实施紧急制动。 车站停车:在车站的定位停车是通过X2和Xd环路实现的。列车进入车站X2环路范围后，通过地-车之间的感应，得出距停车点的距离，进行第一次位置调整，并使速度尽量贴近预置的停车速度曲线。在Xd环路处，进行第二次也是最后一次位置调整。若需要对运行时间进行调整，ATS将给出控制命令，如惰行控制、扣车、下一车站通过等命令，由ATO执行。 1.2.2 上海地铁1号线ATO系统 ATO设备 车载设备:主要包括ATO主控制器，以及车底的ATP/TWC接收线圈、TWC发送天线（TWC为车-地通信子系统）、对位天线、标志线圈。 地面设备:包括每个车站ATC设备室内的车站停车模

12、块以及沿每个站台布置的一组地面标志线圈。 .ATO需求数据与传输通道 在ATO数据获取的过程中，车载ATP接收安全信息。安全信息由列车当前运行区段的AF900轨道电路传送，采用低频脉冲调幅方式，有8种不同的调制频率，6种用于ATP速度命令，2种用于门控命令。另外，车载TWC系统接收地面TWC信息。该信息一般是非安全控制功能数据，诸如运行等级、列车号、目的地和跳停等。该信息采用FSK调制方式，通过地面TWC设备向列车发送。最后，车载ATO接收来自车载ATP、TWC的信息和标志线圈的信息。控制策略 速度调节:ATO与ATP配合调节速度。ATP共设6个速度命令，即20、30、45、55、65、80k

13、m/h。ATC系统具有4个ATS运行等级，对应于ATP的各个速度命令有相应的修正速度。参考速度就是接收到的ATP速度命令、ATS运行等级的修正速度及定点停车速度曲线三者中最小的速度。ATO根据轨旁接收的运行等级信息获得运行速度信息，并调节车速、加速度和程序减速度，以符合所接收的运行等级。在检出限制速度变低并在正常的制动条件下，如果车速大于现在新的速度命令，则以制动减速度0.97m/s2启动常用制动。ATO子系统利用闭环反馈技术进行调速，即将实际车速与参考速度之差作为误差控制量。通过牵引/制动线对列车实施一定的牵引力或制动力，使误差控制量为零。车站停车:车载ATO系统将修正程序停车曲线，以符合所

14、接受的运行等级。精确的车站停车是通过应用轨道电路ID和边界的转换以及车站的环线来实现的。应用轨道电路的ID来确定正确的停车曲线的起点。列车经过站外350m处的第一对地面标志器时，定点停车曲线便由此启动。定点停车曲线是建立在一个固定减速率基础上的。当ATS速度与定点停车曲线速度相同时，列车转入定点停车控制模式。列车经过150m、25m处的地面标志器时，它离开最后停车点的距离信息被不断更新。列车经过8m处的有源地面标志器上方，并收到由该标志器发送的信号，列车即刻转为定位停车模式，实施全常用制动，将车停住。车辆对位天线与地面对位天线对齐。 运行时间的调整:主要是通过选择不同的运行等级来实现。惰行模式

15、已经包含在运行等级中。 运行模式的改变:ATC系统的逻辑要求是必须在列车停下时才可以进行转换，否则将导致一次紧急制动。1.2.3 广州地铁1号线ATO系统ATO设备车载设备:主要包括ATC设备机架、速度表、 控制台、ATP接收天线、PTI发送天线。ATO需求数据与传输通道 由于广州地铁采用FTGS数字频率轨道电路，因此能传送报文信息。地面传送给列车的数据全部经轨道电路由车载ATP接收。ATO需要的信息主要通过车载ATP获得。包括经ATP处理过的信息（实际速度、运行方向、实际位置、列车长度、限速命令、制动减速度，附加信息:下一区段精调、停车位置、车站停车），以及ATS经过ATP传给ATO的信息（门控、到下一站的时间、车站号、车次号、目的地号、轨道电路号）。报文由所有类型的电码按照一定的次序组成，是由轨道电路循环发送的。 控制策略 速度调节:ATO接收到来自ATP的带四个标志点的速度命令信息（包括最大速度