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城市轨道交通列车控制系统(信号)的发展及展望

作者:施卫忠2009.06.19阅读 42731

     目前,中国已经开通轨道交通的有北京、上海、天津、广州、长春、大连、深圳、武汉、南京、重庆等10座城市,25条线路,运行线路总里程超700公里,在建线路达837公里CONTROL ENGINEERING China版权所有,预计“十一五”期间将有超过1500公里的轨道交通投入运行。此外,在中国48座百万人口以上的特大城市中,已经有30多座城市开展了城市轨道交通建设的前期工作,20多个城市上报了轨道交通网规划方案,规划线路62条,总长约1700公里,总投资6200多亿元。
  一方面,中国的城市轨道交通建设规模空前,方兴未艾;另一方面,机电系统如车辆、牵引及信号控制等依赖国外供货的局面仍制约着中国城市轨道交通建设的开展。车辆牵引系统的国产化已取得阶段性成果,而地铁轻轨的信号控制系统的国产化还处于举步维艰的阶段。信号系统已成为中国城市轨道交通建设的关键瓶颈,政府部门在思索良策控制工程网版权所有,地铁轻轨业主呼吁国内有社会责任感的公司提供自主知识产权的信号系统,以打破垄断、改变目前受制于人的窘境。
  列车控制系统(信号)
  所有的地铁轻轨均离不开核心的控制设备——列车运行自动控制系统ATC(Automatic Train Con
trol),它包括三个子系统:列车超速防护系统ATP(Automatic Train Protection);列车自动驾驶系统ATO(Automatic Train Operation);列车自动监控系统ATS(Automatic Train Supervision)。
  ATP子系统为ATC系统的安全核心,负责列车间的安全间隔、超速防护、进路控制及车门与站台门的安全监控,包括正线联锁、车载和地面设备等。
  ATO子系统在ATP子系统的安全防护条件下使用,负责列车车速的调整和控制列车的运行。完成牵引、惰行和制动操作,实现列车的站间运行、车站的定点停车、折返控制等。它有利于行车效率的控制、列车节能、提高旅客乘坐的舒适度和减轻司机的劳动强度。ATO子系统控制的重点是进行列车运行正点控制、舒适度控制和精确度控制。
  ATS子系统为ATC系统的上层环节,重点管理监督、控制、协调列车运行,根据客流与实际运行情况,选定并管理执行运行图,信号系统与其他系统的接口通常通过ATS子系统来实现。ATS子系统主要由中央计算机及相关显示、控制列车记录设备以及车站ATS设备构成。
  中国国内的列车运行自动控制系统(信号)关键的技术要素有几个:其一是列车与地面的信息传输方式,其二是速度控制模式。
  闭塞:用信号或凭证,保证列车按照空间间隔制运行的技术方法(见铁标TB454-81,P79页),闭塞用来  控制列车运行。空间间隔制就是前行列车和追踪列车之间必须保持一定距离的行车方法,如果二个车站之间只允许一列车运行CONTROL ENGINEERING China版权所有,闭塞分区的长度为二站之间的距离,那么称作站间闭塞。特点是确保了安全,缺点是效率低。为了在确保安全的前提下,提高列车运行效率控制工程网版权所有,在二个车站之间划分成若干分区,称作闭塞分区。在确保同一时间同一分区内,同一方向只有一列车在运行,效率提高,这种控制方式叫自动闭塞。自动闭塞的定义是根据列车运行及有关闭塞分区状态控制工程网版权所有,自动变换通过信号机显示司机凭证信号行车的闭塞方式(见铁标TB454-81,P82页)。实现自动闭塞的技术手段有多种,列车与地面之间的信息传输采用轨道电路、计轴设备、电缆敷线、波导管及漏缆、无线等方式来划分闭塞分区。自动闭塞分为三类:固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。
  固定闭塞
  讨论固定闭塞前,先讨论轨道电路。轨道电路是以铁路线路的两根钢轨作为导体,并用引接线连接信号电源和接收设备所构成的电气回路。它是由钢轨、轨道绝缘、轨端接续线(减少两条钢轨接头处的电阻而增设的连线)、引接线(将设备接向钢轨所需的连线)、送电设备及受电设备等主要元件所组成。
  轨道电路的基本工作原理:平时,列车未进入轨道电路,即线路空闲时,电流通过轨道继电器线圈,使它保持在吸起状态,接通信号机的绿灯电路,当列车进入轨道电路,即线路被占用时,电流同时通过轮对和轨道继电器,由于轮对电阻比轨道继电器线圈电阻小得多,形成很大的分流作用,并使电源输出电流显著加大,限流电阻R x 上的压降随之增加,送向两根钢轨间的电压降低,因而流经轨道继电器的电流减少到它的落下值,使轨道继电器释放衔铁,用继电器的后接点接通信号机的红灯电路,信号机红灯显示向续行列车发出停车信号,以保证列车在轨道电路区段内运行的安全。
  轨道继电器GJ 监督着轨道电路的工作状态,继电器的接点又控制着信号机的显示,信号又指示着列车的运行,列车的运行又改变着轨道电路的工作状态,反复循环,从而实现信号自动控制。
  轨道电路能否正常工作,直接关系到行车安全和行车效率。为此对轨道电路提出下列要求。
  (1)当轨道电路空闲且设备良好时,轨道继电器衔铁应
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