上海地铁一号线车载信号系统.doc

上海地铁一号线车载信号系统一、 概述为了适应地铁速度快、效率高和安全准点的要求，上海地铁一号线的信号系统采用了列车自动控制 ATC（Automatic Train Control，以下简称 ATC） ，它由三个子系统组成，即列车自动保护（Automatic Train Protection，以下简称 ATP） 、列车自动运行（Automatic Train Operation，以下简称 ATO）和列车自动监控（Automatic Train Supervision，以下简称ATS） ATP 子系统由车载 ATP 子系统和轨旁 ATP 子系统构成，列车运行时车载 ATP 子系统正确地执行轨旁 ATP 子系统生成的 ATP 命令，确保类车运行的安全 ATO 子系统由车载 ATO 子系统和轨旁 ATO 子系统组成，其主要功能是象一个熟练的司机那样自动驾驶列车，包括平稳加速、调速和车站程序定点停车 ATS 子系统由控制中心 ATS 子系统、轨旁和车载 ATS/车地通信（Train Wayside Communication，以下简称 TWC）子系统组成，控制中心 ATS 子系统主要包括以下功能：跟踪列车、调度列车、维护列车运行时刻表、显示系统状况、统计汇编、仿真与诊断。

轨旁和车载 ATS/TWC 子系统的主要功能是接受并执行控制中心的命令，同时将轨旁和车载的运行信息反馈至控制中心上海地铁一号线车载信号设备由美国通用铁路信号公司（General Railway Signaling，以下简称 GRS）提供，它采用了当前世界先进的 Micro Cabmatic 列车自动控制技术，这是一个以微处理器为基础的车载控制系统，主要应用了固态微处理器以代替分立元件为基础的继电逻辑电路，从而使现有的车载信号系统比以前更紧凑、性能更好、更容易维护，而且随着计算机技术的不断发展，本系统更易于升级换代二、 系统构成车载信号系统是列车的辅助系统，地铁一号线列车按照 6 节车（以后扩展为 8 节车）编组运行，车辆类型有三种：A 车是带有司机室的无动力车，B 车和 C 车是有动力的车辆，但前者带有受电弓；其中 A 车位于列车二端车载信号系统设备置于每节 A 车司机室内，地铁一号线现有 16 列电动客车，计 32 套车载信号系统设备车载信号系统按其功能要求也分为三个子系统，即车载 ATP 子系统、车载 ATO 子系统和车载 ATS/TWC 子系统 1． 车载 ATP 子系统该子系统是车载信号系统的核心部分。

它把从沿线轨道电路接收到的 ATP 限速命令安全、可靠地译码并且显示出来同时，将列车实际速度与之比较，保证列车在 ATP 限速命令所允许的速度之下工作，当列车运行超过 ATP 允许速度时，该子系统将自动施行全常用制动，直到列车车速低于允许速度车载 ATP 子系统具有超速防护、制动保护、零速度检测和车门控制等功能，为了使主机设备发生故障情况时有冗余，它设有主、副 ATP 二个模块，互为备用，以保证系统的正常运行2． 车载 ATO 子系统该子系统能替代电动客车司机智能化地驾驶列车，它包括平稳地加速列车、自动调整车速和列车到站后的定点停车等 3． 车载 ATS/TWC 子系统列车和地面之间的双向通信由该子系统完成，它和中央列车控制系统协同操作，共同完成列车自动运行过程中的信息交换三、 设备组成与工程车载信号设备由二部分组成，第一部分是司机室设备，第二部分是车底设备一）司机室设备主要包括 ATC 设备机架、速度表、信号显示盘和日检测试盘 1． ATC 设备机架 ATC 设备机架含有：主、副 ATC 电源、主用和备用 ATP 模块（以下称为ATP1、ATP2 ） 、ATO/ATS 模块、主、副制动保证装置及车辆接口继电器。

该机架设在司机室非控制侧，每节 A 车一个——主、副 ATC 电源这是一个 DC/DC 转换器，它装在 ATC 机架的背面，用以将车辆的 110V 直流低电压转换为 28V 和 10V 直流供车载信号系统的电子设备使用，其输入电压范围为 132V—54V，每个电源的最大功耗为 230W——ATP 模块 ATP1 模块和 ATP2 模块分别置于 ATC 机架的第一层和第二层，每个模块有 10 块印刷电路板（Printed Circuit Board，以下简称 PCB） ，它们是：•放大/滤波板 •DC/DC 转换器 •中央处理单元 •安全输入板（二块）•非安全输入/输出板 •制动输出板（二块） •超速中央处理单元 •安全电源控制器 ——ATO/ATS 模块该模块置于 ATC 机架的第二层，内含 7 块 PCB，分别是： •DC/DC 转换器 •ATO 接口板 •ATO 接口控制器 •日检测试板 •TWC 调制 /解调器 •ATO/ATS 中央处理器 •功率放大器 ——主、副制动保证装置（Brake Assurance Unit ，以下简称 BAU）主、副制动保证装置和主、副 ATP 配套，其功能是证实当 ATP 检出超速状态 3—4秒内，列车至少以最小的减速率 0.715 米/秒/ 秒减速，若在规定时间里未达到最小制动率，制动保证装置将输出指令，即施加不可逆转的紧急制动，一旦采取紧急制动后，一直要到列车停下，该制动才能缓解。

地铁一号线使用的 BAU 包括一个机械摆和一个位置感应系统，列车加速和减速的惯性力推动机械摆的移动，摆的移动由红外检测器检测，该检测器允许光通过以产生要求的最小制动率所达到的输出信号，BAU 的输出信号馈入 ATP 安全输入板，并送给 ATP 中央处理器，在中央处理器检测到超速状态时，它就检测 BAU 的输出，以此确定是否已施加全常用制动若在 3—4 秒钟内未测到 BAU 的输出，它就会通过紧急制动继电器失磁来施加紧急制动此外，列车停车时，中央处理器如果收到 BAU 的输出，则会认为 BAU 故障，也会提示 ATP 子系统施加紧急制动——车辆接口继电器车辆接口继电器安装在 ATC 机架右测，它们分为安全和非安全二种，车载信号系统与车辆系统接口之间的命令通过这些继电器完成安全型继电器有 5 只（B4 型） ，用于将信号指令送给安全电路，它们是： •紧急制动继电器（Emergency Brake Relay，简称 EBR）：当设备故障或操作人员未响应时，提供紧急制动施加的条件•全常用制动继电器（Service Brake Relay，简称 SBR）：在检测到超速状态时，提供常用制动施加的条件。

•允许开左门继电器（Enable Door Left，简称 EDL）：它能使列车左侧门可以开启的车辆开门电路工作•允许开右门继电器（Enable Door Right，简称 EDR）：它能使列车右侧门可以开启的车辆开门电路工作•测试继电器（TEST Relay，简称 TESTR）：提供从车载测试设备到 ATP 接受线圈和速度探测器输入的接口非安全型继电器有 3 只（JT 型） ，用于将信号指令送给非安全电路，分别是：•故障继电器（FAULT Relay，简称 FAULTR）：提供到车辆故障识别系统的接口，并向司机告知 ATC 系统有故障•牵引继电器（Drive Relay，简称 DR）：仅在列车自动驾驶模式（ATO ）期间工作，为由ATO 生成的牵引控制信号提供一个到车辆牵引控制装置的接口 •制动继电器（Brake Relay，简称 BR）：仅在列车自动驾驶模式（ATO ）期间工作，为由ATO 生成的制动控制信号提供一个到车辆制动控制装置的接口 2． 速度表这是一个双指针式速度表，红色的外针用以显示列车收到的 ATP 限速命令，黄色的内针则表示由车载信号系统测得的实际车速，每辆 A 车司机控制台上都有一只速度表。

3． 信号显示盘（Aspect Display Unit，以下简称 ADU）每辆 A 车司机控制台上都有一个 ADU，ADU 上面含有 ATP、ATO 和 ATS/TWC 的控制和表示按钮/指示灯•“ATO 发车”按钮 /指示灯这是一个背面带指示灯的按钮，仅适用于 ATO 自动驾驶模式当出现下列情况时指示灯闪绿光：列车首次建立 ATO 模式准备启动前或列车在站台停车时关门程序已结束又重新收到 ATP 指令后压下此按钮，指示灯转为稳定绿光，列车便可自动启动•“ATO 停车”按钮 /指示灯这也是一个背面带指示灯的按钮，仅适用于 ATO 自动驾驶模式如果列车以 ATO模式行驶时， “ATO 发车” 指示灯会亮稳定的绿光，按压此按钮“ATO 停车” 指示灯亮白光且“ATO 发车 ”指示灯熄灭，由 ATO 系统控制列车以全常用制动方式停车之后，若司机再按下此按钮， “ATO 停车” 白灯熄灭， “ATO 发车”指示灯又会亮绿灯，同时列车将重新自动启动并恢复到 ATO 自动驾驶模式 •“慢速前行”指示灯只限于 ATP 人工驾驶模式当钢轨上无 ATP 限速命令、列车停下且主控制器手柄在全常用制动位时，指示灯亮黄灯，司机可以用不超过 20 公里/小时的速度驾驶列车，一旦 ATP 限速命令出现，此灯即刻熄灭，司机则可按收到的 ATP 限速命令驾驶列车了。

•“超速” 指示灯在 ATO 自动驾驶模式或 ATP 人工驾驶模式时，列车一旦超速，该指示灯立即亮红灯，当车速低于 ATP 限速命令后，红灯才随之熄灭•“ATS 手动”按钮/指示灯当司机超越中央控制手动输入车次号、目的地和运行等级等 ATS/TWC 参数时，按下此按钮，指示灯亮黄灯，设置好的参数便在对应的 LED 上显示，只要此灯亮，表明是司机优先中央设置 ATS/TWC 参数 •“列车停站”指示灯 仅限于 ATP 人工驾驶模式列车进站停稳后，该指示灯亮绿灯，则表明列车停站精度达到规定要求（±0.25M） •“列车车次号”显示器（LED ）列车车次号位三位数显示，供中央跟踪列车使用，它由中央或司机设置•“目的地”显示器（LED ）“目的地”为二位数显示，是由中央或司机设置给列车作为系统自动出发和列车跟踪之用如上海地铁一号线新客站目的地号为 12，莘庄站目的地号是 96•“运行等级”显示器（LED ）“运行等级” 为一位数显示，仅限于 ATO 自动驾驶模式不同的运行等级有不同的加速度和 ATP 限速，地铁一号线采用 1 至 4 个运行等级，通常用节电的运行等级 2（系统缺省值是运行等级 1） 。

•“ATS 速度”显示器（LED）“ATS 速度”为二位数显示，仅限于 ATO 自动驾驶模式由它来显示 ATO 子系统应该执行的速度控制命令，单位为公里／小时 人工 ATS 开关这是一组六个拇指轮式的开关，供人工输入 ATS 信息，从而使列车进入中央列车自动控制系统其中三位数用作列车车次号，二位数用作目的地号，一位数用作运行等级4． 日检测试盘日检测试盘置于司机背面的车辆设备柜内，每天列车出发前由信号人员根据测试步骤检查 ATP1、ATP２子系统和 ATO/TWC 车地通信子系统是否正常二） 车底设备 GRS 信号系统车底设备包括：ATP/TWC 接受线圈、TWC 发送天线、车辆对位天线、车辆标志天线和速度探测器•ATP/TWC 接受线圈该线圈装于Ａ车第一根车轴前面，每节Ａ车有二个，分设于钢轨上方其主要功能是：通过耦合感应以接受地面 ATP 限速命令、允许车门打开控制命令及 TWC 信息•TWC 发送天线TWC 发送天线是一个装在 PVC 管子中的 10 匝环线，它沿车辆中心线装于第一根车轴的前方，天线中心对准钢轨的中心线，其功能是将变化的 TWC 数据从车上感应至钢轨，然后再被变换到与阻抗连结器相连的轨旁 TWC 模块中。

•车辆对位天线该天线用于检测位于站台钢轨之间的地面有源对位天线，后者在列车程序停车结束时提供准确的对位信号，该天线还用于发送和接受控制车辆的信号每辆Ａ车装一个对位天线，它沿车辆的中心线设置 •车辆标志天线其功能是检测列车离站台。