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1、地铁列车自动运行系统的分析与设计摘 要 对我国现有的北京、上海、广州的地铁列车自动运行系统进行分析、比较,并指出了国产化列车自动运行系统的设计思路。关键词 地铁,列车自动控制系统,列车自动运行系统,国产化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
2、取得了一定的成绩。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 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)。8/8ATS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
3、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
4、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。ATO的工作原理图如图1。图1 ATO工作原理图2 ATO系统技术特点比较20世纪90年代初,北京地铁18/8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
5、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。2.1 北京地铁1号线ATO系统1.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
6、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。2.ATO需求数据与传输通道在ATO数据获取的过程中,车载ATP8/8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
7、的信息。3.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
8、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ATO8/8执行。2.2 上海地铁1号线ATO系统[3]1.ATO设
