地铁信号基础第十二章ATS子系统基本原理.docx

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地铁信号基础第十二章ATS子系统基本原理

第十一章ATS子系统基本原理

ATS子系统（以下称为ATS系统）主要实现对列车运行的监督和控制，包括：

列车运行情况的集中监视、自动排列进路、自动列车运行调整、自动生成时刻表、自动记录列车运行实迹、自动进行运行数据统计及自动生成报表、自动监测设备运行状态等，辅助调度人员对全线列车进行管理。

一、ATS系统的基本概念

ATS系统主要是实现对列车运行及所控制的道岔、信号等设备运行状态的监督和控制，给行车调度人员显示出全线列车的运行状态，监督和记录运行图的执行情况，在列车因故偏离运行图时及时做出调整，辅助行车调度人员完成对全线列车运行的管理。

ATS在ATP和AT0系统的支持下，根据运行时刻表完成对全线列车运行的自动监控，可自动或由人工监督和控制正线（车辆段、停车场、试车线除外）列车进路，并向行车调度员和外部系统提供信息。

ATS功能由位于控制中心内的设备实现。

ATS系统功能主要包括：

时刻表编辑、列车运行监视、列车自动调整、自动排列进路等。

ATS工作方式为集中管理，分散控制。

ATS系统能与ATP系统、计算机联锁设备或继电联锁设备配套使用，并有与时钟系统、旅客向导系统和综合监控系统的接口。

ATS系统负责监控列车的运行，是非安全系统。

二、ATS系统组成

ATS系统由控制中心设备、车站设备、车辆段设备、列车识别系统及列车发车计时器等组成。

因用户要求不同，ATS的硬件、软件配置差别很大

1．控制中心设备

控制中心设备属于器等组成。

因用户要求不同，ATS的硬件、软件配置差别很大

1．控制中心设备

控制中心设备属于ATS系统，是ATC的核心。

用于状态表示、运行控制、运行调整、车次追踪、时刻表编制及运行图绘制、运行报告、调度员培训、与其他系统的接口。

其设备组成如图5—29所示。

系统，是ATC的核心。

用于状态表示、运行控制、运行调整、车次追踪、时刻表编制及运行图绘制、运行报告、调度员培训、与其他系统的接口。

其设备组成如图5—29所示。

系统，是ATC的核心。

用于状态表示、运行控制、运行调整、车次追踪、时刻表编制及运行图绘制、运行报告、调度员培训、与其他系统的接口。

其设备组成如图5—29所示。

控制中心ATS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、维修工作站、UPS及蓄电池。

其中，综合显示屏、调度员及调度长工作站设于主控制室，控制主机、通信处理器、数据库服务器、维修工作站设于设备室，运行图工作站设于运行图室，绘图仪和打印机设于打印室，培圳／模拟工作站没于培训室，UPS设于电源室，蓄电池设于蓄电池室。

中心计算机系统

（1、分布式计算机系统

用分布式处理使系统复杂性降低，平行处理的结果使通过量提高，处理器和总线的冗余度都可选择，分阶段投入使用和扩展，简化维护和故障诊断，各部分容易综合，工作站的性能价格比好。

由于使用开放式系统具有长期的投资安全保障。

（2、UNIX操作系统

采用标准的操作系统可以减少对制造商的依赖性。

（3、采用C语言和Pascal语言

（4、采用全图形方式

（5、采用X—Windows窗口能够显示若干窗口，操作员可以通过网络控制整个系统。

（6、采用OPENLOOK操作员界面

（7、以太局域网开放、标准的网络技术。

（8、计算机通信符合ISO／OSI协议1～4层标准的通信层

（9、软件通信通过SOFTBUS在逻辑层上提供内部程序通信的标准方法。

中心计算机系统包括：

控制主机、COM通信服务器、ADM服务器、TTE服务器、局域网及各自的外部设备。

为保证系统的可靠性，主要硬件设备均为主／备双套热备方式，可自动或人工切换。

系统能满足自动控制、调度员人工控制及车站控制的要求。

实际的进程映像都存储在C0M服务器上。

所有从联锁和外围设备发送来的数据都由C0M服务器最先得到和处理。

一些应用功能也由C0M服务器激活，并在此服务器上运行，如列车自动调整、自动列车跟踪、自动进路设置等功能。

因此，COM服务器是自动调整功能的核心部分。

ADM服务器（系统管理器）用于系统数据存储，处理所有不受运行事件影响的数据，如系统配置、计划时刻表、计划运行图等。

通常在系统启动时或收到一个询问指令时或对某一设备的参数进行设置时才需要。

列车自动调整功能所需要的计划时刻表数据，就是在系统启动时从ADM服务器中读得的。

TTE服务器（时刻表编辑器）建立离线时刻表的操作者平台。

时刻表的编译也是TTE服务器的任务。

ADM服务器存储的计划时刻表由TTE服务器提供。

（2）综合显示屏

综合显示屏用来监视正线列车运行情况及系统设备状态，由显示设备和相应的驱动设备组成。

（3）调度员工作站及调度长工作站

调度员工作站及调度长工作站，用于行车调度指挥，与ATC计算机系统接口，是实际操作平台，使调度员能在控制中心监视和控制联锁设备及列车的运行，如需要可显示计划运行图和实迹运行图。

调度员能将系统投入列车自动调整，必要时可人工干预。

典型的配置是32位台式机、显示器、键盘（带功能键）、鼠标。

设两个调度员工作站，它们与正线运转有关。

调度长工作站是备用控制台，它能替代或扩大其他两个工作站中任一个的工作。

（4）运行图工作站

用于运行计划的编制和修改，通过人机对话可以实现对运行时刻表的编辑、修改及管理。

（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相同的内容，有相同的控制功能，能仿真列车在线运行及各种异常情况，而不参与实际的列车控制。

实习调度员可通过它模拟实际操作，培养系统控制和各种情况下的处理能力。

（6）打印机服务器、绘图仪和打印机

打印服务器缓冲和协调所有操作员和实时事件激活的打印任务。

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）维修工作站

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）局域网

把本地和远程工作站、服务器的PLC连接在一起。

以太网允许各成员间进行高速数据交换（10Mbit／s）。

（9）UPS及蓄电池

控制中心配备在线式UPS及可提供30min后备电源的蓄电池。

运行控制中心一般设在城市轨道交通线路的较大车站，它配套现代化、高性能、模块化的控制系统，是基于灵活的工作站结构。

工作站的硬件设置相同，所不同的是扩展的内存和接口板，具有与分散的联锁设备、综合自动化系统、旅客向导系统等通信的界面。

控制中心与各站联锁设备间由遥控系统联系，如过程连接单元完成所有分散接口与联锁装置及ATO系统的通信控制，车辆段服务器把车辆段的两台远程MMI与控制中心连接起来。

2．车站设备

车站分集中联锁站和非集中联锁站，设备不同。

（1）集中联锁站设备

集中联锁站设有一台ATS分机，是ATS与ATP地面设备和ATO地面设备接口，用于连接联锁设备和其他外围系统，采集车站设备的信息，传送控制命令，使车站联锁设备能接收ATS系统的控制，以实现车站进路的自动控制。

为从联锁设备取得所需数据，配备了采用可编程控制器的远程终端单元。

采用模块化设计，扩展十分容易。

它还控制站台上PIIS的列车目的显示器、列车到发时间显示器和发车计时器DTI。

车站ATS设备的功能有：

①接收、存储其管辖范围内当日的列车计划时刻表；

②根据计划时刻表及列车运行情况，自动控制及办理管辖范围内的列车进路，包括进、出正线，终端站折返进路等；

③特殊情况下，可以按控制中心设定的运行间隔控制列车运行；

④根据计划时刻表自动控制列车到站及出发时刻；

⑤采集管辖范围内的所有各车站的列车运行信息、设备工作状态，并将这些信息送至控制中心ATS；

⑥实现本管辖范围内的列车车次追踪；

⑦控制无道岔车站的RTU设备，并向相邻的ATS设备传送有关信息；

⑧控制AT0地面设备，向列车传送运行控制信息。

（2）非集中联锁站设备

非集中联锁站不没ATS分机。

非集中联锁站的PTI、PIIS和DTI均通过集中联锁站的ATS分机与ATS系统联系。

有岔非集中联锁站的道岔和信号机由集中联锁站的计算机控制，通过集中联锁站的ATS分机接收ATS系统的控制命令。

3．车辆段设备

（1）ATS分机

车辆段设一台ATS分机，用于采集车辆段内存车库线的列车占用及进／出车辆段的列车信号机的状态，在控制中心显示屏上给出以上信息的显示，以便控制中心及车辆段值班员及车辆管理人员了解段内停车库线列车的车次及车组运用情况，正确控制列车出段。

（2）车辆段终端

车辆段派班室和信号楼控制台室各设一台终端，与车辆段ATS分机相连，根据来自控制中心的实际时刻表建立车辆段作业计划。

车辆段联锁设备，通过ATS分机与控制中心交换信息，实现段内运行列车的追踪监视，车辆段与控制中心问提供有效的传输通道，距离较长时用MODEM。

PTI设备是ATS车次识别及车辆管理的辅助设备，其由地面查询器环路和车载应答器组成。

地面查询器环路设于各站。

PTI设备用于校核列车车次号。

当列车经过地面查询器时，地面查询器可采集到车载应答器中设定的列车车次号，并经车站ATS设备送至控制中心，校核是否与中心计算机列车计划中的车次号一致，若不相同则报警并进行修正。

5．列车发车计时器（TDT）

TDT设备设于各站，为列车运行提供车站发车时机、列车到站晚点情况的时间指示，提示列车按计划时刻表运行。

正常情况下，在列车整列进入站台后，按系统给定站停时间倒计时显示距计划时刻表的发车时间，为零时指示列车发车；若列车晚点发车，则TDT增加停站时间的计时。

在特殊情况下，若实施了站台扣车控制，TDT给出“H”，显示；如有提前发车命令，TDT立即显示零；列车通过车站时TDT显示“=”。

二、ATS系统的基本要求

1．同一ATS系统可监控一条或多条运营线路，多条运营线路共用，可实现相关线路的统一指挥，并且也有利于实现资源的共享。

监控多条运营线路时，应保证各条线路具有独立运营或混合运营的能力。

2．ATS的计算机及网络系统应采用冗余技术，应设调度员工作站、调度长工作站、时刻表编辑工作站、工程师工作站，以及其他必要的设备。

调度员工作站的数量，根据在线列车对数、线路长度和车站数量等因素合理配置。

3．运营线路上的车站应纳入ATS系统监控范围，涉及行车安全的应急直接控制应由车站办理。

车辆段、停车场可不全部列入系统监控范围。

4．ATS系统应满足列车运行交路的需要，凡有道岔的车站均应按具有折返作业处理。

5．出入车辆段、停车场的列车不应影响正线列车的运行。

6．系统故障或车站作业需要时，经控制中心调度员与车站值班员办理必要的手续后，可实现站控与遥控转换，车站值班员也可强行办理站控作业。

站控与遥控转换过程中，不应影响列车运行。

7．列车进路控制应以联锁表为依据，根据运行时刻表和列车识别号等条件实现控制。

8．ATS系统应具有良好的实时控制性能。

系统处理能力、设备空间等应留有余量。

信息采集周期宜小于2．Os。

9．ATS系统可与计算机联锁或继电联锁设备接口；ATS系统的进路控制方式应与联锁设备的进路控制方式相适应；ATS系统控制命令的输出持续时间应保证继电联锁设备的可靠动作，其与安全相关的接口应有可靠的隔离措施。

10．ATS系统宜从时钟系统获取标准时钟信号。

三、ATS系统主要功能

ATS系统具有下列主要功能：

列车运行情况的集中监视和跟踪；列车运行实迹的自动记录；时刻表白动生成、显示、修改和优化；自动排列进路，按行车计划自动控制道旁信号设备以接发列车；列车运行自动调整；列车运行和设备状态自动监视；调度员操作与设备状态记录、运行数据统计及报表自动生成；运输计划管理、输出及统计处理；实现沿线设备及列车与控制中心之间的通信；列车车次号自动传递；车辆修程及乘务员管理；系统故障复原处理；列车运行模拟及培训；乘客向导信息显示。

（1）列车监视和跟踪进行在线列车的监视、跟踪、车次的移位及显示。

1列车监视

列车监视是用计算机来再现列车的运行。

列车运行由轨道空闲和占用信号来驱动。

列车由车次号来识别。

ATS给MMI、旅客信息显示系统、模拟线路表示盘提供列车位置和车次号。

2车次号输入、追踪、记录和删除

列车车次号是ATS功能的先决条件，必须在固定时间囱提出。

当列车由车辆段或其他地点进入正线运行时，ATS系统将根据计划时刻表自动给计划车加入车次号。

列车车次号输入用于修改和确认列车车次号。

输入方式有：

在渎站自动输入车次号、时刻表系统提出车次号、系统自动生成虚假车次号、调度员人工输入。

车次号在该列车通过读站时被记录，出错时凋度员可用另一车次号予以替代。

车次号从列车在车辆段开始至全部正线连续追踪，在中心表示盘及显示器上的车次窗内随着列车运行的位置动态显示。

调度员可人工修改，并能由车次查出对应车组号。

车次号删除是从ATS系统中清除车次号记录，在被监视到离去本区段、被覆盖时删除，也可人工删除。

3列车运行识别

列车运行由轨道占用信号从“空闲”到“占用”的翻转来识别。

列车运行被监测到，就在计算机内再现。

4集中显示

控制中心表示分为大屏表示盘（目前用得较多的是背投式，等离子显示屏正在逐步推广）和显示器。

在站场布置图上显示正线全线列车运行及信号设备的工作状况，如列车位置及车次号、信号显示、道岔位置、轨道电路状态、进路状态及开通方向、车站控制状态（站控或遥控）、行车闭塞方式（自动闭塞或站问闭塞）、站台扣车状态、信号设备报警等，以及根据调度员的需要在显示器上显示车辆段内列车运用状况及各种报告。

（2）时刻表处理

包括安装、修改、存储时刻表，描绘、显示和打印实迹运行图。

系统提供时刻表编制用的数据库，通过调度员的人工设置如站停时间、列车间隔、轨道电路布置等数据产生计划时刻表。

每天运营前将当日使用的计划时刻表从控制中心传至车站ATS分机。

系统储存适合于不同运行情况的多套时刻表；根据时刻表自动完成列车车次号的跟踪与更新；自动生成时刻表。

控制中心ATS根据列车运行的实际情况自动绘制列车实迹运行图。

系统随时对时刻表的状态进行比较。

利用车次号和列车位置可以对一列车的计划位置和实际位置进行比较。

在发生偏离（早点或晚点）时，系统一方面通过适当的显示通知调度员，另一方面自动产生相应的纠正措施。

（3）自动建立进路

控制中心能对列车进路、信号机、道岔实现集中控制，可根据当日列车运行计划时刻表白动控制列车运行，包括：

自动办理正线各种进路并控制办理的时机，自动控制列车驶入、离开正线的时机，自动控制车站列车停车时间及发车时机。

必要时，通过办理控制权转移手续，可将控制权转移至车站。

调度员必要时可以人工控制．包括人工建立及取消正线各种进路等。

调度员的人工控制命令在执行前均由中心计算机检查其合理性，并给出提示。

自动建立进路的功能是形成控制道岔位置的命令和在适当时间向信号系统发送这些命令。

将列车车次号和位置信息、道岔位置和已选信号系统的信息提供给自动建立进路系统，命令的输出由接近列车的监测和进路计划来控制。

（4）列车运行调整

不断地对计划时刻表与实际时刻表进行比较，通过调整停站时问自动调整列车按计划时刻表运行，在此基础上自动产生列车的出发时间。

在装备有ATO的线路上能通过对列车运行等级的设置实现对列车运行的自动调整。

调度员也可通过人工命令调整列车停站时间来调整列车运行。

（5）旅客信息显示系统

用来通知等待的乘客下一列车的目的地和到达时间。

（6）列车确实位置识别

列车识别码由司机在开始旅程前选定，由列车自动发送。

（7）服务操作

操作员能修改数据库、列车参数、控制与显示数据库信息。

（8）仿真及演示

系统仿真是通过仿真手段，离线模拟列车的在线运行，主要用于系统的调试、演示以及人员培训，是一种必不可少的运行模式。

它与在线控制模式几乎完全相同，唯一的差别是列车定位信息不是实际获取，而是随车次号的设置而出现。

仿真模拟运行能够模拟在线控制中的所有功能，但它与现场之间没有任何表示信息和控制命令的信息交换。

培训／演示系统具有模拟时刻表，模拟列车运行的调度等，可记录、演示，据此对学员进行实际操作的培训。

（9）遥控联锁

联锁设备由远程控制系统操作，它提供了与运营控制系统的接口界面。

（10）运行报告

ATS能记录大量与运行有关的数据．如列车运行里程数、实际列车运行图、列车运行与计划时间的偏差、重大运行事件、操作命令及其执行结果、设备的状态信息，设备的故障信息等。

ATS系统所记录的事件都应该有备份。

通过选择，可回放已被记录的事件；提供数据备份和恢复功能，并可回放和查询；提供运行分析报告。

ATS中心提供多种报告，辅助调度员了解列车运行情况，以及系统工作情况。

调度员还可调用列车运用计划并进行修改，并可登记、记录、统计数据、离线打印。

ATS系统可按用户的要求提供各种统计功能，以完成各种统计报表（如日报表、周报表、月报表等）?

（11）监测与报警，

能及时记录被监测对象的状态，有预警、诊断和故障定位能力；监测列车是否处于ATP保护状态；监测信号设备和其他设备结合部的有关状态；具有在线监测与报警能力；监测过程应不影响被监测设备的正常工作。

在相应工作站上，报告所有故障报警的状况并予以视觉提示，直到恢复正常状态为止。

重要的故障以音响报警提示，直到确认报警状况为止。

要报警的不正常状况包括：

轨旁ATC系统内的故障；轨道电路和轨旁设备内的故障；车载ATC系统和车辆设备内的故障；通过TWC传送的车载ATC状态信息和在DTS（光纤通信系统）设备内检测出并由DTS报告的故障。

四、ATS系统基本原理

1．自动列车跟踪

列车追踪系统是监视受控区域内列车的移动的。

不论是自动还是人工方式．每列列车与一个列车车次号相关连。

当列车由车辆段进入正线运行时，ATS系统根据计划时刻表自动给该列车加入车次识别号。

根据对来自联锁设备的信息的推断，随着列车的前进，列车车次号在列车追踪系统中从一个轨道区段单元向下一个轨道区段单元移动。

列车移动在调度员工作站上的车次号窗内以列车识别号显示出来。

车次号按先到先服务的原则显示。

（1）列车识别号报告

每次列车准备进入运营时，它将自动地被分配一个列车标识，根据预先存储的列车时刻表来命名进入系统的列车。

根据列车跟踪，显示列车标识并能在显示器上移动列车标识。

列车识别号包括目的地号、序列号和服务号。

目的地号规定列车行程终到地点。

序列号按每次行程自动累增!

、乘务组号和车组号将显示在特定的对话框中。

如果某一列车出现在列车追踪系统所监视区域，该列车识别号必须报告给列车追踪系统。

列车识别号报告给列车追踪系统的方法有：

手动输入、用读点（PTI）读人、从列车时刻表中导出、在步进检测中产生。

当无法自动导出列车识别号时必须手动输入。

调度员在其监视区的第一个区段输入列车识别号。

如果该区段已被某一列车识别号占用，则不能输入列车识别号。

在系统的边界点，例如在车站，可安装检测接近列车的PTI。

当多次读入的车次号被传输时，列车自动追踪系统可以识别出这些读数属于这一列车。

列车运营是由时刻表决定的，时刻表系统建议列车的识别号。

将车次号输入到相应进入的区段，按它们的出现顺序调用。

步进是列车号从一个显示区段移动到下一个与列车移动相应的显示区段的前进。

当轨道区段发生从字闲到占用的状态变化．或轨道区段发生从占用到空闲的状态变化，或来自PTI的有效列车数据的输入，或来自0CCMMI功能的人工步进命令的输入时都会产生步进。

，如果由于故障不能自动步进，也可以手动步进。

（2）列车识别号跟踪

自动列车跟踪要完成：

列车号定化、列车号删除、车次号处理。

a．列年号定位

列车号向轨道区段的分配由下列任一情况所启动：

在列车离开车辍段的地点，一个向正线方向的列车移动被识别，列车号从时刻表数据库取出；

来自PTI的有效列车数据输入：

来自0CCMMI的一个列车号插入或修改的输入，或在没有列车号能被步进到的位置识别到一个列车移动时，依照时刻表产生一个列车号。

b．列车号删除

当步进超出自动列车跟踪功能的监控范围，或从0CCMMI功能输入一个人工删除命令时列车号被删除。

c．车次号处理

车次号处理包括：

从0CCMMI功能输入一个新的列车号、输入列车识别号、更改列车识别号、删除列车识别号．人工步进列车识别号、查询列车识别号。

2．自动排列进路

通过列车进路系统，实现了进路的自动排列。

．这可以节约调度员大量的操作工作量。

其功能就是将进路排列指令及时地输出到联锁设备中去。

调度员可在任何时候都绕过列车进路系统，用手动方式办理进路。

列车进路系统则在可用性检查中检测这一行动.列车进路系统可由调度员关闭，这一点是必要的，因在当调度员人工办理进路时，要避免列车进路系统发出命令的危险。

列车进路系统可以为某些信号机、某些列车和某些联锁而关闭。

《

只有正常方向才考虑自动选路，反方向要受到0CCMMI的干预．．

（1）运行触发点

列车进路系统只是在列车到达某一特定地点时才被启动。

该特定地点称为“运行触发点”。

运行触发点的位置必须进行配置。

运行触发点的选择应能使列车以最高线路允许速度运行。

但运行触发点又不能发，丰得太早，否则其他列车可能会遇到不必要的妨碍。

为此，可以确定一个延时时问来决定输出列车进路指令的时间。

陔时间称之为“接通时间”，由最长指令输出时间、联锁最长设定时间、列车到达接近信号机之前司机看到和作出反应的时间、预留的时间等来决定。

在驶近列车进路始端时，可以确定多个运行触发点。

这样就可以保证列车进路系统的可靠工作，即使在出现问题而未发送出列车位置的情况F也能保证其可靠性。

对于每一条进路，应在其他始端的前方，配置一个附加的、称之为“重新建立”的运行触发点。

，

对每个运行触发点，要对启动列车进路系统的目的地编码予以配置。

列车进路由列车初始位置和列车的终到（目的）编码来确定。

终到编码必须含在列车识别号中，列车位置、列车号是通过列车追踪系统报告给列乍进路系统的，它决定了所要求的目的地。

（2）确定进路

当到达触发点的列车请求进路时．已配置的数据就确定’j’进路为此，为每个带有效目的地码的触发点配置一条进路。

对于每一条进路，还可以配置出替代进路。

替代进路是必要的，如果陔进路已被其他列车占用，那么就可以把替代进路按优先顺序存储到运行触发点处。

进路可由两种方法予以确定。

第一种，进路由时刻表来确定前提条件是必须有一个时刻表系统，能提供当天适应于每一列列车的时刻表。

列车进路系统利用这些信息确定列车的进路命令，相关的替代进路也被确定。

第二种，从地点相关的控制数据中来确定进路。

为此有必要在车次号中包含目的地码，然后相应的进路就可以通过目的地码的方式指派到每一个运行触发点。

（3）进路的可行性检查

在进路设定指令输出到联锁设备之前，需进行若干可行性检查，该检查将决定执行或拒绝命令。

首先要进行“进路始端检查”，以检查没有排列敌对进路。

然后进行“触发区段检查”，检查没有其他列车处于该列车和进路入口之间，确认该列车是否到达进路的始端。

接着要进行“进路可用性检查”，目的是防止将不能执行的命令发送到联锁设备。

，这种检查要经过若干步骤来实施：

第一步，要检查是否自始端开始的进路已排好；第二步，检查进路的自动办理是否可能；第三步，检查是否有短期障碍（如轨道被占用等）。

如果所有检查都成功完成，则给联锁设备输出一个进路命令。

在规定的时间间隔之后进行“办理进路检查”，以查明联锁设备是否允许执行选择进路的命令，已办理好进路，并与输出命令相符。

列车自