浅谈城市轨道交通信号控制系统.docx

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浅谈城市轨道交通信号控制系统

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摘要

城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。

城市轨道交通信号系统是城市轨道，交通自动化系统中的关键部分，是保证列车和乘客安全，实现列车运行高效、指挥管理有序的自动控制系统。

其核心是列车自动控制系统，它由列车自动监控子系统、列车自动防护子系统、计算机联锁子系统和列车自动驾驶子系统组成。

ATC系统自上世纪7O年代投入运用至今，经历了三十年的发展，技术日趋成熟，为使列车控制技术经济指标更加合理，世界各国纷纷开发了先进的ATC系统，ATC系统按闭塞方式分类有三种类型：

固定闭塞方式的ATC系统、准移动闭塞式的ATC系统、移动闭塞式的ATC系统。

城轨通信系统与信号系统共同完成行车调度指挥，并为城轨的其它各子系统提供信息传输通道和时标信号。

此外，通信系统是城轨交通内部公务联络的主要通道，使构成城轨交通内部的各个子系统能够紧密联系，以提高整个系统的运行效率。

当然，通信系统也是城轨交通内、外联系的通道。

城轨通信系统在发生灾害、事故或恐怖活动的情况下，是进行应急处理、抢险救灾和反恐的主要手段。

城市轨道交通越是在发生事故、灾害或恐怖活动时，越是需要通信联系，但若在常规通信系统之外再设置一套防灾救护通信系统，势必要增加技资，而且长期不使用的设备亦难以保持良好的运行状态。

所以，在正常情况下，通信系统能为运营管理、指挥、监控等提供通信联络的手段，为乘客提供周密的服务；在突发灾害、事故或恐怖活动的情况下，能够集中通信资源，保证有足够的容量以满足应急处理、抢险救灾的特殊通信需求。

城市轨道交通包括了地铁，轻轨和城市铁路等不同形式．具有运量大，速度快，安全准点。

平稳舒适，污染小等优点。

本文主要阐述城市轨道交通信号控制系统的主要组成。

随着我国城市轨道交通的迅猛发展，信号系统作为控制运行安全的核心设备，对其安全、可靠性的分析评价显得尤为重要，本文从列车检测方式、机车信号选择、设备控制方式等方案的主要方面对描述了城巾轨道交通中信号系统的安全策略及可靠性分析。

信号系统作为城市轨道交通工程中重要的组成部分,对行车的安全、正点、高效的运行起着至关重要的作用,但由于其中的设计标准不全面,给系统设计方案造成了一定的随意性。

本文就其中的系统构成、设计行车间隔和ATP信息传输方式等方案进行了探讨。

关键词：

城市轨道；信号系统；控制系统；行车信号安全

引言

城轨交通的信号系统担当着控制和指挥列车运行的任务,是影响整个城轨交通系统运营安全控制和效益的关键点。

信号系统的水平也成为城市快速轨道交通现代化的重要标志。

设计出一个优秀的系统方案不仅有利于保证行车安全,提高运输能力,实现迅速、及时、准确的行车调度指挥和运输管理现代化,提高服务质量,而且还有利于合理使用工程投资,降低工程造价。

为了保障运营系统的安全、高效，配置一套科学、合理的信号系统成为大家关注的核心。

对于信号系统设计方案的取舍，注重其功能的实现和价格的高低，而很少甚至没有从安全和可靠性方面进行分析比较，其结果是造成系统性能和用途不协调，投资大小和投资方向的准确性下降。

本文将从列车检测方式、机车信号选择、设备控制方式等的安全和可靠，陛方面进行分析，对信号系统的方案进行阐述。

1信号的基本理论

1.1联锁和进路

（1）联锁

为了保证行车安全，在信号、道岔和进路间必须建立一定的相互制约关系。

如防护开放以后道岔不能动，这种相互制约的关系称为联锁。

（2）进路

列车或调车车列由某指定地点运行至另指定地点所经过的径路称为进路。

（3）信号闭塞

所谓闭塞就是指利用信号设备把铁路线路人为地划分成若干个物理上或逻辑上的闭塞分区，以满足安全行车间隔和提高运输效率的要求。

1.2信号作用

1、保证行车安全

2、提高运输能力

1.2.1信号与信号显示

1、信号：

在行车调车工作中，对乘务人员与行车有关人员指示运行条件而规定的物理特征符号。

2、信号显示：

是信号的显示方式，显示含义和使用方法的统称。

3、信号的分类：

视觉信号和听觉信号。

1.2.2信号的分类

1、视觉信号：

以颜色、形状、位置、显示数目和灯光状态等表达的信号。

如信号机、信号灯、信号旗、信号牌、信号表示器、信号标志等。

2、听觉信号（音响信号）：

以不同器具发出的音响的强度、频率和音响长短时间等表达的信号。

如停车信号显示不明或灯光熄灭时，列车停在信号机前用无线调度电话通知运转车长，通知不到时鸣笛一长声，停车等候2分钟，未显示信号时以遇到阻碍能随时停车的速度继续运行不超过20KM/H。

图1.1信号的分类

1.3系统的可靠性分析

随着我国城市轨道交通的迅猛发展，运量日益增长，列车运行密度不断加大，为了保障运营系统的安全、高效，配置一套科学、合理的信号系统成为大家关注的核心。

目前，对于信号系统设计方案的取舍，注重其功能的实现和价格的高低，而很少甚至没有从安全和可靠性方面进行分析比较，其结果是造成系统性能和用途不协调，投资大小和投资方向的准确性下降，通俗地说不是“大马拉小车”就是“小马拉大车”。

本文将从列车检测方式、机车信号选择、设备控制方式等的安全和可靠，陛方面进行分析，希望能够对信号系统的方案设计提供—些借鉴。

城市轨道交通的信号系统担当着控制和指挥列车运行的任务,是影响整个城轨交通系统运营安全和效益的关键点。

信号系统的水平也成为城市快速轨道交通现代化的重要标志。

设计出一个优秀的系统方案不仅有利于保证行车安全,提高运输能力,实现迅速、及时、准确的行车调度指挥和运输管理现代化,提高服务质量,而且还有利于合理使用工程投资,降低工程造价。

1.3.1可靠性评估

在信号系统的设计时，除了系统安全性外，可靠性评估也是非常重要的，高度的可靠性也是高安全性的一个重要保障。

为了能够放心地在实际中运用，设计一个完善的信号系统必须定量地分析出系统的可靠性指标。

例如：

在国铁规范中，已明确了列车超速防护的车上设备的平均无故障时间（MTBF）不低于104h，地面设备的平均无故障时间不低于105h。

1.3.2ATP系统的正常驾驶模式下

在城市轨道交通中由于ATP系统在正常驾驶模式下使用，是惟一能连续控制列车运行，并长期确保列车安全运行的驾驶模式。

降级驾驶模式是ATP系统出现故障情况下，在限速条件以人工驾驶来降低列车运行风险所采用的一种驾驶模式。

不过，诙漠式并不能避免所有风险，特别是不能保护列车不闯关闭的信号机，所以要求正常驾驶模式必须非常稳定可靠，以尽量减少采用降级驾驶模式。

鉴于上述因素，在国外城市轨道交通工程中，提出ATP系统正常驾驶模式的可靠必须高于99．99％。

其中，月为系统可靠性概率；T为系统设计寿命；MTBF为平均无故陶司隔时间。

2城轨信号系统

城轨信号系统分正线与车辆段两个部分。

一般正线有微机联锁、ATP/ATO轨旁设备、ATP/ATO车载单元设备，以及OCC（运行控制中心）的ATS设备组成；而车辆段主要由6502电气集中组成。

2.1信号标志

1、定义：

表示地铁线路所在地点的情况和状态，指示行车人员依据标志的要求及时正确地进行相关作业与操作的标志。

2.2信号基础器材

2.2.1信号机

车辆段和各联锁站（带有道岔的车站）安装有地面信号机，没有道岔的车站不安装地面信号机，但所有的车站均安装有发车表示器（DTI），终端站尽头端安有红灯信号机。

高柱型、矮柱型

单显示、二显示、三显示

机构型号含义：

X信号；S色灯；G高柱（A矮柱）；HL——红绿二显示色灯信号机：

用不同颜色来显示信号。

透镜式：

一组透镜给出一个颜色的灯光。

如果显示多种颜色信号灯光时就要有多组透镜一一多灯式。

特点：

结构简单，合于生产，安全可靠但显示距离有限，安装在曲线上时，不能保证连续显示。

探照式：

一组透镜能显示出三个颜色单灯式。

特点：

节省电能，显示距离远，结构复杂，制造工艺要求严格，维修困难。

图2.1信号器材

2.2.2信号机开放的意义

（1）正线

红灯——禁止；绿灯——进路空闲、进路道岔开通直股；黄灯——进路空闲、进路道岔开通侧向；黄灯+红灯——引导信号（一般60秒不通过就复原）。

（2）车辆段（入、出厂信号）

黄灯+红灯—一引导进车厂；黄灯——允许进（出）车厂；月白灯——允许调车；红灯——禁止。

（3）停车库内及联络线（交接线）入口处调车信号机为红色、白色灯光显示，其他信号机为蓝色、白色灯光显示。

红、蓝色灯光表示禁止越过，白色灯光表示允许调车。

图2.2号机开放示意图

（4）各种信号灯的显示意义

防护信号机有三种显示颜色，分别为红、黄、绿。

红灯显示意义为禁止列车越过该信号机；黄灯显示意义为进路开通，允许列车进入道岔侧股运行；绿灯显示意义为进路开通，允许列车进入道岔直股运行。

阻挡信号机有一种显示颜色，为红灯。

红灯显示意义为禁止列车进入该区段或禁止越过该信号机。

调车信号机有二种显示颜色，为红灯、白灯。

红灯显示禁止调车，白灯显示允许调车。

出段信号机与入段信号机的显示意义与防护信号机的显示大似相同。

·几种主要固定信号的显示图形：

图2.3进站信号

图2.4调车信号

图2.5通过信号

图2.6预告信号

图2.7出站信号

2.2.3转撤机

ZD6系列电动转辙机是目前用量最大的转辙机之一，它的用途是改变道岔开通方向，锁闭道岔，反映道岔的位置状态。

ZD6系列电动转辙机广泛应用于国家铁路、城市轨道交通、地方铁路，ZD6系列电动转辙机适用于时速120km/h以下的普通单开道岔和复式交分道岔，根据对道岔的保护方式分为可挤和不可挤型两种；根据对道岔的锁闭方式又可分为单锁闭和双锁闭。

它可以单机牵引道岔，也可以通过系列中不同型号转辙机的相互匹配实现双机牵引道岔，从而满足不同道岔的需要。

在车辆段和联锁站内的每组道岔处都要设置一台电动转撤机，可以转换道岔、锁闭道岔和反映道岔的状态。

电动转辙机主要部件工作原理

（1）电动机：

电动机是电动转辙机的动力源。

要求具有足够的功率，以获得必要的转矩和转速。

电动机要有较大的起动转矩，以克服尖轨与滑床板间的静摩擦。

道岔需要向定、反位转换要求电动机能够逆转。

ZD6一A型转辙机配用断续工作制直流串激可动电动机。

直流电动机的正转和反转可通过改变激磁绕组（定子绕组）中或电枢（转子绕组）中的电流方向来实现。

为配合四线制道岔控制电路，采用正转和反转分开定子绕组的方式，如图2.8所示。

两个定子绕组通过公共端子分别与转子绕组串联。

直流电动机的电气参数如下：

额定电压160V；额定电流2.0A；摩擦电流2.3～2.9A；

图2.8电动机内部接线

（2）减速器

因体积、重量的限制，转辙机所用电动机功率不可能很大，为了得到较大的转矩来带动道岔转换，必须用减速器把转速降下来。

ZD6一A型转辙机的减速器由两级组成，第一级为定轴传动外啮合齿轮，即小齿轮带动大齿轮，减速比为103：

27，第二级为渐开线内啮合行星传动式减速器，减速比为41：

1，于是总减速比为103／27×41／1=156．4。

行星传动式减速器内齿轮由靠摩擦联结器的摩擦作用“固定”在减速器壳内。

内齿轮里装有外齿轮。

外齿轮通过滚动轴承装在偏心的轴套上。

偏心轴套用键固定在输入轴上。

外齿轮上有八个圆孔，每个圆孔内插入一根套有滚套的滚棒。

八根滚棒固定在输出轴的输出圆盘上。

当外齿轮作摆式旋转时，输出轴就随着旋转。

（3）主轴

主轴主要由主轴、主轴套、轴承、止挡栓等组装而成，如图2.9所示，主轴带动锁闭齿轮，通过与齿条块配合完成转换和锁闭道岔。

主轴上的止挡栓用来限制主轴的转角，使锁闭齿轮和齿条块达到规定的锁闭角，并保证每