第六章 导学.docx

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第六章导学

第六章列车自动防护系统（ATP）

要求：

了解列车自动防护系统ATP的基本概念；熟悉列车自动防护系统ATP中的设备和设备的基本功能；掌握列车自动防护系统ATP的功能和工作原理；掌握城市轨道交通中对列车自动防护系统ATP的基本技术要求。

重点：

列车自动防护系统ATP中的设备和设备的基本功能；列车自动防护系统ATP的功能和工作原理。

难点：

列车自动防护系统ATP中的设备和设备的基本功能；列车自动防护系统ATP的功能和工作原理。

本章主要从ATP系统涉及的基本概念、基础设备、功能和工作原理入手进行较为详细的阐述，目的是使读者能掌握列车超速防护的基本知识和基本技能。

第一节ATP的基本概念

城市轨道交通的信号系统中，列车自动防护（ATP——AutomaticTrainProtection）系统是非常重要的组成部分，它为列车行驶提供安全保障，有效降低列车驾驶员的劳动强度，提高行车效率。

如果没有ATP系统，列车的行车安全需要由列车驾驶员人工来保障，这样会造成列车驾驶员过度疲劳，产生安全隐患，为行车作业效率带来负面影响。

因此在城市轨道交通中，尤其是在运营作业繁忙的线路上，信号系统中设置列车自动防护系统是非常必要的，它是行车作业的安全保障和体现。

ATP系统是保证行车安全、防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备。

ATP负责全部的列车运行保护。

ATP系统执行以下安全功能：

限制速度的接收和解码、超速防护、车门管理、自动和手动模式的运行、司机控制台接口、车辆方向保证、永久车辆标识。

在介绍列车自动防护系统时，需要简单了解几个基本概念。

1.列车常用制动和紧急制动

ATP车载设备具有常用制动和紧急制动两级防护控制的能力。

在常用制动失效后，可实施紧急制动。

列车常用制动就是列车在正常行驶过程中，由列车的制动系统施加给列车的制动。

列车紧急制动就是列车在超速行驶，或遇到其他异常会危及列车行车安全的情况时，对列车施加的制动。

列车紧急制动时所产生的制动力，是列车的制动系统所能提供的最大制动力。

列车紧急制动的响应时间比列车常用制动的响应时间要短；一旦对列车施加了紧急制动，只能通过特殊处理才能将紧急制动从列车上解除。

2.速度限制

在城市轨道交通中，列车在轨道线路上行驶时，受轨道线路弯道、坡道、列车自身构造以及运营需求等因素的影响，列车只能在规定的速度范围内运行，如果列车运行速度高于规定的最大速度值，则会危及到列车的行车安全，导致列车相撞、出轨或颠覆等事故的发生。

为确保列车行车安全，列车必须在所规定的速度范围内运行，以防事故的发生。

列车自动防护系统在每列列车上都装有速度传感器，速度传感器安装在列车的车轴上，对列车的运行速度进行实时测定，并把速度值送给ATP主机，由列车ATP主机对速度进行分析和处理。

3.列车自动防护系统与列车之间的接口

ATP主机是列车自动防护系统的核心控制部分，ATP主机与列车自身的牵引系统和制动系统由专门的接口电路连接。

如图6-1所示。

ATP主机实时接收从地面信号设备传来的信息，通过实时分析和计算，实时向列车的牵引系统或制动系统发出控制指令，列车的牵引系统或制动系统在接收到控制指令后，对列车施加牵引力或制动力，以控制列车的运行速度，使列车在允许速度的范围内运行。

图6-1ATP系统与列车之间的接口关系

ATP系统的功能是对列车运行进行超速防护，对与安全有关的设备实行监控，实现列车位置检测，保证各列车间的安全间隔，使列车在安全速度下运行，完成信号显示，故障报警，降级提示，列车参数和线路参数的输入，与ATS、ATO及车辆系统接口并进行信息交换。

ATP系统不断将来自联锁设备和操作层面上的信息、线路信息、前方目标点的距离和允许速度信息等从地面通过轨道电路等传至车上，从而由车载设备计算得到当前所允许的速度，或由行车控制中心计算出目标速度传至车上，由车载设备测得实际运行速度，依此来对列车速度实行监督，从而始终在安全速度下运行。

当列车速度超过ATP装置所指示的速度时，ATP的车载设备就发出制动命令，使列车自动地制动；当列车速度降至ATP所指示的速度以下时，可自动缓解。

这样，可缩短列车运行间隔，可靠地保证列车不超速、不冒进。

ATP是ATC的基本环节，是安全系统，必须符合故障——安全的原则。

第二节ATP的设备

1、ATP车载设备

列车自动防护系统的车载设备主要包括由车载主机、驾驶员状态显示单元、速度传感器、列车地面信号接收器、列车接口电路、电源和辅助设备等，如图6-2所示，下面分别介绍有关设备的情况。

图6-2ATP车载设备组成

1）车载主机

ATP的车载主机由各种印刷电路板、输入/输出接口板、安全继电器和电源等设备组成。

这些设备分层放在机柜中，各板之间利用机柜上的总线进行通信。

2）状态显示单元

状态显示单元是车载系统与列车驾驶员之间的人机界面，可以显示列车当前运行速度、列车到达某点的目标速度、列车到达某点的走行距离、列车的驾驶模式和有关设备的运行状况等与行车直接相关的信息；还设置一些按钮，用于驾驶员操作，控制列车运行。

3）速度传感器

通常在列车上装有两个速度传感器，安装在列车的车轴上，用于测量列车的运行速度和列车运行距离及判定列车运行的方向。

有时也安装多普勒雷达测速。

4）列车地面信号接收器

列车地面信号接收器，安装在列车底部，用于接收从轨道上传来的信息，这些信息可以由地面轨道电路发送，或由安装在地面的专门设备如应答器发送给列车。

列车地面信号接收器，根据所接收的信息格式、容量和处理速度等因素，设计为感应天线或其他形式，以保证列车在一定的运行速度下能及时接收和处理所收到的信息。

5）列车接口电路

ATP的车载设备通过车载主机与列车进行接口，车载主机将控制信息通过接口电路传送给列车，同时车载主机通过接口电路从列车获得列车运行的状态信息。

6）电源和辅助设备等

列车为ATP提供所需的电源，列车上还有列车运行模式选择开关，各种电源开关和其他一些辅助设备等。

2、ATP轨旁设备

ATP系统的核心设备安装在列车上，但是它所需的主要信息都来自轨旁设备。

根据城市轨道交通信号系统的不同制式，列车自动防护系统地面设备可以设置点式应答器、轨道电路或计轴器，向列车传递有关信息，由安装在列车上的设备接收和处理这些信息。

1.点式应答器

通常会在线路上间隔一定的固定距离设置点式应答器，存储线路中有关列车运行的信息。

在列车经过时，由安装在列车车底的查询器感应接收读取或接收信息，由车载主机对这些信息进行综合分析处理。

点式应答器中所包含的信息，包括有线路位置、列车运行距离、基本线路参数、速度限制等，这些信息固化在应答器中，应答器可分为有源应答器和无源应答器。

有源应答器向线路实时发送信息，由列车接收，可以根据需要对应答器内的数据进行更新；无源应答器，只有在列车经过时，由列车从应答器中读取事先存入的固定数据。

2.轨道电路和计轴器

轨道电路除了具有表示列车是否占用轨道的功能外，还可以向线路上实时发送列车运营所需的信息，由列车接收和处理。

轨道电路所发送的信息，其容量大，有利于列车的车载系统对列车进行实时控制。

一般来说，轨道电路所发送的信息有以下内容：

轨道电路的长度、坡度和曲线参数、载波频率、轨道电路编号、线路限制速度、目标距离、目标速度、道岔定反位、列车停站信号、备用信息等，这些信息以数字编码的方式，顺序排列，放在一个信息包里。

列车收到信息后进行实时处理，实时控制列车运行状态。

现在使用较广泛的计轴器，它同样具有检查区段占用与空闲的功能，而且不受轨道线路道床状态等影响。

3、ATP车载设备和轨旁设备的联系

连续式ATP系统利用数字音频轨道电路，向列车连续地发送数据，允许连续监督和控制列车运行。

对于ATP，由轨道电路反映轨道状态，传输ATP信息，在轨旁无需其他传输设备。

当轨道电路区段空闲时，发送轨道电路检测电码。

当列车占用时，向轨道电路发送ATP信息。

轨道旁的轨道电路连接箱内（发送端、接收端各一个）仅有电路调谐用的无源元件，包括轨道耦合单元及长环线。

车载ATP设备完成命令解码、速度探测、超速下的强制执行，特征显示、车门操作等任务。

车载ATP设备根据地面传来的数据（由ATP列车地面信号接收器接收）与预先储存的列车数据计算出列车实时最大允许速度。

将此速度与来自速度传感器测得的列车实际运行速度相比较，超过允许速度时，报警后启动制动器。

借助于状态显示单元，司机可以按照ATP系统的指示运行。

状态显示单元包括司机显示功能、司机外部接口两个子功能。

司机显示功能向司机显示实际速度、最大运行速度、目标距离、目标速度，ATP设备的运行状态，以及列车运行时产生的重要故障信息，在某些情况伴有音响警报。

司机外部接口包括允许按钮、车门释放按钮以及确认按钮。

第三节ATP的功能及其工作原理

1、ATP的功能

ATP系统通常需要和联锁系统共同作用完成列车安全运行的保护作用。

ATP车载设备能连续检测列车的位置、监督速度限制、防护点和根据列车在站台区域的精确停车控制列车车门和站台安全门。

联锁是ATP底层的基本防护系统。

ATP轨旁设备连续监视和检查联锁条件，比如道岔的监督、紧急停车按钮监督、侧面防护和其他进路的情况。

这些信息是ATP轨旁设备计算移动授权的基础。

ATP的主要功能包括有以下方面：

1）速度监督与超速防护

ATP轨旁设备从联锁和轨道空闲检测系统获得驾驶指令，整理为相应格式的数据后传输至ATP车载设备。

驾驶指令通常包括目标速度、目标距离、最大允许线路速度和线路坡度等。

ATP车载设备通过此数据计算当前位置的列车允许速度。

最终将列车运行所需的数据由驾驶室显示器指示给司机。

实际的列车速度和驶过的距离由测速装置连续进行测量。

ATP车载设备列车实际速度与列车允许速度进行比较。

当列车速度超过列车允许速度时，ATP的车载设备就会发出制动命令，发出报警后控制列车进行常用全制动或实施紧急制动，使列车自动地制动。

城市轨道交通中的速度限制分为两种。

一种是固定速度限制，如列车最大运行速度、区间最大允许速度等；另一种是临时性的速度限制，如线路在维修时临时设置的速度限制。

固定速度限制是在设计阶段设置的。

ATP车载设备中都储存着整条线路上的固定限速区信息。

主要有：

（1）列车最大允许运行速度（取决于列车位置、停车点、联锁条件等）；

（2）列车最大允许速度（取决于列车本身的物理特性）；

（3）区间最大允许速度（取决于线路地理参数）。

临时限速用于在一些特殊地段来降低允许速度，该功能要求列车以较低的速度运行。

例如正在进行的一些轨道作业等。

这些临时限速可以在ATS控制中心由操作员按照安全程序人工设置，设定的数据会从ATS系统传送给ATP轨旁设备，ATP轨旁设备通过通信信道把所有的临时限速发送到车上，车载ATP接收来自轨旁ATP的移动授权，与相应的轨道区段的临时限速信息相一致。

ATP系统始终严密监视速度限制不被超越，一旦超过，先提出警告，后启动紧急制动，并作记录。

2）测速与测距

列车运行的速度和位置测量是车载设备的关键技术。

（1）测速

列车运行速度的测量是速度控制的依据。

速度值的准确和精度直接影响列车控制的效果。

测速有车载设备自测和系统测量两种方法。

车载设备自测是通过测速电机、轮脉冲传感器和多普勒雷达测速器等，它们安装在拖车的轮轴上。

系统测量有卫星测速和雷达测速等方法。

通常需要采用两路测速，两套传感器安装在不同的车轴和不同的侧面，以提高测量的准确性和精确度，并对车轮空转、打滑、抱死等引起的误差进行修正。

轮脉冲测速传感器无法精确补偿车轮空转、打滑带来的误差，可用一台多普勒雷达测速设备向ATP/ATO系统输入第三个测速信息。

这个信息与轮脉冲速度传感器输入的车速相比较，从而检验测速系统的可靠性。

（2）测距

在目标距离模式中，列车位置对于安全性至关重要。

如果列车无法掌握它在线路中的准确位置，那么它就无法