信号系统介绍

1. 信号系统简介

CBTC（Communication Based Train Control）系统，是基于无线通信的列车自动控制系统（ATC）。列车和轨旁设备保持连续的双向通信。列车不间断向轨旁控制器传输其标识、位置、方向和速度,轨旁控制器根据来自列车的信息计算、确定列车的安全行车间隔，并将相关信息（如先行列车位置,移动授权等）传递给列车，控制列车运行。主要由自动列车监督ATS子系统、TGMT（自动列车防护ATP子系统/自动列车驾驶ATO子系统）、正线计算机联锁SICAS子系统、数据通信DCS子系统组成了一个安全、可靠、先进、高效、完整的列车自动控制（ATC）系统。

1.1 信号系统基本概念

1）信号: 是指挥列车运行的信息。用技术手段保证行车安全、提高行车效率的系统叫信号系统。 2）进路: 在车站范围及区间线路上列车由某一指定地点（始端信号机）运行到另一指定地点（终端信号机）所经过的路段。 3）联锁: 为了保证行车安全，在信号机、道岔及进路之间建立的相互制约的关系。 4）闭塞: 按照一定的规律组织列车在区间内运行的方法。 5）联锁站: 是指有SICAS联锁计算机设备的设备集中站。 6）道岔：是指能够实现机车车辆从一股道转入另一股 9）保护区段：保护区段是指终端信号机后方的一个轨道区段，设置保护区段的目的是为了避免列车由于某种原因不能在信号机前方停车而冲出信号机导致危及列车安全的事故的发生。 10）自复位道岔：当排列跨线进路后，无论列车出清进路或是取消进路（包括强解进路），具有该功能道岔在30秒后自动转换到直股位置，目的是防止道岔未及时恢复常态位置造成列车误侵入邻线。

1.2 各子系统的构成及功能概述

该信号系统由下图所示各子系统和设备组成。

图 1#### 1.2 各子系统的构成及功能概述

该信号系统由下图所示各子系统和设备组成。

图 1-1 子系统和组件（CTC 级）图 1-2 子系统和组件（ITC级）

1.3.1.列车自动监督系统（ATS）

概述 ATS是为行车调度员提供人机界面。ATS在线路显示屏上显示线路状态和各列车位置，同时也提供接口软件执行各种功能，如临时限速、车站跳停、封锁区域等。ATS具有监督系统中所有设备的功能。控制中心包含DCS设备以及中央ATS 设备。控制中心设调度工作站、网络设备、与大屏幕、广播系统接口服务器等设备，行使全线调度监控功能。

图1#### 1.3.1.列车自动监督系统（ATS）

图1-3 ATS系统功能图

功能 ATS提供自动及人工控制运行的手段，并向行车调度员及外部系统提供信息。 ATS汇集来自联锁和ATP的列车位置、进路状态、列车状态、车次号、信号设备故障等信息，依据当天计划时刻表对全线的运行列车实施监督和控制。ATS能够自动排列进路，还能通过调整停站时间和站间运行时间来自动调整列车运行。在必要的时候，ATS系统可以进行人工操作。 ATS功能的主要子功能如下： 1）列车监督和追踪（TMT）功能； 2）进路自动排列（ARS）功能； 3）列车自动调整（ATR）功能； 4）时刻表功能； 5）控制中心人机界面（HMI）功能； 6）车站操作员人机界面（HMI）功能； 7）统计、报告、报警与归档功能；

进路设置功能进路设置功能概括根据控制模式的不同，进路设置分为： 1）中央自动进路设置（中央应用服务器CAS完成）； 2）中央人工进路设置（调度员工作站HMI完成）； 3）本地自动进路设置（列车排路计算机TRC完成）； 4）本地人工进路设置（本地操作员工作站LOW完成）； 5）联锁自排（联锁主机完成）；其中1-4由ATS子系统完成，5由联锁子系统完成。自动进路设置（ARS）模式时，ATS子系统根据联锁表、计划运行图及列车位置，自动生成、判断、输出进路控制命令并下达到联锁设备。系统对进路控制的优先权从高到低顺序依次为：本地人工、中央人工、本地自动，中央自动进路设置最低。系统默认选用的中央自动进路设置模式，调度员/操作员可根据运营需求关闭ARS，系统进入中央人工进路设置模式。如果中央ATS故障或关机，站级ATS自动由备用状态转换到工作状态，这时站级ATS根据当天的计划时刻表、列车识别号、列车位置等信息进行自动进路排列、车次号转换等指令，并发送给联锁，而不再被封锁。如果出于某种原因，本地ATS的列车排路计算机也发生故障，例如通信连接中断，联锁的自动进路调用功能会自动激活。该功能可以根据轨道区段占用情况排列预定义的进路。最底层的控制模式是人工操作。在没有任何其他高级自动化功能支持的情况下，操作员可以在LOW/CLOW上进行人工操作。对于相同始端信号机，人工操作必须在ARS发出进路排列命令之前，因此可在进路有效性检查中发现进路已经开放并放弃当前自动排列进路任务。调度员对ARS开启和关闭包括以下操作： 对信号机开启和关闭ARS功能 对列车开启和关闭ARS功能 对ARS功能模块的开启和关闭信号机的ARS开启或关闭状态可以通过显示在HMI上的始端信号机的显示状态看到，若当前始端信号机处于ARS关闭状态，则ATS子系统会在进路可行性检查的过程中发现并放弃排列当前自动进路设置任务。

自动进路设置原理自动进路设置（ARS）功能根据列车目的地码自动排列列车进路，并在适当的时候将命令发出。无论系统在中央控制模式下或在本地降级控制模式下，均可使用自动进路设置功能。在线路上设置一些列车的进路触发点,当列车越过该触发点时,由TMT(列车监控和跟踪)模块判断该区段是否是进路触发点，如果是进路触发点，TMT则将该进路触发轨道编号、车次号(包含目的地码)提交给ARS模块，从而产生一个进路排列任务。触发点的设置原则：首先考虑触发点到进路始端信号机的距离、列车速度等参数，保证列车最大速度行驶的条件下也不会因进路未及时开放而产生制动，同时考虑过早的排列进路，造成对其它列车的影响。通常，每条进路设置两个触发点，一个触发点用于正常进路触发，另一个触发点用于在ARS在正常触发点触发后没有在设定的时间内排列出进路，作为一种补救再次触发该进路排列。该补救出发点一般设置在始端信号机的前一个区段。如图1-4所示，触发点1作为进路S1-S2的正常触发点，触发点2为该进路的补救触发点。

列车调整功能 ATS系统提供自动列车调整及人工调整两种模式。自动调整自动列车调整（ATR）的主要功能是根据列车的运行偏差调整列车运行，确保列车遵照时刻表运行，并向车站倒计时和旅客信息指示系统（PIIS）输出预计到达时间和发车时间。ATR还负责向其他系统（如自动进路排列、ATO系统）提供数据。列车的运行偏差是系统进行自动调整的基础。运行偏差计算在列车到达和列车发车时均进行。当列车抵达车站时，根据计划到达时间和实际到达时间进行运行偏差计算；当列车发车时，根据计划发车时间和实际发车时间进行运行偏差计算，根据偏差计算出新的运行时间，实现列车运行调整。自动调整的方式包括： 修改站间运行时间 修改站停时间 策略调整较小的偏差将通过改变计划停站时间来调整，停站时间的调整受限于最大和最小停站时间，较大的偏差将通过改变列车计划站间运行时间来调整，运行时间的调整受限于最大和最小运行时间。

人工调整用户可根据运营需求，在ATS提供的人机界面上进行相应操作，适时进行人工调整。人工调整方式包括： 修改列车出入段时间 修改列车站停时间及站间运行时间 对在线时刻表进行“增/减列车线”及“偏移列车线”操作 通过修改目的地码改变列车运行径路 扣车/越站操作（可对特定站台或所有站台）人工操作的优先级高于自动调整。当ATR列车进入被设置为“跳停”或“扣车”的车站时，“跳停”或“扣车”命令仍被有效执行。

时刻表系统时刻表系统提供运行图/时刻表的编制和管理，包括离线编辑功能和在线管理功能。离线编辑功能可根据不同的线路状况和列车参数，依据操作员输入的基本数据编制时刻表。在线管理功能可在运营期间对当日的实施运行图进行在线修改。基本时刻表的信息包括：列车车次、站间运行时间、站停时间、车站到达及发车时间等。系统数据库可存储超过50种基本时刻表，典型的时刻表类型包括：平日、周末、节假日、不同运营时段、不同季节及临时事件时的时刻表等。在线管理由中央应用服务器（CAS）及调度员工作站（HMI）实现，当中央故障时本地时刻表处理器将接管部分管理功能。计划时刻表可在预定的时间自动或由调度员手动加载。时刻表以列车运行图的形式进行显示，并根据实际的列车运行时间进行更新。在调度员工作站上，可将当时的计划运行图、实际运行图用不同颜色在一个画面上显示和打印。实际运行图可在硬盘上至少保存30天。系统可自动定期将数据归档到磁带或光盘中，同时提供操作界面供用户查询相关信息。在线管理允许用户进行在线时刻表修改，如：修改车次、增加车次、删减车次、修改停站时间）。时刻表可转换成用户需要的格式输出（格式在设计联络阶段确定）。

派班管理 ATS在车辆段/停车场派班室各配置一台派班ATS终端，当控制中心调度员加载时刻表时，派班表工作站同时加载该时刻表。车辆段调度员通过派班ATS终端的车辆段服务对话框输入每趟投入运营的列车车底号及乘务员号等信息，完成派班过程。该工作站同时提供各种报表管理及打印功能，调度员可根据需要查询及设计各种报告。如：按时间段生成报表、按车底号生成报表等。

报警及事件管理 MOCS系统提供事件及报警列表，用以向操作员通知故障、发出的命令或常规的状态信息。所有的报警和事件信息均记录在数据库中，供用户查询、统计回放等。报警信息需打印输出，并可以灵活保存为文本文件输出。

报警管理 HMI界面的基本信号主窗体提供专门的事件报警区，显示事件报警状态。当出现事件或报警，HMI当前的窗口不会改变，保证操作员可以完成当前相应的操作，但事件报警区相应类别按钮会显示，同时收到声音报警。操作员决定是将窗口保持当前主窗口或者转到报警列表窗口查看。若转到报警列表窗口，则报警列表覆盖主窗口，然后操作员可以通过单击相应的区域获得详细的信息。操作员也可以通过报警列表框获得故障报警信息。每条报警均包含充分的信息内容，满足操作运营的需求，信息内容包括：报警发生时间（年/月/日/时/分/秒，年4位，月2位）、报警名称、报警内容、报警类别、报警地点、报警确认的时间及报警恢复的时间等。 MOCS系统根据优先级提供三类故障报警（A、B和C）。A类报警优先级最高、B类其次而C类为最低，各类报警实现相应设备的分类显示。所有的报警都可定义相应的报警声音，以提醒操作员确认或给出反应。系统提供四类报警状态，并用颜色和闪烁组合方式显示： 故障未确认状态，红色+闪烁； 故障已确认，但尚未恢复状态，红色； 故障已恢复，但尚未确认状态，灰色+闪烁； 故障已确认，并恢复状态，灰色；可显示的故障信息包括：轨旁设备（SICAS联锁、道岔、信号机等）的状态、报警和诊断信息，以及列车的状态和诊断信息。用户可以通过维修管理系统获得更详细的信息。

事件管理系统将事件分为两类： 各类操作命令事件，内容包括：登录和注销操作、对联锁设备的各种操作、各种调整操作、车次号操作等； 列车到发事件，内容包括列车上线、列车到站、列车出发、列车退出服务等；

控制权管理 ATS系统为南京地铁西门子信号线路工程信号系统提供了几种控制模式： OCC控制中心控制； 本地后备控制； 联锁进路控制； 本地操作员工作站LOW控制。正常情况下全线在控制中心进行控制，当中央失效时降至本地后备模式。本地后备模式主要由位于和燕路的本地时刻表处理器及列车排路计算机完成，当中央正常时，本地同样收到来自联锁及ATP的信息，并进行列车跟踪、进路控制等逻辑运算，但所有输出被屏蔽。中央与本地通过连续、实时的心跳交互，相互监测运行状态。当检测到中央失效时，本地服务器自动接管，产生输出，实现后备运行；当检测到中央恢复后，自动停止指令的输出；中央恢复后自动接管系统的自动控制，完成本地-中央控制权的转换。对于联锁设备的控制，ATS提供两种不同的操作模式：中央远程模式和本地模式（含LOW及CLOW）。OCC（HMI）总是处于远程控制模式下，而LOW总是处于本地控制模式下。正常情况下全线，处于远程控制模式下，此时LOW只能观察列车运行，而不能操作联锁。在本地控制模式下，OCC（HMI）只能观察而不能操作联锁。 ATS控制操作工作站采取安全、严密的授权管理措施，保证控制命令的输出的正确性和唯一性，不允许多个控制工作站在同一时间内对同一目标实施控制。下列情况将发生中央控制权到本地控制权的转换：