地鐵列車自動運行系統(tǒng)研究論文

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1、地鐵列車自動運行系統(tǒng)研究論文摘要對我國現(xiàn)有的北京、上海、廣州的地鐵列車自動運行系統(tǒng)進行分析、比較,并指出了國產(chǎn)化列車自動運行系統(tǒng)的設(shè)計思路。關(guān)鍵詞地鐵,列車自動控制系統(tǒng),列車自動運行系統(tǒng),國產(chǎn)化對于城市軌道交通系統(tǒng)高效率、高密度的要求來說,列車自動控制系統(tǒng)(ATC)是必不可少的。其中一個重要的子系統(tǒng)列車自動運行(駕駛)系統(tǒng)(ATO)能模擬有經(jīng)驗的司機完成駕駛列車的任務(wù)。ATO子系統(tǒng)利用地面信息實現(xiàn)對列車牽引、制動的控制,使列車經(jīng)常處于最佳運行狀態(tài),提高乘客的舒適度,提高列車準(zhǔn)點率,節(jié)能能源。許多國家都在研究ATO系

2、統(tǒng),且取得了一定的成績。我國在此項技術(shù)上尚屬空白。本文將對比分析三套ATO系統(tǒng)技術(shù)特點。1ATC與ATO簡介ATC是一套以安全和效率為目的、調(diào)節(jié)列車運行間隔的自動控制設(shè)備,通過車載設(shè)備、地面設(shè)備、車站和控制中心組成的控制系統(tǒng)完成列車運行控制。ATC系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng):列車自動監(jiān)控系統(tǒng)(ATS),列車自動保護系統(tǒng)(ATP)和列車自動運行系統(tǒng)(ATO)。ATS子系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)督、引導(dǎo)列車按預(yù)定的時刻表運行,保證地鐵運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它通過轉(zhuǎn)換道岔建立發(fā)車進路,并向列車提供由控制中心傳來的監(jiān)督命令。ATP子系統(tǒng)具有超速防護、

3、零速度檢測和車門限制等功能。ATP提供速度限制信息以保持列車間的安全間隔,使列車在符合限制速度的標(biāo)準(zhǔn)下運行。在打開車門前,ATP先檢查各種允許打開車門的條件,檢查通過后,才允許打開車門。ATO子系統(tǒng)能自動調(diào)整車速,并能進行站內(nèi)定點停車,使列車平穩(wěn)地停在車站的正確位置。ATO從ATS處得到列車運行任務(wù)命令。其信息是通過軌道電路或軌旁通信器傳送到列車上的。信息經(jīng)過處理后傳給ATO,并顯示相關(guān)信息。ATO獲得有用信息后,結(jié)合線路情況開始計算運行速度,得出控制量,并執(zhí)行控制命令,同時顯示有關(guān)信息。到站后,開門條件允許后,A

4、TO打開車門。停站期間,列車通過車-地通信系統(tǒng)把列車信息傳送給地面通信器,然后傳到ATS。ATS根據(jù)列車信息,把運行信息傳給車載ATO。ATO的工作原理圖如圖1。圖1ATO工作原理圖2ATO系統(tǒng)技術(shù)特點比較20世紀90年代初,北京地鐵1號線部分列車安裝了英國Westinghouse公司的ATO設(shè)備(未使用);上海地鐵1號線的ATO設(shè)備則是從美國GRS公司引進的,并于1996年11月開始在全線試用。廣州地鐵1號線引進的是德國Siemens公司的ATO設(shè)備,在1999年6月正式運營。由于他們的ATO系統(tǒng)設(shè)計不盡相同,因

5、此有必要對不相同的地方進行比較(主要是ATO設(shè)備、ATO需求數(shù)據(jù)與傳輸通道和控制策略),然后分析各種設(shè)計的特點,以利于ATO的設(shè)備國產(chǎn)化。2.1北京地鐵1號線ATO系統(tǒng)1.ATO設(shè)備車載設(shè)備:由設(shè)在列車每一端司機室內(nèi)的ATO控制器及安裝在列車每一端司機室車體下的兩個ATO接收天線和兩個ATO發(fā)送天線組成。地面設(shè)備:在各車站設(shè)備室內(nèi)設(shè)有站臺ATO通信器PAC(PlatformATOCommunicator)。PAC內(nèi)存有至下兩個車站的線路信息,并通過與LPU或RTU接口,得到來自ATS子系統(tǒng)的控制命令。在各車站上下行

6、站臺以及進行ATO折返的折返線處軌道上,設(shè)有Xd或X2環(huán)路及Rd環(huán)路。列車在車站停車期間,經(jīng)聯(lián)鎖電路及軌道電路的有關(guān)條件控制向室外環(huán)路發(fā)送。2.ATO需求數(shù)據(jù)與傳輸通道在ATO數(shù)據(jù)獲取的過程中,車載ATP接收安全信息。安全信息由列車當(dāng)前運行區(qū)段的AF900軌道電路傳送,采用低頻脈沖調(diào)幅方式,有8種不同的調(diào)制頻率,6種用于ATP速度命令,2種用于門控命令。另外,車載TWC系統(tǒng)接收地面TWC信息。該信息一般是非安全控制功能數(shù)據(jù),諸如運行等級、列車號、目的地和跳停等。該信息采用FSK調(diào)制方式,通過地面TWC設(shè)備向列車發(fā)送

7、。最后,車載ATO接收來自車載ATP、TWC的信息和標(biāo)志線圈的信息。3.控制策略速度調(diào)節(jié):ATO根據(jù)從ATP中獲取的MSS和TS,計算列車運行速度曲線。該曲線比較簡單,主要計算加速轉(zhuǎn)勻速、勻速轉(zhuǎn)制動的位置點,以保證列車運行時不超過MSS,并且在每個軌道電路區(qū)段目標(biāo)距離處速度不超過目標(biāo)速度?？刂破鞲鶕?jù)線路的情況自動控制列車的牽引及制動輸出,盡量使列車按運行速度曲線的速度來運行。當(dāng)列車速度超過目標(biāo)速度時,ATP設(shè)備報警;當(dāng)超過最大允許速度時,ATP實施緊急制動。車站停車:在車站的定位停車是通過X2和Xd環(huán)路實現(xiàn)的。列車

8、進入車站X2環(huán)路范圍后,通過地-車之間的感應(yīng),得出距停車點的距離,進行第一次位置調(diào)整,并使速度盡量貼近預(yù)置的停車速度曲線。在Xd環(huán)路處,進行第二次也是最后一次位置調(diào)整。若需要對運行時間進行調(diào)整,ATS將給出控制命令,如惰行控制、扣車、下一車站通過等命令,由ATO執(zhí)行。2.2上海地鐵1號線ATO系統(tǒng)[3]1.ATO設(shè)備車載設(shè)備:主要包括ATO主控制器,以及車底