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地铁列车自动运行系统设计摘要对我国现有的北京、上海、广州的地铁列车自动运行系统进行分析、比较并指出了国产化列车自动运行系统的设计思路。关键词地铁列车自动控制系统列车自动运行系统国产化对于城市轨道交通系统高效率、高密度的要求来说列车自动控制系统(ATC)是必不可少的。其中一个重要的子系统列车自动运行(驾驶)系统(ATO)能模拟有经验的司机完成驾驶列车的任务。ATO子系统利用地面信息实现对列车牵引、制动的控制使列车经常处于最佳运行状态提高乘客的舒适度提高列车准点率节能能源。许多国家都在研究ATO系统且取得了一定的成绩。我国在此项技术上尚属空白。本文将对比分析三套ATO系统技术特点。1ATC与ATO简介ATC是一套以安全和效率为目的、调节列车运行间隔的自动控制设备通过车载设备、地面设备、车站和控制中心组成的控制系统完成列车运行控制。ATC系统包括三个子系统:列车自动监控系统(ATS)列车自动保护系统(ATP)和列车自动运行系统(ATO)。ATS子系统实现监督、引导列车按预定的时刻表运行保证地铁运行系统的稳定性。它通过转换道岔建立发车进路并向列车提供由控制中心传来的监督命令。ATP子系统具有超速防护、零速度检测和车门限制等功能。ATP提供速度限制信息以保持列车间的安全间隔使列车在符合限制速度的标准下运行。在打开车门前ATP先检查各种允许打开车门的条件检查通过后才允许打开车门。ATO子系统能自动调整车速并能进行站内定点停车使列车平稳地停在车站的正确位置。ATO从ATS处得到列车运行任务命令。其信息是通过轨道电路或轨旁通信器传送到列车上的。信息经过处理后传给ATO并显示相关信息。ATO获得有用信息后结合线路情况开始计算运行速度得出控制量并执行控制命令同时显示有关信息。到站后开门条件允许后ATO打开车门。停站期间列车通过车-地通信系统把列车信息传送给地面通信器然后传到ATS。ATS根据列车信息把运行信息传给车载ATO。ATO的工作原理图如图1。图1ATO工作原理图2ATO系统技术特点比较20世纪90年代初北京地铁1号线部分列车安装了英国Westinghouse公司的ATO设备(未使用);上海地铁1号线的ATO设备则是从美国GRS公司引进的并于1996年11月开始在全线试用。广州地铁1号线引进的是德国Siemens公司的ATO设备在1999年6月正式运营。由于他们的ATO系统设计不尽相同因此有必要对不相同的地方进行比较(主要是ATO设备、ATO需求数据与传输通道和控制策略)然后分析各种设计的特点以利于ATO的设备国产化。2.1北京地铁1号线ATO系统1.ATO设备车载设备:由设在列车每一端司机室内的ATO控制器及安装在列车每一端司机室车体下的两个ATO接收天线和两个ATO发送天线组成。地面设备:在各车站设备室内设有站台ATO通信器PAC(PlatformATOCommunicator)。PAC内存有至下两个车站的线路信息并通过与LPU或RTU接口得到来自ATS子系统的控制命令。在各车站上下行站台以及进行ATO折返的折返线处轨道上设有Xd或X2环路及Rd环路。列车在车站停车期间经联锁电路及轨道电路的有关条件控制向室外环路发送。2.ATO需求数据与传输通道在ATO数据获取的过程中车载ATP接收安全信息。安全信息由列车当前运行区段的AF900轨道电路传送采用低频脉冲调幅方式有8种不同的调制频率6种用于ATP速度命令2种用于门控命令。另外车载TWC系统接收地面TWC信息。该信息一般是非安全控制功能数据诸如运行等级、列车号、目的地和跳停等。该信息采用FSK调制方式通过地面TWC设备向列车发送。最后车载ATO接收来自车载ATP、TWC的信息和标志线圈的信息。3.控制策略速度调节:ATO根据从ATP中获取的MSS和TS计算列车运行速度曲线。该曲线比较简单主要计算加速转匀速、匀速转制动的位置点以保证列车运行时不超过MSS并且在每个轨道电路区段目标距离处速度不超过目标速度。控制器根据线路的情况自动控制列车的牵引及制动输出尽量使列车按运行速度曲线的速度来运行。当列车速度超过目标速度时ATP设备报警;当超过最大允许速度时ATP实施紧急制动。车站停车:在车站的定位停车是通过X2和Xd环路实现的。列车进入车站X2环路范围后通过地-车之间的感应得出距停车点的距离进行第一次位置调整并使速度尽量贴近预置的停车速度曲线。在Xd环路处进行第二次也是最后一次位置调整。若需要对运行时间进行调整ATS将给出控制命令如惰行控制、扣车、下一车站通过