深圳地鐵三號線正線信號系統(tǒng).ppt

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1、深圳地鐵三號線正線信號系統(tǒng)介紹,安全小知識,安全第一，預(yù)防為主 故障安全 逃生知識,問題思考,1、系統(tǒng)組成，原理？ 2、紅-M信號機顯示定義？ 3、進(jìn)路類型？ 4、控制權(quán)交接？ 5、KS開關(guān)的操作過程及原理,目 錄,系統(tǒng)概述 運行和設(shè)計指標(biāo) 系統(tǒng)原理 控制權(quán)交接 列車運行進(jìn)路 與外系統(tǒng)接口 系統(tǒng)功能與構(gòu)成,降級運行模式 KS開關(guān)操作過程及原理 目前系統(tǒng)存在的局限性,一、系統(tǒng)概述,1、深圳地鐵三號線正線信號系統(tǒng)采用具有當(dāng)前國際先進(jìn)水平的龐巴迪（Bombardier）運輸集團 的CITYFLO 650 基于無線通信技術(shù)的移動閉塞系統(tǒng)，分別由以下幾個子系統(tǒng)構(gòu)成： 正線聯(lián)鎖(CBI)子系統(tǒng) 列車自動保

2、護ATP子系統(tǒng) 列車自動駕駛ATO子系統(tǒng) 列車自動監(jiān)控ATS子系統(tǒng) 通信傳輸DTS子系統(tǒng) 無線傳輸TWC子系統(tǒng),一、系統(tǒng)概述,2、貫穿在信號系統(tǒng)設(shè)計中的基本原則是：安全、可靠，最大限度地實現(xiàn)功能，最大限度地減少系統(tǒng)故障的發(fā)生。正線信號系統(tǒng)提供了降級或緊急運營模式。在CBTC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，所有在正線范圍內(nèi)作業(yè)的列車仍可被系統(tǒng)探測及追蹤；并在正線線路適當(dāng)位置設(shè)置軌旁信號機協(xié)助司機駕駛，以維持列車服務(wù)。同時也可讓沒有安裝車載信號設(shè)備的列車在正線安全作業(yè)。,一、系統(tǒng)概述,3、三號線信系統(tǒng)工程包括： 首期線路全長32.94km、22座正線車站、一條試車線、一座控制中心、一座車輛段與綜合基地。初期配置2

3、4列列車，6輛編組。近期配置33列列車，遠(yuǎn)期配置52列列車。并配備6輛工程車。 西延線線路全長8.7Km、8座車站、一座停車場。配置19列列車，6輛編組。,一、系統(tǒng)概述,一期工程中，區(qū)域控制站2個，分別是塘坑站（塘坑-雙龍）和大芬站（紅嶺-六約）；設(shè)備集中站5個（紅嶺、田貝、草埔、愛聯(lián)、雙龍）；其中設(shè)有信號機111架，道岔46組，計軸點210個，等。 二期工程中，區(qū)域控制站1個，即蓮花村站；設(shè)備集中站3個（益田、福田、華新）；其中設(shè)有信號機47架，道岔22組，計軸點64個，等。,ATP,RM,一、系統(tǒng)概述,4、CBTC系統(tǒng)組成示意圖,一、系統(tǒng)概述,5、CBTC原理 基于通信的CBTC的移動閉塞

4、系統(tǒng)的主要設(shè)計目標(biāo)是在維持系統(tǒng)安全性的同時，通過改善位置分辨能力和移動授權(quán)更新率，來縮短列車間隔距離，提供更大的運能。 列車在移動授權(quán)的范圍內(nèi)安全運行，考慮了最不利情況下的停車距離，以及不確定的前方障礙物位置后生成速度曲線。,二、運行和設(shè)計指標(biāo),線路設(shè)計最高行車速度為90km/h。 運行最小列車追蹤間隔為90秒；列車折返運行間隔最小至105秒；全線按 16 對車/小時的通過能力設(shè)計。 四種列車駕駛模式：列車自動駕駛ATO模式，帶防護的人工駕駛ATP模式，限制人工駕駛RM模式和非限制的人工駕駛NRM模式。 復(fù)線/雙向，通常情況下為右線行車，軌旁信號機在正常運行方向的右側(cè)。 各個車站安裝有站臺安全

5、門/屏蔽門。 本系統(tǒng)采用可靠的組件、開放式的接口以及嚴(yán)格的軟、硬件設(shè)計和品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。,三.系統(tǒng)原理,系統(tǒng)原理,基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）： 車地實時雙向通信；--無線傳輸 列車精確定位；--多傳感器信息融合 移動閉塞； 適用于METRO/APM系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)STO、DTO和UTO模式。,14,系統(tǒng)原理-CBTC運營,,,,,,,,,,,,2. 列車B的車載無線設(shè)備傳送其實時位置和虛擬占用給軌旁無線設(shè)備。,3. 區(qū)域控制器設(shè)備計算沖突點()，到列車B的車尾，給出移動授權(quán)。,4. 軌旁無線設(shè)備連續(xù)的把沖突點()和移動授權(quán)傳送給列車A。,5. 列車A的車載CBTC設(shè)備計算安全曲線并應(yīng)用到對列車

6、的防護上() 。,,,,,,,,,,,,,軌旁無線 設(shè)備,軌旁無線 設(shè)備,軌旁無線 設(shè)備,軌旁DTS設(shè)備,區(qū)域控制器,,,,,,CBTC,,,,車載 RADIO,,,,,,,,,,B,,,,CBTC,,,,車載 RADIO,,,A,1. 基于輪速傳感器和多普勒雷達(dá)，列車B連續(xù)的計算其位置() （經(jīng)過信標(biāo)點時重置其誤差），生成虛擬占用。,CBTC 運營,關(guān)鍵技術(shù)： 精確定位 虛擬占用 車地通信,系統(tǒng)原理-列車定位,15,列車精確定位原理圖,16,定位誤差的校正,系統(tǒng)原理-定位誤差校正,系統(tǒng)原理-虛擬占用,17,,運行方向,列車傳輸虛擬占用以定位車尾的位置。,占用等于列車長度加上積累的定位誤差 時

7、延距離在通信時延的過程中列車行駛的距離 惰行距離惰行后，在緊急制動建立前列車行駛的距離 緊急制動從緊急制動實施到列車獲得零速，列車行駛的距離,18,系統(tǒng)原理-虛擬占用的計算實例,,19,系統(tǒng)原理-車地通信,,,地下段,,地面/高架段,漏纜,車地通信-TWC： 2.4G公共頻段 采用私有協(xié)議 頻率主動切換機制,20,,,,,,,,,,2. 聯(lián)鎖可以連續(xù)的檢測計軸占用信息，并提供給軌旁CBTC設(shè)備。,3. 區(qū)域控制器隨時監(jiān)控所有CBTC列車和非CBTC列車，對于非CBTC列車B，軌旁CBTC設(shè)備把沖突點()放置在列車B最后占用計軸區(qū)段的始端。,4. 軌旁無線設(shè)備連續(xù)的把沖突點()信息傳送給跟隨的列

8、車A。,5. 列車A的車載CBTC設(shè)備基于沖突點信息計算安全曲線。,,,,,,,,,,,,,,,軌旁無線設(shè)備,軌旁無線 設(shè)備,軌旁無線 設(shè)備,軌旁DTS設(shè)備,區(qū)域控制器,,聯(lián)鎖,,B,,,,,CBTC,,,,車載 無線,,,A,1. 一個非CBTC列車B不能實時的傳送其位置，但占用了計軸區(qū)段。,非CBTC列車,,,混合運行模式,系統(tǒng)原理-混合運行,四、控制權(quán)交接,1、系統(tǒng)正常時，設(shè)備的監(jiān)控均在OCC的中央ATS工作站上。系統(tǒng)啟動時，默認(rèn)的權(quán)限在區(qū)域控制區(qū)ATS工作站上，緊急情況下可以強行獲得控制權(quán)。 2、中央ATS可以同時分別向三個區(qū)域控制區(qū)授權(quán),亦可單一區(qū)域授權(quán)。,OCC,蓮花村站,大芬站,

9、塘坑站,,,,蓮花村站,大芬站,蓮花村站,塘坑站,大芬站,蓮花村站,四、控制權(quán)交接,3、區(qū)域內(nèi)的車站授權(quán) 具有“站群管理”模式功能，各站的監(jiān)控權(quán)已經(jīng)被設(shè)置。 可以同時有多個有控制權(quán)限的車站獲得授權(quán)。 獲得控制權(quán)的車站可以控制整個區(qū)域也可以選擇控制指定的控制范圍。 一個被控制范圍內(nèi)同時只允許被第一個獲得控制權(quán)的車站控制，而其后登錄的該范圍權(quán)限只能獲得監(jiān)視權(quán)。,四、控制權(quán)交接,例如大芬區(qū)域控制區(qū)中，丹竹頭、草埔、紅嶺站、老街站和田貝站均有監(jiān)控權(quán)，而丹竹頭老街為非設(shè)備集中站的軸心站。,紅嶺站,老街站,田貝站,四、控制權(quán)交接,1）當(dāng)紅嶺站獲得紅嶺曬布站區(qū)的控制權(quán)后，老街站只能再獲得該區(qū)監(jiān)視權(quán)。反之亦然

10、。,紅嶺站,老街站,田貝站,曬布站,草埔站,四、控制權(quán)交接,2）當(dāng)紅嶺站獲得紅嶺田貝站區(qū)的控制權(quán)后，老街、田貝站只能再獲得監(jiān)視權(quán)。,紅嶺站,老街站,田貝站,曬布站,翠竹站,四、控制權(quán)交接,3）當(dāng)老街站獲得紅嶺曬布站區(qū)的控制權(quán)后，田貝站只能獲得剩余站區(qū)的控制權(quán)。,紅嶺站,老街站,田貝站,曬布站,翠竹站,五、列車運行進(jìn)路,列車運行進(jìn)路類型有兩種： 一種是標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)路 進(jìn)路隨列車的運行而逐段解鎖。 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)路是默認(rèn)的進(jìn)路類型. 所有進(jìn)路類型都具有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)路功能。 進(jìn)路可以自動設(shè)置，也可以手動設(shè)置。 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)路只允許一條進(jìn)路里運行一輛列車。 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)路具有引導(dǎo)功能。,,,,,,五、列車運行進(jìn)路,另一種是Fleet

11、ing進(jìn)路 列車運行過后，進(jìn)路不解鎖，只有在信號取消時才解鎖。 聯(lián)鎖僅允許在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)路建立之后辦理Fleeting 進(jìn)路。但不是所有進(jìn)路都能辦理Fleeting進(jìn)路，由聯(lián)鎖表規(guī)定。 Fleeting 進(jìn)路通過自動模式或人工模式辦理。 Fleeting 進(jìn)路允許進(jìn)路中同時運行多輛CBTC 列車。 Fleeting 進(jìn)路沒有引導(dǎo)功能。 通常，正常的列車運行交路是這兩種進(jìn)路類型的組合。,,,,五、列車運行進(jìn)路,1、列車出段,,,,,,,,,,信號機不能設(shè)為Fleeting， 由時刻表自動觸發(fā),五、列車運行進(jìn)路,列車自動折返 紅嶺、雙龍兩個站的自動折返進(jìn)路，在ATS正常工作時，利用時刻表和目的地號自

12、動排列折返進(jìn)路；當(dāng)OCC ATS故障時，紅嶺、雙龍、田貝、草埔則利用LCW人機界面的自動折返（三種方式）模式選擇按鈕，由本地應(yīng)用服務(wù)器請求聯(lián)鎖為每列車自動排列折返進(jìn)路。,方式3,方式2,方式1,六、與外系統(tǒng)接口,3號線正線信號系統(tǒng)與車輛、站臺屏蔽門/安全門、防火門、旅客信息、綜合監(jiān)控、通信廣播、時鐘、無線等的設(shè)備接口,中央,車站,七、系統(tǒng)功能與構(gòu)成,系統(tǒng)配置示意圖,1 信號機,,采用LED信號機(12束X5個LED），并具有結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低、壽命長、無需調(diào)焦等特點。 工作環(huán)境: 溫度：-4070 相對濕度：不大于95(25) 大氣壓力：不低于54Kpa（海拔高度不超過5000m） 振動頻率：1

13、02000Hz，加速度幅值10m/s2 機構(gòu)采用硅鋁合金材料壓鑄而成具有強度高、重量輕、組合靈活、安裝方便、外形美觀等優(yōu)點。 光源為整體透鏡組：由點燈變壓器、點燈模板、超高亮度發(fā)光二極管點陣、光學(xué)透鏡、鋼化玻璃前置鏡、燈架等組成。 LED 信號機可實現(xiàn)2030的故障模擬，與LED 信號機報警儀結(jié)合，可實現(xiàn)故障報警功能。 設(shè)計使用壽命：大于10 萬小時。 具有抗強光干擾性能，能防止由于外部光線的照射導(dǎo)致信號錯誤顯示。,2 道岔,,正線上大部采用60Kg的9#道岔。為增加列車的的折返能力和出段能力，分別在雙龍站（4組）和塘坑站（2組）設(shè)置了12#道岔。 渡線上的道岔為雙動道岔，但均分別采用了單獨的

14、控制回路和表示回路。 采用ZD（J）9型三相交流電動轉(zhuǎn)轍機 電機采用三相交流380V電源 接點系統(tǒng)采用鈹青銅靜接點組和銅鎢合金動接點環(huán) 伸出桿件用鍍鉻防銹，伸出處用聚乙烯堵孔圈和油毛氈防塵圈支承和防塵 轉(zhuǎn)動和滑動面均用SF2復(fù)合材料襯套和襯墊 轉(zhuǎn)換時間5.8s 工作電流 1.5A,3 計軸,,3 計軸,,4 CBI 聯(lián)鎖子系統(tǒng) 按照一定的聯(lián)鎖（道岔、進(jìn)路和信號機的訪問）關(guān)系完成聯(lián)鎖的進(jìn)路命令處理。以及完成與其它子系統(tǒng)之間的通信，持續(xù)地監(jiān)控軌旁信號目標(biāo)，并將行車狀態(tài)和信號設(shè)備狀態(tài)反饋給控制中心。確保在CBTC設(shè)備失效的情況下的列車的安全運行。,4.1 R4計算機聯(lián)鎖,,采用龐巴迪R4計算機聯(lián)

15、鎖 EBI Lock 950 采用2乘2取2冗余結(jié)構(gòu) 完成進(jìn)路中軌道區(qū)段、信號機、道岔、PSD、PEP、KS等元素的聯(lián)鎖關(guān)系的邏輯處理。 與OC、維修工作站等設(shè)備構(gòu)成CBI聯(lián)鎖子系統(tǒng)。 R4與OC之間采用獨立的物理通信通道。,4.2 目標(biāo)控制器,,目標(biāo)控制器（OC） 目標(biāo)控制器系統(tǒng)控制軌旁設(shè)備（例如計軸、信號機和轉(zhuǎn)轍機），從中央聯(lián)鎖系統(tǒng)接收和執(zhí)行命令，監(jiān)控目標(biāo)狀態(tài)并且發(fā)送狀態(tài)信息給中央聯(lián)鎖系統(tǒng)。 提供與計軸、信號機、轉(zhuǎn)轍機、PEP、KS、ATB、FD、門控柜等設(shè)備接口,1）R4聯(lián)鎖通過目標(biāo)控制器（OC）完成對信號機、轉(zhuǎn)轍機、計軸、KS、ATB、PEP等的控制驅(qū)動與狀態(tài)采集,,,,,,,,,,2

16、） 經(jīng)過聯(lián)鎖關(guān)系處理后完成進(jìn)路的排列,,進(jìn)路的鎖閉,,以及進(jìn)路的取消與解鎖。,、進(jìn)路封鎖,5 RATP子系統(tǒng),,RATP是ATC系統(tǒng)中的重要設(shè)備，是保證行車安全的主要設(shè)備。它允許列車在系統(tǒng)的制動率、線路條件、等級、速度、曲線等物理條件允許范圍內(nèi)盡可能的接近其它列車。 RATP特點 采用2乘2取2冗余結(jié)構(gòu) 允許在同一區(qū)域內(nèi)同時處理60輛列車 軟件的設(shè)計可滿足安全完整性等級（SIL）4的要求 軟件周期時間為312毫秒，一般從輸入到輸出的反應(yīng)時間大約為600毫秒 ，,RATP功能 執(zhí)行系統(tǒng)自測 列車初始化和移除 軌道電路、道岔、信號機、屏蔽門、站臺緊急停車和運行方向控制 列車移動授權(quán) 、安全列車間隔

17、、列車追蹤、臨時限速、區(qū)域交接和混合模式運行 與其他子系統(tǒng)接口通信,6 RATO子系統(tǒng),,區(qū)域自動列車運行(RATO)是CITYFLO 650 列車自動控制系統(tǒng)的一部分 RATO特點 采用雙機熱備的冗余結(jié)構(gòu) 軟件周期時間為250毫秒 通訊使用基于10/100 BaseT的以太網(wǎng)端口,RATO功能 列車管理：更新列車位置信息、控制車輛ATC和限速 車站管理：車站停站時間、運營間隔調(diào)整，門操作、扣車、跳停和下一站功能 與其他子系統(tǒng)接口通信,7 ATS子系統(tǒng),,列車自動監(jiān)控系統(tǒng)ATS，實現(xiàn)列車運行自動追蹤、調(diào)整，進(jìn)路自動或人工控制；進(jìn)行列車運行時刻表管理及自動調(diào)整，實現(xiàn)行車指揮自動化；系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)視以

18、及對運行圖的管理。具體功能如下：,工作站,大屏幕,7 ATS子系統(tǒng),,1、顯示全線區(qū)域站場圖 2、操作指令 （1）進(jìn)路設(shè)置 （2）設(shè)定調(diào)整 （3）指定信號進(jìn)路運行模式 （4）站臺列車的扣車/放行和跳停 （5）車站停車時間調(diào)整 （6）臨時限速調(diào)整 （7）道岔位置轉(zhuǎn)換 （8）信號封鎖和解封 （9）分配列車追蹤和分配時刻表 （10）控制區(qū)域分配 （11）在線時刻表修改,7 ATS子系統(tǒng),,3、權(quán)限管理 和控制權(quán)轉(zhuǎn)換 4、事件記錄和報警處理 5、噪音控制（采用慢速、普通、快速三個速度等級） 6、遠(yuǎn)程診斷 7、與其它子系統(tǒng)接口通信,8 ATS-RTU,,ATS-RTU ATS_RTU用于與CCTV、PI

19、S、PA系統(tǒng)接口,9 DTS網(wǎng)絡(luò),DTS是數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，用于為信號系統(tǒng)提供專有有線信息傳輸，為中心與車站之間、車站與車站之間、控制中IP尋址將遵循IPv4協(xié)議，其中包含子網(wǎng)掩碼和三層路由的所有規(guī)則心設(shè)備之間、車站設(shè)備之間提供信息的高速通道，確保信息的安全、可靠、及時傳輸。 由多個冗余千兆位以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組成。這些網(wǎng)絡(luò)包含分布式的交換機，它們由發(fā)散性單模光纖纜線和數(shù)據(jù)類級別銅質(zhì)纜線互聯(lián)。每一處的ATC 設(shè)備都將連接兩個存儲轉(zhuǎn)發(fā)類型的千兆位以太網(wǎng)交換機。這些交換機為模塊化工業(yè)設(shè)計，支持熱插拔。 IP尋址遵循IPv4協(xié)議，其中包含子網(wǎng)掩碼和三層路由的所有規(guī)則。使用了單播、多播和廣播。套接字通信使用TCP

20、和UDP協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部安全將通過隔離的VLAN、三層路由和訪問控制列表(四層)來進(jìn)行維護。 千兆位以太網(wǎng)核心系統(tǒng)以冗余的方式進(jìn)行相互連接，利用二層和三層冗余協(xié)議的組合來將故障/恢復(fù)時間最小化至小于4秒（通常小于 2 秒）。 通過使用內(nèi)部接入控制列表和VLANs（ATC DTS中最大支持500 個VLAN）進(jìn)行外圍設(shè)備的訪問控制。通過在網(wǎng)絡(luò)的邏輯區(qū)域互聯(lián)中使用三層路由連接來限制廣播域。 外圍設(shè)備需要支持10 或 100 mbps的以太網(wǎng)接口，支持半雙工或全雙工傳輸，接口類型為RJ-45。 核心交換機：Hirschmann Mach 4000型 DTS交換機：Hirschmann Mice 412

21、8型 控制中心DTS交換機：Cisco Catalyst 3560-24以太網(wǎng)交換機,10 TWC網(wǎng)絡(luò),,TWC為車地?zé)o線傳輸網(wǎng)絡(luò)，用于軌旁設(shè)備與車載設(shè)備的無線信息傳輸。本項目使用的TWC系統(tǒng)采用業(yè)界公認(rèn)的安全可靠的漏纜傳輸網(wǎng)絡(luò)（地下段）或采用LOS天線（地面段、高架段）進(jìn)行車-地雙向通信，基于ISM的2.4G開放頻段，利用專用的工業(yè)級無線設(shè)備組件，構(gòu)建一個高可靠性、高可用性和高維護性的車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)。 采用商業(yè)通用設(shè)備Afar無線通信設(shè)備，它并不同于802.11“Wi-Fi”設(shè)備。Afar無線設(shè)備使用了唯一用于龐巴迪列車控制應(yīng)用的私有協(xié)議。 空中傳輸速率500kbps，消息時延小于3ms

22、無線頻道采用5段，頻段間隔為 6 MHz（2448-2472 MHz） 軌旁和車載之間的輪詢-響應(yīng)序列大約每15ms進(jìn)行一次 無線設(shè)備最大傳輸功率為20dBm（ERIP）。接收靈敏度為-95dBm。系統(tǒng)設(shè)計鏈路余量為10dB。,八、降級模式,1、后備線控站模式，當(dāng)中央ATS系統(tǒng) 故障時，由塘坑后備線控冷備服務(wù)器經(jīng) 人工操作后，控制全線運營。,,,八、降級模式,2、當(dāng)中央ATS系統(tǒng)和塘坑后備線控服務(wù) 器故障時，建立聯(lián)鎖控制模式。,聯(lián)鎖冷備光纖 通道,八、降級模式,3、當(dāng)本地工作站故障時，可由維修工作站 代替監(jiān)控功能。,,八、降級模式,4、當(dāng)中央ATS工作站故障時，可由塘坑后備 線控工作站控制全線

23、運營。,,九、KS安全開關(guān)操作過程及原理,1、CBI要求每個站有一個KS輸入和一個 KS輸出 2、CC/BCC/LC必須在10秒內(nèi)決定是否接受或拒絕該KS請求. 如果計時結(jié)束， 聯(lián)鎖會自動取消該請求.,九、目前系統(tǒng)存在的局限性,1、系統(tǒng)無點式ATP防護功能。 2、后備線控站，不能與中央控制系統(tǒng)實現(xiàn)在線無縫切換，需經(jīng)人工操作切換后起作用；且時刻表只能用人工方式下載。 3、在本地應(yīng)用服務(wù)器故障時，區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)地工作站和維護工作站均只有監(jiān)視功能而無控制功能。 4、渡線上的道岔在聯(lián)鎖關(guān)系上以雙動道岔處理，其中任意一組失去表示，將影響通過另一組道岔的進(jìn)路。 5、列車駕駛模式不能不停車的情況下進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)換。 6、屏蔽門納入聯(lián)鎖條件，門狀態(tài)對將系統(tǒng)運營能力造成一定的影響。 7、區(qū)域核心設(shè)備故障，影響范圍比較廣。,,匯報完畢，謝謝！,