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图1 ATO 工作原理图WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
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2 A TO 系统技术特点比较WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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A TO 设备(未使用); 上海地铁1 号线的A TO 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A TO 设备,在1999 年6 月正式运营。由于他们的A TO 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A TO 设备、A TO 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A TO 的设备国产化。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
2. 1 北京地铁1 号线A TO 系统WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
1. A TO 设备WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
车载设备: 由设在列车每一端司机室内的A TO 控制器及安装在列车每一端司机室车体下的两个A TO 接收天线和两个A TO 发送天线组成。WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
地面设备:在各车站设备室内设有站台A TO 通信器PAC(Platform A TO Communicator) 。PAC 内存有至下两个车站的线路信息,并通过与L PU 或RTU 接口,得到来自A TS 子系统的控制命令。在各车站上下行站台以及进行A TO 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。WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
2. A TO 需求数据与传输通道WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
在A TO 数据获取的过程中,车载A TP 接收安全信息。安全信息由列车当前运行区段的AF 900 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A TP 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A TO 接收来自车载A TP 、TWC 的信息和标志线圈的信息。W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
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2. 2 上海地铁1 号线A TO 系统[3 ] WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
1. A TO 设备WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
车载设备:主要包括A TO 主控制器,以及车底的A TP/ TWC 接收线圈、TWC 发送天线( TWC 为车-地通信子系统) 、对位天线、标志线圈。WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
地面设备:包括每个车站A TC 设备室内的车站停车模块以及沿每个站台布置的一组地面标志线圈。——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
2. A TO 需求数据与传输通道WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
在A TO 数据获取的过程中,车载A TP 接收安全信息。安全信息由列车当前运行区段的AF 900 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A TP 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A TO 接收来自车载A TP 、TWC 的信息和标志线圈的信息。——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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2. 3 广州地铁1 号线ATO 系统[4 ] WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
1. ATO 设备车载设备:主要包括ATC 设备机架、速度表、——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
控制台、ATP 接收天线、PTI 发送天线。地面设备:包括车站交叉环线和PTI 环线。WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
2. ATO 需求数据与传输通道WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
由于广州地铁采用FTGS 数字频率轨道电路, 因此能传送报文信息。地面传送给列车的数据全部经轨道电路由车载ATP 接收。ATO 需要的信息主要通过车载ATP 获得。包括经ATP 处理过的信息(实际速度、运行方向、实际位置、列车长度、限速命令、制动减速度,附加信息:下一区段精调、停车位置、车站停车),以及ATS 经过ATP 传给ATO 的信息(门控、到下一站的时间、车站号、车次号、目的地号、轨道电路号) 。报文由所有类型的电码按照一定的次序组成,是由轨道电路循环发送的。WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
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2. 4 系统分析比较P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
以上三套系统中,以广州地铁1 号线ATO 系统运行效果最好,上海地铁1 号线ATO 系统次之。经过以上的分析比较发现: WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
从信息获取的角度来讲,北京采用车站ATO 通信器,ATO 只在站内获得信息,信息的实时性较差;上海地铁1 号线通过轨道电路和轨旁TWC , 广州地铁1 号线通过轨道电路,均使ATO 在运行时仍能接收最新信息。WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
从ATP 限速模式来讲,北京地铁1 号线与上海地铁1 号线采用分级速度控制模式;广州地铁1 号线则采用模式曲线速度控制模式。模式曲线ATP 限速模式能使ATO 控车更高效,更平稳。P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
从停车方式来讲,北京地铁1 号线与上海地铁1 号线采用的是点式模式,在固定位置处有相应的线圈;广州地铁1 号线则采用连续模式,在站内铺设连续交叉环线,在定点调整距离的基础上,还能通过交叉环线脉冲跟踪列车的位置。WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
从运行时间调整来说,北京地铁1 号线ATO 根据ATS 在车站给出的惰行命令来调整,ATO 设备本身只是根据各种速度命令来执行操作;上海地铁1 号线ATO 则是通过ATS 由轨旁设备给出运行等级命令,按相应的速度运行来调整运行时间; 广州地铁1 号线ATO 能计算所要采用的运行等级,以便选用不同的牵引百分比实施控制,来调整运行时间。广州地铁1 号线ATO 还能计算惰行模式牵引力的切除点,以实现准时运行。相对来说, 广州地铁1 号线ATO 对准时性的实现与运行时间的调整都比较灵活。WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
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3. 控制策略WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
速度调节:ATO 接收到来自ATP 的带四个标志点的速度命令信息(包括最大速度、第一限速、第二限速和入口速度的起点、终点、速度值),计算列车要求的运行速度。ATO 按照时刻表和运行需要提供三种模式曲线:最大允许曲线,常规速度曲线(较最大速度曲线下降10 %) ,节能速度曲线(较最大速度曲线下降20 %) ;然后根据各种线路情况、车辆信息,计算所需牵引力或制动力,使列车到达要求速度。列车设定了最大加速率,以便列车平稳运行。控制算法中有一条警告曲线,总比ATP 的最大允许速度曲线低一点。当超过警告曲线,则报警。WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
车站停车:车站内的位置调整点由多交叉的环路提供,如图2。环路的头和尾是所谓的环路边界。相对应地车站中间的环线交叉是用来确定距离的,一般的距离是6 个枕木间距。另外还定义一些粗调点,它们间的距离减至3 个枕木间距且四个一组。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
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图2 定点停车交叉环线WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
ATP 车载设备能接收到这些交叉点,并把每个交叉点的处理信号传给ATO 。ATO 计算每个交叉点间的距离。粗调点只有在期望的位置窗口内才能被识别到。假如识别到粗调点,则下一个交叉点便可用作位置同步。这些交叉点的位置已预设在ATO 中。WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
巡航/ 惰行是ATO 的一项辅加功能。时间充裕的话,可以采用巡航/ 惰行来调整运行时间,节省能源。WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
正线上改变运行模式:在列车运行中的任一时刻,司机可以通过移动操纵杆使之脱离零位,从而进行人工驾驶。在任何时候和任何驾驶阶段, ATO 给出可以进行ATO 驾驶的显示,司机通过移动操作杆,使之进入零位置并贝压ATO 启动键, 列车的运行模式变为ATO 模式。W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
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4 ATO 系统车载设备的国产化研究WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
通过分析比较,对国产化ATO 的设计要求如下:信息可通过轨道电路以报文的形式发送;限速模式可采用模式曲线方式;停车设备可采用铺设连续交叉环线;时间的调整要求能实时计算。WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
4. 1 工作原理WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
以广州地铁1 号线ATO 系统为基础,结合实际情况,开发ATO 系统车载设备。ATO 从ATS 处得到列车运行任务命令。该信息是与地面线路信息一起组成报文,通过轨道电路传送的,由车载ATP 统一接收。ATP 将经过处理的对ATO 有用的信息传给ATO , 并显示相关信息,且不断地监视ATO 的工作。ATO 获得有用信息后,根据实际运行速度和ATP 的最大允许速度,计算运行速度,得出控制量并执行控制命令。巡航/ 惰行模块由独立的控制器来辅助完成。到站后,ATO 通过PTI(车地通信发送天线) 向地面发送列车信息,并传到ATS , 以便识别列车的位置。ATS 根据此列车信息确定列车的新任务后再次通过轨道电路传送给ATO 。在区间运行时,每进入新的轨道区段,ATO 便接收新的地面信息,以便进行速度调整。在运行过程符合ATO 条件时,允许灵活地切换到ATO 模式。WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
4. 2 ATO 车载设备的设计WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
ATO 车载设备是ATO 系统的核心部分,是设计的难点。以下分析一下ATO 车载设备的接口。ATO 的车载设备接口如图3。其中CCU 为中央控制单元,通过总线控制着ATO 、ATP 、显示器间的数据通信; L1 、L2 为与ATO 接口的显示灯; ATO 与ATP 间有多根信号线直接连接,包括系统激励线、ATO 允许等等;E1 到E10 为与ATP 接口的开关、按钮或显示灯,包括司机钥匙、ATO 允许等等。地面信息全部由ATP 接收天线接收; PTI 为车-地通信发送天线。WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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图3 ATP 车载设备接口WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
以上对我国现有的地铁列车自动驾驶系统进行了分析比较,并对列车自动运行系统车载设备设计的国产化工作略作介绍。相信不久,我国便能拥有自主开发的列车自动运行系统。WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
参 考 文 献WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
1 《当代中国铁路信号》编辑委员会. 当代中国铁路信号. 北京:中国铁道出版社,1997. 413～443 plcjs.技.术_网
2 吴汶麒. 城市轨道交通信号与通信系统. 北京:中国铁道出版社,1998. 126 -141WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
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