上海地铁一号线车载信号系统（上）

一、 概述
        为了适应地铁速度快、效率高和安全准点的要求，上海地铁一号线的信号系统采用了列车自动控制ATC（Automatic Train Control，以下简称ATC），它由三个子系统组成，即列车自动保护（Automatic Train Protection，以下简称ATP）、列车自动运行（Automatic Train Operation，以下简称ATO）和列车自动监控（Automatic Train Supervision，以下简称ATS）。
        ATP子系统由车载ATP子系统和轨旁ATP子系统构成，列车运行时车载ATP子系统正确地执行轨旁ATP子系统生成的ATP命令，确保类车运行的安全。 ATO子系统由车载ATO子系统和轨旁ATO子系统组成，其主要功能是象一个熟练的司机那样自动驾驶列车，包括平稳加速、调速和车站程序定点停车。
       ATS子系统由控制中心ATS子系统、轨旁和车载ATS/车地通信（Train Wayside Communication，以下简称TWC）子系统组成，控制中心ATS子系统主要包括以下功能：跟踪列车、调度列车、维护列车运行时刻表、显示系统状况、统计汇编、仿真与诊断。轨旁和车载ATS/TWC子系统的主要功能是接受并执行控制中心的命令，同时将轨旁和车载的运行信息反馈至控制中心。
       上海地铁一号线车载信号设备由美国通用铁路信号公司（General Railway Signaling，以下简称GRS）提供，它采用了当前世界先进的Micro Cabmatic列车自动控制技术，这是一个以微处理器为基础的车载控制系统，主要应用了固态微处理器以代替分立元件为基础的继电逻辑电路，从而使现有的车载信号系统比以前更紧凑、性能更好、更容易维护，而且随着计算机技术的不断发展，本系统更易于升级换代。

  二、 系统构成
        车载信号系统是列车的辅助系统，地铁一号线列车按照6节车（以后扩展为8节车）编组运行，车辆类型有三种：A车是带有司机室的无动力车，B车和C车是有动力的车辆，但前者带有受电弓；其中A车位于列车二端。车载信号系统设备置于每节A车司机室内，地铁一号线现有16列电动客车，计32套车载信号系统设备。车载信号系统按其功能要求也分为三个子系统，即车载ATP子系统、车载ATO子系统和车载ATS/TWC子系统。
1． 车载ATP子系统
该子系统是车载信号系统的核心部分。它把从沿线轨道电路接收到的ATP限速命令安全、可靠地译码并且显示出来。同时，将列车实际速度与之比较，保证列车在ATP限速命令所允许的速度之下工作，当列车运行超过ATP允许速度时，该子系统将自动施行全常用制动，直到列车车速低于允许速度。车载ATP子系统具有超速防护、制动保护、零速度检测和车门控制等功能，为了使主机设备发生故障情况时有冗余，它设有主、副ATP二个模块，互为备用，以保证系统的正常运行。
2． 车载ATO子系统
该子系统能替代电动客车司机智能化地驾驶列车，它包括平稳地加速列车、自动调整车速和列车到站后的定点停车等。
3． 车载ATS/TWC子系统
列车和地面之间的双向通信由该子系统完成，它和中央列车控制系统协同操作，共同完成列车自动运行过程中的信息交换。

  三、 设备组成与工程
车载信号设备由二部分组成，第一部分是司机室设备，第二部分是车底设备。
（一）司机室设备
主要包括ATC设备机架、速度表、信号显示盘和日检测试盘。
1． ATC设备机架
ATC设备机架含有：主、副ATC电源、主用和备用ATP模块（以下称为ATP1、ATP2）、ATO/ATS模块、主、副制动保证装置及车辆接口继电器。该机架设在司机室非控制侧，每节A车一个。
--主、副ATC电源
这是一个DC/DC转换器，它装在ATC机架的背面，用以将车辆的110V直流低电压转换为28V和10V直流供车载信号系统的电子设备使用，其输入电压范围为132V-54V，每个电源的最大功耗为230W。
--ATP模块
ATP1模块和ATP2模块分别置于ATC机架的第一层和第二层，每个模块有10块印刷电路板（Printed Circuit Board，以下简称PCB），它们是：
·放大/滤波板
·DC/DC转换器
·中央处理单元
·安全输入板（二块）
·非安全输入/输出板
·制动输出板（二块）
·超速中央处理单元
·安全电源控制器 --ATO/ATS模块
该模块置于ATC机架的第二层，内含7块PCB，分别是：
·DC/DC转换器
·ATO接口板
·ATO接口控制器
·日检测试板
·TWC调制/解调器
·ATO/ATS中央处理器
·功率放大器
--主、副制动保证装置（Brake Assurance Unit，以下简称BAU）
主、副制动保证装置和主、副ATP配套，其功能是证实当ATP检出超速状态3-4秒内，列车至少以最小的减速率0.715米/秒/秒减速，若在规定时间里未达到最小制动率，制动保证装置将输出指令，即施加不可逆转的紧急制动，一旦采取紧急制动后，一直要到列车停下，该制动才能缓解。
地铁一号线使用的BAU包括一个机械摆和一个位置感应系统，列车加速和减速的惯性力推动机械摆的移动，摆的移动由红外检测器检测，该检测器允许光通过以产生要求的最小制动率所达到的输出信号，BAU的输出信号馈入ATP安全输入板，并送给ATP中央处理器，在中央处理器检测到超速状态时，它就检测BAU的输出，以此确定是否已施加全常用制动。若在3-4秒钟内未测到BAU的输出，它就会通过紧急制动继电器失磁来施加紧急制动。此外，列车停车时，中央处理器如果收到BAU的输出，则会认为BAU故障，也会提示ATP子系统施加紧急制动。
--车辆接口继电器
车辆接口继电器安装在ATC机架右测，它们分为安全和非安全二种，车载信号系统与车辆系统接口之间的命令通过这些继电器完成。
安全型继电器有5只（B4型），用于将信号指令送给安全电路，它们是：
·紧急制动继电器（Emergency Brake Relay，简称EBR）：当设备故障或操作人员未响应时，提供紧急制动施加的条件。
·全常用制动继电器（Service Brake Relay，简称SBR）：在检测到超速状态时，提供常用制动施加的条件。
·允许开左门继电器（Enable Door Left，简称EDL）：它能使列车左侧门可以开启的车辆开门电路工作。
·允许开右门继电器（Enable Door Right，简称EDR）：它能使列车右侧门可以开启的车辆开门电路工作。
·测试继电器（TEST Relay，简称TESTR）：提供从车载测试设备到ATP接受线圈和速度探测器输入的接口。
非安全型继电器有3只（JT型），用于将信号指令送给非安全电路，分别是：
·故障继电器（FAULT Relay，简称FAULTR）：提供到车辆故障识别系统的接口，并向司机告知ATC系统有故障。
·牵引继电器（Drive Relay，简称DR）：仅在列车自动驾驶模式（ATO）期间工作，为由ATO生成的牵引控制信号提供一个到车辆牵引控制装置的接口。
·制动继电器（Brake Relay，简称BR）：仅在列车自动驾驶模式（ATO）期间工作，为由ATO生成的制动控制信号提供一个到车辆制动控制装置的接口。
2． 速度表
这是一个双指针式速度表，红色的外针用以显示列车收到的ATP限速命令，黄色的内针则表示由车载信号系统测得的实际车速，每辆A车司机控制台上都有一只速度表。
3． 信号显示盘（Aspect Display Unit，以下简称ADU）
每辆A车司机控制台上都有一个ADU，ADU上面含有ATP、ATO和ATS/TWC的控制和表示按钮/指示灯。
·“ATO发车”按钮/指示灯
这是一个背面带指示灯的按钮，仅适用于ATO自动驾驶模式。当出现下列情况时指示灯闪绿光：列车首次建立ATO模式准备启动前或列车在站台停车时关门程序已结束又重新收到ATP指令后。压下此按钮，指示灯转为稳定绿光，列车便可自动启动。
·“ATO停车”按钮/指示灯
这也是一个背面带指示灯的按钮，仅适用于ATO自动驾驶模式。如果列车以ATO模式行驶时，“ATO发车”指示灯会亮稳定的绿光，按压此按钮“ATO停车”指示灯亮白光且“ATO发车”指示灯熄灭，由ATO系统控制列车以全常用制动方式停车。之后，若司机再按下此按钮，“ATO停车”白灯熄灭，“ATO发车”指示灯又会亮绿灯，同时列车将重新自动启动并恢复到ATO自动驾驶模式。
·“慢速前行”指示灯
只限于ATP人工驾驶模式。当钢轨上无ATP限速命令、列车停下且主控制器手柄在全常用制动位时，指示灯亮黄灯，司机可以用不超过20公里/小时的速度驾驶列车，一旦ATP限速命令出现，此灯即刻熄灭，司机则可按收到的ATP限速命令驾驶列车了。
·“超速”指示灯
在ATO自动驾驶模式或ATP人工驾驶模式时，列车一旦超速，该指示灯立即亮红灯，当车速低于ATP限速命令后，红灯才随之熄灭。
·“ATS手动”按钮/指示灯
当司机超越中央控制手动输入车次号、目的地和运行等级等ATS/TWC参数时，按下此按钮，指示灯亮黄灯，设置好的参数便在对应的LED上显示，只要此灯亮，表明是司机优先中央设置ATS/TWC参数。
·“列车停站”指示灯
仅限于ATP人工驾驶模式。列车进站停稳后，该指示灯亮绿灯，则表明列车停站精度达到规定要求（±0.25M）。
·“列车车次号”显示器（LED）
列车车次号位三位数显示，供中央跟踪列车使用，它由中央或司机设置。
·“目的地”显示器（LED）
“目的地”为二位数显示，是由中央或司机设置给列车作为系统自动出发和列车跟踪之用。如上海地铁一号线新客站目的地号为12，莘庄站目的地号是96。
·“运行等级”显示器（LED）
“运行等级”为一位数显示，仅限于ATO自动驾驶模式。不同的运行等级有不同的加速度和ATP限速，地铁一号线采用1至4个运行等级，通常用节电的运行等级2（系统缺省值是运行等级1）。
·“ATS速度”显示器（LED）
“ATS速度”为二位数显示，仅限于ATO自动驾驶模式。由它来显示ATO子系统应该执行的速度控制命令，单位为公里／小时。
·人工ATS开关
　 这是一组六个拇指轮式的开关，供人工输入ATS信息，从而使列车进入中央列车自动控制系统。其中三位数用作列车车次号，二位数用作目的地号，一位数用作运行等级。
4． 日检测试盘
日检测试盘置于司机背面的车辆设备柜内，每天列车出发前由信号人员根据测试步骤检查ATP1、ATP２子系统和ATO/TWC车地通信子系统是否正常。
（二） 车底设备
GRS信号系统车底设备包括：ATP/TWC接受线圈、TWC发送天线、车辆对位
天线、车辆标志天线和速度探测器。
·ATP/TWC接受线圈
该线圈装于Ａ车第一根车轴前面，每节Ａ车有二个，分设于钢轨上方。其主要功能是：通过耦合感应以接受地面ATP限速命令、允许车门打开控制命令及TWC信息。
·TWC发送天线
　 TWC发送天线是一个装在PVC管子中的10匝环线，它沿车辆中心线装于第一根车轴的前方，天线中心对准钢轨的中心线，其功能是将变化的TWC数据从车上感应至钢轨，然后再被变换到与阻抗连结器相连的轨旁TWC模块中。
·车辆对位天线
　 该天线用于检测位于站台钢轨之间的地面有源对位天线，后者在列车程序停车结束时提供准确的对位信号，该天线还用于发送和接受控制车辆的信号。每辆Ａ车装一个对位天线，它沿车辆的中心线设置。
·车辆标志天线
　其功能是检测列车离站台停车点350米、150米、25米和8米距离的地面标志器，由这些固定的地面标志器信息更新车载ATO系统生成的车站停车曲线。每辆Ａ车装一个标志器天线，它也是沿车辆中心线安装的。
·速度探测器
　 车载信号系统利用速度探测器来获得实际列车速度和距离信息，为了使ATP1和ATP2正常工作，每辆A车有二个速度探测器，它们分别装于第二、第三根车轴的轴箱上。