安防之家讯：［关键词］：单轨交通；信号系统；工作原理［摘要］：结合重庆单轨工程项目的实际，介绍基于跨座式单轨交通方式的信号系统，其中包括系统特点、主要设备、ATP/TD车载系统的构成以及列车位置检测、TD预置和列车速度防护的工作原理。结合重庆单轨工程项目的实际，介绍基于跨座式单轨交通方式的信号系统，其中包括系统特点、主要设备、ATP/TD车载系统的构成以及列车位置检测、TD预置和列车速度防护的工作原理。
关键词：单轨交通；信号系统；工作原理

重庆单轨较场口—新山村（简称较新线）采用跨座式单轨交通方式，以高强度混凝土梁（PC梁）作为车辆运行的轨道，采用跨座式单轨车辆。车辆的走行轮、导向轮和稳定轮均采用充气橡胶轮胎，取消了传统的钢轨和钢轮，消除了钢轮与钢轨间的噪音，改善了城市公共环境。单轨交通方式占地面积少、爬坡能力强、转弯半径小，非常适合山城山高坡陡、弯多路窄的地形条件。国际上只有日本大量使用单轨交通方式，日本的东京、多摩、大阪、北九州、冲绳等地都采用了单轨交通，其中冲绳单轨是2003年8月投入运营的。
单轨交通信号系统是单轨交通的核心设备，它担负着确保行车安全、提高运输效率、改善服务质量的重要使命。本文结合重庆单轨较新线的工程实际，重点介绍单轨交通信号系统的特点、构成及功能，其中与“轮轨”信号系统的相同之处不再复述。
1单轨交通信号系统的特点
（1）单轨交通方式取消了钢轮和钢轨，传统的依靠钢轨传递ATP信息、依靠轮对短路钢轨获得列车位置信息的方法已不再适用单轨，因此必须采用特殊的方式来传递信息和检查列车的位置。
（2）单轨交通方式的道岔与钢轨道岔完全不同，除使用单开道岔外，还使用三开、五开道岔，因此在联锁系统和道岔系统中必须进行特殊处理和合理分工，才能确保行车安全。
（3）单轨交通方式基本采用高架线路，道岔非接通位置是悬空的，因此，必须采取特殊的措施，防止列车错误出发。
（4）单轨交通方式的轨道大部分采用高强度混凝土梁，因此在制作混凝土梁的时候对信号系统安装设备和敷设管线的部位必须进行预留和预埋。
（5）单轨交通高架线路上信号设备的施工和维护必须适应其特点，全部采用作业车进行。


2重庆单轨交通信号系统的主要设备
重庆单轨较新线信号系统由列车自动防护（ATP）及列车位置检测（TD）子系统、计算机联锁（CI）子系统和列车自动监控（ATS）子系统三部分构成。
（1）ATP/TD系统引进具有实际运营经验和成熟技术的日本单轨交通的ATP/TD系统。日本单轨的ATP/TD系统是日本信号公司针对单轨的特点而研制开发的列车自动防护和列车位置检测系统。它采用基于轨道环线的感应技术，实现列车运行超速防护和列车在线位置检测，能确保列车高速、高密度、不间断、安全、可靠运行。
（2）CI系统是采用铁道科学研究院研制的、在国铁上长期和大量使用的TYJL-II型计算机联锁系统。它能实现道岔、进路、信号相互之间的关联，确保行车安全。
（3）ATS系统是采用铁道科学研究院自行研制的、在秦沈客运专线上成功使用的列车自动监控系统。它能对其控制范围内列车群的运行进行控制、监视和管理，并具有实时、高可靠、高安全、高可用性的特点，能做到全天候不间断稳定可靠运行。



3ATP/TD系统
3.1系统构成
（1）ATP/TD地面设备。ATP/TD地面设备构成主要由ATP/TD发送/接收设备、CH发送设备、继电器架、监控架、室内匹配变压器、室外匹配变压器（MT）、电缆、电缆环线（LOOP）等组成，见图1。信息经室内变压器、电缆、现场MT传送到环线LOOP上，车载设备接收LOOP上的信息，同时，车载设备向LOOP上发送TD信息，TD信息经现场MT、电缆、室内变压器送至ATP/TD接收设备；CH发送设备及TD接收设备负责检查环线的完好和列车位置，ATP/TD发送接收设备负责接收CH信号和列车发送的TD信号并将有关信息送到继电器架，同时，根据联锁接口条件编码向列车发送ATP信息，控制列车运行；监控架负责监控ATP/TD地面设备的情况，并将有关故障信息传送给联锁设备，确保设备的正常运行。



（2）ATP/TD车载设备。ATP/TD车上设备由MC2车侧乘务员室内安装的ATP信号接收装置和MC1车侧安装的ATP/TD装置及地板下安装的ATP/TD天线等构成。主要由ATP/TD天线、天线匹配变压器、ATP接收公共单元、ATP接收单元、TD信号发送单元、ATP放大单元、ATP速度检测单元、ATP/TD继电器单元等组成，见图2。列车通过天线经匹配变压器接收地面发送的ATP信息，控制列车运行，同时，通过列车头部天线向地面发送f1信号，车尾部向地面发送f2信号。
3.2工作原理
（1）列车位置检测。列车的位置检测由列车两端的TD发送设备和地面的发送、接受设备共同完成。TD地面设备发送校核信号（CH）检查环线的完整性。CH信号的载频为14.25kHz，调制信号的频率为97Hz；采用梯形波调幅方式（PWD）。
车辆两端的TD发送设备分别向轨道梁上的环线发送f1、f2信号(或称车载信号)。其中f1信号的载频为13.5kHz，调制频率为112Hz；f2信号的载频为15.0kHz，调制频率为112Hz，采用梯形波调幅方式（PWD）。
在正常情况下，列车驶入某环线区段，列车头部天线向该环线区段发送f1信号，使该区段的CH继电器落下，同时，F1继电器吸取，实现列车占用本区段的检测；列车前行，车尾部驶入该区段时，车尾部天线向该区段发送f2信号，F2继电器吸取；列车继续前行，当车头部驶出该区段(出清)时F1继电器落下，车尾部驶出该区段(出清)时，该区段CH继电器吸取，F2继电器缓放落下，确定列车出清该区段。当车尾部驶入下一个区段，使下一个区段的F2继电器吸取。
在车载信号设备发生故障的情况下，当f1信号或f2信号发生故障时，列车经过的区段全是红光带；当地面CH故障时，本区段是红光带；当f1信号和f2信号都发生故障时，列车所在区段的轨道继电器就会失去励磁的时机不会励磁，尽管故障后所经过的区段无法检测列车的实际位置，但列车后方始终有一区段是红光带，阻止了后续列车的进入，实现了后方保护，使故障导向安全。
（2）TD预置（轨道区段故障解锁）。与一般轨道电路不同，环线轨道电路对列车的占用/出清检查是通过逻辑电路来实现的，该逻辑电路具有记忆功能。为确保安全，在停电或故障时所有区段都应设置为列车在线（占用）。因此，在开机和故障恢复时，在对列车在线（占用或出清）的情况进行确认后，需对TD设备进行恢复，这就需要对TD设备进行预置。
TD预置根据列车在线的情况，将轨道区段人为地设置为有车或无车，存在安全隐患。因此必须对TD预置按钮进行加封、计算机记录操作等特别处理；对TD预置按钮的使用进行严格的限制和特别的管理。
（3）列车速度防护（ATP）。
a.低频信号及意义。ATP地面设备根据位置、线路占用/出清等情况选择限制速度信号，并将其发送给轨道环线。然后ATP车上设备通过列车的天线连续接收信号并解码，一方面使机车信号机的速度灯点亮，另一方面将列车速度限制的信息传送给ATP控制装置。ATP地面设备发送的速度信号采用梯形波调幅方式（PWD）。其载频上行线为21kHz、下行线为20kHz，低频调制信号为16，19，22，25，28，31，34，41，54，63，72和78Hz，共12个频率。各低频信号的意义见表1。



b.运行模式。列车运行模式不同，机车信号、提示音响、速度校核单元的动作也不一样。运行模式有5种，对应运行模式动作如下：ATP监督下的人工驾驶模式为机车信号运行模式；调车采用带机车信号显示的调车模式；限制人工驾驶模式是在车辆段按调车信号机显示运行，用于非ATP区段；限制人工驾驶模式是在正线，手动切换，在0码区段内进行倒车、推进作业，该模式下，系统监视列车速度，只检测15km/h的限制速度（附速度校核），用于ATP信号接收系统故障、TD接收系统故障、ATP地面故障的运行模式；非限制人工驾驶模式是用于其他代用闭塞系统的运行模式。ATP装置切除时，按规范规定的运行模式运行。
（4）防误出发设备。由于在道岔的非接通位置是悬空的，若司机误认信号而错误出发是非常危险的。针对单轨交通的这一特点，信号系统有必要采取一定的防护措施，最大限度地防止事故发生。
在车辆段每一股道出发信号机前方区段设置防误出发设备，利用安装于室内的防误出发信号发送器向室外的TD环线上叠加发送防误出发信号。
当出发信号机处于关闭状态时，防误出发设备向每一股道的TD环线发送“M”信号，使列车启动ATP车载设备，列车能以7km/h的速度行驶；此时若列车错误出发而越过信号机，因信号机后方区段是ATP信号的，车载ATP设备从有码变无码，列车将实行紧急制动。
当出发信号机开放时，防误出发设备向其前方的TD环线发送“X”信号，使列车切断ATP车载设备，列车能以15km/h的速度行驶并通过信号机进入信号机后方区段。
当地面防误出发设备、TD环线、车载ATP设备发生故障或在非限制人工驾驶模式下，防误出发功能失效。
（5）道岔的控制。单轨道岔由4～5节箱型钢梁连接组成，以道岔梁整体移动的方法构成列车运行的进路。单轨道岔分为单开、三开、五开及单渡线等多种类型。针对单轨道岔的特点，单轨交通将道岔的监控和转换进行分工，由信号系统负责道岔的监控，由道岔系统负责道岔的转换。
信号系统的联锁设备需进行特殊处理，解决三开、五开道岔的联锁关系以及道岔转换时间延长的问题。信号系统向道岔系统提供道岔转换的目标位置信息、现场操作授权信息、DC24V表示电源。
道岔系统向信号系统提供道岔位置的表示信息、现场操作交权信息、道岔故障信息。道岔系统完成道岔的转换、机械锁闭。
3.3系统功能
ATP/TD系统的地面设备通过设置于轨道梁两肩部的轨道环线向列车连续发送速度控制信息，由ATP/TD系统的车载设备根据接收到的台阶式速度控制信息连续控制车辆的运行，实现列车的间隔保护和超速防护。
ATP/TD系统的车载设备通过列车头部和尾部的天线分别向轨道环线连续发送不同频率的信号，由地面设备接收解码，并利用逻辑判断电路进行处理，确定列车的在线位置，确保系统满足安全的要求。


4结束语
重庆单轨交通是我国首次从日本引进的交通方式，其信号系统采用无线控车方式及许多新的设计思想，值得借鉴；单轨交通方式在重庆成功的引进，为山城增添了一道亮丽的风景线，也必将带动山城乃至全国单轨交通的大发展。





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