地铁信号系统是干嘛的?- 基础篇

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楼主 2021-10-26 10:26:29
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地铁信号系统是干嘛的?很多人曾经问我,地铁信号系统是干嘛呢?和手机的信号有关系吗?能提出这样的问题,说明问者是真不了解这个行业是干嘛的,所谓隔行如隔山,也不足为怪。这里我不想用大篇专业赘述,只想站在外行的角度聊聊地铁信号系统是干嘛的。语言可能比较”粗俗”或”幼稚”,请专业人士绕行或私信我单聊。

假如你只是个地铁乘客,下图你是可以理解的,司机看着前方的红绿灯,开着地铁,在隧道里始发站和终点站直接转圈圈。没错,是这样的。

此时你可能会想到一个问题,地铁没有方向盘,怎么转弯和调头?你是个爱思考的同学。

列车在钢轨上行走,转弯和调头是通过道岔实现的。道岔可能你不会陌生,通过轨道旁边的电机拖动钢轨向另一组钢轨靠拢,来实现列车通过时方向的转换。这个道岔司机可以直接让它动吗?答案是不能。这个我稍后解释。

司机看信号灯行车(业内叫信号机,见下图,常见的信号机有3灯位,还有2灯位和5灯位信号机。),那信号灯是该红还是该绿,司机能直接决定吗?答案是不能。


和上个问题一起解释下,是谁来决定或控制道岔的方向转换和信号灯的颜色呢。这个问题提的很好。也就是这里要聊的,是信号系统决定了所有这些。哦,这样的话,司机干嘛啊,就加油和刹车啊,这么舒服啊。没错,还漏了一点点,就是紧急情况下按下紧急停车(业内叫紧制)。

细心的同学可能会问,图中的橙色的“哑铃”是干嘛的。再赞一个,爱思考的同学。要解释它,我得换种方式。

截止现在,我们知道了信号系统是通过控制道岔来决定列车方向、通过控制信号机颜色来给司机指引是走还是停,司机只负责加油、刹车和按紧急停车。但你可能也想到,隧道里跑了不至一列车,会有很多车(一般常规的地铁线路20km,列车在早晚高峰会有45列左右上线)。信号系统需要知道每列车都在哪,才能安全准确的控制它。这是可以理解的,这就需要人为的把整个地铁线路切分成数个小段(业内叫轨道区段,见下图,也就是前面说的哑铃。根据不同类型的控制机制及位置,轨道区段在200m-1km不等),把这些轨道区段进行编号,信号系统就可以通过收集每列车在哪个轨道区段来粗略知道每列车在线路上的位置,这样,信号系统就可以通过内部复杂的逻辑关系(业内叫微机联锁,是一组工业计算机协作实现,当然还包括最初的骨灰级继电器联锁),来衡量和决策在线路上每列车前方的信号机应该何种颜色,相关的道岔应该切换到哪个方向,这样列车就可以在全线安全顺畅的运行了。

不得不解释下联锁,我们人为的把信号机、道岔和轨道区段等元素组成一组,形成一条路径,让列车能以这个路径为最小单位来行车,而且这个路径只批准一列车进入,这个单位路径业内叫进路。把列车在全线上出现的所有可能的转换成无数条进路,每条进路内信号机、道岔和轨道区段之间是有逻辑关系的,比如前方道岔还没有准备好,信号机不能开放绿灯,否则列车就脱轨了。不同的进路之间也有逻辑关系,比如某进路已经开放绿灯信号机,对面开过来的进路是绝对不能开放绿灯的,否则就撞车了。等等复杂周到的逻辑。这些被穷举出来的无数条进路的内部逻辑以及进路间的逻辑关系合在一起,就构成了联锁系统的进路表,它是联锁系统的安全核心,有着最高的优先级,是行车的起码安全保障,任何人和系统都无法超越这些逻辑,否则就会有安全事故,或车毁人亡。下图你可以想象为联锁逻辑的大脑内部图。

聊到这里,有一个比较"大"的问题,信号系统直接决定了道岔和信号机,间接决定了列车的行进,但是谁让信号系统这么干的呢。在此,我只是浅显地按照我的思路带你慢慢了解信号系统雏形,但这可绝不是信号系统的全部。这只是信号系统最低级的控制级别,联锁级,它只作为列车控制运营的后备模式。

再次回到“谁让信号系统这么干的”,答案是人。是车站控制室里的车站操作员。每个地铁站都有一个有大玻璃窗的房子,你能看见里面有几个操作和值班人员。信号系统在车站控制室设置有电脑终端,操作员通过在电脑屏幕上排列进路,轨道上的道岔会按进路转换到正确的位置,然后信号机开放绿灯,表示该进路安全,列车司机看见绿灯即“行”,红灯即“停”,黄灯即“慢速观望行进”。

这样,你就理解了信号系统的最低控制级别,联锁级的基本控制原理。总结一下,即操作员人为排列进路,联锁系统根据进路表进行安全逻辑判断后执行道岔任务再按信号机指示是否许可,然后司机看着信号灯行车。当然,如果地铁每日按这样来运营几十列车,那还不把操作员累死。对,要不说是信号系统的最低控制级别呢。信号系统的能力远不止此,它可以实现进路集中监控、自动排列、自动驾驶等功能,那才是你每日坐的地铁的正常功能。

看到这以后再别问信号系统和手机信号有什么关系了。很明显,没有半毛钱关系。如果感兴趣,我可以在下期逐步展开,敬请期待!

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