Khái quát về hệ thống thông tin tín hiệu theo khu vực, giới thiệu các hệ thống tín hiệu điều khiển tàu và các chế độ làm việc trong loại hình đường sắt đô thị tại tphcm; phương thức hoạt động của hệ thống giám sát và hệ thống hỗn hợp phụ trợ trong đường sắt đô thị.
Trang 1BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
HỆ THỐNG THÔNG TIN TÍN HIỆU TRONG ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ
TẠI TP.HCM
1. GIỚI THIỆU
Trang 2Hệ thống thông tin tín hiệu (SS) là hệ thống chủ đạo của tuyến tàu điện ngầmMetro Bến Thành – Suối Tiên của thành phố trong vai trò điều khiển vận hành chủđạo các đoàn tàu, đảm bảo sự vận hành khoa học và an toàn cho các đoàn tàu trêntoàn tuyến, kể cả khu vực Đề-pô nhằm lưu thông hiệu quả, phục vụ hành kháchkhông bị gián đoạn.
Hệ thống thông tin tín hiệu có các chức năng chính là tự động phát hiện đoàn tàu(TD), bảo vệ đoàn tàu tự động (ATP), giám sát đoàn tàu tự động (ATS), vận hànhđoàn tàu tự động (ATO), liên khóa ghi trong khu ga và Đề-pô, hệ thống truyền dữliệu (DTS), hệ thống mô tả hành trình đoàn tàu (TDS), hệ thống bảo vệ tàu chạy quá
vị trí quy định (ORP) và những hệ thống phụ trợ khác
Hệ thống ATP/ATO sử dụng công nghệ CBTC (hình 1.1) mới nhất với thời gian
giãn cách giữa các đoàn tàu là 2’10’’, trong đó các hệ thống phát hiện đoàn tàu vàliên lạc qua lại không tùy thuộc vào các trang thiết bị qua mạch điện đường ray Vịtrí toàn bộ các đoàn tàu được phát hiện bởi sóng vô tuyến về con tàu tương ứng qua
2 lần truyền thông tin giữa ăng ten phía trước đoàn tàu, ăngten phía sau đoàn tàu vàcác trạm vô tuyến mặt đất Với việc sử dụng công nghệ CBTC, các trang thiết bịđược lắp đặt trên mặt đất ít hơn nhiều so với trang thiết bị của hệ thống mạch điện
đường ray tuyền thống, do vậy tổng chi phí của hệ thống tín hiệu giảm hơn (Sơ đồ
mô phỏng hệ thống thông tin tín hiệu dùng công nghệ CBTC ở phụ lục 3).
Trang 26
Trang 4Hình 1.1 – Nguyên tắc hoạt động của công nghệ CBTC
Ưu điểm của công nghệ CBTC:
- Giảm thiểu khoảng cách chạy tàu: CBTC sử dụng hệ thống điều khiển đặt trêntàu với khả năng tự phát hiện vị trí theo khái niệm khối di động
- Tính linh động: công nghệ CBTC không cần công tác lắp đặt điều chỉnh lạimạch điện đường ray và các thiết bị khác vì:
• Vị trí đoàn tàu được phát hiện bởi chính nó (không cần mạch điệnđường ray)
• Thông tin về vị trí đoàn tàu được chuyển bằng các trạm vô tuyến (đượclắp đặt trong giai đoạn đầu, không cần lắp đặt thêm)
• Thông tin tín hiệu cần thiết giữa đoàn tàu và OCC được truyền tải bằngsóng vô tuyến
- Cần ít duy tu bảo dưỡng hơn
Nhược điểm của công nghệ CBTC là sóng vô tuyến dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễuđộng và hư hỏng phần mềm; không có khả năng phát hiện sự cố đường ray và pháthiện đoàn tàu khi mất nguồn hoặc trên các ga có ghi nên cần lắp đặt thêm hệ thốngmạch điện đường ray để dự phòng và để điều khiển ở khu Đề-pô
2 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN TÍN HIỆU THEO KHU VỰC
1.1 TRÊN CHÍNH TUYẾN VÀ ĐƯỜNG DẪN VÀO ĐỀ-PÔ
Trên những đoạn này hệ thống SS được bố trí những hệ thống và thiết bị sau:
• Hệ thống ATP (bao gồm các trạm vô tuyến đặt dưới đất và trên tàu)
• Hệ thống ATO (bao gồm các thiết bị ATO dưới đất và trên tàu)
• Hệ thống liên khóa ghi IL
• Hệ thống phát hiện đoàn tàu TD
• Hệ thống truyền dữ liệu DTS
• Hệ thống mô tả mã số đoàn tàu
• Hệ thống hiển thị thông tin hành khách
• Hệ thống cung cấp điện dự phòng liên tục (UPS)
• Hệ thống điều khiển máy quay ghi
• Các thiết bị cần thiết khác
2.2 TRUNG TÂM ĐIỀU HÀNH VẬN TẢI (OCC)
Trang 26
Trang 5Các đoàn tàu trên chính tuyến, đoạn dẫn vào Đề-pô và khu vực Đề-pô được giámsát bởi trung tâm điều độ Trung tâm điều độ gốm các hệ thống thiết bị sau:
• Hệ thống truyền dữ liệu DTS
• Hệ thống giám sát tàu tự động ATS
• Ghế ngồi và bản điều khiển
• Máy chủ cho hệ thống ATS
• Màn hình theo dõi, máy chiếu giám sát lưu thông
Khu vực Đề-pô được chia thành 2 khu:
• Khu vực từ bãi đỗ tàu trong Đề-pô đến đường dẫn vào Đề-pô và đếncác đường dồn tàu được giám sát bởi nhân viên điều hành lưu thông
• Khu bảo dưỡng tàu được giám sát bởi nhân viên điều hành Đề-pô vàđầu máy toa xe
Tại khu vực Đề-pô bố trí các thiết bị hệ thống sau:
• Hệ thống bảo vệ tàu tự động (chỉ tại khu vực có nhân viên điều hành lưuthông và các đường dồn)
• Hệ thống liên khóa (toàn bộ khu Đề-pô, trừ bãi bảo dưỡng)
• Hệ thống phát hiện đoàn tàu
• Hệ thống truyền dữ liệu
• Hệ thống bảo vệ tàu chạy quá vị trí qui định
• Hệ thống điều khiển máy quay ghi
• Tín hiệu mặt đất
• Hệ thống cung cấp điện
• Hệ thống cung cấp điện dự phòng liên tục
• Các thiết bị khác
2.4 TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN DỰ PHÒNG (BCC)
Trong trường hợp không thể sử dụng được bàn điều khiển ở OCC thì bànđiều khiển dự phòng sẽ được thay thế để thực hiện các chức năng của OCC Bìnhthường thì trung tâm BCC được sử dụng để huấn luyện nhân viên điều độ
Tại BCC lắp đặt các hệ thống sau:
Trang 6• Ghế và bàn điều khiển.
• Thiết bị mô phỏng chạy tàu phục vụ cho công tác huấn luyện
• Thiết bị mô phỏng nhà ga phục vụ cho công tác huấn luyện
• Các thiết bị khác
2.5 CƠ SỞ BẢO DƯỠNG TRONG ĐỀ-PÔ
Cơ sở bảo dưỡng được xây dựng trong khu bảo dưỡng chính của Đề-pô Gồm
hệ thống giám sát tín hiệu và các thiết bị khác
3 CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN TÍN HIỆU
Các chế độ hoạt động của hệ thống thông tin tín hiệu đoàn tàu được mô tả theo sơ
đồ khu vực sau:
Hình 3.1 – Các chế độ hoạt động theo khu vực
3.1 CHẾ ĐỘ ATO/ATP:
Khi hệ thống ATP được kích hoạt thì chế độ ATO sẵn sàng làm việc, trong
đó hệ thống ATO làm việc dưới tốc độ kiểm soát và cho phép bởi ATP Hệ thốngATO điều chỉnh tự động tốc độ đoàn tàu, khởi động lại đoàn tàu từ tín hiệu dừng,đóng mở cửa chắn ke ga Chế độ ATP/ATO hoạt động toàn bộ khu gian từ ga BếnThành đến ga Suối Tiên, còn đường dẫn vào ga Suối Tiên và bãi đỗ tàu trong khuĐề-pô sẽ không được lắp đặt hệ thống ATO mặc dù hệ thống ATP đã được lắp đặt
Trang 26
Trang 73.2 CHẾ ĐỘ BẢO VỆ TÀU TỰ ĐỘNG THÔNG THƯỜNG
Chế độ ATP vận hành bình thường tại đoạn dẫn vào Đề-pô, bãi đỗ tàu, ở cácđường chứa tàu và các đường dồn trong Đề-pô Khi sử dụng chế độ ATP thì đoàntàu được điều khiển bởi người lái và sử dụng tín hiệu đầu máy
Chế độ ATP thông thường hay khẩn cấp đều hoạt động từ các hệ thống ATPphối hợp là hệ thống ATP trên tàu, ATP mặt đất
Hệ thống ATP trên tàu tính toán biểu đồ tốc độ trên cơ sở vị trí đoàn tàu phíatrước, liên tục so sánh tốc độ thực tế với tốc độ mục tiêu ứng với từng đoạn đường
để trung tâm điều độ xử lí điều khiển tốc độ của đoàn tàu Tự động sử dụng hãmthường hay hãm khẩn cấp khi cần thiết
Hệ thống ATP dưới mặt đất xác nhận vị trí của mỗi đoàn tàu trên toàn khu gianrồi truyền thông tin về đoàn tàu phía trước cho đoàn tàu phía sau Truyền tín hiệuthay đổi chế độ trong các khu vực, nơi mà chế độ vận hành phải được thay đổitới/từ chế độ tín hiệu mặt đất/chế độ ATP tới đoàn tàu trên đường dồn trong Đề-pô
3.3 CHẾ ĐỘ BẢO VỆ TÀU TỰ ĐỘNG KHẨN CẤP
Chế độ vận hành khẩn cấp được lựa chọn trong phân khu lắp đặt ATP khi hệthống ATP dưới mặt đất bị sự cố Khi chế độ này được lựa chọn, hệ thống ATP trêntàu bảo vệ để tốc độ của đoàn tàu không vượt quá tốc độ giới hạn cho phép khi vậnhành khẩn cấp (tốc độ giới hạn trong khoảng 25km/h) Lúc này các biểu thị trên đầumáy sẽ thể hiện để người lái tàu thay đổi chế độ ATP hoặc ATO đến khi nào tàuđến phân khu bình thường hoặc hệ thống ATP dưới mặt đất trở lại trạng thái bìnhthường
3.4 CHẾ ĐỘ BẢO VỆ TÀU TỰ ĐỘNG KHI NGẮT NGUỒN ĐIỆN
Chế độ ngắt nguồn điện được lựa chọn khi hệ thống ATP trên tàu không hoạtđộng, hệ thống ATP dự phòng trên tàu sẽ bảo vệ để vận tốc của đoàn tàu khôngvượt quá vận tốc giới hạn khi vận hành khẩn cấp (giới hạn trong khoảng 15km/h)
3.5 CHẾ ĐỘ TÍN HIỆU MẶT ĐẤT
Chế độ tín hiệu mặt đất dùng để điều độ ở xưởng sửa chữa tàu, các đường rửa,đường vệ sinh toa xe, đường đặt thiết bị tiện bánh xe, đường kiểm tra và dồn tàu.Tín hiệu mặt đất được lắp đặt ở vị trí đầu và cuối ray bên cạnh đường ray Tín hiệu
Trang 8Bộ xử lý
Anten thu phát trên tàu
Tốc kế
Hệ thống phát hiện đoàn tàu đặt dưới mặt đất
Bộ thu-phát tín hiệu để điều chính khoảng cách
Bộ xử lýAnten Vô tuyến chuyên dụng
có hai cơ cấu biểu thị, gồm một biểu thị màu đỏ chỉ định dừng tàu và một biểu thị
màu cam chỉ định cho phép Hệ thống tín hiệu này được liên khóa bởi hệ thống liên
khóa để đảm bảo việc điều khiển đoàn tàu được an toàn
4. CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TÍN HIỆU
4.1 HỆ THỐNG PHÁT HIỆN ĐOÀN TÀU (TD)
Hệ thống phát hiện đoàn tàu được lắp đặt trên chính tuyến, khu vực từ chính
tuyến vào Đề-pô và khu Đề-pô (trừ khu vực bảo dưỡng) Tất cả các đoàn tàu trên
toàn tuyến và các phương tiện (trừ các toa xe bảo dưỡng) sẽ được phát hiện bất cứ
khi nào di chuyển hoặc dừng đều thuộc các chệ độ vận hành
Hình 4.1 – Nguyên lý của bộ tự phát hiện đoàn tàu
Vị trí của đoàn tàu được tính toán bởi số vòng quay của cặp trục bánh tàu đo
được từ tốc kế Các máy thu phát cần thiết đối với vị trí đầu tiên của đoàn tàu và
điều chỉnh vị trí Máy thu phát truyền dữ liệu về vị trí tới đoàn tàu Ở đây, sự cố
đường ray được phát hiện trên toàn khu gian
Việc tính toán vị trí đoàn tàu với thiết bị tự phát hiện là truyền thông tin tới
các trạm vô tuyến mặt đất bằng sóng vô tuyến chuyên dụng (công nghệ CBTC)
Trạm vô tuyến mặt đất truyền thông tin về vị trí đoàn tàu phía trước cho đoàn tàu
Trang 26
Trang 9phía sau và thiết bị ATP trên từng đoàn tàu sẽ tự điều khiển tốc độ để giữ cự ly antoàn đối với các đoàn tàu khác.
Công nghệ CBTC không thể phân biệt được các vị trí chiếm dụng của đoàntàu tại các đường trong ga có ghi, vì vậy ở những ga có ghi này và khu vực Đề-pô
sử dụng hệ thống phát hiện đoàn tàu bằng mạch điện đường ray tần số âm thanh
(xem phụ lục 1).
Việc phát hiện đoàn tàu với công nghệ CBTC được tuyền tới hệ thống liênkhóa IL, hệ thống IL này thực hiện điều khiển và khóa đường chạy Bên cạnh đó vịtrí đoàn tàu được truyền tới trung tâm OCC và được thể hiện trên bảng hiển thị, bànđiều khiển và tại đây sẽ sử dụng các thông tin điều khiển bởi hệ thống tự động giámsát đoàn tàu ATS
4.2 HỆ THỐNG LIÊN KHÓA IL
Hệ thống liên khóa bao gồm hệ thống tập trung và riêng lẻ để đảm bảo cho tàuvận hành an toàn trong khu vực ga có ghi Giao diện của hệ thống IL với TC và ghithông qua các cực điện tử Hệ thống này điều khiển, khóa các ghi và đường chạytàu Nguyên lý của hệ thống IL gồm 3 nguyên lý sau:
a. Khi đường tàu chạy được xác lập và sau khi các ghi liên quan đã khaithông theo đúng đường chạy đó, hệ thống IL sẽ khóa ghi cho đến khi tàuchạy qua
b. Hệ thống IL đảm bảo không cho tàu ở các đường khác chạy vào đườngchạy đã được xác lập
c. Mạch điện đường ray của đường chạy đã được xác lập sẽ kiểm tra xemđường chạy đó có thanh thoát hay không
Với chức năng của hệ thống IL nêu ở trên, tàu có thể vận hành một cách an toàntrong khu vực ga
Trang 103L 4L E
53 51
Trang 11Tuyến gây va chạm 2LE và 4LEGhi 51, 52 và 53 được khóa tại vị trí thông thường
2L
Hình 4.2 – Nguyên lý của hệ thống liên khóa
Để đảm bảo tính kinh tế thì hệ thống IL ở ga Tân Cảng điều khiển và khóacác ghi và đường chạy trong ga An Phú và Bình Thái Vì vậy hệ thống IL được lắpđặt ở Bến Thành, Tân Cảng, Suối Tiên và Đề-pô
Hệ thống IL được điều khiển từ hệ thống ATS Hệ thống ATS được lắp đặt ởtrung tâm điều độ OCC và hệ thống này tự dộng đưa ra dữ liệu điều khiển đườngchạy tới mỗi hệ thống IL theo biểu đồ chạy tàu Nếu hệ thống ATS có lỗi thì ghi cóthể được điều khiển bằng tay trên bàn thao tác bởi điều độ viên
Hệ thống IL độc lập với hệ thống TD (trừ mạch điện đường ray) và hệ thốngATP Ngay cả khi hệ thống TD hay hệ thống ATP bị sự cố thì hệ thống IL vẫn làmviệc
Các đường chạy giữa nhà xưởng sửa chữa chính, đường vệ sinh toa xe,đường kiểm tra chạy thử, đường dồn sẽ được điều khiển bằng tay bởi nhân viênđiều độ trong Đề-pô
4.3 HỆ THỐNG BẢO VỆ TÀU TỰ ĐỘNG ATP
Hệ thống ATP được thiết lập ở mặt đất và trên tàu Hệ thống ATP trên tàu có cácchức năng sau:
• Chức năng điều khiển giãn cách đoàn tàu: Tốc độ đoàn tàu được điều khiển
theo tốc độ tính toán cho phép trên tàu trên cơ sở dữ liệu về khu vực của hànhtrình chạy tàu từ thiết bị mặt đất
• Điều khiển tốc độ hạn chế lâu dài: Tốc độ đoàn tàu được điều khiển theo tốc
độ tính toán cho phép trên biểu đồ bởi dữ liệu về tốc độ giới hạn bởi địa hìnhnhư độ dốc, độ cong, điểm rẽ ghi trên cơ cở giữ liệu từ trên tàu
• Điều khiển tốc độ hạn chế tạm thời: Tốc độ đoàn tàu được điều khiển theo
tốc độ tính toán cho phép bởi tốc độ hạn chế tạm thời trên cơ sở dữ liệu đượclấy từ dưới lề đường
• Liên tục so sánh tốc độ thực tế với tốc độ mục tiêu
• Tự động sử dụng hãm thường khi tốc độ thực tế vượt quá tốc độ mục tiêu
• Tự động sử dụng hãm khẩn cấp khi đoàn tàu đi vào khu vực cần phải hãmkhẩn cấp và khu bảo vệ chạy quá vị trí quy định
Trang 12Tốc độ tối đa
Sơ đồ kiểm tra tốc độ trong 100ms
Tính toán vị trí đoàn tàu
Tốc độ tối đa
Tốc độ tối đa
Trang 26
Trang 13Hình 4.3 – Tính toán biểu đồ tốc độ
Hệ thống ATP lắp đặt dưới đất có các chức năng sau:
• Xác nhận vị trí của mỗi đoàn tàu hoạt động trên toàn bộ khu gian với chế độATP/ATO
• Truyền thông tin về vị trí đoàn tàu phía trước cho đoàn tàu phía sau
• Truyền thông tin đường chạy trong ga có ghi và khu Đề-pô về trung tâm điềuđộ
• Truyền số liệu về vị trí đoàn tàu từ các máy thu phát dùng đề điều chỉnh vị trítới từng đoàn tàu
• Phối hợp với hệ thống liên khóa và truyền thông tin về các điều kiện củađường chạy, vị trí tàu đề cả MĐĐR và các điều kiện cần thiết khác
• Truyền dữ liệu bảo vệ tàu chạy quá vị trí quy định trong khu vực
• Tuyền tín hiệu thay đổi chế độ trong các khu vực, nơi mà chế độ vận hànhphải được thay đổi tới/từ chế độ tín hiệu mặt đất/chế độ ATP tới đoàn tàu trênđường dồn tàu trong Đề-pô
4.4 HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐOÀN TÀU ATC
Tín hiệu tốc độ an toàn ở từng khu gian được truyền lên toàn tuyến Tàu nhậntín hiệu này, máy tính trên tàu sẽ lập ra biểu đồ tốc độ an toàn cho đoàn tàu và tốc
độ này được hiển thị trên cabin lái Nếu tàu chạy quá vận tốc cho phép, hãm sẽ tựđộng tác động lên đoàn tàu làm cho đoàn tàu dừng lại khu gian 01 Khu gian 02 làphân khu dự phòng (phân khu tới gần) khi tàu chạy quá Nếu tàu chạy vào phân
khu này (02) thì hãm khẩn cấp sẽ tự động tác động lên đoàn tàu (hình 4.4).
Trang 14Hình 4.4 – Mô hình hoạt động của hệ thống ATC trên tàu
Trên thực tế với hai tàu chạy, nếu tàu trước chạy chậm lại hoặc dừng lại thì
có khả năng tàu phía sau tiến gần đến và gây va chạm với tàu trước Để chạy tàuliền kề chạy với vận tốc như nhau và bảo đảm được khoảng cách như hình vẽ trênthì sẽ an toàn một cách an toàn cần thiết phải đảm bảo được một cự ly nhất địnhgiữa 2 tàu Trong trường hợp tàu trước đang dừng lại thì phải làm cho tàu sau dừnglại ngay phân khu gian 01 Tại phân khu 01 thì hãm thường sẽ tự động tác động
Kết cấu của hệ thống ATC:
Ở đầu đoàn tàu có gắn một ăngten để thu tín hiệu tốc độ cho phép truyền từray Tín hiệu này được truyền liên tục lên thiết bị nhận tín hiệu ATC và được xử lý
Vì tín hiệu lấy từ ray là tín hiệu điều biến nên nó sẽ được giải điều biến (tách tínhiệu) tại thiết bị nhận tín hiệu này
Sau khi nhận dữ liệu về tốc độ, máy tính sẽ lập ra biểu đồ tốc độ và so sánhvới tốc độ thực tế của đoàn tàu (tốc độ thực tế đo bằng tốc kế) Nếu tốc độ thực tếvượt quá biểu đồ tốc độ thì hãm sẽ tự động tác động
Trang 26
Trang 15Hình 4.5 – Các thiết bị của hệ thống ATC trên tàu
4.5 HỆ THỐNG VẬN HÀNH TÀU TỰ ĐỘNG ATO
Hệ thống ATO tự động điều chỉnh tốc độ đoàn tàu từ tín hiệu được xử lý ở ATPbằng việc điều chỉnh nguồn điện sức kéo, lao theo đà khi tắt nguồn điện và giảm tốcbằng thiết bị hãm ATO có thể dừng tàu đúng vị trí quy định ở từng ga với cácthông tin về vị trí được truyền từ các máy thu-phát dưới đất Ngoài ra hệ thốngATO còn có chức năng khởi động lại đoàn tàu từ tín hiệu dừng Chế độ ATP/ATO
có thể chuyển sang chế độ ATP bất cứ lúc nào mà không bị hạn chế bởi người láitàu
Cửa đoàn tàu được mở thủ công bởi người lái, nhưng hệ thống ATO mặt đấttruyền tín hiệu cho phép mở cửa tới trang thiết bị của hệ thống ATO trên tàu theomệnh lệnh của ngăn cản hành khách khi mà người lái tàu mở sai cửa Tàu không thểkhởi hành nếu cửa tàu chưa được đóng lại trong trường hợp áp dụng hay không ápdụng chế độ ATP/ATO Hệ thống ATO cũng điều khiển đóng mở cửa chắn ke gatrong các nhà ga