8第八章 列车运行控制系统_铁路信号基础

LOGO第八章列车运行控制系统传统的铁路信号对列车的控制完全基于地面信号机的显示，即列车安全运行完全依靠司机对信号的瞭望确认和正确驾驶。伴随着铁路提速和高速铁路的建设，铁路信号出现了重大转折，由对地面设备的控制转向对移动列车的直接控制，且由开环控制转向闭环控制，采用列车运行控制系统。尤其是第六次大提速，开始采用CTCS-2级列控系统，近几年的客运专线建设，开始大量采用CTCS-2级和CTCS-3级列控系统，达到了世界先进水平。列控系统概述列车运行控制系统是由地面设备和车载设备构成，用来控制列车运行速度，保证行车安全，提高运输能力。列车运行控制系统的功能是：1）检测线路的空闲状态；2）检测列车完整性；3）列车运行授权；4）指示列车安全运行速度；5）监控列车安全运行。列控系统的分类按照地车信息传输方式分类•连续式列控系统：车载设备可连续接收到地面列控设备的车-地通信信息，是列控技术应用及发展的主流。•点式列控系统：接收地面信息不连续，但对列车运行与司机操纵的监督并不间断。•点-连式列车运行控制系统：如我国CTCS2级，轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息。点式信息设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息。按控制模式分类•阶梯控制方式：阶梯控制方式又分为出口速度检查方式和入口速度检查方式，从而对列车速度进行分级控制。•速度-距离模式曲线控制方式：采用速度-距离模式的列控系统，对列车速度进行连续控制，如德国LZB系统，日本新干线数字ATC系统。按照人机关系分类•设备优先控制方式：如日本新干线ATC系统。•司机优先控制方式：如法国TVM300/430系统、德国LZB系统。按照闭塞方式分类•固定闭塞列控系统：将线路划分为固定的闭塞分区，前后列车的位置及间隔，均以闭塞分区为单元来检测和表示。•移动闭塞列控系统：不存在固定的闭塞分区，列车之间的安全追踪间隔随着列车运行而不断移动且变化。按照功能和自动化程度分类•列车自动停车ATS（AutomaticTrainStop）系统：ATS是一种只在停车信号（红灯）前实施列车速度控制的装置，是在非速差式信号体系下的产物，属于列车速度控制的初级阶段，现已很少使用。•列车超速防护ATP（AutomaticTrainProtec-tion）：ATP是随着速差式信号体系的建立而产生的，列车正常运行由司机控制，只在司机疏忽或失去控制能力且列车出现超速时设备才起作用，并以最大常用制动或紧急制动方式，强迫列车减速或停车。当列车速度已降至或到达限速要求，由司机判定和操作制动缓解。•列车自动运行ATO（AutomaticTrainOpera-tion）。按系统预先输入的程序，保证列车运行图的要求，由设备代替司机进行列车运行的加速、减速或定点停车的速度调整。一般情况下，司机除对列车启动操作外，只对设备的动作进行监督。列控系统的关键技术列车测速列车测速的方法主要包括以下几种：测速电机方式、脉冲转速传感器方式、雷达测速方式、GPS测速定位方式等列车定位列车定位的方法包括：GPS全球定位、轨道电路绝缘节定位、计轴器定位、查询应答器定位和轨道环线定位等。地-车信息传输技术地-车信息传输技术包括：点式传递信息方式、连式传递信息方式和点连式传递信息方式。列车速度控制模式阶梯控制方式每个闭塞分区设计为一个目标速度。在一个闭塞分区中无论列车在何处都只按照固定速度判定列车是否超速。阶梯控制又分为出口速度检查和入口速度检查两种方式。•出口速度检查控制方式该方法要求列车在闭塞分区内将列车速度降低到目标速度。设备在闭塞分区出口进行检查，如果列车实际速度未达到目标速度以下则设备自动进行制动。该方法要求停车信号后方要有一段安全防护区。•入口速度检查控制方式列车在闭塞分区入口处接收到目标速度信号后立即以此速度进行检查，一旦列车超速，则进行制动使列车速度降低到目标速度以下。–特点»前后车均以闭塞分区单位进行定位；»在闭塞分区内车载设备以一个允许速度防护列车；»闭塞分区长度按最差列车制动性能设计。出口检查入口检查分级曲线控制方式该方式要求每个闭塞分区入口速度(上一个闭塞分区的目标速度)和出口速度(本闭塞分区目标速度)用曲线连接起来，形成一段连续的控制曲线，曲线控制方式和阶梯控制方式一样，每一个闭塞分区只给定一个目标速度。控制曲线把闭塞分区允许速度的变化连续起来。在分级曲线控制方式下，列车在一个闭塞分区中运行时,列控设备判定列车超速的目标速度不再是一个常数，而是随着列车行驶不断变化，即是距离的函数。跳转到第一页分段速度—距离控制模式基本原理分段速度控制模式Ｓ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）＊ｎSS3S1+S2S4制动性能差的车制动性能好的车设备监督曲线分级曲线控制方式示意图速度-距离模式曲线控制方式速度-距离模式曲线控制不再对每一个闭塞分区规定一个目标速度，而是向列车传送目标速度、列车距目标的距离、线路条件等信息，列车实行一次制动控制方式。列车追踪间隔可以根据列车制动性能、车速、线路条件调整，可以提高混跑线路的通过能力。这种方式称为目标速度-目标距离方式(DISTANCETOGO)。采用该方式进行连续制动，缩短了运行间隔，提高了运输效率，增加了旅行舒适度，是一种更理想的运行控制模式。制动性能差的车设备监督曲线制动性能好的车目标速度Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋S４目标距离控制模式基本原理CTCS列控系统中国列车控制系统(CTCS，ChineseTrainControlSystem)技术规范，是我国参照欧洲列车运行控制系统(ETCS)制定的。它以分级的形式满足不同线路运输需求，在不干扰机车乘务员正常驾驶的前提下有效地保证列车运行的安全。系统构成CTCS系统由地面子系统和车载子系统组成。•地面子系统地面子系统可由以下部分组成：应答器、轨道电路、无线通信网络(GSM-R)、列车控制中心(TCC)/无线闭塞中心(RBC)。–应答器向车载子系统发送报文信息的传输设备，既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。–轨道电路具有轨道占用检查，沿轨道连续传送地车信息功能。–无线通信网络(GSM-R)是用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息传输的车地通信系统。–列车控制中心是基于安全计算机的控制系统，它根据地面子系统或来自外部地面系统的信息，如轨道占用信息、联锁状态等产生列车行车许可命令，并通过车地信息传输系统传输给车载子系统，保证列车控制中心管辖内列车的运行安全。•车载子系统车载子系统可由以下部分组成：CTCS车载设备、无线系统车载模块。–CTCS车载设备是基于安全计算机的控制系统，通过与地面子系统交换信息来控制列车运行。–无线系统车载模块用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息交换。CTCS基本功能•系统按照故障-安全原则，在任何情况下防止列车无行车许可证运行；•防止列车超速运行，包括列车超过进路允许速度、线路结构规定的速度、机车车辆构造速度、临时限速和紧急限速、铁路有关运行设备的限速；能够以字符、数字及图形等方式显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离；能够实时给出列车超速、制动、允许缓解等表示以及设备故障状态的报警；•防止列车溜逸。CTCS应用等级针对中国铁路不同的线路、不同的传输信息方式和闭塞技术，CTCS划分为5个等级，依次为CTCS0~CTCS4级，以满足不同线路速度需求。•CTCS0级CTCS0级为既有线的现状，即由目前使用的通用式机车信号和运行监控记录装置构成。•CTCS1级CTCS1级为面向160km/h以下的区段，由主体机车信号和加强型运行监控记录装置组成。•CTCS2级CTCS2级为面向提速干线和200~250km/h客运专线，采用车地一体化设计，基于轨道电路传输信息的列车运行控制系统。司机凭车载信号行车，地面一般设置通过信号机。•CTCS3级CTCS3级为面向300~350km/h及以上客运专线，基于无线通信网GSM-R传输列控信息，并采用轨道电路等方式检查列车占用。点式设备主要传送定位信息。•CTCS4级CTCS4级面向高速新线或特殊线路，是完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面可取消轨道电路，不设通过信号机，由无线闭塞中心RBC和车载系统共同完成列车定位和完整性检查.，实现虚拟闭塞或移动闭塞。国外列控系统的发展情况西方发达国家的列车运行控制系统应用比普遍，各种速度的铁路都有应用，但在高速铁路上的应用更显示出其高水平和具有代表性。目前，高速铁路在欧洲和亚洲快速发展，已通车或正在建设中的铁路多达几十条，其列控系统各不相同，主要有法国U/T、日本ATC和数字ATC、德国LZB80、欧洲ETCS等系统设备。法国高速铁路TGV区段的列控系统，车载信号设备采用TVM300或TVM430，地对车的信息传输以无绝缘轨道电路UM71为基础，该列控系统简称U/T系统。年开通了世界上第一条高速铁路-东海道新干线。日本新干线现有的ATC系统普遍采用超前阶梯式速度监控，它的制动方式是设备优先的模式，即列控车载设备根据轨道电路传送来的速度信息，对列车进行减速或缓解控制，使列车出口速度达到本区段的要求，它没有滞后控制所需的保护区段，在线路能力上较滞后控制有所提高。德国LZB系统是基于轨道电缆传输的列控系统，是世界上首次实现连续速度控制模式的列控系统，技术上是成熟的。1965年在慕尼黑-奥斯堡间首次运用，德国已装备了2000km铁路线，1992年开通了西班牙马德里—塞维利亚471km高速线。欧洲是世界轨道交通最发达的地区，欧洲现有的列车运行控制系统种类繁多。为克服欧洲各国信号制式复杂、互不兼容，保证高速列车在欧洲铁路网内互通互行，在欧洲共同体的支持下，欧洲各信号厂商联合制订ERTMS/ETCS技术规范。ERTMS/ETCS是一个先进的列车自动防护（ATP-AutomaticTrainProtection）系统和机车信号（CabSignaling）技术规范，安装符合ERTMS/ETCS技术规范的列车运行