列车运行自动控制系统(第八章)

列车运行自动控制系统华容上海应用技术学院2011.4（第8章）8列车运行控制系统技术应用8.1基于固定闭塞的列控系统8.2采用虚拟闭塞的列控系统8．1基于固定闭塞的列控系统8．1．1TVM430系统1．TVM430系统简介法国高速铁路北部线采用了更先进的TVM430列车控制系统，列车最高速度320km／h，列车追踪间隔减少到3min，其速度等级划分为：300-270-230-170-0-R(保护区)。从该图可以看出TVM430和TVM300一样仍然每一个闭塞分区给定一个目标速度，但用曲线代替原来的阶梯控制线。列车速度超过限速曲线时，列控设备实施制动。为防止冒进信号发生追尾仍设有保护区段。TVM430和TVM300相比允许速度不是固定为该区段的人口速度(上一区段的出口速度)，而是随着列车的移动而变化，在出口处达到目标速度。因此超速制动的时机要早一些，有利于缩短列车追踪间隔。此外，TVM430还增加了下一个闭塞分区的速度预告，如果下一个闭塞分区要求减速则速度显示闪动，提醒司机注意。如果速度显示稳定则表示下一个闭塞分区不减速。8．1基于固定闭塞的列控系统8．1．1TVM430系统TVM430的调制方式采用FM(频率调制)，调制频率从0．88Hz到17．52Hz，每间隔0．64Hz为一位(bit)信息，共27bit信息。另外设一个25．67Hz的低频信息作为轨道电路检查列车占用使用。27bit信息的用途如下：6bit信号速度码，共64个等级。8bit距离码，间距25~200m，最大距离5000m。4bit线路坡道码，从-50％~+50％。3bit线路地址码，确定区段后此码是固定不变的。6bit校验码。8．1．1TVM430系统8．1基于固定闭塞的列控系统法国TGV(高速列车)区段允许双方向运行，反向运行按单线自动闭塞式处理。TGV区段每隔25~30km设有区间渡线，用于特殊情况下组织反方向运行。图8-3是渡线道岔反位时允许列车以低于160km／h的速度进入邻线的速度控制方式。渡线区间方设绝对停车标和绝对停车的点式环线。列车通过渡线后，如果前方区间空闲则列车可以提高速度运行。8．1基于固定闭塞的列控系统8．1．1TVM430系统法国TGV高速线与普通线连接处设有地面信号机和TGV标志牌，过分界的速度为160km／h。图8-4是列车由普通线进入TGV的控车方式。图8-5是列车由TGV线进人普通线的控车方式。8．1基于固定闭塞的列控系统8．1．1TVM430系统法国TVM列控系统与日本新干线ATC系统比较有下面几个特点：(1)采用电气谐振式无绝缘轨道电路代替使用机械绝缘的轨道电路，既有利于无缝线路的敷设，又有利于牵引电流平衡回流。(2)采用1．7~2．6kHz载频，FSK或FM调制方式。用增大发送功率和提高接收端电平的方法改善抗干扰能力。(3)TVM300有18种TBF(物理连接)，可以有18种速度信号，实际使用14种。TVM430使用了报文方式，共有21bit，其中速度编码为8位，共有256种速度信号。日本新干线采用双频组合方式，理论上可组成36种速度信号，实际上使用了8种。(4)法国采用“人控优先”的控制原则。列车正常运行由司机驾驶，只有在司机失误并可能出现危险的情况下列控设备才强迫列车制动。法国铁路认为这种人机关系有利于发挥司机的技术能力，加强其责任感。日本新干线ATC系统采用“设备优先”的控制原则。列车减速一般由设备完成，当列车速度减到30km／h以下需要在车站停车时才由司机操纵以保证列车停在正确位置。(5)法国列控设备制动后，当列车速度低于目标速度后只给出允许缓解的方式，由司机进行缓解操作。日本新干线ATC当列车速度低于目标速度后自动缓解，这种方式要求列车制动系统连续多次制动后制动力不衰竭。(6)法国高速铁路站间距长，每隔2530km设置了区间渡线。法国列控系统具有完善的区间渡线安全防护功能，在特殊情况下允许列车像单线自动闭塞那样组织反向行车。(7)法国高速铁路列控系统利用轨道内敷设的环线发送点式信号。TVM300系统采用模拟环线信号共有14个点式信息。TVM430系统采用PSK(相移键控)数字环线信号。日本新干线点式信号为变频方式，信息量较少。(8)法国高速铁路采用“人控优先”的设计原则，系统采用双重冗余方式，比日本新干线的三重冗余系统所用设备少，造价也较低。8．1基于固定闭塞的列控系统8．1．1TVM430系统2．秦沈客专信号综合系统简介(1)设计范围秦沈客运专线自秦山地区秦皇岛站(不含)始，经山海关站上秦沈新线经绥中北站、葫芦岛北站、锦州南站、盘锦北站、辽中站、台安站至皇姑屯站进入沈阳枢纽，最终至沈阳北站，全长404。6km。其中秦沈新线区段长371km，设计时速200km。(2)信号综合系统秦沈客运专线与信号设计密切相关的特点如下：运行速度高(设计时速200km，并预留提速要求)、站间距长(平均站间距60km)、运行间隔短(追踪间隔5min)、机车按长交路运行，采用集中维修及监测的综合维护体制等。基于这些特点秦沈线区间取消了地面通过信号机，机车上的车载速度显示成为行车凭证。地面信号机的取消在我国尚属首次，成为我国铁路信号史的重要里程碑。为了适应以上特点，秦沈信号系统设计中广泛采用数字信息技术、网络技术、现代通信技术、遥控和遥信等先进技术。其中适用于200km／h的TVM430／SEI列控系统为国内铁路领域首次采用的全新系统。秦沈线信号综合系统共设计了五个子系统，分别为车站联锁系统、列车运行控制系统、列车运行指挥系统(CTC)、车站信号局域网设备和信号集中监测系统。信号系统的设计形成了以车站信号计算机局域网为基础，以专用通道构成的计算机专用广域网为骨架，以调度所和综合维修基地信号计算机局域网为龙头的信息和资源广泛共享的秦沈线综合信号系统。8．1基于固定闭塞的列控系统8．1．1TVM430系统2．秦沈客专信号综合系统简介(3)TVM430／SEI系统设备的主要特点TVM430／SEI系统是法国CSEE公司研制的最新产品，法国2001年6月投入商业运营的时速350km地中海高速线即采用该系统设备。与中国传统列控设备相比，该系统具有如下主要特点：①轨道电路数字化：SEI采用UM2000轨道电路，实现了27bit数字编码，可以满足基于轨道电路进行大量安全信息连续传输的要求。·②列控联锁一体化：SEI设备将车站联锁设备与区间的列控设备合二为一，列控联锁接口由内部通信实现，二者结合紧密，信息传输延迟少，提高了系统设备的可用性和可靠性，符合信号发展的方向。③站内区间轨道电路一体化：目前我国铁路车站范围内的列控信息地一车传输是通过轨道电路电码化方式实现的，存在咽喉区信息不连续、电码化设备故障影响轨道电路等诸多技术问题。SEI系统站内及区间均采用UM2000轨道电路，即站内区间一体化，真正实现了站内列控信息无盲区。④列控设备集中控制：我国铁路目前采用的集中移频设备较过去的分散移频大大降低了设备故障率和维修工作量，但集中移频设备仍为继电器编码、分散控制。SEI设备引入列控中心概念，实现了列控设备集中控制，处理的信息量大幅度增加，设备接口及配线减少，该方式是高速列车控制的发展趋势。⑤光纤安全局域网：随着地面连续信息的增加，车站与车站、车站与区间中继站之间的安全信息交换增加，如果采用实回线传输，会浪费大量的金属材料(电缆)，且站间距离长还存在线路压降、线间干扰等诸多技术问题。秦沈线线路两侧的通信光纤中各有2芯信号光纤供SEI列控中心交换信息使用，基于光纤的安全信息传输是我国铁路首次采用。8．1基于固定闭塞的列控系统8．1．1TVM430系统2．秦沈客专信号综合系统简介(4)TVM430的应用地面设备产生列车控制所需基础数据，经列车车载设备处理，产生列车速度控制曲线，监督或控制列车安全运行。TVM430设备采用2×2取2的安全结构。TVM430由于采用数字通信技术使车一地间的信息传输数字编码化，从而使车一地间的信息传输量有较大增加，传输的信息更可靠、更安全，这些信息除原有用于列车间隔的速度等级外，还可满足线路坡道、距离等不同线路数据的要求，因此其速度监督由过去的阶梯控制方式改为连续模式曲线控制方式。8．1基于固定闭塞的列控系统8．1．1TVM430系统2．秦沈客专信号综合系统简介(5)车载信号设备与既有线兼容问题秦沈线机车或动车组采用长交路运营，随着京秦沈客运通道的建设，交路内的速度段落较多，机车控制方案及车载超防设备的兼容问题比较突出。1)京秦沈长交路(跨局列车运行到路局交界的车站，需要更换下一路局机车的地方)控车方案目前设计的机车交路既考虑北京-秦皇岛-沈阳快速客运通道，既要兼容京秦线带超速防护区段，又需兼容其他非超速防护区段的“运行监控记录装置+通用式机车信号”制式。列控车载设备的设计方案充分考虑了与长交路的兼容问题。目前确定的控车方案如下：在200km／h速度段落，采用超速防护设备控车，其他速度段落采用运行监控记录装置与通用式机车信号结合使用的控车方式。两种制式间的切换可以通过点式设备实现自动切换，亦保留人工手动切换的功能(200km／h速度段落的两端人口处设置点式设备提供ATP切换点)。根据以上方案，在京秦线通狼段及秦沈线干线两个超防区段，列控车载设备控车，运行监控记录装置仅作记录器使用，其显示器上仅显示列控车载设备显示器上未显示的信息；在非超防区段，运行监控记录装置控车，列控车载设备显示器关闭，参见图8-7。8.2采用虚拟闭塞的列控系统青藏铁路的信号系统采用了美国通用电气(GE)公司开发的增强列车运行控制系统(ITCS)。ITCS系统是基于无线通信(GSM-R)的列控系统，以无线通信(GSM-R)完成车地间双向、实时和连续的信息传输，以GPS实现列车定位，采用虚拟闭塞方式。安装ITCS系统的车站不设置信号机、轨道电路，只安装道岔转换装置。ITCS系统采用了一体化的设计思想，集自动闭塞、车站联锁控制和列车运行超速防护控制于一身，控制列车在车站停车、通过或进行其他相关作业。ITCS实现了两个主要功能：安全度是通过监测列车运行、当情况发生变化向司机提供报警、并且在需要时对列车实施紧急制动来实现。性能的增加是通过安全而且精密地分割列车运行里程、提供追踪运行，以及提供比普通信号系统所允许的更高的速度完成。ITCS可以和初步设计确定的联锁系统相连，对道岔位置、信号显示，进路情况、轨道空闲与占用状况实施监测。在运输情况发生变化时，可以很容易地通过增加或减少虚拟闭塞分区和虚拟信号机来适应系统的运能变化需要。基于无线传输系统的青藏线格拉段信号控制系统方案描述如下：在西宁设计分散自律调度集中系统，实现对全线信号设备的集中控制；端站及规模相对较大的车站采用计算机联锁，站内设计轨道电路和地面信号机；在规模较小的车站，不设轨道电路和地面信号机，选用ITCS信号控制系统，完成车站联锁控制；借助GSM-R传输列控信息，利用GPS系统和列尾实现列车完整性检查，由ITCS完成列车运行控制功能，同时实现区间虚拟自动闭塞。一期工程西宁至格尔木全长814公里1984年建成二期工程•高寒缺氧•多年冻土•生态脆弱青藏铁路建设面临的三大世界性难题建设青藏铁路的具体目标列车旅行时间最短设备“免维修”基本实现“无人化”管理风火山海拔5100米世界铁路最高隧道——风火山隧道轨面海拔4905米全长1338米空气中的含氧量不到平原的一半风火山隧道地理位置图风火山隧道年平均气温零下7摄氏度最低气温零下41摄氏度8.2采用虚拟闭塞的列控系统8．2．1虚拟闭塞方式虚拟闭塞方式采用目标距离速度控制方式，后续列车以前行列车占用的闭塞方式的始端作为追踪运行停车的目标点，从这点来说它属于准移动闭塞范畴。虚拟闭塞方式采用无线通信来实现车地间信息交换，从这点来说它属于基于无线通信列控系统的范畴。虚拟闭塞方式不设轨道电路(或计轴设备)和轨旁信号机，采用无线通信方式来实现列车定位，在室内系统中逻辑上存在有闭塞分区和信号机的概念，从这点来说它的闭塞分区是虚拟的。虚拟闭塞方式将线路划分成若干个闭