铁路信号基础课件-8列车运行控制系统

列车运行控制系统张亚东西南交通大学•高速铁路具有速度快、安全舒适、运输能力强、正点率高、节能环保、全天候运行等诸多优点。•日本、法国、德国、英国、意大利、西班牙、瑞典等世界发达国家都争相发展。•世界上首条高速铁路—日本新干线于1964年正式投入运营。日本新干线始于东京，途径名古屋、京都等地，终于大阪，营运速度每小时271公里。背景德国1964年开始，新干线总长度达1835公里，高速列车客运量为世界之最。法国日本1983年开通第一条现代化高速铁路，高速列车TGV运行速度为300～350km/h，最高试验速度为515.3km/h1985年开始研究ICE高速列车，1991年投入运营,有高速铁路700多公里，高速列车最高运行速度达330km/h背景2573157681554624688521815426050010001500200025003000日本法国德国西班牙意大利比利时法国/英国瑞典丹麦韩国背景世界高速铁路的已投入运营里程(2005年)铁路六次大提速，为我国高速铁路的发展奠定了重要基础。第一次大提速冲击了铁路信号传统概念。列车最高运行速度提高到时速120公里及以上，推动了铁路信号向速差式的发展，确立了四显示信号的地位。背景三显示用一个闭塞分区满足列车全制动距离的需要，四显示用两个较短的闭塞分区满足列车全制动距离的需要，适应了提速的需求，缩短了列车追踪间隔，提高了运输能力。前列车位置限制速度四显示三显示四显示追踪位置三显示追踪位置四显示追踪三显示追踪背景技术指标三显示四显示闭塞分区长度长短追踪间隔距离(米)60005000追踪间隔时间(分钟)8~106制动分区数12灯光种类34允许速度120km/h160km/h通过能力较低较高第二次到第五次大提速列车最高运行速度达到时速160公里，并实现了全路范围的机车信号低频信息统一，促进了机车信号主体化技术发展，装备了通用式机车电台，使得机车在运用上可以全路范围跨交路运行。背景第六次大提速2007年4月18日起实施全国铁路第六次大面积提速。动车组在既有线的运行速度达到时速200－250公里速度级，确立了具有中国特色和自主知识产权的既有线CTCS-2级列控系统的技术地位。第六次大提速之后，我国进入高速铁路发展的黄金期。背景根据我国《中长期铁路网规划》，到2020年，我国高速铁路营运里程将达到1.6万公里，建成发达完善的高速铁路网络。中国已成为世界高速铁路运营速度最高，运营里程最长、在建规模最大的国家。背景中长期铁路规划的四纵四横客运专线网络是世界上最大的高速铁路网络四纵客运专线：北京－上海北京－武汉－广州－深圳北京－沈阳－哈尔滨（大连）杭州－宁波－福州－深圳四横客运专线：徐州－郑州－兰州杭州－南昌－长沙青岛－石家庄－太原南京－武汉－重庆－成都当列车提速到200km/h时，紧急制动距离将达到2000米(常用制动距离超过3000米)。随着列车运行速度提高，完全靠人工瞭望、人工驾驶列车不能保证行车安全。因此，当列车速度大于时速160公里时，必须装备列车运行控制系统（简称列控系统），以实现对列车间隔和速度的自动控制，提高运输效率，保证行车安全。接触网力学和钢轨电磁兼容高速铁路牵引供电系统牵引供电自动化系统动车组限界(动态限界)动车组供电（弓网、自动过分相）高速道岔高速列车高速铁路桥隧路基列控系统无渣轨道列控系统的定义列控系统就是对列车运行全过程或一部分作业实现运行速度、位置等状态的监督、控制和调整，确保行车安全，提高运输效率的信号系统。其基本工作原理为：利用地面提供的线路信息、前车(目标)距离和进路状态，列控车载设备自动生成列车允许速度控制模式曲线，并实时与列车运行速度进行比较，超速后及时进行控制。列控系统包括地面设备、车载设备。地面设备提供线路信息、临时限速、目标距离和进路状态等基本控制信息。车载设备生成速度控制模式曲线并实现列车运行的监控。列控系统的基本组成线路的空闲/占用及列车完整性检查；列车移动授权计算（间隔控制）；为司机提供丰富的行车信息；监控列车安全运行，防止超速（速度控制）。列控系统的基本功能分级分级连续一次连续350km/h列控系统的控制模式根据车地信息传输通道分类点式列控系统点式列控系统采用点式设备（如地面应答器），在固定地点向列车传递控车信息，实现列车安全控制。连续式列控系统连续式列控系统的地面控制中心可实时、连续地向车载设备传输控制信息。连续式列控系统地对车的信息传输手段包括轨道电路、轨道电缆（交叉环线）、波导管、漏泄电缆、无线通信等。列控系统的分类点连式列控系统点连式列控系统兼顾了点式和连续式列控系统的优点，是一种连续式和点式相结合的列控系统。车载设备从轨道电路提供实时的连续信息中得知前方轨道区段空闲数量、进出站信号开放状态等信息，再根据应答器信息提供的轨道区段长度、坡度和速度等线路数据，控制列车的运行。。列控系统的分类根据控制模式分类速度码阶梯控制方式速度码阶梯控制方式，在一个闭塞分区内只控制一个速度等级，即在一个闭塞分区中只按照一种速度判断列车是否超速。阶梯控制方式又可分为出口检查方式和入口检查方式。列控系统的分类出口速度控制模式曲线—日本的ATC系统030901301702002001701309030列控系统的分类入口速度控制模式曲线—法国TVM300030901301702002001701309030列控系统的分类速度-距离模式曲线控制方式速度-距离模式曲线是根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线。根据制动曲线的形状，速度-距离模式曲线可分为分段速度控制和连续速度控制。（1）分段速度控制分段速度控制模式是将闭塞分区按照制动性能最差的列车安全制动距离的要求，以一定的速度等级将其划分。一旦这种划分完成，每一列车无论其制动性能如何，其与前行列车的最小追踪距离只与其运行速度、区段划分有关。列控系统的分类分段速度控制模式曲线—法国TVM4302001701309030列控系统的分类（2）连续速度控制连续速度控制模式采用根据目标距离、目标速度的方式确定目标距离-连续速度控制模式曲线，该方式不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动。以前方列车占用的闭塞分区或限速区段入口为目标点，向列车传送目标距离、目标速度等信息。列控系统的分类目标距离模式曲线—欧洲ETCS1-2级、日本D-ATC和中国CTCS2/3级列控系统列控系统的分类根据人-机优先等级分类设备制动优先方式在设备制动优先方式下，车载设备通过自动触发不同等级的常用制动实现降速过程的自动速度控制；当列车速度低于缓解速度时，车载设备自动停止输出相应等级的常用制动命令，不必司机人工介入。司机制动优先方式在司机制动优先方式下，司机负责操纵包括降速等环节在内的驾驶全过程；车载设备实施常用制动后，当列车速度低于缓解速度时，车载设备向司机提示允许缓解信息，司机按压缓解按键后，缓解常用制动。列控系统的分类距离速度紧急强常用弱常用制动紧急制动曲线强常用制动级弱常用制动级列车运行曲线设备制动优先模式ATP动作设备自动缓解距离速度紧急ATP动作紧急制动曲线常用制动曲线列车运行曲线司机制动优先制动司机动作报警曲线常用缓解日本于1964年开通的东海道新干线，普遍采用ATC超前阶梯式速度监控。从1991年日本铁路开始试验数字式ATC，亦称D-ATC，现在东海道新干线上已开通运用。日本列控系统使用有绝缘数字轨道电路发送列车位置、目标速度、进路等信息；车载设备采用轨道电路信息和车载设备存储的线路数据生成一次连续速度控制曲线；列车制动采用设备控制优先方式。日本D-ATC系统地面设备6G列车当前位置＋进路条件停车区间轨道电路信息10G5G制动曲线车载设备法国高速铁路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或UM2000为基础，该列控系统简称U/T系统。TVM300系统在1981年于巴黎—里昂首先投入使用。TVM430系统在1993年于法国第三条北方线高速铁路首先投入使用。随着列车速度不断提高，时速已达320km/h，法国CS公司对模拟电路构成的U/T系统进行了数字化改造，采用无绝缘轨道电路UM2000，其速度监控方式改为分级速度曲线控制模式。法国列控系统使用无绝缘数字轨道电路向列车发送行车许可；列车制动采用司机控制优先方式。车载设备根据轨道电路信息生成分段连续速度控制曲线。通信网络车站SEI设备区间SEI设备调度中心SICAM维护中心车载设备控车曲线法国TVM430系统德国LZB系统是基于轨道电缆传输的列控系统，是采用连续速度控制模式的列控系统。1965年在慕尼黑—奥斯堡间首次运用。FZB系统是德国最新开发的基于GSM-R无线传输的列控系统，符合ETCS标准，其目的是在欧洲逐步实现联运控制。德国列控系统采用轨道电缆（交叉环线）方式传输车-地信息、使用S棒无绝缘轨道电路实现列车占用和完整性检查；车载设备利用轨道电缆信息生成一次连续速度控制曲线列车制动采用司机控制优先方式。S棒S棒轨道电缆控制中心轨道电路轨道电缆轨道电缆车载设备环线收发器环线收发器德国LZB系统采用RBC生成行车许可、应答器提供列车定位基准GSM-R实现车-地双向信息传输车载设备利用车地传输的信息生成一次连续速度控制曲线列车制动采用司机控制优先方式调度指挥系统（CTC）无线闭塞中心（RBC）GSM-R光纤网络联锁系统转辙机轨道电路其他轨旁设备基站应答器ETCS-2级系统为了解决欧洲各国铁路互联互通问题,提高列车运行的安全性和高效性,降低运营成本、增强竞争优势。1989年开始，欧洲铁路公司和信号公司在对各自的既有信号系统进行升级改造的同时，在欧盟委员会和国际铁路联盟的推动下，为信号系统的互联和兼容问题制定了相关的技术标准，并研制和开发了相关的产品。ETCS发展背景ETCS0级：ETCS车载设备+传统列控系统。ETCS1级：地面信号＋查询应答器＋轨道电路。采用固定追踪间隔形式；司机依靠地面信号行车，地面信号机前设备产生速度监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；利用查询应答器覆盖各国现有信号系统，并用于列车定位和传送控制命令。ETCS分级ETCS2级：轨道电路＋查询应答器＋GSM-R与E1级相比，司机完全依靠车载信号设备行车（可取消地面信号机）；通过GSM-R连续传送列车运行控制命令，车－地间可双向通信；在点式设备的配合下，车载设备对列车运行速度进行连续监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；建有无线闭塞中心。ETCS分级ETCS3级：查询应答器＋GSM-R与E2级相比是靠车载设备来检查列车完整性，不需要轨道电路；点式设备、GSM-R是系统的主要设备。取消地面信号机和轨道电路后，室外线路上的信号设备减少到最低程度；列车追踪间隔依靠点式设备和无线闭塞中心实现，具有明显的移动自动闭塞特征。ETCS分级CTCSETCS中国列车控制系统欧洲列车控制系统互联互通借鉴欧洲列控系统（ETCS）建设经验，结合我国铁路运输特点和既有信号设备制式，考虑未来发展，遵循全路统一规划的原则，制定了我国列控系统CTCS技术标准，分为CTCS-0、1、2、3、4级。既有线提速和200-250km/h客运专线CTCS-2级300-350km/h客运专线CTCS-3级面向未来的列控系统CTCS-4级既有线现状,160km/h以下CTCS-0/1级CTCS分级CTCS分级等级线路长度（km）车站数（站）列车数量（列）CTCS-069580639821000CTCS-1——3——CTCS-27195490389CTCS-33567104420应用情况CTCS-2级列控系统CTCS-2级是基于轨道电路和应答器传输列车行车许可信息并采用目标距离连续速度控制模式监控列车安全运行的列控系统。列控中心车站联锁调度中心CTC轨道电路应答器道岔信号机车载设备包括:轨道电路、应答器列控中心、车载设备等基本结构E1联锁车站联锁车站区间中