第4章-ppt列控系统基本原理与关键技术-2302-2214-20101217130915分析

列车运行控制系统第四章现代列控系统基本原理与关键技术现代列车运行控制系统概述现代列车运行控制系统原理及特点现代列车运行控制的关键问题与技术4.1现代列车运行控制系统概述现代列车运行控制系统就是对列车运行全过程或一部分实现自动控制的系统。其主要特征是：列车通过自动获取地面的信息和命令，以车载系统为主体控制列车的运行；采用移动空间间隔法的技术方法自动调整区间列车之间追踪必须保持的安全距离，并依靠控制列车运行速度的方式来实现列车的运行。4.1.1现代列车运行控制系统的一般功能1）线路空闲自动检测及列车定位功能轨道电路和计轴设备仍是自动检测列车占用的有效手段之一。基于通信的轨道电缆、GPS定位系统和惯性列车定位系统等都是现代先进的自动检测定位技术。2）危及行车安全因素的自动检测与防护控制（ATP）功能事发后列车自动停车或降速（故障导向安全），超速防护技术。3）自动间隔控制与速度监控（ATS）自动驾驶（ATO）功能轨道交通的发展趋势是“高速度、高密度”，列控系统就是针对这两个目标进行安全设计的速度控制和间隔控制系统。速度监控是保证列车通过加减速控制，保证安全快速运行。当然，不管在什么状态下都不能超过规定的限制速度，在实际运行中，列车的速度受到若干因素的限制，如受线路状态(结构、曲线和坡度)、道岔曲线、列车前方障碍物以及机车车辆的构造速度所限制，列控系统需要通过地-车信息传输系统向车载控制设备传送列车应有的各种速度指令，保证安全快速运行。间隔控制，列控系统必须保证列车间始终保持一个安全间距，保证后续列车不会与前行列车相撞，同时又必须尽量使该间距短，以便增加列车的密度，从而保证运输效率。4.1.2列车运行间隔与速度控制系统的发展1）地面信号人工及半自动闭塞系统（见第三章）2）地面信号自动闭塞系统（见第三章）3）机车信号系统（见绪论）4）自动停车（装置）防护系统5）速度阶梯控制的列控系统6）基于速度-距离曲线控制的列控系统7）基于虚拟/逻辑控制的列控系统8)基于CBTC控制的列控系统4.1.3列控系统基本分类各国铁路由于历史、传统术语不同等原因，对列车运行自动控制系统的名称划分也不尽相同。但均有一个共同点，即自动监控列车运行速度，通过车内信号直接指示列车应遵守的运行速度（即允许速度），系统能可靠地防止由于司机失去警惕或错误操作可能酿成的冒进信号或列车追尾等恶性事故。列控系统五种分类方式1）根据系统功能、人机分工和自动化程度划分列车自动防护系统(ATP-加减速人控)-人机结合列车运行自动控制系统(ATC)-自动化程度高2）按人-机设备优先等级划分设备优先的列控系统（日本模式）；人控优先的列控系统（欧洲模式）3）按控制模式划分速度码阶梯（分级）速度控制方式，又分为：出口检查方式(滞后式控制)；入口检查方式(提前式控制)速度—距离模式曲线控制方式，又分为：分段速度—距离模式曲线控制方式；一次速度—距离模式曲线控制方式4）按照车-地信息传输方式划分点式列控系统；连续式列控系统；点连式列控系统；5）按闭塞方式分类固定闭塞；准移动闭塞；移动闭塞方式4.2.1自动停车（装置）系统-早期列车自动防护系统(ATP)不同形式的自动停车防护系统原理地面安全保障装置—在信号机或道岔前一个安全距离安装一个触发装置，当信号显示和道岔位置不正确时，保证列车冒进信号或道岔区段能触发列车的自动制动系统，从而保证列车在信号机或道岔前安全停车。地面和车载相结合的安全保障装置—在信号机前设置一个感应线圈，该感应线圈发送的感应信息与前方的信号机的显示是对应的，当列车通过该感应线圈时，列车车载设备会根据接收的信息进行处理，如果是红灯信息，将触发列车的紧急制动，保证列车在红灯前停车（或实现自动报警）。车载自动停车设备(ZTL系统)—根据轨道电路的信息研制车载自动停车设备，根据车载接收的轨道电路信息，如果是红灯信息，则出现连续报警信息，司机必须在7秒内参与确认，否则列车将实施紧急制动。特点：只是对列车冒进红灯信号上有所防护，安全上存在一定的隐患。4.2现代列车运行控制系统原理及特点4.2.2速度阶梯控制的列控系统（分级速度-距离模式曲线控制-近代ATP）原理：速度阶梯控制是利用轨道电路传输多个低频信息，将这些低频信息赋予不同的速度码含义，车载控制设备根据接收到的不同低频信息速度码实施不同的速度控制方式，从而保证列车在不同的闭塞系统下，都可以实现安全防护。这种控制方式的制动曲线呈阶梯壮，故称速度阶梯控制。如果司机按照允许速度操纵列车，ATP设备不干预司机正常操作，当司机违章操作或列车运行超过允许速度时，列控设备将自动实施制动。速度码阶梯控制2种方式出口检查（滞后）方式要求司机在闭塞分区内将列车运行降低到目标限制速度，ATP车载设备在闭塞分区出口检查列车运行。这种控制模式属于滞后控制，列车制动后需要走行一段距离才能减速(或停车)，因此，在禁止信号后方需要设置一段防护区段用着过走防护。入口检查（提前）方式就是列车在闭塞分区入口处接收到允许速度后立即依此速度进行检查，一旦列车速度超过允许速度，则列控设备自动实施制动使列车运行降低到目标速度以下。在该种控制方式下，需要在列车停车前设置一个地面环线或应答器设备，用于防止列车冒进信号。采用阶梯速度-距离模式曲线控制分段速度控制模式列车最大安全制动距离S=(S1+S2+S3+S4)n其中：S——列车最大安全制动距离S1——车载设备接收地面列控信号响应过程中列车走行距离S2——列车制动设备响应响应过程中列车走行距离S3——列车制动距离（含空走和有效走行）S4——安全防护距离n——列车从最高速度停车制动所需接阶梯（分区数）速度码阶梯控制方式的特点：速度码台阶控制一般应用在固定闭塞系统，以自动闭塞分区为单位进行控制，一个分区存在只有一个限制速度和目标速度，列车在这个轨道分区需要将列车的实际速度与其接收的限制速度信息进行比较。主要优点是简单,需要地车传输的信息量小,不需要知道列车的准确的位置,只需要知道列车占用哪个区段即可。缺点是为保证安全依行车最坏的列车设定目标限制曲线，不能充分发挥行车效率。4.2.3一次速度-距离模式曲线控制的列控系统基本原理：依靠全程连续式速度-距离模式曲线实现列车控制。它可以从任何速度计算出列车制动到0速度的不同模式曲线，根据模式曲线实现列车的实时安全追踪运行控制。模式曲线计算的主要依据参数有：线路坡道/弯道、列车现行速度，列车重量、长度、制动率等列车参数。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，反映了列车在各点允许运行的速度值。列控系统根据速度距离模式曲线，实时给出列车当前的允许速度，当列车超过当前允许速度时，设备自动实施常用制动或紧急制动，保证列车能在停车地点前停车。基于一次速度-距离模式曲线控制2种制式：准移动闭塞和移动闭塞。速度-距离模式曲线类型：常用制动曲线：最基本的安全制动曲线，一定低于理论最大允许制动曲线。追加常用制动曲线：根据需要实施追加制动压力的常用制动曲线紧急制动曲线：实施追加更大的制动压力，比追加常用制动曲线还短。可缩短追踪间隔提高密度的方式依次为：移动闭塞、准移动闭塞、分级闭塞基于速度-距离模式曲线的准移动闭塞方式特点取消地面信号机仍设置固定自动闭塞分区（比常用固定闭塞分区小），闭塞分区用轨道电路或计轴装置来划分，实现列车定位和占用检查功能。采用速度-距离模式曲线目标控制模式，不设定每个闭塞分区速度等级，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，追踪目标点为前行列车所占用闭塞分区的始端，通过地车信息传输系统向列车传送目标速度、目标距离等信息，不设定每个闭塞分区速度（信号）等级，采用一次制动方式。列车空间间隔长度不固定，随着前行列车的移动而变化。准移动闭塞列车追踪间隔时间按照同种列车、同种速度、同种运行方式进行追踪计算。T区：区间追踪时间间隔(s)；L列：列车长度(m)；L分：前行列车占用的闭塞分区长度(m)；L防：安全防护距离(m)；L制：列车制动距离(m)；T附：系统应变时间及司机确认目标距离变化时间(s)；V：列车平均速度(km/h)；3.6——化km/h为m/s的系数。与固定自动闭塞列车追踪时间间隔相比较，同在绿灯下运行，准移动闭塞只少缩短一个以上固定闭塞分区的运行时间。提高了通过能力。准移动自动闭塞控制系统构成及工作原理将在以后章节介绍。基于速度-距离模式曲线的移动自动闭塞方式特点取消地面信号机和固定闭塞分区，利用先进的卫星定位技术、无线通信技术和自动控制技术，使前后列车自动保持一定的(合适)间隔。采用速度-距离模式曲线目标控制模式：追踪目标点：移动的前行列车尾部，再留有一定安全距离。制动计算点：根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定。空间间隔的长度是不固定的。随着前行列车的移动而变化。追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。移动闭塞列车追踪最大安全制动距离：S=Sl+S2+S3+S4S——列车最大安全制动距离Sl——车载设备接收地面列控信号反映时间距离S2——列车制动响应时间距离S3——列车制动距离S4——过走防护距离移动自动闭塞控制系统的优点它可以提高铁路区间运输能力，在既有运行秩序打乱后可以较容易地调整和恢复运行；很容易查询各种列车的情况，可以实时地、自动地获得各种运行信息，供给各类管理系统；可以实现双向运行，灵活运输组织，提高机动性；可以节省原系统在地面敷设电缆投资，以及它的维护费；不再需要信号工对沿线轨道电路进行徒步目视维护，减轻了信号工的劳动强度；可以充分发挥长钢轨作用，不需要由于信号系统设置原因而致使截踞长钢轨；可以有各种完善的技术自动记录，既便于技术改进，也可以进行技术责任追查，提高工作责任心，改善全局服务；在移动闭塞的双向通信系统中也可纳入铁路公务、电务、车务、安全、卫生、机务等多工种业务信息传输；可以减少雷电对轨道电路的袭击破坏；在人烟稀少、生活条件困难的地区设置移动闭塞后，可以更多应用自动化，减少铁路信号员工，提高劳动生产率；4.2.4基于虚拟/逻辑控制的列控系统基本原理在原来固定闭塞线路上增加双向数据通信轨旁设备和定位信标，使列车向轨旁设备实时报告自己的位置；轨旁设备自动生成基于前方移动障碍(如前方列车)和固定障碍(如道岔保护信号机)实际目标位置的列车运行指令（速度-距离模式曲线），发给列车指挥其运行。实现不依赖物理分区而依靠列车位置的追踪控制。列车间隔靠虚拟闭塞分区实现。把物理轨道分区划分成若干个存储在计算机安全数据库里的虚拟闭塞分区，使两辆或更多的列车能够占用相同的物理轨道电路分区，但不允许多列车占用相同的“虚拟”闭塞分区。列车位置的分辨率（定位）为一个虚拟分区(一般为几十米)，列制动的起点可以延伸，但终点总是前方列车占用虚拟闭塞分区的始端边界，列车控制一般采用一次速度-距离模式曲线控制方式。列车间隔为若干虚拟闭塞分区长度（见准移动闭塞计算式）。特点：类似于准移动闭塞，要求运行间隔越短，虚拟分区数也越多，但物理设备基本不增加，在不增加固定轨道电路分区的情况下，可缩短发车间隔，并保持列车安全的间隔距离。对于既有线路的改造和升级具有较大优势。4.2.5基于通信的列车控制系统(CBTC)(CommunicationBasedTrainControlsystem)基本原理取消地面闭塞设备，利用先进的无限通信传输手段，实时地或定时地进行列车与地面间的双向通信联络，使得后续列车可以及时了解前方列车运行实际间隔距离，通过计算，得到后续列车的最佳制动模式曲线，控制列车安全高效运行。特点该系统控制方式可以在实现最大速度安全控制的同时获得更短的间隔，提高了区间通行能力，又减少了频繁减速制动操作，改善了旅客乘车舒适度。地面可以实时地向车载信号设备传递车辆运行前方线路限速情况，指导列车按线路限制条件运行，提高了列车运行安全性。CBTC系统摆脱了用地面轨道电路设备判别列车占用闭塞分区与否的束缚，突破了