高速铁路概论-第四讲-高铁信号控制通信系统

高速铁路概论1高速铁路概论课程内容安排•第一讲：高速铁路概述•第二讲：高速铁路基础设施与车站•第三讲：高速铁路牵引供电、车辆动力与车辆•第四讲：高速列车信号、控制系统、通信系统•第五讲：高速铁路运输组织与高速铁路客运服务•第六讲：高速铁路运用安全保障与环保•复习•考试2第四讲：高速列车信号、控制系统、通信系统主要内容•第一章高速列车信号与控制系统•第二章高速铁路通信系统3第四讲：高速列车信号、控制系统、通信系统第一章高速列车信号与控制系统•1.1概述•1.2中国列控系统发展规划和CTCS3•1.3调度集中及行车指挥自动化41.1概述5_（一）：信号（二）：轨道电路（三）：联锁（四）：闭塞1.1概述•一.信号•信号：是传递信息的符号•铁路信号设备是一个总名称，概而言之为信号、联锁、闭塞铁路信号：是向有关行车和调车作业人员发出的指示和命令；•联锁设备：用于保证站内行车和调车工作的安全和提高车站的通过能力；•闭塞设备：用于保证列车区间内运行的安全和提高区间的通过能力。6_1.1概述（一）铁路信号的分类铁路信号按感官的感受方式可分为视觉信号和听觉信号两大类。视觉信号：是以颜色、形状、位置、灯光和状态等表达的信号。如用信号机、信号旗、信号灯、信号牌、信号表示器、信号标志及火炬等显示的信号都是视觉信号7_1.1概述8_1.1概述9_1.1概述•听觉信号：是以不同器具发出音响的强度、频率、和音响的长短时间等表达的信号。如用号角、口笛、响墩发出的音响以及机车、轨道车鸣笛等发出的信号，都是听觉信号。10_1.1概述11_1.1概述12_视觉信号的基本颜色及其基本意义是：1.红色-----停车；2.黄色-----注意或减低速度；3.绿色-----按规定速度运行4.月白色-----表示准许调车信号或引导信号5.兰色--------表示禁止调车信号或容许信号1.1概述13_1.1概述14_1.1概述•铁路信号又按信号机具是否可以移动分为固定信号、移动信号和手信号。固定信号是铁路信号设备的主要组成部分。15_1.1概述16_1.1概述17_1.1概述18_1.1概述19_（二）轨道电路轨道电路的用途和构成轨道电路的用途和构成在铁路行车组织时，迫切需要确认和监督客、货列车的位置，以便于列车运行调度。又因为铁路钢轨和机车车辆都是钢铁制造的，可以导电，这样就可以借助利用钢轨作为导体构成的的轨道电路来实现这一需求。轨道电路----是利用铁路的两条钢轨作为导线、以钢轨绝缘作为分界、并利用导线连接信号源和接受设备构成的电气电路。用来反映钢轨线路和道岔区段是否有车或钢轨是否完整。1.1概述20_1.1概述21_1.1概述22_1.1概述23_请注意：一般应用电气电路，都要极力避免导线短路和负载短路；然而，轨道电路的结构功能特殊，它正是利用电路导线（钢轨）的短路特性用来反映有车占用的。将列车轮轴短路两条钢轨的状态，作为轨道电路的一种正常工作状态。1.1概述24_轨道电路有4种状态：调整状态（无车占用）、分路状态（有车占用）、断轨故障状态、短路故障状态。1.1概述25_联锁部分一.联锁概念什么叫联锁呢？在车站，为保证行车安全，在有关的道岔和信号机之间，以及信号机和信号机之间，必须建立一种互相制约的关系，这种互相制约的关系叫做联锁。通过技术方法使有关的信号、道岔和进路必须按照一定程序、一定条件才能动作或建立起来的相互制约的联系关系，叫做联锁。1.1概述26_列车或车列在站内行驶时所经过的经路叫做进路。列车或车列在进路上运行时，影响它的安全因素是很多的，但基本上可分为进路内的因素和进路外的因素两大类。a/进路内的因素包括进路上的道岔位置和状态是否符合安全要求，车辆在进路上运行时，道岔是不是能扳动，以及进路上是否已有车辆占用等；b/进路外的因素是指进路与进路之间是否互相冲突。因为车站上有许多进路，有些进路如果同时开通，就将导致撞车的危险。要保证行车安全，就必须使防护进路的信号机与进路、道岔之间发生联锁。1.1概述27_1.1概述28_1.1概述29_（四）闭塞区间的界限：在单线区段以进站信号机为车站与区间的界限；在复线或多线区段，分别以各线的进站信号机或站界标为车站与区间的界限。由车站向区间发车时，必须确认区间无车。在单线线路上还必须防止两个车站同时向一个区间发车。为此，要求按照一定的方法组织列车在区间内运行，一般叫做行车闭塞法，或叫做闭塞闭塞是指在一个区间内，在同一时间里，只能允许一个列车占用的行车方法1.1概述30_自动闭塞：如果将区间划分若干个闭塞分区，每个闭塞分区都装以轨道电路，在分界点处设通过信号机，并使之与轨道电路相联系，依据列车占用和出清闭塞分区而自动地变换信号显示，这样就可以在一个区间内，同时允许几列列车运行，从而使线路的通过能力得到进一步提高；并且，闭塞分区内是否留有车辆也由设备直接检查出来。这种方法，不再需要人的操纵，我们称之为自动闭塞1.1概述31_1.1概述•高速铁路信号与控制系统，通常被称为基于通信的列车控制系统（CommunicationBasedTrainControlSystem，CBTC），或先进列车控制系统（AdvancedTrainControlSystem，ATCS）。•高速铁路信号与控制系统是集计算机技术、通信技术和控制技术于一体的综合控制与管理自动化系统。32_1.1概述名词解释：ATC--列车运行控制系统ATP--列车自动防护系统ATO--列车自动驾驶系统ATS--列车自动监控系统CTC--调度集中系统CBTC--基于通信的列车控制系统33_1.1概述铁路信号和通信系统的发展方向•发展方向1）软硬件不断升级换。安全性、可靠性、可用性和可维护性逐步提高；2）向综合自动化、人机对话、全面提高运输质量和路网运输能力方向发展。34_1.1概述高速铁路信号与控制系统的组成•列车运行控制子系统•车站联锁子系统•调度集中子系统•附属子系统（诊断与服务子系统、微机监测子系统、灾害信息处理子系统、通信网络子系统等）35_一、概述2、组成列车运行控制系统由列控地面设备和车载设备组成。作为保证列车行车安全（用于控制列车间隔）和提高运输效率的信号设备。列控系统从列车方面保证安全。根据车站进路、前行列车位置、安全追踪间隔等向后续列车提供行车许可、速度目标值等信息，由车载列控设备对列车速度实施监督和控制。概述列车运行控制系统调度集中CTC计算机联锁系统内容概要一、概述2、组成采用计算机技术来排列列车进路，实现进路锁闭、进路解锁、信号机控制、道岔控制等逻辑功能称为计算机联锁。计算机联锁系统用于控制进路，不管行车指挥，只从线路（区间和车站）上保证安全。根据计划实时建立各列车安全进路，为列车提供进、出站及站内行车的安全进路。概述列车运行控制系统调度集中CTC计算机联锁系统内容概要调度集中系统一、概述2、组成调度指挥系统从两个底层系统（列控系统和联锁系统）中获取信息，以进行决策并指挥行车根据列车基本运行图所制定的日、班计划和列车运行正、晚点情况，编制各阶段计划，并下达给各个车站连锁系统。概述列车运行控制系统调度集中CTC计算机联锁系统内容概要1）调度集中系统CTC为核心，构建调度指挥中心平台。2）以车站列控中心、联锁系统和区间信号设备为核心，构建区域控制中心平台。各组成部分间关系3）以列车速度防护与控制为核心，构建车载列车防护与控制平台。4）以车-地通信系统为传输平台。高速铁路产生的原因内容概要一、概述3、各组成部分间关系调度指挥系统按照运行图计划发出列车运行指令，列车通过地面轨旁设备或无线通信网络获得车站联锁和列控中心的行车信息和命令，车载设备控制列车运行。1.1概述高速铁路信号与控制系统的主要特点（1）采用列车运行自动控制系统（ATC）。（2）高速铁路都建有调度中心。（3）在各车站及区间信号室附近设置车次号核查等列车-地面信息传递设备（TIPB）。（4）车站采用计算机联锁（CI）和大号码道岔，道岔转换采用多台转辙机多点牵引。（5）重视安全防护。（6）通信信号一体化在高速铁路得到充分体现。（7）高速列车运行中不允许线路上进行施工及维修作业。42_1.2中国列控系统发展规划代表世界先进水平的高速铁路列控系统•德国LZB系统：采用轨道环线电缆传送列控信息；•日本DS-ATC系统：采用有绝缘的数字轨道电路传送列控信息；•法国UM2000+TVM430系统：采用无绝缘数字轨道电路传送列控信息（分级控制）。•欧洲ETCS系统：为实现欧洲铁路互联互通，欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系，技术平台开放；基于GSM-R无线传输方式的ETCS2系统，技术先进，并已投入商业运营。欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS列控系统，是未来高速列车控制系统的发展方向。43_1.2中国列控系统发展规划欧洲铁路控制系统•ERTMS：即欧洲铁路运输管理系统(EUROPEANRAILTRAFFICMANAGEMENTSYSTEM/EUROPEANTRAINCONTROLSYSTEM).•44ERTMS/ETCS（欧洲铁路控制系统)GSM-R（铁路专用全球移动通信系统）ERTMSERTMS/ETMS（欧洲铁路交通管理系统）1.2中国列控系统发展规划ETCS系统结构45相邻列控中心车载设备机车乘务员轨道电路列控中心联锁设备点式设备无线通信模块人机界面jiemian口输出模块列车输入模块点式信息接收模块测速模块入模块地面设备连续信息接收模块无线通信模块调度集中系统维护管理中心GSM-R设备维护记录单元运行管理记录单元车载安全计算机1.2中国列控系统发展规划ETCS技术规范的核心•采用目标距离（Distancetogo)控制方式•以应答器（EUROBALISE）作为列车定位修正基准；•以GSM-R为车地连续信息传输•规范车地信息间的信息传输电气接口及编码，以实现互联互通。46应答器的组成应答器由地面、车载两部分设备构成，其中各个设备通过不同的接口连接。地面设备固定信息应答器可变信息应答器轨旁电子单元LEU车载设备查询主机车载天线天线电缆车载应答器ETCS技术核心设备（1）：采用符合欧洲标准的应答器EurabaliseETCS技术核心设备（2）车载设备采用符合欧洲安全标准的安全计算机EVCEB,SBDMI155Niveau2STMSTBYSRAnnonceNiveau1Niveau1AnnonceNiveau2ConnexionRBCOK050100150200300250350400安全计算机BTM速度传感器LKJ050150200300250350400050150200300250350400列车接口单元欧洲应答器天线轨道电路传感器继电器接口STM标准化的人机界面欧洲车载设备STMJRUTraininterfaceGSMRmobileGSMantennasTrainBusRadarsEVCBTMANTENNAGeneratorstachometerCaptatoriRSCDMIDATASHACKSoMDATASHACKSoMAREASCMTSCMTSCMTSCMTSCMT130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150ACAreaSTMRSCpick-upsBACCDMIETCS技术核心设备（3）：无线闭塞中心EthernetRBCEthernet维护工作站临时限速连续传输的列车控制地面子系统空气气隙以太网以太网本地调度站GSM-R/固定网络列控车载子系统网络传输网关无线闭塞中心联锁子系统调度中心操作员维修人员RBC:RadioBlockCentre1.2中国列控系统发展规划ETCS的应用等