第七章-CBTC系统精讲

第七章CBTC系统第一节LCF-300型CBTC系统中国轨道交通技术展－交控科技－亦庄线照片，2010年11月18日车载ATO设备•车载ATP3取2设备•地面ATP安全计算机（2乘2取2）设备测速传感器•轨旁辅助定位系统定位及点式后备模式•基于波导管的地车无线通信设备•基于自由波的地车无线通信设备•ATP/ATO由交控科技研制，ATS和计算机联锁由卡斯柯公司研制•LCF-300型CBTC系统地面设备包括：ZC子系统、用于定位及点式后备模式的应答器设备•LCF-300型CBTC系统车载设备包括(VOBC)：车载ATP子系统、车载ATO子系统、车载无线设备一、ZC（区域控制）子系统ZC子系统是CBTC系统中ATP的轨旁部分，主要负责根据列车所汇报的位置信息以及联锁所排列的进路和轨旁设备提供的占用/空闲信息，为其控制范围内生成移动授权。•地面ATP安全计算机（2乘2取2）设备二、VOBC子系统车载子系统如图P3907-39车载设备构成第二节西门子CBTC系统应用于广州地铁4、5号线，北京地铁10号线、南京地铁2号线、上海地铁8号线等等。广州1、2，南京地铁1号线应用的是西门子准移动闭塞系统，采用FTGS轨道电路。一、系统的构成VICOS、TRAINGUARDMT、SICAS三个子系统•上海地铁8号线信号系统配置二、系统功能三、原理（一）ATP1、列车间隔•2、固定闭塞3、列车定位•应答器•雷达•道岔位置的分界点4、运行模式：（二）ATO功能自动驾驶、速度控制、定点停车、车（屏蔽）门开关闭1、自动驾驶其他CBTC系统•加拿大阿尔卡特S40ATC系统应用于武汉城轨1号线、广州地铁3号线。（基于感应环形电缆）•上海轨道交通6、7、8、9、11，北京地铁4号线，大兴线（基于无线通信）•法国阿尔斯通CBTC应用于北京地铁2号线和机场线。（以波导管方式），以无线网络传输的应用于上海10号线。•庞巴迪的CBTC应用于天津地铁2、3号线和深圳地铁3号线。•美国联合道岔与信号国际公司(USSI)的CBTC应用于沈阳地铁1号线、成都地铁1号线、西安地铁2号线、杭州地铁1号线。单轨交通ATC系统单轨采用跨座式，重庆单轨交通采用的是日本信号公司的ATP车载及轨旁设备。一、单轨交通信号的特点1、没有钢轨与钢轮，不能依靠轨道电路2、单轨交通方式的道岔与钢轨道岔完全不同，除使用单开道岔外，还使用三开、五开道岔，因此在联锁系统和道岔系统中必须进行特殊处理和合理分工，才能确保行车安全。3、单轨交通方式基本采用高架线路，道岔非接通位置是悬空的。4、单轨交通方式的轨道大部分采用高强度混凝土梁，因此在制作混凝土梁的时候对信号系统安装设备和敷设管线的部位必须进行预留和预埋。二、单轨交通信号系统的主要设备重庆单轨较新线信号系统由列车自动防护（ATP）及列车位置检测（TD）子系统、计算机联锁（CI）子系统和列车自动监控（ATS）子系统三部分构成。1、列车自动防护（ATP）及列车位置检测（TD）子系统（1）列车位置检测•TD地面设备发送校核信号（CH）检查环线的完整性。CH信号的载频为14.25kHz，调制信号的频率为97Hz；•车辆两端的TD发送设备分别向轨道梁上的环线发送f1、f2信号(或称车载信号)。其中f1信号的载频为13.5kHz，调制频率为112Hz；f2信号的载频为15.0kHz，调制频率为112Hz.•在正常情况下，列车驶入某环线区段，列车头部天线向该环线区段发送f1信号，使该区段的CH继电器落下，同时，F1继电器吸取，实现列车占用本区段的检测；列车前行，车尾部驶入该区段时，车尾部天线向该区段发送f2信号，F2继电器吸取；列车继续前行，当车头部驶出该区段(出清)时F1继电器落下，车尾部驶出该区段(出清)时，该区段CH继电器吸取，F2继电器缓放落下，确定列车出清该区段。当车尾部驶入下一个区段，使下一个区段的F2继电器吸取。•道岔区域（2）列车速度防护工作原理与传统的轨道电路一样。ATP地面设备根据位置、线路占用/出清等情况选择限制速度信号，并将其发送给轨道环线。然后ATP车上设备通过列车的天线连续接收信号并解码，一方面使机车信号机的速度灯点亮，另一方面将列车速度限制的信息传送给ATP控制装置。•低频调制信号为16，19，22，25，28，31，34，41，54，63，72和78Hz，共12个频率。各低频信号的意义•运行模式。运行模式有5种：ATP监督下的人工驾驶模式采用带机车信号显示的调车模式；非ATP区段限制人工驾驶模式；ATP区段的限制人工驾驶模式；非限制人工驾驶模式。高铁ATC系统一、欧洲ATC系统1、TVM430列车自动控制系统TVM430系统是基于TVM300发展起来的，是为法国国铁公司高速列车开发地，此系统可以在不对列车制动性能提出更高要求的前提下，提高铁路的运营能力。系统型号/安装的列车型号TVM300/TGV-PSETVM300/TGV-ATVM430/TGV-RTVM430/TGV-NG最高时速/(km/h)270300300360闭塞制动距离/m2100200015001500正常制动距离/m84001000075009000闭塞分区数/个4556最小运行间隔/min5432TVM430主要由三部分组成，即地面设备、地-车传输设备和车上设备。（1）地面设备地面设备的主要功能：①通过轨道电路进行列车检测；②列车间隔条件的计算、编码，并向车上传输有关速度、目标距离、坡度、网络码等数据信息。为了保证线路的连续性，还要将数据传输到邻近的地面中心。（2）数据传输通道TVM430拥有两条地-车数字传输通道：一条是利用UM—71调制轨道电路的连续式通道；另一条是利用环线的点式传输通道。•连续式通道信号信息通过27个低频传输速度码（目标速度、瞬时速度、限制速度）、目标距离和坡度。•点式传输通道为补充轨道电路传输的信息，在特点地方的轨道上铺设点式环线。这样做既可以保证机车启动和停车功能，同时，也可监督超越绝对停车信号标志。（3）车载设备根据轨道电路传送来的信息，车载设备要为司机提供可靠的速度命令显示，并进行实际的列车速度控制。为此，车上使用一种速度表。在司机没有按显示速度运行的情况下，车载设备将自动启动列车制动系统。（3）速度控制曲线根据一次实时接收的闭塞分区长度码及其它码字信息，可以产生连续的速度变化模式的曲线，从而提供给司机更实际的速度变化信息2、ETCS系统在欧洲铁路网上，各个国家的铁路部门使用各自不同的信号制式管理列车的运营，列车运行控制系统（ATP/ATC）多达十余种。（1）ETCS系统构成ETCS系统主要由地面子系统和车载子系统两大部分构成.•地面子系统主要包括:欧洲应答器(Eurobalise)；轨旁电子单元(LEU)；无线通信网络(GSM-R)；无线闭塞中心(RBC)；欧洲环线(Euroloop)；无线注入单元(Radioinfillunit)。•车载子系统主要包括:ERTMS/ETCS车载设备；铁路无线移动通信系统(GSM-R)；专用传输模块(STM,即SpecificTrans-missionModules)。(2)ETCS的分级ETCS的最大特色之一是根据功能需求和运用条件配置系统。用一个系统,以分级的概念实现原为多个系统,为一个目标而完成的工作。ETCS从运用角度分为5级(0-3级、0+级)。•0级：ETCS车载设备+传统列控系统。0级主要是为了保证装配ETCS车载设备的列车,能在没有ETCS地面设备的线路、或尚不具备ETCS运营条件的线路上运行。ETCS车载设备只显示列车速度,并只监督列车最大设计速度和线路最大允许速度。车载设备不提供机车信号功能,司机凭地面信号行车。•0+级(STM)0+级主要是为了保证装配ETCS车载设备的列车,在既有线运行时能够提供通用机车信号功能。•1级：地面信号＋查询应答器＋轨道电路装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备有点式传输设备欧洲应答器Eurobalise的线路上运行，地面向列车传输的信息完全依靠Eurobalise，轨道电路只完成轨道区段的空闲/占用检查和列车的完整性检查。该系统是典型的点式ATP•2级：轨道电路＋查询应答器＋GSM-R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；该系统是基于移动通信的连续式ATP依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；•3级：查询应答器＋GSM-R取消了传统的地面信号系统,列车定位和列车完整性检查由地面无线移动闭塞中心RBC和列车完整性验证系统共同完成。点式设备、GSM-R是系统的主要设备。保证各国的列车在欧洲铁路网内的互通运营，提高运输效率。欧洲铁路运输管理系统ERTMS是欧洲铁路和欧洲信号工业在欧洲委员会的财政支持和国际铁路联盟UIC的支持下，经过大约10年的工作得到的结果。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；二、CTCS列控系统为了适应铁路跨越式发展战略，2003年10月，铁道部已经制定了《中国列车控制系统(CTCS)技术规范总则(暂行)》和相应CTCS技术条件，CTCS列控系统的CTCS是ChineseTrainControlSystem的缩写，CTCS技术规范是参照欧洲列车运行控制系统(简称ETCS)编制的。1CTCS系统由车载子系统和地面子系统组成。2CTCS基本功能•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；3CTCS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。它需在既有没备的基础上强化改造，达到机车信号主体化的要求，增加点式设备，实现列车运行安全监控。•CTCS2级为面向提速干线和高速新线，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。适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。•CTCS3级为面向提速干线、高速新线或特殊线路，基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。点式设备主要传送定位信息。•CTCS4级为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，由无线闭塞中心和车载验证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。4CTCS2系统CTCS2级是基于轨道电路和点式信息设备传输列车运行许可信息并采用目标—距离模式监控列车安全运行的列车运行控制系统，是一种点一连式列车运行控制系统。图标说明：CTC车站联锁有源应答器无源应答器HUULULL2L3L4L5ZPW2000轨道电路码发送CTCS2的行车许可列控中心道岔、信号机应答器、轨道电路列控中心车站联锁道岔、信号机应答器、轨道电路列控中心轨道电路人机接口地面应答器STM天线BTM天线记录器制动接口BTMSTM车载计算机记录器制动接口BTMSTM车载计算机车站列控中心车站联锁轨道电路LEU车务终端信号楼动车组微机监测微机联锁CTCS2级列控系统结构图EB,SBDMI155Niveau2STMSTBY050100150200300250350400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列控车载系统组成200km／h动车组ATP车载设备的工作模式ATP车载设备具备设