列控系统原理

列控系统原理补充目录第1章基本概念和名词术语第2章概述2.1轨道交通列车运行控制系统的发展过程.2.2列车运行自动控制系统的发展方向.2.3列车运行控制系统的组成及分类2.4不同列车运行控制系统的比较第3章列车运行控制系统基本工作原理3.1点式列车自动控制系统.3.2连续式列车自动控制系统3.3点连式列车自动控制系统(该部分予留)第4章地车信息传输技术4.1地车信息传输系统的分类4.2移频叠加点式信息系统.4.3FTGS数字编码轨道电路4.4欧洲型查询/应答器4.5GSM-R移动通信4.6微波传输4.7泄漏同轴电缆..4.8毫米波..第五章测速和定位技术5.1测速方式的分类和基本原理.5.2常用实时速度的检测技术...5.3列车测距定位基本方法、技术.第6章可靠性和安全性设计6.1安全性与可靠性.6.2系统的安全性保障6.3系统的可靠性保障-第7章安全相关系统的安全设计与评估体系7.1概述.7.2轨道交通安全相关系统的评估标准分析.7.3轨道交通信号系统设计和评估体系的建立..第8章国内外典型列车运行自动控制系统.8.1国内列车超速防护系统和速度监控装置..8.2国外典型列车运行自动控制系统.第9章CTCS系统第1章基本概念和名词术语固定闭塞〈FixedBlock〉:线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区,一个分区只能被一列车占用,闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计,列车间隔为若干闭塞分区,而与列车在分区内的实际位置无关,列车位置的分辨率为一个闭塞分区(一般为几百米),制动的起点和终点总是某一分区的边界,对列车的控制一般采用速度码台阶式制动曲线方式,该系统要求运行间隔越短,闭塞分区(设备)数也越多。移动闭塞(MovingBlock):线路没有被固定划分的闭塞分区,列车间的间隔是动态的、并随前一列车的移动而移动,列车位置的分辨率一般为l0米范围内,该间隔是按后续列车在当前速度下的所需制动距离、加上安全裕量计算和控制的,确保不追尾,制动的起始和终点是动态的,对列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式,轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大。准移动闭塞(Distance-To-Go):线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区,一个分区只能被一列车占用,闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计,列车间隔为若干闭塞分区,而与列车在分区内的实际位置无关,列车位置的分辨率也为一个闭塞分区(一般为几十米一几百米),制动的起点可以延伸,但终点总是某一分区的边界,对列车控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式,要求运行间隔越短,闭塞分区(设备)数也越多。虚拟/逻辑闭塞(Virtual/LogicalBlock))线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区,在一个原固定闭塞分区可以被分为几个虚拟分区,闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等。最不利条件设计,列车间隔为若干闭塞分区,而与列车在分区内的实际位置无关,列车位置的分辨率也为一个虚拟分区(一般为几十米),制动的起点可以延伸,但终点总是某一虚拟分区的边界,对列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式,要求运行间隔越短,分区数也越多,但设备基本不增加。ATC系统：该系统自动控制列车行使，确保列车安全和指挥列车驾驶。ATC必须包括列车自动防护ATP,可以包括列车自动监督ATS和列车自动驾驶(ATO)。列车自动防护〈ATP〉系统:作为列车自动控制系统ATC的子系统通过列车检测、列车间隔控制和联锁(联锁设备可以是独立的,有的系统也可以包含在ATP系统中)等实现对列车相撞、超速和其他危险的故障-安全防护列车自动控制系统。列车自动监督〈ATS〉系统:作为列车自动控制系统ATC的子系统监督列车、自动调整列车运行以保证时刻表,提供调整服务的数据以尽可能减小列车未正点运行造成的不便。列车自动驾驶〈ATO〉系统:作为列车自动控制系统ATC的子系统,执行速度调整的所有或部分速度调整、程序停车、车门控制、性能等级.调整或其他功能。.紧急制动：考虑各种相关因素必需的最大停车距离的故障－安全制动。一旦实施紧急制动，中途不可缓解。最大常用制动：可达到最大制动率的常用制动，在达到规定的速度时可以缓解。线路速度限制：由线路纵剖面、轨道以及线路结构决定的线路每一个区间最大允许速度。..基于通信的列车控制（CBTC）：不依赖于轨道电路对列车进行高精度定位；大容量、双向车地数据传输；能够执行至关重要(安全)功能的车载和轨旁处理器。站停时间：移动体(车辆或列车〉在车站停留的时间,即从停车到发车的时间间隔。故障－安全:安全苛求系统的一个设计准则,硬件故障的或软件错误时防止系统呈现或维持一种不安全状态,或者使系统导向安全状态。间隔：在同一线路同一方向上,两列追踪的列车或车辆首尾之间的间隔。联锁:在轨道交叉、分割等处道岔、闭塞和信号装置的布置。设备间的连接必须保证他们的动作必须按照预先设定的次序实现相互有效的制约,从而防止列车追尾或相撞。移动授权:在给定的运行方向下,允许列车进入和通过特定的轨道区间的授权。移动授权由CBTC系统分配、监督和执行以保证安全列车间隔、通过联锁提供防护。冗余：用多于一种手段完成指定功能的系统结构。可靠性:在设计参数范围,特定运营条件及在特定的时间内,系统无故障完成指定功能的概率。安全制动模型:考虑到最不利因素和故障情况,列车实施减速制动直至完全停车模式下的列车性能的描述。一个装备CBTC的列车停车制动距离将等于或小于安全制动模型保证的距离。系统安全：工程、管理准则、标准和技术的应用在系统生命周期各个阶段内运行效力、时间和成本的制约下来优化安全的各方面。系统安全计划:结合系统安全管理和系统安全工程的任务和行为,在系统生命周期内以一种及时、高性价比的方式满足系统安全要求来增强运行的效力。至关重要的功能〈vitalfunction〉：安全苛求系统中需要以故障一安全模式执行的功能。安全完善度(SafetyIntegrity〉:在安全系统中体现确保安全的能力。其定量指标可以采用在给定时刻系统维持安全功能完善的概率来表示。安全完善度等级〈SafetyIntegrityLevel〉：对系统所要求的安全性完善水平的一种定量指标。是将安全完善度根据安全功能失效的频率和产生的危险严重程度划分成的等级。对不同等级的系统提出不同的技术要求,以便适当地选用可靠性及安全性技术措施来达到相应的技术条件。允许速度：列车运行过程允许达到的最高安全速度。目标速度：列车运行前方目标点允许的最高速度。目标距离,列车前端至运行前方目标点的距离。目标距离模式曲线,以目标速度、目标距离、线路条件、列车特性为基础生成的保证列车安全运行的一次制动模式曲线。固定限速,由线路结构及道岔位置决定的最高运行速度。临时限速,由行车人员临时给出的列车限速。走过防护区段,为保证行车安全在禁止信号内方设置的防护区段。冒进防护,列车越过禁止信号立即触发紧急制动。车尾限速保持,为了防止列车尾部在限速区段超速,在相关区段采取的限速措施。习题:1.固定闭塞、准移动闭塞、移动闭塞、虚拟闭塞的基本概念及其相互区别。2.故障安全、安全完善度等级的概念及其相互区别。3.列车自动防护ATP的基本概念。第2章概述轨道交通运输负有安全、迅速、正确和经济地运送旅客和货物的社会责任。轨道交通要安全、快速地运输,人的因素是首先应重视的。在同一个轨道上高速而且短行车间隔运行的列车,司机的一点点精神疏忽,都可能造成重大行车事故。而人的注意力范围是有限的,因此必须采用机械的、电气的、智能化的信号设备,以确保列车行车安全,保护生命财产。这些信号设备包括向司机指示列车运行条件保障行车安全的的列车运行控制系统设备〈简称列控设备〉和联锁设备。所谓列车运行控制系统是由列控中心、闭塞设备、地面信号、地车信息传输设备、车载速度控制设备构成的用于控制列车运行速度保证行车安全和提高运输能力的控制系统。列车运行控制系统一般应具有如下功能:〈1〉应能反映所防护线路的空闲状态当线路在空闲状态时,才能给出允许列车进入的信息。自1872年发明了检测铁路线路上是否有车辆存在的技术一一一轨道电路,信号控制与轨道电路相结合,才使信号显示能真实反映线路空闲状态,也就是说按信号显示行车能够防止列车冲突事故。目前,轨道电路和计轴仍是检测列车占用的有效手段。但随着地车通信传输技术的发展,列车自身进行位置的检测将脱离传统的轨道电路和计轴设备,轨道电路和计轴设备只是作为基于通信的列车运行控制系统的后备模式或过度方案。〈2〉应能反映危及行车安全的因素是否发生危及行车安全的因素是多方面的,限于科学水平和经济条件,目前还不能用技术手段把所有危及行车安全的因素一一检测并和信号控制相结合。但应积极地逐步以技术手段来识别、消除或减弱这些因素,尽可能在发现危险因素时,列车运行控制系统应立即给出使列车停止运行或降速的信息〈使信号处于关闭状态〉,保证列车不会驶入危险线路区段。〈3〉应能指示和控制列车安全运行速度实际上列车的运行速度受到若干因素的限制。例如,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。如果实际运行速度超过了限制速度,则会引起列车颠覆或撞车的危险。特别是列车的制动距离是速度的增函数,若列车运行超过了预定的速度，就不能在指定地点停下来，就会发生冒进信号甚至撞车事故,信号显示以能指示列车以什么速度进入信号所防护的线路是安全的。但是,现有的地面信号受到显示方式以及其它技术条件限制,仅显示调整列车运行的命令,还不能指示列车应有的安全速度。因此,列车运行控制系统应当能够根据地面发送的各种限制速度指令来实时控制列车的速度。2.1轨道交通列车运行控制系统的发展过程轨道交通的信号系统产生过几次革命性的变革。首先是l841年从无信号到手动闭塞信号的过渡,接着是向基于轨道进行信息传输的固定闭塞信号系统的演进,目前已发展到基于通信的CBTC系统控制的移动闭塞。概括起来讲,轨道交通列车运行控制系统的发展是随着列车与地面信息传输系统的发展而发展的,下面将就出现的典型列车运行控制系统的控制方式做一介绍。1地面人工信号铁路运营的开始,就产生了如何控制列车间隔以保证行车安全的问题,从而产生了行车闭塞法。在铁路上闭塞是指有列车运行的线路区段封闭起来,不准许其他列车驶入,以防止列车相撞。世界上首条铁路在英国开始运营时,只有白天行车,且铁路上只有一列列车来回运行,所以不比考虑到列车相撞的问题。随着社会的发展,客货运量不断增长,铁路运行线路不断增长,车站增多,运行列车增多。为防止列车相撞,在线路上安装各种信号设备。通过地面信号显示系统,以物体大致形状、灯光的数目和颜色等视觉信号或音响信号等听觉信号给司机以各种运行条件的指示,提醒司机采取相应的措施,以免发生列车正面冲突和追尾事故。美国在1832年开始在车站上设置信号机,作为站与站之间传送信息。信号机上挂有果物笼状的东西,外面包白布或黑布,吊在10m高的柱子上,这个信号叫球信号。当列车从车站发车时,发车站将百球挂在柱顶,指示列车以己出发。接车站将白球挂在中间,指示列车进站停车,将百球挂在柱顶,指示列车通过,将百球挂在柱下,指示列车停在站外。若发车站将黑球挂在柱顶,则表示列车晚点。由于当时站间还没有通讯手段,相邻车站用航海望远镜观察,根据球信号的颜色和位置向司机传送信号。从那个时代起,信号机已经开始起闭塞机作用了,只不过两站间闭塞关系靠人工保证,而不是靠设备保证。这个阶段,主要是依靠信号工的眼睛观测〈传感器),通过人控制的信号给司机传递行车命令(传输),然后,由司机控制列车运行。而列车间隔调整依靠人工闭塞。2.人工闭塞系统在未出现轨道电路之前,人们在每个车站采用人工的办法实现了闭塞的概念,即在每个车站安装一个指示信号,见图l-1。保证列车在调度员和司机共同负责安全的情况下行车,提高了只凭司机或调度员情况下的行车安全。3基于轨道电路的闭塞系统在出现轨道电路后,采用轨道继电器的吸起和落下来检测轨道区段的空闲,根据列车在该轨道