高速列车运行控制系统

列车运行控制系统,招标,车辆ATP,铁道部提出“自主创新体系”原始创新集成创新引进消化，吸收创新,动车组是由动力车(M)和拖车（T)组成，自带动力、可两端驾驶、固定编组的旅客列车，并在日常的运营和维护中不解编。,动力集中式,动力完全分散式,动力相对分散式,动车组制造情况表,高速列车特点,舒适度强速度快,如何保证安全性？,高速列车运行控制系统(ATC-CTCS),AutomaticTrainControlChineseTrainControlSystem高速铁路安全运行管理系统高速铁路的神经中枢,列车运行控制系统是根据列车在铁路线路上运行的客观条件和实际情况，对列车运行速度及制动方式等状态进行监督、控制和调整的技术装备。,列车运行控制系统ATC（AutomaticTrainControl）,列控中心是地面设备的核心，根据行车命令、列车进路、列车运行状况和设备状态，通过安全逻辑运算，产生控车命令，实现对运行列车的控制。（电子单元LEU）,引导语,我国是否有单位配备了这么一流的列控系统？铁道部对发展我国列控系统的指导思想？,ATO不配ATP+LKJ2000（机车运行监控装置）TDCSCTC取代ATS车站：联锁系统和列控中心（TCC),与列控系统结合,列控中心根据调度命令、进路状态、线路参数等产生进路及临时限速等相关控车信息，通过应答器和轨道电路传送给列车。TCC自律机向列控中心发送临时限速信息，包括起点里程、长度、速度、起止车次和时间等。,ATC包括三个子系统：列车自动监控ATS（AutomaticTrainSupervision）列车自动防护ATP（AutomaticTrainProtection）列车自动运行ATO（AutomaticTrainOperation）,ATP子系统主要功能通过车载ATP系统和地面设备间的信息传输，来实现列车的安全间隔控制、超速防护及车门控制,保证行车安全。ATP的工作原理将信息（包括来自联锁设备和操作层面上的信息、地形信息、前方目标信息和允许速度信息等）不断从地面传至车上，从而得到列车当前允许的安全速度，依此对列车实现速度监督管理。(信号显示-允许速度值的量化）,ATO的子系统的功能控制列车在允许速度下运行，并自动调整列车速度，列车在区间或站外停车后，一旦信号开放可以，即可自动启动，系统控制列车到达站台的最佳制动点，使列车停止与预定目标点，停站结束后，保证车门关闭，列车能自动启动：当列车到达折返站时，自动准备折返。,ATS子系统的功能主要功能是监控列车运行状态,采用软件方法实现联网、通信及列车运行管理自动化。（自动显示车次、运行位置和信号设备工作状态，自动或人工办理进路；编制管理列车运行图，自动调整运行计划，自动描绘或复制列车运行实迹，列车运行模拟仿真；对运行数据自动统计和制表等）。,列控系统的作用,(1)保障行车安全(2)提高运行效率,列车运行自动控制系统（简称列控系统）是保证列车按照空间间隔制运行的技术方法，它是靠控制列车运行速度的方式来实现的。,列控如何实现其作用？采用技术方法，对运行列车进行间隔控制（时间或空间）;追踪运行：满足安全制动距离的前提下，尽可能缩短追踪间隔;采取的技术：闭塞与防护。,时间间隔法：列车按照事先规定好的时间从车站发车，使前行列车和追踪列车间必须保持一定时间的行车方法。（已淘汰）,空间间隔法：把线路划为若干分区，在每分区的同一时间内只允许一列车车运行，而使前行列车和追踪列车之间必须保持一定距离的行车方式。,闭塞与防护,闭塞技术分类：站间闭塞自动闭塞（国内外大量使用闭塞方法，三显或四显）装备列控系统的自动闭塞固定闭塞准移动闭塞虚拟闭塞移动闭塞,利用信号机把区间划分为若干个装设轨道电路的闭塞分区，通过轨道电路将列车和通过信号机的显示联系起来，使信号机的显示随着列车运行位置而自动变换的一种闭塞方式。,1固定闭塞,对应固定闭塞方式，列控系统采取分级速度防护模式。我国铁路车载防护设备为“机车运行监控记录装置”LKJ-2000。,图1-1固定闭塞示意图,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；固定闭塞的追踪目标点为前行列车所占用闭塞分区的始端，后行列车从最高速开始制动的计算点为要求开始减速的闭塞分区的始端，这两个点都是固定的，空间间隔的长度也是固定的，所以称为固定闭塞。,2准移动闭塞,准移动闭塞方式的列控系统采取目标距离防护模式，列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式。,准移动闭塞示意图,追踪目标点固定：前行列车所占用闭塞分区的始端，当然会留有一定的安全距离开始制动点不固定：后行列车从最高速度开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。空间间隔的长度是不固定,3.移动闭塞,追踪列车的目标点是前行列车的尾部，空间间隔的长度是不固定的，所以称为移动闭塞。（无轨道电路、无闭塞分区，采用无线通信和无线定位技术来实现）,移动闭塞示意图,4、虚拟闭塞,图1-3虚拟闭塞示意图,虚拟闭塞的闭塞分区和轨旁信号机都是虚拟的、逻辑的。（无轨道电路，有闭塞分区)青藏铁路，由美国GE所做。,中国铁路列车运行控制系统CTCS（ChineseTrainControlSystem）,参照欧洲铁路ETCS，欧洲铁路综合移动通信系统GSM-R,根据中国铁路特点;中国铁路CTCS体系的构建原则是以地面设备为基础，采用车载与地面设备统一设计。,CTCS应用等级,CTCS列控系统划分为了5个应用等级，即04级，其中:CTCS系统对既有线的兼容能力是通过0级和1级来反映的2级、3级、4级则是对现代列控系统技术的展现。CTCS各级均可通过技术装备实现向下兼容。,CTCS列控技术体系形成过程,CTCS系统基本功能,(1)安全防护在任何情况下防止列车无行车许可运行。防止列车超速运行。防止列车超过进路允许速度。防止列车超过线路结构规定的速度。防止列车超过机车车辆构造速度。防止列车超过临时限速及紧急限速。防止列车超过铁路有关运行设备的限速。防止列车溜逸。,(2)人机界面能够以字符、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。机车乘务员输入装置应配置必要的开关、按钮和有关数据输入装置。具有标准的列车数据输入界面，可根据运营和安全控制要求对输入数据进行有效性检查。,3)检测功能具有开机自检和动态检查功能。具有关键数据和关键动作的记录功能及监测接口。(4)可靠性和安全性按照信号故障导向安全原则进行系统设计。采用冗余结构。满足电磁兼容性相关标准。,CTCS简介,CTCS系统结构图,铁路运输管理系统是行车指挥中心，以CTCS为行车安全保障基础，通过通信网络实现对列车运行的控制和管理。,CTCS网络分布在系统的各个层面，通过有线和无线通信方式实现数据传输。,列控中心（TCC）轨道电路（ZPW2000）点式设备（有源或无源应答器）无线闭塞中心(RBC),车载安全计算机(EVC)连续信息接收模块（BTM）点式信息接收模块（STM）无线通信模块测速模块人机界面（DMI）记录单元等。,列车运行控制系统地面设备框图,地面系统主要功能：(1)检查列车在区间的位置，(2)形成速度信号，(3)向列车传送允许速度、线路参数等信息。,列车控制系统组成-地面系统,列车运行控制系统在道旁设有控制中心，间隔约1520公里。,车载设备主要由天线、信号接收单元、制动控制单元、司机控制台显示器、速度传感器等组成。车载设备根据接收到的地面信息、列车特性，计算列车制动模式曲线，控制列车运行状态。,列车运行控制系统车载设备框图,列车控制系统组成-车载设备,CTCS系统构成图,行车指令由地面无线闭塞中心(RBC)通过GSMR无线网络发送给列车，列车按接收到的移动授权运行（线路参数、运行许可、临时限速等信息均通过RBC、GSMR传输）；轨道占用和列车完整性检查由轨道电路检测；里程确认通过应答器完成。,CTCS列控系统分级,基于无线信息传输，机车乘务员凭车载信号行车。用于300-350km/h线路。,CTCS-3,CTCS-2,CTCS-0,CTCS-1,CTCS-4,基于无线通信传输平台，取消轨道电路，实现虚拟闭塞或移动闭塞。未来发展方向。,CTCS-0级应用于既有铁路120km/h及以下的区段，装备为既有铁路信号设备;地面国产轨道电路、自动闭塞系统;车载通用机车信号列车运行监控记录装置;固定闭塞；分级速度控制。,CTCS-0,CTCS-1,CTCS-1级应用于既有铁路160km/h及以下的区段，装备为既有铁路信号设备;地面国产化轨道电路ZPW-2000固定闭塞系统；车载主体机车信号列车运行监控记录装置（增强型）；准移动闭塞。,CTCS-2,用于提速干线、高速客专和特殊线路;车站列控中心TCC，由应答器、ZPW-2000A轨道电路完成车地通信。地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。车载ATP+LKJ2000，凭车载信号行车，可下线在CTCS1/0线路;准移动闭塞;,车载设备同时配备ATP和LKJ2000两套列控设备进行安全防护;在CTCS-2区段由ATP防护安全;当列车下线行驶在CTCS-0/1级区段或在CTCS-2区段由ATP故障时，由LKJ2000防护安全.,轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息；点式信息设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息。,点式应答器,欧标应答器可存储1023位数据报文，利用应答器主要可以传送以下信息：线路基本参数：如线路坡度、轨道区段长度、轨道区段编号等；线路速度信息：如线路最大允许速度、列车最大允许速度等：道岔限速信息：如给出前方道岔的侧向限速值；特殊定位信息：如变相点、进出隧道、列车停位等；其他信息：如固定障碍物信息、列车运行目标数据、链接数据等。临时限速信息：如因施工、天气等原因引起的临时限速信息；车站进路信息：如接发车进路信息，以及相关的线路参数。,应答器布置示意图,CTCS2,信号闭塞,应答器,LEU,车站联锁,车站列控中心,电子单元,CTCS-2系统原理,轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息；点式信息设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息。,CTCS2系统设备结构,CTCS-2系统设备结构,CTCS-2运行示意图,CTCS2列控系统通过ZPW2000轨道电路发送行车许可，列控车载设备根据轨道电路信息码，并结合应答器信息控制列车安全行车。,CTCS-2级车载设备图,CTCS-2车载设备,司机显示器DMI,CTCS-3,用于提速干线、高速客专和特殊线路；无线通信（GSM-R）传输车地信息；轨道电路检查列车占用，车站无线闭塞中心RBC根据地面信号系统对列车移动授权；车载ATP，凭车载信号行车，可下线在CTCS2线路；准移动闭塞。,RBC通过计算机联锁系统和轨道电路获得前方进路信息和列车位置，并通过无线方式传给后续列车；实现了控车方式由地面固定信号控制向车载移动信号控制的转变，确保了最小追踪间隔3分钟，最高列车运行时速300-350km；,CTCS-3系统原理,CTCS3在CTCS2基础上，地面增加了无线闭塞中心RBC，车载ATP集成了CTCS2模块，增加了无线接收模块。,速度传感器,应答器天线,轨道电路天线,雷达传感器,CTCS3系统设备结构,CTCS-3系统动画演示,CTCS-3列控系统动画演示,CTCS-3主要技术原则,（1）CTCS-3级列控系统满足运营速度350km/h、最小追踪间隔3分钟的要求。（2）CTCS-3级列控系统满足正向按自动闭塞追踪运行，反向按自动站间闭塞运行的要求。（3）CTCS-3级列控系统满足互联互通的运营要求。（4）CTCS-3级列控系统车载设备采用目标距离连续速度控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行。,CTCS-3主要技术原则,（5）CTCS-2级作为CTCS-3级的后备系统。无线闭塞中心或无线通信故障时，CTCS-2级列控系统控制列车运行。（6）全线无线闭塞中心（RBC）设备集中设置。（7）GSM-R无线通信覆盖包括大站在内的全线所有车站。（8）动车段及联络线采用CTCS-2级列控系统。,CTCS-3主要技术原则,（9）CTCS-3级列控系统车载设备速度容限规定为超速2km/h报警、超速5km/h触发常用制动、速度在250km/h以上时超速15km/h触发紧急制动、速度在250km/h及以下时超速10km/h触发紧急制动。（10）CTCS-3级列控系统统一接口标准，涉及安全的信息采用满足IEC62280标准要求的安全通信协议。（11）CTCS-3级列控系统安全性、可靠性、可用性、可维护性满足相关标准的要求，关键设备冗余配置。,CTCS-3列控系统介绍系统结构图,在CTCS3列控系统中，CTCS3基于GSM-R无线通信传输，CTCS2基于轨道电路信息码+应答器传输。调度集中CTC、联锁系统、无源应答器和ZPW2000轨道电路为CTCS3和CTCS2的共用部分，无线闭塞中心RBC供CTCS3使用，有源应答器和列控中心供CTCS2使用。,200km/h动车组和300km/h动车组的混跑,CTCS-3信息流向,C3系统和C2系统都通过ZPW2000轨道电路检测列车的占用；采用同一联锁系统。300km/h及以上动车组根据C3系统的无线命令行车，C2作为备用系统；200-250km/h动车组根据C2系统的轨道电路信息码（结合应答器信息）行车。,CTCS2信息流向,CTCS-3介绍动车组混跑,CTCS-3列控系统优势,CTCS-4级,面向高速新线或特殊线路无线通信（GSM-R）车站无线闭塞中心RBC跟踪列车位置，根据车载信息进行列车移动授权，列车定位和列车完整性检查由地面无线闭塞中心RBC和列车完整性验证系统完成，取消了传统的地面信号机CTCS车载设备，凭车载信号行车移动闭塞等同于ETCS-3,车载子系统,列车控制系统关键技术,VC,(BTM),(连续信息接收模块STM),车轮速度传感器每套车载设备两个,雷达速度传感器每套车载设备两个,列控地面子系统（无线闭塞中心）,列车控制系统关键技术,列控地面子系统(列控中心),列控中心功能：实现对ZPW2000轨道电路的编码，控制应答器编码，通过轨旁电子单元向有源应答器发送临时限速信息。,列车控制系统关键技术,列控地面子系统(无源应答器),功能：无源应答器提供的信息主要包括线路的坡度、闭塞分区或轨道电路长度、载频、线路固定限速等信息。设置位置：区间根据需要在闭塞分区的分界处设置，其应用原则是：一处丢失，不影响正常运用。设备：已进行了技术转让和国内生产。,列车控制系统关键技术,列控地面子系统(有源应答器,电子单元LEU),功能：接收车站列控中心的信息，并向列车传送。LEU的作用相当于功率放大器。有源应答器提供的信息主要包括进路信息和临时限速信息。1个LEU控制4台应答器。设置位置：车站的4架进站信号机处各设1个有源应答器。设备：已进行了技术转让和国内生产。,列车控制系统关键技术,联锁子系统,列车控制系统关键技术,CTCS-3列控车载模式,1、待机模式SB（SB:Standby）,适用于C3车载和C2车载；当列控车载设备上电时，执行自检和外部设备测试正确后自动处于待机模式，车载设备禁止列车移动。在本模式下ATP车载装置的接收轨道电路信息、接收应答器信息等功能有效。但不进行速度比较等控制，同时，无条件地输出制动。在待机模式下，不进行临时限速控制。,2、完全监控模式（FS:Fullsupervision）,当车载设备具备列控所需的基本数据(轨道电路信息、应答器信息、列车数据)时，ATP车载设备生成目标距离模式曲线，并能通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等，控制列车安全运行。,适用于C3车载和C2车载,3、部分监控模式,PS模式：PartSupervision当ATP车载设备接收到轨道电路允许列车运行的信息，但是由于线路数据缺损，ATP车载设备工作将处于部分监控模式，产生固定限速，监控列车运行。部分监控模式对应3种运行工况,仅适用于C2车载,连续两组及以上应答器线路数据丢失,当连续两组及以上应答器的线路数据丢失时，ATP车载设备根据线路最不利条件，产生监控速度曲线（最高限制速度120km/h），监控列车运行.,侧线发车,侧线发车时，ATP车载设备根据股道轨道电路信息，形成并保持固定限制速度45或80km/h（至出站口），监控列车运行。,引导接车,车站信号设备等故障以及不能接收应答器线路数据时须采用引导接车。车载ATP装置生成固定速度防护曲线（20km/h），监控列车站内引导运行。,4、目视行车模式(OS:On-Sight),当地面设备故障、列控车载设备显示禁止信号且列车停车后需继续运行时，根据行车管理办法，经司机操作，列控车载设备按固定限制速度40km/h监控列车运行，列车每运行一定距离（300米）或一定时间（60秒）