（交通信息工程及控制专业论文）客运专线CTCS2级列控中心功能仿真研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 客运专线列控中心是我国客运专线c t c s 2 级列控系统地面信号控制的 关键系统，它根据轨道区段占用信息、联锁进路信息、线路限速信息，站 间通信信息等，产生列车行车许可命令，并通过轨道电路和有源应答器， 传输给车载子系统，将a t p 车载设备与线路上的其他管理系统和控制系统 有机的联系在一起。 客运专线列控中心功能强大，控制逻辑复杂，安全性要求高又是我国 铁路信号系统的新技术，其功能逻辑的正确性关系着列车运行的安全。由 于我国铁路列车种类多、信号设备配置复杂、线路形式多样，常常出现一 些如轨道电路分路不良，信号机的异常关闭等故障，列控中心如何实现应 有的功能并对这些故障进行防护是目前存在的关键问题。因此有必要用软 件仿真的方法建设一套符合客运专线c t c s - 2 级技术条件的列控中心仿真系 统，不仅可以对列控中心功能逻辑的正确性及技术方案的合理性进行研究 和验证，而且使用该仿真系统对各种测试条件进行模拟仿真测试，及早发 现问题，是很有意义的。 本文通过研究客运专线c t c s 2 级列控中心的技术规范和接口协议，进 行了客运专线c t c s 一2 级列控中心仿真系统结构设计和功能需求分析，详细 设计并完成了轨道电路编码，区间信号机点灯和区间改方模块。本论文主 要内容包括以下几个方面：首先分析了区间轨道电路分路不良，故障占用 的各种情况，并提出解决的算法，提出了轨道电路分路不良、故障占用“三 点检查”判断的不适用情况；然后总结了区间及站内轨道轨道电路的编码 原则并阐述了如何实现其编码逻辑功能，提出了站内编码的一些建议；接 着分析并总结了区间信号机显示与码序的对应关系，实现了利用码序对区 间信号机点灯的逻辑功能：分析正常改方及辅助改方的逻辑并实现了区间 改方逻辑功能；最后对各个功能模块进行测试分析，达到了预想效果。 关键词：客运专线；列控中心；轨道电路编码；信号机点灯；区间改方； 分路不良； 西南交通大学硕士研究生学位论文第l j 页 a b s tr a c t t c c ( t r a i nc o n t r o lc e n t e r ) i sa c r i t i c a ls y s t e mi ng r o u n ds i g n a lc o n t r o ls y s t e m o fc t c s 2t r a i nc o n t r o ls y s t e mf o rd e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n e s i ts e n d so u tt h e l i c e n s ec o m m a n df o rt h eo p e r a t i o no ft h et r a i nw h i c hi sb a s e do nt h et r a c ks e c t i o n o c c u p i e di n f o r m a t i o n ，i n t e r l o c ka p p r o a c hi n f o r m a t i o n ，l i n es p e e dl i m i t e d i n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o ni n f o r m a t i o nb e t w e e ns t a t i o n s t h e ni tt r a n s m i t s t h ei n f o r m a t i o nt ot h ev e h i c l es u b s y s t e mt h r o u g ht r a c kc i r c u i ta n da c t i v eb a l i s e i n t h i sw a y , t c cc o n n e c t s 、析t 1 1a t p ( a u t o m a t i o nt r a i n p r o t e c t i o n ) a n d o t h e r m a n a g e m e n ts y s t e m so ft h er a i l w a y a sf o rt h ep o w e r f u l f u n c t i o n s ，c o m p l i c a t e d c o n t r o ll o g i ca n dh i g hs a f e t y r e q u i r e m e n t s ，t h ec o r r e c t n e s so ft h ef u n c t i o n a ll o g i co ft c ca f f e c t st h es a f e t yo f t r a i no p e r a t i o n i no u rc o u n t r y , b e a c a u s eo ft h ev 撕e t yo ft h et r a i n s ，t h ec o m p l e x i t y o fs i g n a l e q u i p m e n t sa n dt h e v a r i o u sf o r m so fl i n e s ，t h e r ea r es o m ef a u l t s c o n s t a n t l y , s u c ha s ，t h ed e f e c t i v es h a n t i n go ft r a c kc i r c u i ta n dt h ea b n o r m a lc l o s u r e o ft h es i g n a l s a n da tp r e s e n tt h em o s tc r i t i c a li s s u ei st om a k es u r et h a tt c cc a n a c h i e v ei t sf u n c t i o n sp r o p e r l ya n dp r o t e c tt h es a f e t yo ft h es y s t e mf r o mt h ef a u l t s a sar e s u l t ，i ti sq u i t en e c e s s a r yt od e v e l o pas i m u l a t i o ns y s t e mo ft h et c c a c c o r d i n gt ot e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o nf o rt r a i nc o n t r o lc e n t e ro fc t c s 2t r a i n c o n t r o ls y s t e mf o rd e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n e s b yd o i n gt h i s ，i tc a nn o to n l ys t u d y a n dv e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ff u n c t i o n a ll o g i co ft h et c ca n dt h er a t i o n a l i t yo ft h e t e c h n i c a ls c h e m e ，b u ta l s om e a nal o to ni d e n t i f y i n gp r o b l e m si na d v a n c et h r o u g h s i m u l a t i o nt e s t si na 1 1k i n d so ft e s tc o n d i t i o n s t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e st h e 舭t u r ed e s i g na n dt h ef u n c t i o nr e q u i r e m e n to f t c cs i m u l a t i o n s y s t e ma c c o r d i n gt o t h et e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o na n d t h e i n t e r f a c i c a lp r o t o c o lf o rt r a i nc o n t r o lc e n t e ro fc t c s 2t r a i nc o n t r o ls y s t e mf o r d e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n e s t h e nt h ep a p e re m p h a s i z e st h ed e s i g no ft h em o d u l e s o ft r a c kc i r c u i tc o d e ，s e c t i o ns i g n a ll i g h ta n dd i r e c t i o n - c h a n g eo fs e c t i o i l si nd e t a i l 。 t h em a i nc o n t e n t so ft h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w i n g ：f i r s t l y , i ta n a l y z e sa l l k i n d so ft r a c kc i r c u i td e f e c t i v es h u n t i n ga n df a u l to c c u p a t i o ns i t u a t i o n s ，f i n d st h e a l g o r i t h ms o l u t i o n s i ta l s op r o p o s e st h es i t u a t i o n so fn o n a p p l i c a t i o no ft h et r a c k c i r c u i td e f e c t i v es h u n t i n ga n df a u l to c c u p a t i o no f ”t h r e e p o i n t i n s p e c t i o n s ” 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ii 页 s e c o n d l y , i ts u m m a r i z e st h et r a c kc o d i n gp r i n c i p l e so ft h es e c t i o na n dt h es t a t i o n t r a c kc i r c u i t ，g i v e st h ew a yt oa c h i e v ei t sc o d i n gl o g i cf u n c t i o n i ta l s op r o p o s e s s o m eo ft h er e c o m m e n d a t i o n sf o rs t a t i o nc o d i n g t h e n ，i ta n a l y s e sa n ds u m m a r i z e s t h ec o r r e s p o n d i n gr e l a t i o n sb e t w e e ns i g n a ld i s p l a ya n dt h ec o d e ，r e a l i z e st h e f u n c t i o nt oc o n t r o lt h el o g i cf u n c t i o no fs i g n a ll i g h tb yu s i n gc o d es e q u e n c e n e x t ， i tf o c u so na n da c h i e v e st h ef u n c t i o no ft h el o g i co fn o r m a ld i r e c t i o n - c h a n g eo f s e c t i o n sa n da u x i l i a r yd i r e c t i o n c h a n g eo fs e c t i o n s i nt h ee n d ，t e s ta n a l y s i si s c a r r i e do u tf o re a c hf u n c t i o na n dh a sa c h i e v e dt h ee x p e c t e dr e s u l t s k e y w o r d s ：d e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n e ；t r a i nc o n t r o lc e n t e r ；t r a c kc i r c u i tc o d e ； s i g n a ll i g h t i n g ；d i r e c t i o n - c h a n g eo fs e c t i o n ；d e f e c t i v es h u n t i n g ； 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密函使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：冬仂 指导老师签名： 日期：1 卯c f 写y 月劲d 日期： 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工 作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和 集体，均己在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 研究了c t c s 一2 级客运专线列控中心功能并进行了仿真。分析了轨道电 路分路不良和故障占用的各种情况，提出利用“三点检查”的方法在多车 追踪情况下判断轨道电路分路不良和故障占用的算法。实现了轨道电路编 码、区间信号机点灯、区间改方功能，提出了站内编码的安全隐患并给出 了解决方案。研究列控中心的功能及软件的内部逻辑处理不仅对于验证和 完善列控中心功能正确性提供建议和方案，而且对于c t c s - 2 级列控系统的 列控中心测试提供方案和策略，对提高客运专线行车安全性具有重要意义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 近年来，随着我国铁路跨越式发展战略的实施，铁路建设进入了 一个蓬勃发展的新时期。既有线以提速、扩能改造为代表，新建铁路 则以修建2 0 0 - 2 5 0 k m h 和3 0 03 5 0 k m h 客运专线为代表。“十一五 期间，我国将完成9 8 0 0 公里客运专线建设任务，其中包括合宁、石 太、合武等多条时速2 0 0 - 2 5 0 公里的客运专线。为确保列车运行安全 和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全、可靠、高效的列车 运行控制系统。既有线提速试验证明，c t c s 一2 系统在完全可以满足新 建2 5 0 k m h 客运专线需要。但2 5 0 k m h 客运专线运营功能与性能需求 与既有线存在一定的差异，还必须考虑3 0 0 k m h 客运专线及与既有线 互通运行的问题。为了进一步适应铁路跨越式发展战略，迎接第六次 大提速和客运专线建设，传统的以地面信号为主体信号的信号系统已 不能满足运输要求和保证行车安全，必须采用列车运行控制系统。为 此，我国在吸取和借鉴欧洲列车运行控制系统( e t c s ) 发展经验的基础 上，结合中国的具体国情，参照e t c s 标准，制定了中国列车运行控 制系统c t c s 的技术标准和相应的c t c s 技术条件，以保证我国铁路运 输安全，满足互通运营的需求，并适应提速战略的实施h 1 。 为满足我国铁路互通运营的要求，铁道部统一了区间轨道电路的 制式，制定了中国列车控制系统( c t c s ) 技术规范总则( 暂行) 。为 实现既有线第六次大提速，铁道部从国外引进了动车组、列控车载、 点式应答器等关键设备和技术，并进一步消化、吸收、再创新，组织 了国内的信号专家开展了既有线车站列控中心系统的研究与开发，确 保了第六次大提速的顺利实施。受条件限制，既有线车站列控中心在 技术方面还存在不足，尚不能满足时速2 0 0 k m 及以上客运专线( 含客 货共线) 铁路、城际铁路的需要。主要体现在：列车从车站侧线发车， 不能实现全监控模式( f s ) 运行：列控中心外部通信接口安全防护能 力欠缺：列控中心仅完成了对进站端、出站端处有源应答器的控制， 设备资源没有充分利用：车站叠加股道电码化，列车在站内不能连 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 续接收轨道电路信息等。客运专线车站列控中心系统为满足新建客运 专线a t p 车载设备对地面控制信息的需要，不仅解决既有线车站列控 中心系统的不足并实现了轨道编码、区间信号机点灯，区间运行方向 与闭塞控制、站间安全通信等功能而且将a t p 车载设备与线路上的其 他管理系统和控制系统有机的联系在一起，使铁路信号信息控制更加 安全、高效。 客运专线列控中心是我国客运专线c t c s 2 级列控系统地面信号控 制的关键系统，功能强大，内部逻辑复杂，其运行的准确性可靠性关 系着列车运行的安全。我国铁路列车种类多、信号设备配置复杂、线 路形式多样，常常出现一些如轨道电路分路不良，信号机的异常关闭 等故障，列控中心如何实现应有的功能并对这些故障进行防护是目前 存在的问题，因此对列控中心功能逻辑的研究和仿真是非常紧迫和重 要的。 1 2 国内外研究现状 世界各国都积极研究自己的列车控制系统，并己成功投入运行。 如德国的l z b 、法国的t v m 、日本的数字a t c 系统等。在同一时期， 欧盟各国在极力解决欧洲各国列车跨国运行及高速铁路列控系统互 联互通和兼容性问题，于2 0 世纪9 0 年代联合研究制定了欧洲列车控 制系统e t c s 技术规范，并根据不同需求在装备标准上分e t c s i - e t c s 3 三个等级，并通过立法要求欧盟各国铁路实现。目前，发达国家具有 代表性的客运专线列控系统主要有西班牙的马德里一莱里达高速线、 意大利的罗马一那不勒斯高速线所采用的e t c s2 级( e u r o p e a nt r a i n c o n t r o ls y s t e m ) 列控系统：欧洲采用较多，技术成熟的e t c s1 级系 统：日本东北新干线采用的d s a t c 系统等。 在我国，对列控系统的研究处于起步阶段。2 0 0 5 年初开始，铁道 部运输局组织制订了c t c s - 2 级列控系统的具体实施方案，确定了既 有线2 0 0 k m h 动车组列控系统车载设备、地面设备配置、运用技术原 则，全面启动并主持实施了c t c s - 2 级列控系统的系统集成、技术标 准制订、设备引进和研发、列控试验、工程建设等各项准备工作。铁 道部组织通号集团北京全路通信信号研究设计院、北京和利时系统工 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 程股份有限公司、中国铁道科学研究院、通号集团合资企业卡斯柯信 号有限公司、北京交大微联科技有限公司等单位对车站列控中心技术 方案进行论证，并成立联合项目组，立项开始研制车站列控中心。 既有线c t c s - 2 级列车运行控制系统列控中心设备已经通过了铁 道部的技术审查，在第六次大提速中广泛使用。在全路第六次大面积 提速中，全路已有2 5 5 个车站安装了车站列控中心设备。设备开通至 今运行稳定可靠，已达到世界先进水平。既有线c t c s - 2 级列车运行 控制系统列控中心设备的研发成功和大面积的推广使用。 既有线提速取得了很大的成功，但其列控系统主要是针对既有线 的运营现状和技术装备水平、尽量减少对既有装备的改造的需求进行 开发的，随着客运专线技术装备标准的提高、运输需求的改变，既有 线c t c s - 2 级列控系统能否适应客运专线新的要求，有必要进行研究、 论证。经过铁道部研究和论证既有线c t c s 一2 级列控系统已经不能适 应客运专线新的要求，2 5 0 k m h 客运专线运营功能与性能需求与既有 线存在一定的差异，还必须考虑3 0 0 k m h 客运专线及与既有线互通运 行的问题，必须装各适应客运专线的列车控制系统。 我国的第一条客运专线合宁线已经上道并使用由通号设计院和 和利时自主研发的满足2 5 0 k m h 、3 0 0 k m h 运营要求与性能的l k d 一2 型列控中心。虽然在上道之前进行了严格的测试，但是在运营过程中 出现了很多问题，尤其在逻辑功能上出现了一些问题，如站内码序升 级，轨道电路分路不良，故障占用等故障同时出现并未对其进行有效 防护等一些功能逻辑问题。如何保证客运专线c t c s 一2 级列控系统的 核心设备列控中心功能逻辑正确显得尤为重要。 近年来，随着计算机技术和系统仿真技术水平的提高，以及世界 各国铁路运输事业的复兴，计算机系统仿真技术在铁路运输中得到了 日益广泛的应用。世界各国在新线建设及既有线路的改造、扩建工程 的方案选择、新型设备的安装及试运行、运营过程中列车运行调整策 略的制定、基本时刻表的可行性验证等方面都大量地利用了计算机仿 真技术。如何利用计算机仿真实验的方式替代现场实验模拟各种故 障、现场无法模拟的情况进行列控中心功能逻辑的验证是目前需要解 决的问题。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 3 仿真系统研究意义 列控中心是我国客运专线c t c s 2 级列控系统地面信号控制的关键 系统，是直接关系列车速度与间隔控制的核心设备。由于该系统控制 逻辑复杂，安全性要求高又是我国铁路信号系统的新技术，所以研究 列控中心的功能及软件的内部逻辑处理不仅对于验证和完善功能正 确性提供建议和方案，而且对于c t c s - 2 级列控系统的列控中心测试 提供方案和策略，对提高客运专线行车安全性具有重要意义。 目前已施工建成的合宁客运专线各个站的列控中心都是通过不 断的现场实设备动作，来测试其功能的正确性，这样既给铁路运输带 来不便，又耗费大量的人力、物力及巨额的试验费用而且一些故障情 况现场无法测试，所以在投入运行时在轨道电路分路不良，故障占用， 信号机异常关闭，闪红光带等故障情况发生时，出现了发码错误，码 序与信号机的显示升级等逻辑功能错误。 本文以合宁线黄庵站的线路基础数据，用软件仿真出黄庵站列控 中心功能，作为列控中心测试软件的内部逻辑，并给出各种测试条件， 输出软件测试结果，与列控中心输出结果进行比对，判定列控中心动 作的正确性，不仅大大节约列控中心设备的试验费用，而且可以研究 各种事故或危险情况以及其他通常不允许进行实物试验的情况，积累 经验，以便预防由事故造成的巨大损失。我国铁路现代化建设希望以 最小的代价换取最大的收益，利用计算机仿真技术无疑是明智的选择 1 4 论文主要内容 本文通过仔细分析和研究客运专线c t c s 2 级列控中心的技术规 范、接口协议、系统需求规范、设备配置，描述了客运专线c t c s 2 级 列控中心功能仿真系统的结构及各子功能模块，使用v i s u a lc + + 6 0 设计实现了列控中心的仿真软件。本实验室开发的客运专线c t c s 2 级 列控中心功能仿真系统为列控中心的研究提供一个仿真、测试、研究 平台。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第一章绪论。首先介绍了目前我国对列控中心的研究进程，阐 述了研究和仿真客运专线c t c s 2 级列控中心功能仿真的研究意义。 第二章仿真系统总体设计及功能需求。首先概述客运专线c t c s 2 级列控中心的接口，工作原理和主要功能。阐述了列控中心功能仿真 系统的结构，分析了各子模块的功能需求。 第三章轨道电路编码功能模块的分析与实现。本章分析了区间 轨道电路分路不良和故障占用的各种情况并提出解决的算法。总结了 区间及站内轨道轨道电路的编码原则并阐述了如何实现其编码逻辑 功能。 第四章区间信号机点灯及区间改方控制。首先分析并总结了区 间信号机显示与码序的对应关系，阐述了区间信号机断丝检查的原理 然后介绍了正常改方及辅助改方的逻辑。 第五章功能测试与分析。本章对功能仿真系统的各个功能模块 进行了测试与分析。 结论对本文进行的工作进行了总结，并对下一步工作中应该解决 的问题作了展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章仿真系统总体设计及功能需求分析 客运专线车站列控中心应用于客运专线的基于安全计算机的信 号设备，是c t c s - 2 级列控系统地面子系统的核心部分。t c c 根据轨道 区段占用信息、联锁进路信息、线路限速信息等，产生列车行车许可 命令，并通过轨道电路和有源应答器，传输给车载子系统，将a t p 车 载设备与线路上的其他管理系统和控制系统有机的联系在一起，使铁 路信号信息控制更加安全、高效。 2 1 客运专线列控中心系统概述 2 1 1 列控中心接口分析 与既有线列控中心比较，客运专线列控中心不再仅仅是有源应答 器报文的载体，而是在真正意义上被定义为整个列控系统网络拓扑的 中心，从系统结构划分及接口定义到功能定位每一环节都将保证列车 高速运行的可靠性和安全性。 车站臣挈 ! p e l ：与c t c 接口 q 口：与联锁f 位机接口 ；r n ；与微鲁l 监谢挂口 瓜司l f ! 聿哆! j；t 裟q 篙：筹墨器口何勘中继站 厂：= 己：二 ：与轨道l 乜路接口 土；s 口：与u 砌搓n 筏氧尘崮二二二善霍 高固卤忸坚到脞到 掣斟商 i、 一一i 一。 y j ! 苎皇塑i 劂 图2 1 列控中心接口关系框图 控制无岔车站的中继站 臣粤 厂鬲萄订 。甄丑c 圜 端l jr - l i 1 贴c i ! 三二三j 翮 信号机k j l 轨道电路 壶连1 1 望璺竺竺j 幽 1 唧t i _ 竺 【：眦一，嘲 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 客运专线c t c s - 2 列控中心适用于装备计算机联锁c t c 的车站、 区间中继站和控制无岔站的中继站( 列控中心亦可使用在与c t c s - 2 级 线路相衔接的c t c s 一0 级的t d c s 车站) 。列控中心与车站联锁、c t c 车 站分机、应答器地面电子单元( l e u ) 、z p w - 2 0 0 0 ( u m ) 系列轨道电路、 微机监测等设备的关系框图如图2 1 所示。列控中心为实现其核心 控制功能，需要与其它系统接口，实现信息交换。 列控中心与外部设备之间的接口通信信息乜如下： 1 ) 与调度集中临时限速服务器( c t c t s r s ) 接口乜1 ： t c c 从c t c t s r s 获得临时限速命令，包括车站列控中心的编号、 命令号、命令类型、起点里程、终点里程、限速值等。并将临时限速 状态、列控中心状态和区间线路状态实时的向c t c 或t s r s 反馈。t c c 与c t c 和t s r s 的接口属于安全通信接口。 2 ) 与联锁( i x l ) 接口n 1 ： 列控中心从联锁获得区间方向控制命令、进路信息和进站信号机 断丝信息，并将区间方向、闭塞分区状态、信号降级信息和接近离去 区段防护信号机红灯断丝信息发送给联锁。列控中心与联锁的接口属 于安全通信接口； 3 ) 与地面电子单元( l e u ) 接口乜3 ： l e u 与应答器之间采用串行通信，列控中心向l e u 发送应答器报 文，主要内容有：应答器链接信息；线路坡道信息；线路速度信息； 等级转换信息；特殊区段信息；调车危险信息；轨道区段信息；临时 限速信息：区间反向运行信息；大号码道岔信息；绝对停车信息。l e u 向t c c 返回自身状态和有源应答器信息。t c c 与l e u 的接口属于安全 通信接口。 4 ) 与轨道电路( t c ) 接口瞳1 ： t c 接收t c c 发送的周期同步信息，载频和低频信息，轨道电路的 逻辑占用状态，并向轨道电路传输轨道区段状态信息。t c c 与t c 的接 口属于安全通信接口 5 ) 与邻站t c c 接口心1 ： 互为邻车站关系的车站列控中心之间，通过站间安全通信，实现 站间改方，以确定共同的区间线路的运行方向； 6 ) 与i o 设备接口心1 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 实现与继电器电路的通信，主要有方向切换继电器、轨道继电器、 区间通过信号机点灯继电器、无岔车站点灯继电器、防灾安全监控系 统接口继电器等 7 ) 与集中监测接口心1 集中监测向t c c 发送监测信息请求，t c c 将自身状态、轨道电路 状态和l e u 及有源应答器的状态发送集中监测。t c c 与集中监测的接 口属于非安全通信接口。 2 1 2 列控中, b 白c j 主要功能 列控中心根据临时限速命令、车站进路状态，调用相应报文，通 过l e u 传至有源应答器。列控中心应满足对多个l e u 进行控制的要求。 列控中心根据列车占用轨道区段及车站进路状态，控制轨道电路 的载频、低频信息编码，并控制站内及区间轨道电路发送方向n 3 。 列控中心根据列车在区间的走行逻辑，对轨道电路占用、出清、 非正常逻辑进行判断和报警，并采取必要的防护措施。 列控中心完成区间信号机点灯控制。 列控中心完成无岔站信号及进路控制。 列控中心完成区间运行方向与闭塞控制。 列控中心间实时传输区间轨道电路状态、临时限速信息、区间闭 塞和方向条件等安全信息以及相关状态信息。 2 2 列控中心功能仿真系统结构及功能配置 2 2 1 仿真系统的功能配置 列控中心根据不同的外部设备配置，对系统功能进行自我适应。 对于中继站及无岔站并没有配备计算机联锁，其列控中心没有与联锁 相关的功能如根据站内办理进路的情况选取有源应答器报文的，没有 站内轨道电路编码及方向控制功能，区间运行方向及闭塞控制控制等 功能。只有仿真标准站的列控中心才能涵盖列控中心的所有功能，而 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 对与中继站或者无岔站可以屏蔽一些功能。系统功能配置如表2 2 所 示。 本论文选取合宁线黄庵站的线路基础数据为配置，用软件仿真出 黄庵站列控中心的主要功能。之所以选择黄庵站是因为黄庵站系统配 置完善，除了没有无岔站的信号及进路控制，基本涵盖了列控中心实 现的所有功能。 表2 2 系统功能配置 外部设备必选项可选项 屏蔽的功能 c t c 计算机联锁 4 所有与联锁相关的功能( 进 路、站内应答器报文发送、改 方逻辑，站内信号机降级等) ， 如中继站和无岔车站 区间轨道电路 屏蔽区间轨道电路编码功能 l e u 其它站列控中心 - 区间通过信号机 屏蔽区间通过信号机控制功 能如无岔车站 站内轨道电路 t 屏蔽站内轨道电路编码功能 如中继站 站内区段f q j 屏蔽站内f q j 控制功能 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 2 2 2 列控中心功能仿真系统结构及功能需求 通过仔细分析和研究客运专线c t c s 2 级列控系统列控中心技术规 范、系统需求规范、列控中心接口协议、设备配置，西南交通大学交 通信息工程及控制实验室提出构建客运专线c t c s 2 级列控中心仿真系 统，主要模拟仿真列控中心的功能，为列控中心的研究提供一个仿真、 测试、研究平台。 该功能仿真系统的结构如图2 2 所示，包括轨道电路编码模块、 区间信号机点灯模块、区间运行方向及闭塞控制模块( 区间改方模 块) 、临时限速处理及有源应答器报文生成模块，通信接口模块。 图2 2 列控中心仿真系统结构 各个功能模块的功能需求 1 ) 临时限速处理及有源应答器报文生成模块： 接收联锁进路信息选择进路报文，处理来自于c t c 的临时限 速命令，与选择的进路报文进行实时组帧，生成有源应答器 报文，发送到相应的l e u ，向c t c 反馈临时限速命令执行情况。 2 ) 轨道电路编码模块： 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 实现对区间轨道区段状态的识别并采取相应的防护措施如轨 道电路分路不良； 实现区间轨道电路低频信息编码，实现红灯灯丝断丝的防护， 灾害区段的防护； 实现站内轨道电路编码，具备判断进出站信号机的异常关闭、 站内轨道区段故障情况并进行相应的防护； 对于正线通过进路，防止站内道岔区段码序的升级； 控制站内轨道电路发送方向； 区间信号机点灯控制模块： 列车正向运行，实现驱动点灯继电器点灯，并具备断丝检查， 红灯转移等功能； 列车反向运行时灭灯； 区间运行方向及闭塞控制模块( 区间改方模块) ： 防止区间轨道电路分路不良错误改变运行方向； 通过联锁发送自动和辅助改方请求信息，列控中心完成区间 改方向逻辑功能。改变区间运行方向，使区间追踪编码逻辑 应与列车运行方向保持一致 5 ) 通信接口模块： 主要接收联锁进路信息、轨道电路状态、信号机灯丝状态， 区间运行方向信息和站间边界信息等并发送到轨道电路编码 模块和区间信号机点灯等模块，实现轨道电路编码和区间信 号机点灯等功能。 2 3 列控中心功能仿真系统的数据流分析 根据系统功能需求，仿真软件按照模块化设计，各处理模块及模 块间的数据流如图2 3 所示，各个功能模块所需的数据信息主要是通 信模块接收的列控中心各个接口发送来的数据。 轨道电路编码模块接收通信模块接收来的轨道继电器状态、方向 继电器的状态、灯丝及点灯继电器状态、灾害防护继电器状态、联锁 的进路信息、邻站t c c ( 列控中心) 的边界信息、初始化的预存信息、 及有源应答器报文选取模块提供的信号机降级信息，对区间和站内进 3 分 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 行轨道电路编码，并输出轨道电路的载频、低频信息，各个闭塞分区 的状态信息，轨道电路的故障信息等。 区间信号机点灯模块接收通信模块接收来的轨道继电器状态、方 向继电器的状态、灯丝及点灯继电器状态、灾害防护继电器状态、初 始化的预存信息、轨道电路编码模块提供的区间轨道电路的码序，对 区间信号机点灯，并输出区间信号机显示，灯丝断丝报警信息等。 区间改方模块接收通信模块接收通信模块接收来的轨道继电器 状态、方向继电器的状态、灯丝及点灯继电器状态、灾害防护继电器 状态、联锁的区间方向命令信息、邻站t c c ( 列控中心) 的改方信息、 初始化的预存信息、及轨道电路模块提供的轨道电路故障信息，改变 站间的区间运行方向，并输出区间运行方向信息，区间方向表示信息 区间改方信息等。 临时限速命令处理及有源应答器报文选取模块接收通信模块接 收联锁的进路信息、c t c 的临时限速命令、初始化的预存信息，处理 临时命令和选取有源应答器报文，并输出有源应答器报文，及站内信 号机降级信息等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 c t c ：临时敞避命令 磺盯矗蹄信意 预存的迷路报文，站内避 路信息长断链信息等 锰时命令处理 及有源应答器 撤文选取 有潭噍答器报文 信号机降缀信息 维电嚣：轨道继电器状鸯方向维电器， 的状舞，灯螋继电器，灾害防护继电器 【轨道电路编码 珏须漱信直 预存的站内进路信息区问各涎段 的关系丑所舫护信号机的信息等 继电器。轨道爨电器扶_ 每方向缝电器 的敞杏灯丝缓l 乜器灾害防护皱i 乜嚣 预存f l q 防护信号机与肘 虚豹闭罄分医关系信息 继电器t 轨道继电器状杏方向鳇电器 的欹杏灯丝缝电嚣灾害防护缝电器 孰通电路的蔽缀，饿壤信 轨通电路的故障信息 闭塞分睡状杏信息 嘲轨道电路的码序 区问信号机点 灯 【闻轨适电路 的敝障信毫 联镇：区阔方向命令信息铝站t c c ： 顶存的本站联镄的接发乍端口信 息邻站列控中心的线路改方信息 区间改方 图2 3 功能模块间的数据流 e 问信号机艟示 灯丝断丝报警信息 鹾问馅号虮断丝信息 区阐运行方向信怠 区日j 方向袭示信息 区阔改方信b 输出结果 通信模块 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 第3 章轨道电路编码设计与实现 合宁客运专线区间采用z p w 一2 0 0 0 a 型无绝缘轨道电路，站内采用 与区间同制式轨道电路，并使用计算机编码方式，取消了大量的编码 继电器。区间正向按自动闭塞方式追踪运行，2 0 0 k m h 以上区段最高 至l 5 低频信息发码；反向按站间闭塞方式运行，轨道电路按追踪码 序发码。站内采用全进路发码方式。合宁线采用的客运专线z p w 2 0 0 0 a 型轨道电路使用计算机编码方式具有更可靠的逻辑处理功能，避免继 电器设备损坏等带来的安全隐患，实现了轨道电路低频信息的连续 性，保障了列车高速运行的可靠性和安全性。 本章根据区间及站内轨道电路的编码特点，研究并实现了区间及 站内轨道电路的编码逻辑功能。轨道电路编码模块功能框图如3 1 图 所示 图3 1 轨道电路编码模块功能框图 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 3 1 区间轨道电路状态识别 从历年信号故障统计数据来看，轨道电路故障约占整个信号系统 故障的4 0 一5 0 ，频繁的轨道电路故障降低了整个信号系统的可靠 性，影响了运输生产安全和效率。轨道电路多发的故障主要是轨道电 路故障占用和分路不良。既有线的信号系统对轨道电路的故障占用和 分路不良判断只局限于站内，对于区间并没有采取有效的防护措施， 尤其分路不良存在着很大的安全隐患。客运专线列控中心具备站间通 信和计算机轨道电路编码能力，按轨道“占用出清顺序逻辑检查”的 前提下，对发生分路不良的轨道区段和故障占用区段能够做出判断， 并通过控制后续区段轨道电路编码的方法，实现对追踪列车的防护。 3 1 1 分路不良 当闭塞分区轨道电路因故失去分路作用后，则会出现有车占用时 误认为该区段空闲，从而使信号和码序升级，曾因此导致多起列车追 尾等恶性事故。客运专线列车运行速度高，车底质量又相对较轻，发 生轨道电路分路不良的情况就更为严重，所带来的危险和造成的损失 也更大。为提高自动闭塞的安全性和可靠性，将联锁的三点检查逻辑 应用到区间中，完全通过软件逻辑处理实现，是一种简便易行的轨道 电路分路不良防护措施。 三点检查逻辑： 客运专线列控中心采用与计算机联锁系统相类似的三点检查逻 辑关系判断原则，根据列车在区间的运行方向，对轨道电路占用、空闲 的先后顺序进行逻辑判断，从而确定发生分路不良的轨道区段位置。 以图3 2 为例，当列车从左向右运行时，判断列车通过绝缘节b 的逻辑 关系是：2 g 占用、3 g 空闲：2 g 占用且3 g 占用：2 g 出清、3 g 占用。 型兰鋈堡立囱- 卜。卜。卜。卜。 图3 2 三点检查逻辑 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 单车的分路不良防护过程： 如图3 3 所示一列车在区间上从1 g 向7 g 方向行驶。如果当正常 行驶在2 g 上的列车没有正常出清，既2 g 在3 g 未被正常占用的情况 下丢车，则判定2 g 或3 g 存在分路不良的故障。此情况下，不能判定 列车尾部是否已经在2 g 出清，则在2 g 入口处设置防护点，2 g 入口处 点红灯，1 g 维持发送h u 码。当2 g 及2 g 以后的轨道电路上始终没有 显示列车出现，既没有被正常占用，则轨道电路上的点灯、发码顺序 始终不变。 直到某一时刻，当2 g 或2 g 以后的轨道区段上重新被正常占用， 则开始判定是否取消或移动防护点。分情况做详细分析： ( 1 ) 当不确定在2 g 还是在3 g 出现分路不良的情况下，2 g 被重新 正常占用，则说明前一时刻发生的分路不良故障出现在2 g ，而且该分 路不良故障在当前时刻己被排除。此时，取消在2 g 入口处设置的防 护点，2 g 被正常占用，整个区间轨道电路按正常状态点灯发码，即 2 g 入口处点红灯，1 g 维持发送h u 码，如果3 4 所示。 ( 2 ) 当不确定在2 g 还是在3 g 出现分路不良的情况下，3 g 及3 g 以后的轨道区段( 3 g 、4 6 、5 g ) 被正常占用，则说明前一个时刻 发生的分路不良故障，出现在2 g 及2 g 以后直到被正常占用的轨道区 段的前一个区段。此时，将以前设置在2 g 入口处的防护点移动至被 正常占用的轨道区段的前一个区段的入口处。防护点处信号机点红 灯，向列车运行反方向的轨道区段分别发送h u 码、u 码、l u 码等等。 直到列车正常运行期间，符合了三点检查的逻辑判断的时候，才取消 防护点，整个区间轨道电路按列车正常占用的逻辑点灯、发码。 该情况举例：如图3 5 所示分路不良故障发生后，当前时刻5 g 被正常占用，则前l 时段2 g 、3 g 、4 g 都存在分路不良故障。此时， 将防护点前移，移动到4 g 入口处，4 g 、5 g 入口处信号机点红灯，3 g 、 4 g 发送h u 码，2 g 发送u 码，1 g 发送l u 码。直到某一时刻列车行经 5 g 和6 g 之间，符合三点检查逻辑，此时取消4 g 入口处的防护点，4 g 入口处点黄灯，5 g 、6 g 发送h u 码，4 g 发送u 码，其他轨道按正常逻 辑顺序点灯发码。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 罂u 兽h ! u ! 兽j & l 5：! l 5 卑竺l5 ! l 5 兽竺l 5 巴：! i _ 5 兽 塑丝1 叶k研堕研堕坪一的叶的7 叶旧 。 u 。h u 。瓦一l 1 1 了面1 ，矿 正常占用 图3 3 分路不良示意图 3 4 分