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列车运行控制系统张亚东西南交通大学 高速铁路具有速度快 安全舒适 运输能力强 正点率高 节能环保 全天候运行等诸多优点 日本 法国 德国 英国 意大利 西班牙 瑞典等世界发达国家都争相发展 世界上首条高速铁路 日本新干线于1964年正式投入运营 日本新干线始于东京 途径名古屋 京都等地 终于大阪 营运速度每小时271公里 背景 德国 1964年开始 新干线总长度达1835公里 高速列车客运量为世界之最 法国 日本 1983年开通第一条现代化高速铁路 高速列车TGV运行速度为300 350km h 最高试验速度为515 3km h 1985年开始研究ICE高速列车 1991年投入运营 有高速铁路700多公里 高速列车最高运行速度达330km h 背景 背景 世界高速铁路的已投入运营里程 2005年 铁路六次大提速 为我国高速铁路的发展奠定了重要基础 第一次大提速冲击了铁路信号传统概念 列车最高运行速度提高到时速120公里及以上 推动了铁路信号向速差式的发展 确立了四显示信号的地位 背景 三显示用一个闭塞分区满足列车全制动距离的需要 四显示用两个较短的闭塞分区满足列车全制动距离的需要 适应了提速的需求 缩短了列车追踪间隔 提高了运输能力 背景 第二次到第五次大提速列车最高运行速度达到时速160公里 并实现了全路范围的机车信号低频信息统一 促进了机车信号主体化技术发展 装备了通用式机车电台 使得机车在运用上可以全路范围跨交路运行 背景 第六次大提速2007年4月18日起实施全国铁路第六次大面积提速 动车组在既有线的运行速度达到时速200 250公里速度级 确立了具有中国特色和自主知识产权的既有线CTCS 2级列控系统的技术地位 第六次大提速之后 我国进入高速铁路发展的黄金期 背景 根据我国 中长期铁路网规划 到2020年 我国高速铁路营运里程将达到1 6万公里 建成发达完善的高速铁路网络 中国已成为世界高速铁路运营速度最高 运营里程最长 在建规模最大的国家 背景 中长期铁路规划的四纵四横客运专线网络是世界上最大的高速铁路网络 四纵客运专线 北京 上海北京 武汉 广州 深圳北京 沈阳 哈尔滨 大连 杭州 宁波 福州 深圳 四横客运专线 徐州 郑州 兰州杭州 南昌 长沙青岛 石家庄 太原南京 武汉 重庆 成都 当列车提速到200km h时 紧急制动距离将达到2000米 常用制动距离超过3000米 随着列车运行速度提高 完全靠人工瞭望 人工驾驶列车不能保证行车安全 因此 当列车速度大于时速160公里时 必须装备列车运行控制系统 简称列控系统 以实现对列车间隔和速度的自动控制 提高运输效率 保证行车安全 接触网 力学和钢轨 电磁兼容 高速铁路牵引供电系统 牵引供电自动化系统 动车组限界 动态限界 动车组供电 弓网 自动过分相 高速道岔 高速列车 高速铁路桥隧 路基 列控系统 无渣轨道 1 8 4 5 2 6 3 7 10 9 列控系统的定义 列控系统就是对列车运行全过程或一部分作业实现运行速度 位置等状态的监督 控制和调整 确保行车安全 提高运输效率的信号系统 其基本工作原理为 利用地面提供的线路信息 前车 目标 距离和进路状态 列控车载设备自动生成列车允许速度控制模式曲线 并实时与列车运行速度进行比较 超速后及时进行控制 列控系统包括地面设备 车载设备 地面设备提供线路信息 临时限速 目标距离和进路状态等基本控制信息 车载设备生成速度控制模式曲线并实现列车运行的监控 列控系统的基本组成 线路的空闲 占用及列车完整性检查 列车移动授权计算 间隔控制 为司机提供丰富的行车信息 监控列车安全运行 防止超速 速度控制 列控系统的基本功能 列控系统的控制模式 根据车地信息传输通道分类点式列控系统点式列控系统采用点式设备 如地面应答器 在固定地点向列车传递控车信息 实现列车安全控制 连续式列控系统连续式列控系统的地面控制中心可实时 连续地向车载设备传输控制信息 连续式列控系统地对车的信息传输手段包括轨道电路 轨道电缆 交叉环线 波导管 漏泄电缆 无线通信等 列控系统的分类 点连式列控系统点连式列控系统兼顾了点式和连续式列控系统的优点 是一种连续式和点式相结合的列控系统 车载设备从轨道电路提供实时的连续信息中得知前方轨道区段空闲数量 进出站信号开放状态等信息 再根据应答器信息提供的轨道区段长度 坡度和速度等线路数据 控制列车的运行 列控系统的分类 根据控制模式分类速度码阶梯控制方式速度码阶梯控制方式 在一个闭塞分区内只控制一个速度等级 即在一个闭塞分区中只按照一种速度判断列车是否超速 阶梯控制方式又可分为出口检查方式和入口检查方式 列控系统的分类 出口速度控制模式曲线 日本的ATC系统 列控系统的分类 入口速度控制模式曲线 法国TVM300 列控系统的分类 速度 距离模式曲线控制方式速度 距离模式曲线是根据目标速度 线路参数 列车参数 制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线 根据制动曲线的形状 速度 距离模式曲线可分为分段速度控制和连续速度控制 1 分段速度控制分段速度控制模式是将闭塞分区按照制动性能最差的列车安全制动距离的要求 以一定的速度等级将其划分 一旦这种划分完成 每一列车无论其制动性能如何 其与前行列车的最小追踪距离只与其运行速度 区段划分有关 列控系统的分类 分段速度控制模式曲线 法国TVM430 列控系统的分类 2 连续速度控制连续速度控制模式采用根据目标距离 目标速度的方式确定目标距离 连续速度控制模式曲线 该方式不设定每个闭塞分区速度等级 采用一次制动 以前方列车占用的闭塞分区或限速区段入口为目标点 向列车传送目标距离 目标速度等信息 列控系统的分类 目标距离模式曲线 欧洲ETCS1 2级 日本D ATC和中国CTCS2 3级列控系统 列控系统的分类 根据人 机优先等级分类设备制动优先方式在设备制动优先方式下 车载设备通过自动触发不同等级的常用制动实现降速过程的自动速度控制 当列车速度低于缓解速度时 车载设备自动停止输出相应等级的常用制动命令 不必司机人工介入 司机制动优先方式在司机制动优先方式下 司机负责操纵包括降速等环节在内的驾驶全过程 车载设备实施常用制动后 当列车速度低于缓解速度时 车载设备向司机提示允许缓解信息 司机按压缓解按键后 缓解常用制动 列控系统的分类 ATP动作 设备自动缓解 常用 缓解 日本于1964年开通的东海道新干线 普遍采用ATC超前阶梯式速度监控 从1991年日本铁路开始试验数字式ATC 亦称D ATC 现在东海道新干线上已开通运用 日本列控系统 使用有绝缘数字轨道电路发送列车位置 目标速度 进路等信息 车载设备采用轨道电路信息和车载设备存储的线路数据生成一次连续速度控制曲线 列车制动采用设备控制优先方式 日本D ATC系统 法国高速铁路TGV区段的列控系统 车载信号设备采用TVM300或TVM430 地对车的信息传输以无绝缘轨道电路UM71或UM2000为基础 该列控系统简称U T系统 TVM300系统在1981年于巴黎 里昂首先投入使用 TVM430系统在1993年于法国第三条北方线高速铁路首先投入使用 随着列车速度不断提高 时速已达320km h 法国CS公司对模拟电路构成的U T系统进行了数字化改造 采用无绝缘轨道电路UM2000 其速度监控方式改为分级速度曲线控制模式 法国列控系统 使用无绝缘数字轨道电路向列车发送行车许可 列车制动采用司机控制优先方式 车载设备根据轨道电路信息生成分段连续速度控制曲线 法国TVM430系统 德国LZB系统是基于轨道电缆传输的列控系统 是采用连续速度控制模式的列控系统 1965年在慕尼黑 奥斯堡间首次运用 FZB系统是德国最新开发的基于GSM R无线传输的列控系统 符合ETCS标准 其目的是在欧洲逐步实现联运控制 德国列控系统 采用轨道电缆 交叉环线 方式传输车 地信息 使用S棒无绝缘轨道电路实现列车占用和完整性检查 车载设备利用轨道电缆信息生成一次连续速度控制曲线列车制动采用司机控制优先方式 德国LZB系统 采用RBC生成行车许可 应答器提供列车定位基准GSM R实现车 地双向信息传输车载设备利用车地传输的信息生成一次连续速度控制曲线列车制动采用司机控制优先方式 ETCS 2级系统 为了解决欧洲各国铁路互联互通问题 提高列车运行的安全性和高效性 降低运营成本 增强竞争优势 1989年开始 欧洲铁路公司和信号公司在对各自的既有信号系统进行升级改造的同时 在欧盟委员会和国际铁路联盟的推动下 为信号系统的互联和兼容问题制定了相关的技术标准 并研制和开发了相关的产品 ETCS发展背景 ETCS0级 ETCS车载设备 传统列控系统 ETCS1级 地面信号 查询应答器 轨道电路 采用固定追踪间隔形式 司机依靠地面信号行车 地面信号机前设备产生速度监控 依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性 利用查询应答器覆盖各国现有信号系统 并用于列车定位和传送控制命令 ETCS分级 ETCS2级 轨道电路 查询应答器 GSM R与E1级相比 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 依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性 建有无线闭塞中心 ETCS分级 ETCS3级 查询应答器 GSM R与E2级相比是靠车载设备来检查列车完整性 不需要轨道电路 点式设备 GSM R是系统的主要设备 取消地面信号机和轨道电路后 室外线路上的信号设备减少到最低程度 列车追踪间隔依靠点式设备和无线闭塞中心实现 具有明显的移动自动闭塞特征 ETCS分级 CTCS ETCS 中国 列车 控制 系统 欧洲 列车 控制 系统 互联互通 借鉴欧洲列控系统 ETCS 建设经验 结合我国铁路运输特点和既有信号设备制式 考虑未来发展 遵循全路统一规划的原则 制定了我国列控系统CTCS技术标准 分为CTCS 0 1 2 3 4级 CTCS分级 CTCS分级 应用情况 CTCS 2级列控系统 CTCS 2级是基于轨道电路和应答器传输列车行车许可信息并采用目标距离连续速度控制模式监控列车安全运行的列控系统 列控中心 车站联锁 调度中心CTC 轨道电路 应答器 道岔 信号机 车载设备 包括 轨道电路 应答器列控中心 车载设备等 基本结构 基本结构 地面设备 列控中心 1 轨道电路载频 低频信息编码 控制轨道电路发码方向2 应答器报文实时组帧 编码 校验和向LEU发送的功能3 实现TCC站间安全信息的实时传输4 区间信号机点灯控制5 无配线车站轨道电路的编码控制和进出站信号机的驱动采集6 异物侵限灾害防护 列控中心主要功能 ZPW2000A轨道电路结构图 轨道电路载频与低频 轨道电路低频与码序对照 轨道电路码序 停车序列 L5 L5 L4 L3 L2 L LU U HU 45km h接车进路序列 L5 L5 L4 L3 L2 L LU U2 UU 80km h接车进路序列 L5 L5 L4 L3 L2 L LU U2S UUS 根据能源供应及信息提供方式 应答器可分为无源应答器及有源应答器 1 无源应答器点式无源应答器 或称固定信息应答器 与外界无物理连接 不需要外加电源 平时处于休眠状态 无源应答器自身功耗很低 仅在列车通过并获得车载查询器发送的功率载波能量时被激活 激活后立即发送调制好的数据编码信息 无源应答器中的信息是经特殊设备固化在应答器存储单元里 一般安装以后不能改变 用于发送固定信息 在我国CTCS2级系统中 用于发送线路速度 坡度等线路条件信息和信号点轨道区段等信息 应答器分类 2 有源应答器有源应答器 或称可变信息应答器 通过外接电缆获得电源 有源应答器中的信息是可以通过外接电缆由地面控制设备实时改变的 一般设置在进站和出站信号机前方 用于向列车传送实时可变信息 如临时限速 进路信息等 应答器分类 应答器系统分为地面设备和车载设备两部分 地面设备包括地面应答器和地面电子单元 LEU 车载设备包括车载天线 车载解码器和应答器传输模块 BTM 车载解码器除对应答器报文进行解码还原 还包含载频发生器与功率放大器 应答器系统组成 应答器的设置在车站进站口和出站口处设置有源应答器 有源应答器按双向传输信息设计 在车站进站口和出站口处 区间运行正方向每隔3 5km设置一组无源应答器 无源应答器均按单向传输信息设计 应答器的正线线路参数应交叉覆盖 实现信息冗余 应答器设置 应答器链接及数据覆盖范围 应答器系统是一种采用电磁感应原理构成的高速点式数据传输设备 用于在特定地点实现地面与机车间的相互通信 安装于两根钢轨中心枕木上的无源应答器不要求外加电源 平时处于休眠状态 仅靠瞬时接收车载天线的功率而工作 并能在接收到车载天线功率的同时向车载天线发送大量的编码信息 安装于机车底部的车载天线不断向地面发送功率并在机车通过地面应答器时接收来自应答器的编码信息 当列车经过无源应答器上方时 无源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后 将其转换成电能 使地面应答器中的电子电路工作 把存储在地面应答器中的1023位数据报文循环发送出去 直至电能消失 即车载天线已经离去 应答器工作原理 电磁感应技术 可通过空气无线传输信号和能量车 地 27 095MHz 5KHz地 车 调频 4 234MHz 200KHz565kbit s的信息速率信息量 报文码长 1023bit 应答器工作原理 应答器链接信息 ETCS 5 线路的坡度信息 ETCS 21 静态限速信息 ETCS 27 等级转换信息 ETCS 41 特殊区间信息 ETCS 686 轨道电路信息 CTCS 1 区间应答器报文包 应答器链接信息 ETCS 5 线路的坡度信息 ETCS 21 静态限速信息 ETCS 27 等级转换信息 ETCS 41 特殊区间信息 ETCS 68 轨道电路信息 CTCS 17 调车危险信息 ETCS 132 出站无源应答器报文包 应答器链接信息 ETCS 5 线路的坡度信息 ETCS 21 静态限速信息 ETCS 27 轨道电路信息 CTCS 1 临时限速信息 CTCS 2 反向运行信息 CTCS 3 出站有源应答器报文包 应答器链接信息 ETCS 5 线路的坡度信息 ETCS 21 静态限速信息 ETCS 27 等级转换信息 ETCS 41 特殊区间信息 ETCS 68 轨道电路信息 CTCS 17 调车危险信息 ETCS 132 进站无源应答器报文包 应答器链接信息 ETCS 5 线路的坡度信息 ETCS 21 静态限速信息 ETCS 27 轨道电路信息 CTCS 1 临时限速信息 CTCS 2 反向运行信息 CTCS 3 进站有源应答器报文包 接收车站列控中心的信息 并下达给有源应答器 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 LEU 基本结构 车载设备 1 车载安全计算机 VC VC采用2乘2取2的安全平台 满足SIL4级 2 应答器信息接收模块BTM一个BTM模块包含电源板 接收板 传输板和接口板 BTM是一个采用2取2技术的故障安全模块 接收应答器信息并提供精确定位 3 连续信息接收模块STMSTM模块是安全模块 可接收ZPW2000系列轨道电路及4信息 8信息 18信息等传统移频轨道电路的信息 STM及时传输地面轨道电路信息给安全计算机 VC 和LKJ监控装置 4 司机操作界面DMI配备有按钮的液晶显示器 屏幕尺寸为10英寸 显示单元安装在驾驶室便于设备通风 且避免阳光直射的位置 安全等级为SIL2级 各ATP车载设备均应采用统一的司机操作界面 DMI显示屏的显示分辨率设为640 x480 在此分辨率下 DMI的主界面分为六个区域 DMI主界面区域划分 DMI主界面功能细分图 顶棚速度监视区 CSM CeilingSpeedMonitoringSection 指限制速度为常数的区域 该限制速度通常是由最限制速度曲线决定的 车载设备在顶棚速度监视区进行的速度监视称为顶棚速度监视 目标速度监视区 TSM TargetSpeedMonitoringSection 指限制速度下降到较低的限制速度值或限制速度为0km h的目标点的区域 车载设备在目标速度监视区进行的速度监视称为目标速度监视 目标速度监视分制动到目标点 目标速度为0km h 和制动到较低的目标速度 目标速度非0km h 两种情况 5 DRU ATP车载设备的记录器 ATP车载设备配备了内部记录器 主要用于设备状态和故障信息以及各种事件的记录 事件 包括司机对ATP设备的操作 轨道电路信息 ATP与机车的信息交换等 维修人员可通过专用电脑或IC卡等进行数据下载 6 速度传感器ATP车载设备的测速系统要求配置两套速度传感器 ATP车载设备的速度传感器需要独立于机车配置 但可以为机车及其它车载设备提供速度通道 1 CTCS级别 满足CTCS 2级 预留CTCS3级 2 速度目标值 满足250km h 预留300km h及以上扩展条件 3 控制模式 目标 距离模式 4 驾驶模式 司机制动优先和设备制动优先两种模式 5 信息传输媒介 控车信息由轨道电路及应答器设备提供 6 兼容性 针对不同速度等级线路 满足动车组跨线运行要求 7 与列车运行监控记录装置接口 记录信息 切换控车 8 机车信号功能 主体机车信号功能 通用式机车信号功能 ATP主要技术条件 9 主要技术要求 1 在任何情况下防止列车无行车许可的运行 2 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 防止列车超过动车组构造速度 防止列车超过临时限速 3 防止列车溜逸 4 制动与缓解 5 故障后可隔离 ATP主要技术条件 轨道电路 调度中心下达运行图至车站CTC分机 应答器 运行图 联锁进路命令 临时限速信息 轨道电路编码 进路信息 应答器报文 控制 计算机联锁按照CTC下达进路的命令 控制道岔 信号机 排列进路 CTC分机实时 向车站联锁联锁下发进路命令向列控中心下达临时限速信息 车站联锁采集轨道电路的列车占用信息 道岔位置并进行处理 计算机联锁将进路信息发送给列控中心列控中心根据进路信息和临时限速信息 生成轨道电路编码和临时限速报文 轨道电路编码发送给轨道电路 临时限速报文发送给应答器 车载设备接收到轨道电路码序和应答器报文信息后 计算生成控制模式曲线 监控列车安全运行 基本工作原理 1250 1300 1350 1300 1350 1300 1350 9200空闲区段 7 7950空闲区段 6 6650空闲区段 5 5300空闲区段 4 4000空闲区段 3 2650空闲区段 2 1350空闲区段 1 速度曲线 0空闲区段 0 目标距离 行车许可计算的基本原理 正向预告点 切换执行点 反向预告点 C2与C0区段的切换 车载工作模式 1 完全监控模式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 列车反向运行 采用自动站间闭塞 ATP车载设备采用完全监控模式 目标距离通过应答器提供 2 部分监控模式 若ATP车载设备接收到轨道电路允许行车信息 但线路数据缺损时 ATP车载设备产生固定限制速度 控制列车运行 1 连续两组及以上应答器的线路数据丢失 列车在ATP车载设备已查询到的线路数据末端前触发常用制动 当列车运行速度低于120km h后 提供允许缓解提示 司机缓解后 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 控制列车运行 2 部分监控模式 2 侧线发车 ATP车载设备根据股道轨道电路信息 根据道岔限速发送UU码或UUS码 形成并保持固定限制速度 至出站口 控制列车运行 监控曲线 速度 km h 45 UU码 驾驶曲线 2 部分监控模式 3 引导接车 ATP车载设备收到接近区段的轨道电路信息 HB码 形成并保持固定限制速度 监控列车运行 监控曲线 速度 km h 20 HB码 200 3 目视行车模式 在ATP车载设备显示禁止信号时 列车停车后 根据行车管理办法 含调度命令 司机经特殊操作 如按压专用按钮 ATP生成固定限制速度 20km h 列车在ATP监控下运行 司机对安全负责 每运行一段距离 100 200m 或一段时间 司机应重复按压按钮 否则设备制动停车 4 调车监控模式 车列进行调车作业时 司机经特殊操作 如按压专用按钮 后 转为调车模式 ATP生成调车限制速度 控制车列运行 牵引运行时 限制速度40km h 推进运行时 限制速度30km h 5 隔离模式 ATP车载设备故障 触发制动停车后 根据故障提示 司机经特殊操作 ATP车载设备控制功能停用 在该模式下司机按调度命令行车 若仅BTM失效 ATP车载设备提供机车信号 可人工转为LKJ控制列车 6 机车信号模式当通过CTCS级间切换到CTCS 0 1级后 ATP功能相当于一个机车信号设备 当地面具备CTCS 1级条件时 ATP设备相当于主体机车信号 当地面具备CTCS 0级条件时 ATP设备相当于通用机车信号 在这种模式下 ATP设备仅为LKJ设备提供机车信号信息输出 不产生列车控制输出 列控防护功能由LKJ设备实施 7 其它几种技术功能模式 1 待机模式设备上电后 自检及交路数据输入时的缺省模式 监控速度为0km h 通过司机的有关操作 转为其它模式 2 冒进防护模式列车因信号突变等原因 越过移动授权终点 未处于目视行车模式 后的默认模式 ATP车载设备触发紧急制动 3 冒进防护后模式列车进入冒进防护模式且停车后的默认模式 ATP车载设备的监控速度为0km h 等待转入其它模式 故障状态下的工作模式 轨道电路信息缺失时的处理应答器信息缺失时的处理车载设备故障时的处理 轨道电路信息缺失时的处理区间运行时轨道电路发生故障 变为无信号时 由HU转换为无码时 通过紧急制动 由其他码转换为无码时通过常用制动停止 驾驶员与调度员取得联系 转换为目视模式 在调度员允许的条件下 列车以20km h以下的速度向车站运行 如果列车运行至轨道电路无故障的部分 接收到信号的话 则自动的过渡到FS或PS模式 故障状态下的工作模式 车站接车时车站接车时 与区间一样 如果地面轨道电路信息缺失时 由HU转换为无码时 通过紧急制动 由其他码转换为无码时通过常用制动停止 随后 按照目视模式 OS 运行 运行至车站入口处时 由驾驶员负责停车 并再次通调度员取得联系 得到调度员许可后方可进入车站 在指定位置停车等动作都须有调度员的许可 驾驶员的责任是确保安全行车 故障状态下的工作模式 车站发车时车站发车时是在得到调度员许可后 驾驶员将模式切换为OS模式 然后还是在得到调度员许可后 从车站发车 发车后 如果从轨道电路接收到码的话 自动地切换为FS或PS模式 即可完成正常速度下的行车 故障状态下的工作模式 应答器信息缺失时的处理无源应答器信息丢失首先 当一处无源应答器信息丢失时 由于线路信息采用冗余覆盖 车载设备仍拥有完整的线路数据 可正常运行 无源应答器信息漏测时 由应答器链接的信息发出警报的同时记录到记录装置 故障状态下的工作模式 连续两个及以上无源应答器丢失遇到连续丢失两个及以上应答器的情况 列车在ATP车载设备已查询到的线路数据末端前触发常用制动 当列车运行速度低于120km h后 提供允许缓解提示 司机缓解后 进入部分监控模式 就能够继续行驶 故障状态下的工作模式 进站有源应答器信息丢失列车将缺少临时限速信息和进路数据 车载ATP设备生成NBP为50km h 驾驶员以低于NBP为50km h的速度进站 超过该速度时自动输出制动 故障状态下的工作模式 出站有源应答器信息丢失出站有源应答器主要用于发送至下一车站前的整个区间的临时限速信息 这些信息丢失后 将导致列车无法获知区间是否有临时限速 安全无法保障 从而 车载ATP设备生成NBP为50km h 超过该速度时自动输出制动 驾驶员以低于NBP为50km h的速度将列车运行至下一车站 故障状态下的工作模式 车载设备故障时的处理BTM故障在BTM故障的时候 由于车载设备 VC 和BTM之间的通信异常 车载设备也为故障状态 在双系 VC1 VC2 都发生故障 车载设备输出紧急制动 所以 如果继续走行的话 通过司机操作 将ATP设备转换为隔离模式 遵照司机的指令来运行 故障状态下的工作模式 STM故障STM是由双重系构成 如果一个系的STM出现故障 双系中 可排除故障继续行驶 万一 双系都出现故障 制动会一直被输出 司机得到调度员许可后 将ATP隔离SW转换到隔离一侧 将列车移动到最近的车站 DMI故障出现DMI故障时 就无法通过ATP装置进行运行 因此 在取得调度员的许可后 应该转为隔离模式 故障状态下的工作模式 测速故障若速度发电机的线组断线 会自动制动 因为各自都有多个线组 所以一个线组断线的情况下 两个系统之中会脱离一个有故障的系统使运行能够继续 万一 两个系统都出现故障 就会一直保留制动状态 司机要取得调度员的许可 将ATP开放SW切换到隔离侧 并将列车移动到最近的车站 ATP整机故障ATP整机故障后 转为隔离模式 故障状态下的工作模式 CTCS 3级列控系统 系统构成地面设备增加无线闭塞中心RBC GSM R无线通信网络 车载设备增加GSM R无线通信单元及天线 车载设备根据RBC的行车许可 生成连续速度控制模式曲线 实时监控列车安全运行 调度中心CTC 车站联锁 轨道电路 列控中心 应答器 道岔 信号机 RBC为CTCS 3提供行车许可 车载设备 基本组成 GSM R固定网络 基本组成 车载设备由车载安全计算机 VC GSM R无线通信模块 RTM 轨道电路信息接收单元 TCR 应答器信息接收模块 BTM 记录器 JRU 人机界面 DMI 列车接口单元 TIU 等组成 车载设备结构 车载设备模块 1 车载设备模块 2 DMI主界面区域划分 运行计划显示区 RBC设备采用硬件安全比较冗余结构 包括 无线闭塞单元 RBU 协议适配器 VIA RBC维护终端 司法记录器 JRU ISDN服务器 操作控制终端和交换机等设备组成 地面设备 RBC GSM R网络由移动交换中心 MSC 基站控制器 BSC 基站 BTS 光传输设备 OTE 移动终端 MT 码型转换和速率适配单元 TRAU 等组成 GSM R网络 RBC通过ISDN服务器 利用PRI接口接入GSM R网络 车载设备通过MT 利用RS422接口接入GSM R网络 实现车地双向无线通信地面GSM R网络基站采用 单网交织冗余覆盖 的方式 单基站故障 可以确保网络通信的服务质量 Qos 指标 GSM R网络 地面应答器设置应同时满足CTCS 2级列控系统的需求 并集成CTCS 3级和CTCS 2级报文 应答器布置 1 区间应答器组 Q 设置区间应答器组位于闭塞分区入口前方200m处 发送信息包括 线路允许速度 线路坡度 轨道区段信息及特殊区段信息等固定信息 2 进站信号机应答器组 JZ FJZ 进站信号机应答器组位于进站信号机 含反向 外方30m处 发送信息包括 线路允许速度 临时限速 线路坡度 轨道区段信息及调车危险等数据 3 出站信号机应答器组 CZ FCZ 正线股道布置无源应答器组 侧线股道布置有源应答器组 发送信息包括 线路允许速度 轨道区段信息 临时限速及特殊区段信息等信息 4 调车应答器组 DC 对于有调车作业并有可能危及正线列车运行安全的调车信号机外方15m处设置由有源应答器组 当调车信号关闭时 该应答器组发送调车危险信息 5 定位应答器组 DW 设置在闭塞分区中间和车站各股道中间设置单应答器组 用于列车定位 定位应答器组根据设置位置 可提供线路里程 车站名称 桥梁和隧道名称等辅助信息 6 中继站应答器组 ZJ 设置在上下行线路靠近区间中继站的位置单独设置有源应答器组 发送信息包括 临时限速和线路数据等信息 7 等级转换应答器组设置GSM R网络注册应答器组 GRE RBC连接应答器组 RL C2 C3等级转换预告应答器组 YG 2 3 C2 C3等级转换执行应答器组 ZX 2 3 C3 C2等级转换执行应答器组 FZX 3 2 8 RBC切换应答器组设置RBC切换预告应答器组 YG R RBC切换执行应答器组 ZX R 接入客运专线信号安全数据网的设备包括 列控中心 TCC 计算机联锁 CBI 临时限速服务器 TSRS 无线闭塞中心 RBC 采用工业以太网网络设备 工业级交换机 构成冗余双环网 网络设备中单节点信息传输时延不大于50us 单网络内数据通信自愈时间不大于50ms 网络间数据通信自愈时间不大于500ms连接相邻网络设备的光纤长度应不超过70km 光纤长度不满足要求时应增加中继器设备每一独立环网中接入的网络设备 交换机 中继器 超过40个或应用网络线路 铁路线路 长度超过600km时 应将网络环路分割成不同子环网 各相邻子环网间应采用三层工业以太网交换机进行连接 信号安全数据网 根据轨道电路 联锁进路等信息生成行车许可 无线闭塞中心RBC 应答器 通过GSM R无线通信系统将行车许可 线路参数 临时限速传输给CTCS 3级车载设备 通过GSM R无线通信系统接受车载设备发送的位置和列车数据等信息 向车载设备传输定位和等级转换信息 向车载设备传送线路参数和临时限速等信息 满足后备系统的需要 用于实现车载设备与地面设备的双向通信 GSM R核心网包括移动交换子系统 GPRS子系统 智能网接口 GSM R网络 采用冗余交叉覆盖的方式进行布置 提高了车地通信的可靠性 根据地面设备提供的行车许可 线路参数 临时限速等信息和列车参数 按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线 监控列车的安全运行 车载安全计算机 轨道电路 实现列车占用检查 发送行车许可信息 满足后备系统的需要 各组成部分的基本功能 1 进路指令 4 进路信息 5 行车许可 3 轨道 道岔及信号状态 无线闭塞中心 轨道电路 信号机 道岔 调度集中CTC 2 道岔动作指令 6 控车曲线 车站联锁设备 基本工作原理 列车运行控制系统是高速铁路的核心安全系统 是确保高速列车安全 提高行车效率的关键装备之一 是高速铁路的 控制中枢 和 神经系统 CTCS 3级列控系统是基于GSM R无线通信实现车 地信息双向传输 满足350km h及以上运营速度 并具备CTCS 2级后备功能的列车运行控制系统 系统功能 四显示追踪 传统铁路采用司机目视地面信号显示的方式 安全由司机保障 C3等级下 安全由设备保障 各列车均通过无线网络向地面控制中心发送位置 速度等信息 地面控制中心将相关信息发送给后续列车 后车实时得到前方32km距离的信息 控制行车安全 紧急制动距离6km 轨道电路自动检测断轨 落物等情况 将危险信息实时发送给地面控制中心 地面控制中心通过无线网络发送给车载设备 及时停车 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 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 CTCS 3级列控系统满足跨线运行的运营要求 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 主要技术原则 CTCS 2级作为CTCS 3级的后备系统 RBC或无线通信故障时 CTCS 2级列控系统控制列车运行 全线RBC设备集中设置 GSM R无线通信覆盖包括大站在内的全线所有车站 动车段及联络线均安装CTCS 2级列控系统地面设备 300km h及以上动车组不装设列车运行监控装置 LKJ 主要技术原则 在300km h及以上线路 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 超速15km h触发紧急制动 RBC向装备CTCS 3级车载设备的列车 应答器向装备CTCS 2级车载设备的列车分别发送分相区信息 实现自动过分相 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 CTCS 3级列控系统安全性 可靠性 可用性 可维护性满足IEC62280等相关标准的要求 关键设备冗余配置 主要技术原则 基于GSM R实现大容量的连续信息传输 可以提供最远32km的目标距离 线路允许速度等信息 满足跨线运营 C3级列控系统满足跨线运行的运营要求 C3系统通过在应答器里集成C2报文 满足200 250km h 同时作为C3的后备系统 车地双向信息传输 地面可以实时掌握列车位置 速度 工作模式和列车状态等信息 并可在CTC系统上实时显示 临时限速的灵活设置 可以实现任意长度 任意速度 多数量的临时限速设置 主要特点 运营场景是对运营中系统工作方式的简要描述 注册与启动 注销 级间转换 行车许可 进出动车段 特殊进路 降级情况 完全监控 目视行车 引导 隔离 待机 休眠 部分监控 机车信号 RBC切换 重联与摘解 调车模式 人工解锁进路 临时限速 灾害防护 调车 自动过分相 14个主要运营场景 车载9种工作模式 运营规则 场景1 注册与启动描述停在车站股道或线路上的列车 从车载设备上电 司机开启驾驶台 具备发车条件至列车启动时信号系统的工作过程 场景2 注销描述了列车停车后 从注销列车信息至关闭车载设备电源工作过程 场景3 级间转换描述了列车在CTCS 3级区段和CTCS 2级区段边界 列控系统应遵守的原则和车载设备等级转换过程 场景4 RBC切换描述了在不同RBC边界处 实现列车在两个RBC间行车许可控制的安全切换过程 运营场景 1 列车受到RBC1控制 根据RBC1提供的行车许可运行 2 RBC1从RBC2获得进路信息 生成延伸到RBC2管辖范围的行车许可 同时RBC1命令另一个GSM R车载电台呼叫RBC2 与RBC2建立通信 3 列车尾部通过切换应答器后 列车受到RBC2的控制 终止与RBC1的通信 完成RBC切换 4 列车根据RBC2提供的行车许可运行 RBC切换场景 场景5 行车许可描述了在CTCS 3级区域 运营条件正常的情况下 列车获得行车许可 监控列车运行的过程 场景6 重联与摘解描述了以列车进路方式将两列不同的列车从区间线路接入车站同一股道或将停在车站股道上的一列车摘解成两列车并分别以列车方式向区间线路发车的运输作业 场景7 调车作业描述了进入调车模式 SH 调车作业防护 调车折返和退出调车模式 SH 的工作过程 场景8 人工解锁进路描述了取消已经办理的接发车进路的工作过程 运营场景 场景9 进出动车段描述了在动车组进入和驶出动车段时信号系统的工作方式和流程 场景10 特殊进路描述了在特殊情况 如 未安装车载设备的列车 列车运行中途车载设备故障 列车将根据调度命令以地面信号作为行车凭证 按站间闭塞方式运行的过程 场景11 自动过分相描述了列控车载设备根据地面设备提供的分相区信息 在适当位置给动车组过分相装置发送指令 实现自动过分相 运营场景 在C3区段 分相信息存储在RBC内 同时也存储在地面应答器内 C3ATP控车时 牵引供电分相信息与列车的行车许可一起由RBC提供给列车 分相区信息包括 至分相点距离 分相区长度等 自动过分相原理 列车前端距分相区还有10秒走行距离时 车载设备向司机发送出提示 列车前端距分相区还有3秒走行距离时 车载设备向动车组发过分相指令 当列车前端越过分相区200m后 车载设备取消原触发动车组相关过分相的操作 自动过分相逻辑 场景13 临时限速描述了在调度中心设置 下达和取消临时限速命令的工作过程 场景14 灾害防护描述当有意外情况发生时 信号系统紧急反应的处理情况 包括风 雨 雪的灾害防护 塌方 落物的灾害防护以及车站站台紧急情况的防护 运营场景 场景12 降级运行描述了在轨道电路非正常占用 道岔失表示 灯丝断丝 RBC故障 联锁通信故障 车载故障 应答器故障 无线故障情况下 系统将根据具体情况实施降级运行 临时限速命令由临时限速服务器集中管理 临时限速服务器设置于调度中心或靠近调度中心的车站 分别向列控中心 TCC 及无线闭塞中心 RBC 传递临时限速信息 TCC和RBC均采用实时组帧临时限速报文 C2实现任意长度 任意速度 多数量的临时限速 临时限速命令流程 拟定限速命令 下达限速命令 执行限速命令 取消限速命令 各个环节均设置双重口令 双人操作和检查 临时限速设置 临时限速设置 对于计划性临时限速 行车调度员在行调台检索待拟订的临时限速调度命令 确认后生成临时限速调度命令 含文本 下发给临时限速服务器进行有效性校验 临时限速服务器校验成功后 将该临时限速调度命令存入待执行列表中 并向CTC和临时限速操作终端返回校验成功 若校验失败 向CTC和临时限速操作终端返回失败原因 行车调度员可根据失败原因调整临时限速命令参数 重新尝试下发 临时限速操作流程 对于非计划性的临时限速 行车调度员应使用临时限速操作终端直接拟定临时限速调度命令 确认后下发给临时限速服务器进行校验和存储 临时限速服务器校验成功后 将该临时限速调度命令存入待执行列表中 并向CTC和临时限速操作终端返回校验成功 若校验失败 向CTC和临时限速操作终端返回失败原因 临时限速操作流程 临时限速服务器对即将执行的临时限速调度命令以其计划开始执行时间前30分钟起 提示调度员确认激活 并可间隔10分钟重复提示直至确认或超出该临时限速命调度命令的计划结束时间 临时限速操作流程 行车调度员根据临时限速操作终端或CTC的激活提示 在临时限速操作终端上选取并激活即将执行的临时限速调度命令 临时限速服务器根据临时限速调度命令参数信息判别相关TCC和RBC 并根据相关TCC和RBC的管辖范围及接口协议要求 进行拆分和转换为相应设备所识别的临时限速信息 相关TCC和RBC分别对接收的临时限速信息进行合法性判断后 将验证结果反馈给临时限速服务器 临时限速操作流程 行车调度员根据临时限速操作终端或CTC的设置提示 在临时限速操作终端上选取并设置验证成功的临时限速调度命令 临时限速服务器将临时限速调度命令拆分和转换后分发给相关TCC和RBC执行 相关TCC和RBC分别执行接收到的临时限速信息 并将执行结果反馈给临时限速服务器 对于执行成功的临时限速信息 RBC和TCC分别通过GSM R无线通信和有源应答器将临时限速信息发送给车载设备 临时限速操作流程 临时限速操作流程 当行车调度员确认临时限速调度命令可取消时 经行调台再次拟定与该设置命令的限速区位置参数完全一致的取消命令 然后下发给临时限速服务器做校验和存储 临时限速服务器校验成功后 将该临时限速调度命令存入待执行列表中 并向CTC和临时限速操作终端返回校验成功 若校验失败 向CTC和临时限速操作终端返回失败原因 行车调度员可根据失败原因调整临时限速命令参数 重新尝试下发 行车调度员根据临时限速操作终端或CTC的校验成功回复 选取下达取消验证命令 临时限速服务器将取消验证命令分发至相关TCC和RBC 临时限速操作流程 相关TCC和RBC分别对接收的临时限速取消信息做合法性判断后 将验证结果反馈给临时限速服务器 当行车调度员确认临时限速调度命令取消验证操作成功时 即可下达取消执行命令 临时限速服务器将取消执行命令分