列车运行控制系统63051PPT课件VIP

铁道信号远程控制 电气学院张永贤TEL mail yxzhang 第四部分列车运行控制系统 中国列车运行控制系统CTCS ChineseTrainControlSystem 列车运行控制系统是我国铁路提速线路和客运专线保证列车行车安全 提高列车运行效率的重要技术装备 以有效的技术手段对列车运行速度 运行间隔进行实时监控和超速防护 同时能够减轻司机劳动强度 改善工作条件 提高乘客舒适度 为什么发展CTCS既有线提速 客运专线和高速铁路建设 对信号技术的发展既提出了新的挑战 也提供了难得的发展机遇 条件已成熟 10多年的实践摸索 经验积累 欧盟的GSM R ETCS已进入实际运作阶段 给我们提供了良好的技术借鉴 需要对中国列车控制技术发展进行规划 代表世界先进水平的高速铁路列控系统 德国LZB系统 采用轨道环线电缆传送列控信息 日本DS ATC系统 采用有绝缘的数字轨道电路传送列控信息 法国UM2000 TVM430系统 采用无绝缘数字轨道电路传送列控信息 分级控制 以上三种高速列控系统均采用大量专有技术 相互间不兼容 技术平台不开放 欧洲ETCS系统 为实现欧洲铁路互联互通 欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系 技术平台开放 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 欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS列控系统 是未来高速列车控制系统的发展方向 欧洲铁路控制系统 ERTMS ETCS 欧洲铁路控制系统 GSM R 铁路专用全球移动通信系统 ERTMS 即欧洲铁路运输管理系统 EUROPEANRAILTRAFFICMANAGEMENTSYSTEM EUROPEANTRAINCONTROLSYSTEM ERTMS ERTMS ETMS 欧洲铁路交通管理系统 ETCS研究目的 统一欧洲列控技术体系 使高速列车不受限制地穿越边界 在欧洲跨国运行 信号界面标准化 并减少国家的特殊要求 鼓励设备市场开放 产生商业吸引力 ETCS的关键目标 互联互通 不同厂商的关键的子系统 车载和地面设备 能够兼容互换 降低设备成本 制定ETCS的欧洲六个主要的信号供应商 瑞典的ADTRANZ 戴姆勒 克莱斯勒铁道系统公司 在1995年成立了它在中国的第一家合资企业沈阳Adtranz信号系统有限公司 另外 它与长春铁路车辆厂建立了长春安达轨道车辆有限公司 Adtranz还参与了上海地铁的建设 并向香港和广州新建的地铁网提供了配套设施 2000年 被Bombardier公司兼并 ALCATEL 法国阿尔卡特SelTracS40基于通信的列车控制 CBTC 系统 它将列车自动运行 ATO 功能与联锁和中央控制操作相结合 可实现完全无人驾驶的列车控制 法国的ALSTOM 中国和阿尔斯通在交通领域的合作始于1958年 阿尔斯通提供的25台电力机车曾在中国第一条电气化铁路宝成线上服务 1958年至1970年期间 阿尔斯通共向中国提供了115台内燃和电力机车 1985年 双方的合作迈上新的台阶 中国铁路订购了150台 8k 双节电力机车 上海轨道交通网络中已建和在建的八条线路中有七条都装备由阿尔斯通提供的车辆或者信号系统 进入21世纪以来 阿尔斯通在中国铁路机车车辆招标中接连获胜 成为中国铁道部重要的国外供应商 阿尔斯通交通运输部已在华成立了4家合资企业 卡斯柯信号有限公司 是由中国铁路通讯信号公司与阿尔斯通公司于1986年成立的合资企业 主要提供干线列车的信号业务 上海阿尔斯通交通电气有限公司 是阿尔斯通公司与上海电气 集团 总公司于1999年成立的合资企业 主要提供列车牵引系统设备 上海阿尔斯通交通设备有限公司 车辆的组装与维修 青岛阿尔斯通铁路设备有限公司 致力于液体油压减振器的生产 维修及服务 意大利的ANSALDO 安萨尔多 现被美国联合转辙器信号国际公司 UnionSwitch SignalInternationalCo 收购 英国INVENSYSRAIL 英维斯 SIEMENS ETCS系统结构 ETCS技术规范的核心 采用目标距离 Distancetogo 控制方式以应答器 EUROBALISE 作为列车定位修正基准 以GSM R为车地连续信息传输规范车地信息间的信息传输电气接口及编码 以实现互联互通 ETCS技术核心设备 1 采用符合欧洲标准的应答器Eurabalise ETCS技术核心设备 2 车载设备采用符合欧洲安全标准的安全计算机EVC 标准化的人机界面 欧洲车载设备 STM JRU Traininterface GSMR mobile GSMantennas TrainBus Radars EVC Generators tachometer DMI RSCpick ups BACCDMI ETCS技术核心设备 3 无线闭塞中心 RBC RadioBlockCentre ETCS的应用等级 ETCS等级1 基于欧标应答器和轨道占用检查的列控系统ETCS等级2 基于GSM R和轨道占用检查的列控系统ETCS等级3 完全基于GSM R的列控系统 ETCS1级 地面信号 查询应答器 轨道电路 计轴设备 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 该系统是典型的点式ATP LEU 联锁 ETCSlevel1等级1 轨道占用检测 ETCS2级 轨道电路 查询应答器 GSM R与一级相比 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 建有无线移动闭塞中心 该系统是基于移动通信的连续式ATP 无线闭塞 应答器 联锁 Eurocab ETCSlevel2 GSM R 轨道占用检测 ETCS3级 查询应答器 GSM R与二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移动闭塞中心实现 具有明显的移动自动闭塞特征 无线闭塞 应答器 ETCSlevel3等级3 GSM R 完整性检测 几点启示 1 列车速度的不断提高 使得铁路信号技术发生了巨大变化 当列车速度大于160km h后 列车的开环控制已不能满足要求 ATP已成为行车安全不可缺少的重要技术装备 2 ATP是由地面信号设备和车载设备共同组成的闭环高安全系统 是地面联锁向车载设备的延伸 在此基础上实现了以车载设备为主的行车方式 各国铁路在实施ATP过程中 都是以故障安全作为最重要的技术条件 将地面和车载设备按一个系统统一设计 同步进行技术更新或强化改造的 这样才能保证整个系统的高安全 高可靠性 3 通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势 实现对移动体的控制 移动通信是最便捷的手段 因此基于通信特别是基于无线移动通信的ATP是今后的重要发展方向 4 技术标准统一 系统化设计 模块化产品 通用兼容是ETCS主要成功经验 值得我们认真学习和借鉴 我国发展ATP的难点 难点之一我国铁路地域广大 列车种类繁多 提速以后线路允许速度不统一 同为绿灯却有多种速度含义 另外 我国铁路行车主要特点是客货混跑 高低速列车共线运行 这样必然要求客货列车均需装备ATP 从而使得我国发展ATP的难度明显大于国外 难点之二我国铁路实行以地面信号为主 以机车信号为辅的行车方式 对列车运行实行开环控制 依靠司机严守信号保证行车安全 因此 习惯于现有机车信号 监控装置的控车模式 难点之三目前 机车普遍安装的通用机车信号未达到主体化的水平 机车信号基于轨道电路和站内电码化 但轨道电路制式繁多 有的根本不能满足 主体化 的要求 将面临淘汰 信号基础装备薄弱 影响了是我国ATP的发展 难点之四GSM R移动通信系统用于铁路信号 用于ATP系统和铁路综合移动信息平台 技术上有明显优势 产品得到多家厂商的支持 这在欧盟已得到证明 我国GSM R网络建设还在起步阶段 影响了基于GSM R的CTCS的实施 总体规划原则 借鉴世界各国经验 结合我国国情路情 制定我国统一的ATP系列技术标准和规范 实行跨专业合作 集中全路专家智慧 共同确定总体技术方案和总体规划 坚持技术先进 系统成熟 经济合理 等级配置的原则 坚持通信信号一体化的方向 新线建设优先发展基于无线的ATP 坚持新线建设与既有线改造并重 在总体规划的指导下 分步实施 有序发展 坚持机车信号主体化与发展ATP相结合 CTCS系统描述 定义基本功能CTCS体系结构系统构成 CTCS标准起草单位 铁道部运输局基础部中国铁道科学研究院北京交通大学北京全路通信信号研究设计院北京和利时浩通科技发展有限公司 定义CTCS是为了保证列车安全运行 并以分级形式满足不同线路运输需求的列车运行控制系统 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 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 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 检测功能开机自检功能和运行中动态检查功能 能够记录设备的关键数据以及关键动作 并提供监测接口 4 可靠性和安全性按照信号故障 安全原则进行系统设计 核心硬件设备须采用冗余结构 满足电磁兼容性相关标准 CTCS体系结构 CTCS的体系结构按铁路运输管理层 网络传输层 地面设备层和车载设备层配置 铁路运输管理层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 网络传输层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 地面设备层地面设备层主要包括列控中心 轨道电路和点式设备 接口单元 无线通信模块等 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 车载设备层车载设备层是对列车进行操纵和控制的主体 具有多种控制模式 并能够适应轨道电路 点式传输和无线传输方式 车载设备层主要包括车载安全计算机 连续信息接收模块 点式信息接收模块 无线通信模块 测速模块 人机界面和记录单元等 系统构成 参照国际标准 结合国情 从需求出发 按系统条件和功能划分等级 CTCS体系的构建原则是以地面设备为基础 车载与地面设备统一设计 系统结构如图所示 CTCS分级 CTCS根据功能要求和设备配置划分应用等级 分为0 4级 CTCS 0级 简称C0级 由通用机车信号 列车运行监控装置组成 为既有系统 适用于列车最高运行速度为120km h以下的区段 CTCS 1级 简称C1级 由主体机车信号 安全型运行监控记录装置组成 点式信息作为连续信息的补充 可实现点连式超速防护功能 适用于列车最高运行速度为160km h以下的区段 1 地面子系统组成轨道电路 完成列车占用检测及列车完整性检查 连续向列车传送控制信息 车站正线采用与区间同制式的轨道电路 侧线采用与区间同制式的叠加电码化设备 点式信息设备宜设置在车站附近 主要用于向车载设备传输定位信息 2 车载子系统组成主体机车信号点式信息接收模块安全型运行监控记录装置 CTCS 2级 简称C2级 基于轨道电路和点式应答器传输控车信息 并采用车地一体化设计的列车运行控制系统 面向提速干线和客运专线 适用于各种线路速度区段 地面可不设通过信号机 1 地面子系统组成列控中心根据列车占用情况及进路状态计算行车许可及静态列车速度曲线并传送给列车 轨道电路完成列车占用检测及列车完整性检查 连续向列车传送控制信息 车站与区间采用同制式的轨道电路 点式应答器 2 车载子系统组成连续信息接收模块点式信息接收模块测速模块设备维护记录单元车载安全计算机对列车运行控制信息进行综合处理 生成控制速度与目标距离模式曲线 控制列车按命令运行 人机界面运行管理记录单元规范机车乘务员驾驶 记录与运行管理相关的数据 预留无线通信接口 CTCS 3级 简称C3级 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 C3级列控系统可以叠加在C2级列控系统上 1 地面子系统组成无线闭塞中心 RBC 使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统 它根据列车占用情况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息 所使用的安全数据通道不能用于话音通信 无线通信 GSM R 地面设备作为系统信息传输平台完成地 车间大容量的信息交换 点式设备主要提供列车定位信息 轨道电路主要用于列车占用检测及列车完整性检查 2 车载子系统组成无线通信 GSM R 车载设备作为系统信息传输平台完成车 地间大容量的信息交换 点式信息接收模块完成点式信息的接收与处理 测速模块实时检测列车运行速度并计算列车走行距离 设备维护记录单元对接收信息 系统状态和控制动作进行记录 车载安全计算机对列车运行控制信息进行综合处理 生成目标距离模式曲线 控制列车按命令运行 人机接口车载设备与机车乘务员交互的接口 运行管理记录单元规范机车乘务员驾驶 记录与运行管理相关的数据 CTCS 4级 简称C4级 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 由无线闭塞中心和列控车载设备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 1 地面子系统组成无线闭塞中心 RBC 使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统 它根据列车占用情况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息 所使用的安全数据通道不能用于话音通信 无线通信 GSM R 地面设备作为系统信息传输平台完成地 车间大容量的信息交换 2 车载子系统组成无线通信 GSM R 车载设备作为系统信息传输平台完成车 地间大容量的信息交换 测速模块需要时 实时检测列车运行速度并计算列车走行距离 设备维护记录单元对接收信息 系统状态和控制动作进行记录 车载安全计算机对列车运行控制信息进行综合处理 生成目标距离模式曲线 控制列车按命令运行 人机接口车载设备与机车乘务员交互的接口 全球卫星定位或其他设备提供列车定位及列车速度信息列车完整性检查设备运行管理记录单元规范机车乘务员驾驶 记录与运行管理相关的数据 CTCS级间关系 CTCS车载设备向下兼容 通过系统设计 系统级间切换可以自动完成 级间切换不影响列车正常运行 如既有线提速区段 配置CTCS2级车载设备的列车可以在运行过程中自动完成CTCS1 0级至CTCS2级或CTCS2级至CTCS1 0级的切换 CTCS级间关系原则 符合CTCS规范的列车超速防护系统应能满足一套车载设备全程控制的运用要求 系统车载设备向下兼容 系统级间转换应自动完成 系统地面 车载配置如具备条件 在系统故障条件下应允许降级使用 系统级间转换应不影响列车正常运行 系统各级状态应有清晰的表示 CTCS与ETCS比对 ETCS和CTCS系统的共同点 制式统一 标准规范技术先进 易于升级车载设备 上下兼容标准开放 利用竞争 技术规范 制定规范的目的标准化 系统结构标准化 接口标准化 界面标准化 信息标准化 系统工作模式标准化 系列化 应能适应于中国铁路的各类机车 各类列车 各种速度 适用于列车运行不同模式 充分考虑未来的发展 模块化 根据列车运行系统的不同级别 不同模式的特点 合理划分列车运行系统的模块 以便升级换代和兼容互换 为了达到标准化系列化模块化目的需要制定三个方面的技术规范文档 这些规范中 有的是强制执行的标准 有的是建议性的标准 1 系统功能需求规范 FRS 主要描述了列车运行控制系统应该具有的功能 包括联锁设备 列控中心 轨道电路及点式信息设备的基本功能 车载设备的功能 防护功能 记录功能 列车的操作过程等 2 系统需求规范 SRS 主要描述列车运行控制系统及各子系统的构成 工作原理以及主要技术要求 系统需求规范包括 列车运行控制系统需求规范 地面列控中心系统需求规范 联锁设备系统需求规范 轨道电路系统需求规范 点式信息设备系统需求规范 列控车载设备系统需求规范 3 接口规范 FIS FFFIS 主要定义系统各个子系统的软硬件标准 以便实现系统设备的集成和互操作性 接口规范包括地面列控中心人机接口规范 联锁设备功能接口规范 轨道电路功能接口规范 点式信息设备功能接口规范 列车接口规范 列控车载设备人机界面功能接口规范 ERTMS ETCS技术规范简介 ERTMS ETCS技术规范包含的文档可以分成三类 功能需求规范 FRS 系统需求规范 SRS 接口规范 FIS FFFIS 这些规范中 有的是强制执行的标准 有的是建议性的标准 强制规范是必须执行的 是实现ERTMS功能和技术互操作性的基础 CTCS规范 1 CTCS技术规范总则 2 CTCS功能需求规范 3 CTCS系统需求规范 4 查询应答器技术规范 5 列控中心技术规范 6 MMI功能接口规范 7 与车载其他系统接口规范 8 无线信息传输功能接口规范 9 术语和缩 常用名词术语 允许速度 列车运行过程中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 过走防护区段 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 缩写语 ATP AutomaticTrainProtection 列车超速防护 CTC CentralizedTrafficControl 调度集中 CTCS ChineseTrainControlSystem 中国列车运行控制系统 DMIS DispatchManagementInformationSystem 列车运行调度管理信息系统 EMC ElectroMagneticCompatibility 电磁兼容性 ETCS EuropeanTrainControlSystem 欧洲列车运行控制系统 ETML EuropeanTrafficManagementLayer 欧洲铁路运输管理层 ERTMS EuropeanRailwayTrafficManagementSystem 欧洲铁路运输管理系统 FRS FunctionalRequirementsSpecifications 功能需求规范 GSM R GlobalSystemMobileforRailway 铁路专用全球移动通信系统 RBC RadioBlockCenter 无线闭塞中心 SRS SystemRequirementsSpecifications 系统需求规范 SBI ServiceBrakeInterventionlimit 常用制动介入限制 EBI TheEmergencyBrakeInterventionlimit 紧急制动介入限制 REL ReleaseSpeed 缓解制动速度 CSM CeilingSpeedMonitoringSection 常数速度监视区 TSM TargetSpeedMonitoringSection 目标速度监视区 SSP StaticSpeedProfile 静态速度制限 TSR TemporarySpeedRestriction 临时限速 LMA LimitofMovementAuthority 列车停车界限 RMP RevisedMileageforpositionalrecognition 校正累计计数距离 MRSP MostRestrictiveSpeedProfile 最低限速 CTCS2级列控系统是在我国既有成熟信号系统技术设备基础上 通过适当增加其它信号设备 如 应答器 车站列控中心 ATP车载设备 构成具有中国特色 实现目标距离速度控制功能并基于轨道电路的连续式列控系统 CTCS2系统为统一制式 与既有线信号系统兼容 ATP地面设备与ATP车载设备采用一体化系统设计 适用于200km h线路 CTCS2功能和技术条件 CTCS2功能 CTCS2的总体功能需求 包括 功能实现的基本方法 地面设备 车载设备 信息传输 设备模块化 性能和安全性 与现有列控系统的兼容性 系统启动和数据输入 操作状态及转换 默认值 操作功能 车载设备的启动和检测 列车和司机的数据输入 调车 部分监督 完全监督 CTCS2车载设备的隔离 与现有列车控制系统和防护系统的兼容性 基础设施功能 基础设施的数据收集 运行权限终点 对列车驶入被占用轨道区段的监控 对车挡的监控 线路设备的临时隔离 车载功能 列控数据采集 静态列车速度曲线计算 动态列车速度曲线的计算 缓解速度的计算 列车定位 速度的计算和表示 运行权限和限速在MMI上的表示 运行权限和限速的监控 在任何情况下防止列车无行车许可地运行 防止列车超速运行 防止列车溜逸 列车超速时 车载设备的超速防护具备采取声光报警 切除牵引力 动力制动 空气常用制动 紧急制动等措施 车载设备发生故障时 及时报警提醒机车乘务员并对故障设备进行必要的隔离 司机行为的监控 反向运行防护 CTCS2信息的记录 车站列车控制中心功能 根据其管辖范围内务列车位置 联锁进路以及线路限速状况等信息 确定各列车运行许可 并通过轨道电路及点式应答器实时传送给相关列车 其他功能级间转换功能车载设备发生故障后隔离功能不同条件下 多种监控模式 总体要求 1 系统适应列车最高允许运行速度250km h 正向运行时动车组最小追踪间隔5分钟要求 2 系统采用自动闭塞 闭塞分区划分及轨道电路信息定义应满足250km h动车组控车要求 同时满足四显示自动闭塞的行车要求 3 列车正向按自动闭塞追踪运行 反向按自动站间闭塞运行 4 系统采用目标距离模式曲线监控列车安全运行 生成监控曲线所需的行车许可 线路参数 限速等信息由轨道电路和应答器提供 CTCS2系统主要技术条件 5 列控车载设备具有设备制动优先和司机制动优先两种控车模式 一般应采用设备制动优先控车模式 6 系统设备的安全完善度等级 SIL 应达到IEC61508规定的4级 7 系统设备工作环境应符合TB T 1433 TB T 3021 8 系统设备电磁兼容性应符合TB T 3073 TB T 3074的有关规定 9 系统设备可靠性 可用性 可维护性和安全性 RAMS 应符合EN50126的有关规定 基本要求 1 防止列车冒进禁止信号 应根据系统安全要求设置安全防护距离 2 应具有冒进防护措施 3 防止列车越过规定的停车点 4 防止列车超过允许速度 固定限速和临时限速运行 临时限速命令由调度中心或本地限速盘给出 限速等级及区域应满足运营需要 5 应具有车尾限速保持功能 6 防止列车超过规定速度引导进站 7 防止机车超过规定速度进行调车作业 8 车轮打滑和空转不得影响车载设备正常工作 主要内容 既有线信号系统结构既有线信号系统设备存在主要问题CTCS2系统结构CTCS2系统特点 CTCS2系统结构 既有线列控系统 面向120km h以下的区段既有线的现状 即CTCS0级 由通用机车信号和运行监控记录装置构成 面向160km h以下的区段由主体机车信号 安全型运行监控记录装置组成 面向160km h以下的区段 在既有设备基础上强化改造 达到机车信号主体化要求 增加点式设备 实现列车运行安全监控功能 既有线列控系统设备存在主要问题 1 闭塞设备方面我国铁路自动闭塞2万公里 其中交流计数自动闭塞3100多公里 极频自动闭塞近1700公里 4信息移频4500多公里 这些制式技术落后 安全性差 存在信息量不足 应变时间过长 抗干扰能力差 不适应电化等问题 在发展CTCS时必须逐步淘汰 18信息移频自动闭塞采用了大规模集成电路和软件技术 信息量达到18个 与60年代末期相比 技术上有很大进步 但其载频选择 调制频偏等一直没有改变 固有问题没有得到解决 例如轨道电路传输特性差 存在邻线干扰 半边侵入和低频信息不统一等问题 由于丧失分路或邻线干扰而导致的机车信号升级等事故时有发生 特别是不具备断轨检查功能 甚至将钢轨移走一节 信号可照旧开放 存在一定安全隐患 2 站内电码化方面我国站内轨道电路制式与区间完全不同 由于使用单一频率 只具有检查列车占用功能 不能向机车传送信息 因而存在三大问题 a向机车信号传送信息的站内电码化是 两层皮 结构 不能实现闭环检查 b侧线接发车以及半自动闭塞区段的正线发车不能做到进路电码化 咽喉区无码 不能及时反映信号变化 c我国车站联锁为满足调车作业与提高效率要求 站内轨道区段划分过短 当列车超过一定速度后 短区段保证不了信息完整接收 容易出现掉码闪白灯问题 3 机车信号方面提速后 通用机车信号虽已普及 但仅解决了不同制式兼容套跑问题 其安全性没有得到明显改善 距主体化机车信号车载设备的标准仍有很大差距 若要实现机车信号主体化 除对地面设备进行强化改造外 车载机车信号也必须同步升级改造 使之达到故障安全和高可靠性的要求 4 监控装置方面机车监控装置的普及和不断升级 对加强司乘人员规范管理 防止 两冒一超 发挥了重要作用 但从ATP所要求的故障安全来看 还存在以下问题 信息源头不可靠 监控装置的安全防护功能是建立在现有机车信号基础上的 机车信号在没有达到主体化之前 尚存在一定的安全和可靠性问题 只能作为辅助信号 因此 建立在这样信息源头基础上的系统 其安全防护功能也是不可靠的 未实现故障安全 监控装置发展到2000型 采用了冗余技术和先进器件 但距故障安全要求尚有一定差距 需从软硬件方面按故障安全的原则进行改造 人工干预较多 限于现有信号技术水平和装备水平 监控装置必须依靠司机人工输入大量数据和进行人工修正 若司机人工干预错了 将可能导致不安全的后果 这不符合ATP的基本原则 接口非故障安全 监控装置从机车信号仅获得8个灯位信息不能满足速度监控需要 要通过机车信号速度编码接口 区分同一灯位不同的速度 速度值是安全信息 但目前的接口是非动态安全电路 混线后可能导致危险后果 非地车一体化系统设计 从世界各国铁路ATP技术发展来看 系统只有按ATP的技术条件和地车设备一体化系统设计 才能实现高安全 高可靠的要求 历史地看 我国的自动闭塞 机车信号 监控装置都是先后投资 分步建设安装的 整个系统未按ATP来定位设计 是以 搭积木 的方式逐步拼装发展起来的 存在一定的安全弊端 CTCS2系统结构 CTCS2系统总体描述既有线CTCS 2级列控系统是基于轨道电路加点式应答器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 以下简称列控系统 系统主要由车站列控中心 轨道电路 应答器 车载设备等构成 车站列控中心根据进路状态 线路参数 限速命令等产生进路及限速等相关控车信息 通过有源应答器传送给列车 采用ZPW 2000 UM 系列轨道电路 按自动闭塞 站内电码化方式 完成列车占用检测 产生列车运行许可并连续向列车传送 采用的应答器应设于各进站端 出站端 区间适当位置及特殊地点 向车载设备传输定位信息 进路参数 线路参数 限速信息等 列控车载设备根据地面设备提供的信号动态信息 线路参数 限速信息及有关动车组信息生成控制速度和目标距离模式曲线 监控列车安全运行 CTCS2列控系统结构 车载设备 车载ATP设备 包括 安全计算机 STM BTM DMI 记录单元 机车接口单元 测速单元 LKJ监控装置 地面设备 车站列控中心 轨道电路 轨旁电子单元LEU和有源应答器 区间无源应答器 CTCS2列控信息CTCS2工作原理CTCS2控制模式 CTCS2工作原理及控制模式 CTCS2列控信息 连续信息连续信息由轨道电路提供 包括以下信息 行车许可 空闲闭塞分区数量 道岔限速等 ZPW 2000轨道电路 连续信息 轨道电路码序按 机车信号信息定义及分配 TB3060 2002 执行 CTCS 2基本码序如下 低频信息按下表进行分配 轨道电路采用标准载频为1700Hz 2000Hz 2300Hz 2600Hz 频偏 11Hz 低频 10 3 n 1 1Hz 机车信号与显示对应关系表 轨道电路信息满足最高250km h速度列车安全运行的要求 基本码序为 停车 L5 L4 L3 L2 L LU U HU 侧线接车 默认速度45km h L5 L4 L3 L2 L LU U2 UU 侧线接车 默认速度80km h L5 L4 L3 L2 L LU U2S UUS L6码 预留 表示运行前方8个及以上闭塞分区空闲 L5码 表示运行前方7个及以上闭塞分区空闲 L4码 表示运行前方6个及以上闭塞分区空闲 L3码 表示运行前方5个及以上闭塞分区空闲 L2码 表示运行前方4个及以上闭塞分区空闲 L码 表示运行前方3个及以上闭塞分区空闲LU码 表示运行前方2个闭塞分区空闲 LU2码 表示列车运行前方2个闭塞分区空闲 不推荐使用 U码 表示列车运行前方1个闭塞分区空闲 U2S码 要求列车限速运行 预告列车运行前方闭塞分区为UUS码 U2码 要求列车限速运行 预告列车运行前方闭塞分区为UU码 UUS码 要求列车限速运行 默认限速值 80km h 表示列车接近的地面信号机开放经18号及以上道岔侧向位置进路 且次一架信号机开放经道岔的直向或18号及以上道岔侧向位置进路 或表示列车接近设有分歧道岔线路所的地面信号机开放经18号及以上道岔侧向位置进路 UU码 要求列车限速运行 限速值 45km h 表示列车接近的地面信号机开放经道岔侧向位置的进路 HB码 表示列车接近的进站或接车进路信号机开放引导信号或通过信号机显示容许信号 HU码 要求及时采取停车措施 H码 要求立即采取紧急停车措施 点式信息 点式信息由有源应答器和无源应答器提供 包括以下的信息 线路长度 以闭塞分区为单位提供 线路坡度 线路固定限速 临时限速 级间切换 列车定位等信息 TDCS CTC中心 TDCS CTC站机 联锁 微机监测 车站列控中心 LEU 有源应答器 轨道电路 无源应答器 ATP LKJ TIU BTM STM CTCS 2系统信息流程 信息流程图 1 TDCS中心与TDCS站机之间传输的信息 包括既有TDCS站场表示信息 调度命令和车次号校核等信息 若是CTC还包括控制信息 CTCS 2级系统中两者之间增加传输临时限速信息和操作回示确认信息 2 车站列控中心从联锁获得列车进路信息 包括接车进路 发车进路 通过进路 运行方向 股道号等 3 车站列控中心与TDCS CTC传输临时限速信息和执行回示确认信息 4 车站列控中心向微机监测传输的信息 列控中心设备状态 操作及故障诊断等信息 5 车站列控中心 LEU和有源应答器之间传输报文信息 6 ATP通过BTM 接收有源应答器和无源应答器的点式信息 STM接收轨道电路的信息 包括行车许可 空闲闭塞分区数量和道岔限速等 7 ATP与LKJ之间的信息传输ATP与LKJ之间通过RS422方式进行通讯 将ATP接收到的轨道电路信号 应答器数据 ATP状态等传输给LKJ LKJ将时间 司机号 车次号等信息传输给ATP 8 ATP与TIU之间的信息传输TIU向ATP输入信息包括牵引开关 制动位置 前进位置 后进位置 零位 制动 牽引手柄 位置 ATP向TIU输出的信息 指令 包括紧急制动 EB 常用最大制动 B7N 常用B4制动 B4N 常用B1制动 B1N 切除牵引 允许速度列车运行过程中允许达到的最高安全速度 目标速度列车到达前方目标点时允许的最高速度 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制动模式曲线 CTCS2工作原理 目标距离 速度控制目标距离 速度控制模式根据目标距离 目标速度及列车本身的性能 确定列车制动曲线 采取连续式一次制动模式控制列车运行 目标距离 速度控制 如图所示 实线为目标距离速度监控曲线 从最高速至零的列车速度监控曲线为一条连贯光滑的曲线 虚线为列车实际驾驶速度曲线 列车实际减速运行只要在监控曲线之下就可以了 如果超速碰撞了速度监控曲线 列控车载设备将自动触发常用制动或紧急制动 防止列车超速运行 目标距离 速度控制 列控车载设备给出的一次连续的制动速度控制曲线是根据目标距离 线路参数和列车本身的性能计算而定的 为计算得到速度监控曲线 由轨道电路发送行车许可和前方空闲闭塞分区数量信息 由应答器发送闭塞分区长度 线路速度 线路坡度等固定信息 列控车载设备接收上述信息 通过 前方空闲闭塞分区数量 和 闭塞分区长度 信息 获得目标距离长度 并结合线路速度 线路坡度和对应列车的制动性能等固定参数 实时计算得到速度监控曲线 并监控实际驾驶曲线处于速度监控曲线下方 保证列车安全运行 CTCS2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 系统总体技术方案 主要内容 地面设备临时限速规则级间切换反向运行控制方式地面设备技术条件 地面设备及技术条件 CTCS2级地面设备系统构成 1 车站列控中心 既有线暂按独立列控方式设置 将来可考虑联锁 列控 区间一体化设置 2 欧标点式应答器 包括有源应答器 含地面电子单元 LEU 和无源应答器 3 ZPW 2000 UM 系列轨道电路的自动闭塞 4 车站闭环电码化 5 车站联锁为计算机联锁或6502电气集中 6 行车指挥为CTC或TDCS CTCS2列控中心 列控中心总体描述车站列控中心是设于各个车站的列控核心安全设备 采用冗余的硬件结构 车站列控中心与车站联锁 CTC TDCS设备接口 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 通过有源应答器传送给列车 车站列控中心设于各车站 原则上区间不设列控中心和有源应答器 当站间距离过大 总出站口设置一个有源应答器不能满足需求时 可增设有源应答器 列控中心主要功能 接车进路报文发送 临时限速报文发送 进站信号机降级显示 6502电气集中进路识别 与TDCS CTC站机连接 P口 1 从TDCS CTC中获得调度命令 包括接发车信息 临时限速信息 起点里程 长度 速度 车次 起止时间等 运行方向信息等 2 临时限速信息也可由值班员在列控中心人机界面人工输入 通过TDCS CTC站机向列控中心传送 3 对于TDCS 控制指令需经车站值班员人工确认后方可执行 4 应能自动反馈执行结果 出现问题及时报警 与车站联锁系统连接 Q口 1 从车站联锁系统获得得车站进路和相关实时信息 包括进站 出站 通过 进路 股道号 信号机开放等 2 根据需要 输出进站或进路信号机点黄灯 接近区段轨道电路发黄码控制条件 由联锁完成控制及驱动 3 对于站型简单 6502电气集中中间站 在保证安全控车的前提下 Q口可考虑简化处理 对进站能区分进站信号机 正线通过 道岔直向或侧向接车 对出站能区分是正向还是反向发车 与车站微机监测系统连接 R口 列控中心应具有自检 自诊 监测功能 含有源应答器的监测 接口与通道监测 值班员操作过程实时记录 并向车站微机监测系统传送相关信息 与地面电子单元 LEU 连接 S口 1 LEU按照列控中心产生的应答器报文地址 实时选择对应的报文向有源应答器传送 2 未办理进路或LEU与应答器通信中断时 应答器应有保证行车安全的缺省报文 3 有源应答器的报文按应答器编码规则编制 各报文均固化在LEU中 内容包括编号 链接关系 临时限速 至限速始点距离 限速区长度 限速速度 进路长度 电码化及线路载频 线路固定信息等 具有完备的维护 测试 管理手段 具有软件功能测试端口 并能进行脱机测试 列控中心关系图 车站采用计算机联锁时的列控中心关系图 车站采用6502电气集中时的列控中心关系图 图5 2 列控中心基本结构 LKD1 T车站列控中心系统结构 LKD1 Y车站列控中心系统结构 应答器 应答器设备向列控车载设备传送以下信息 1 线路基本参数 如线路坡度 轨道区段等参数 2 线路速度信息 如线路最大允许速度 列车最大允许速度等 3 临时限速信息 当由于施工等原因引起的对列车运行速度进行限制时 向列车提供临时限速信息 4 车站进路信息 根据车站接发车进路 向列车提供 线路坡度 线路速度 轨道区段 等线路参数 5 道岔信息 给出前方道岔侧向允许列车运行的速度 6 特殊定位信息 如升降弓 进出隧道 鸣笛 列车定位等 7 其他信息 固定障碍物信息 列车运行目标数据 链接数据等 应答器信息包 应答器相关接口描述应答器设备与其他设备连接以及报文传输主要有以下接口 A接口 应答器与列控车载设备无线传输接口 C接口 LEU与有源应答器间报文传输接口 S接口 列控中心与LEU间串行通信接口 LEU和有源应答器 一 LEU的功能接收外部发送的应答器报文并连续向应答器转发 接收外部发送的控制命令 根据控制命令选择一条预先存储的报文并连续向应答器发送 存储几百条至上千条报文 当输入通道故障或LEU内部有故障时 向应答器发送预先存储的默认报文 当有车载天线经过有源应答器上方时 LEU不转换新的报文 一台LEU可以同时向4台有源应答器发送不同信息内容的报文 输出开路与短路检测信息 设备自检及事件记录 并向外部设备上传 图5 9 LEU工作原理 应答器工作原理 点式应答器的设置原则 在进站口外方设置有源和无源应答器组 区间设置无源应答器 组 设置特殊用途的应答器 组 一 进站口外方应答器组设置在正向进站信号机及反向进站信号机外方设置一个有源应答器和一个无源应答器 构成应答器组 1 进站口应答器组设置进站口第一个应答器为无源应答器 用于提供反方向行车时所需要的数据 如反向链接 反向运行 反向运行的轨道区段和调车危险信息包 进站口第二个应答器为有源应答器 用于提供列车正向进站所需要的数据 如正向链接 线路坡度 轨道区段 临时限速信息包 当排列反向发车时 发送反向运行 临时限速等信息 由于这些信息随着排列不同的进路而变化 因此需要靠有源应答器传送 2 反向进站口应答器组设置按列车正向运行 该处第一个是有源应答器 当排列正向发车时 有源应答器发送正向链接信息包 临时限速信息包 当排列反向接车时 发送线路坡度 线路速度 轨道区段 临时限速 反向运行信息包 第二个是无源应答器 提供正向运行的线路坡度 轨道区段和调车危险信息包 二 区间无源应答器 组 设置区间设置无源应答器 组 用于提供线路固定参数 如线路坡度 线路允许速度 轨道区段 链接信息等 区间每隔2个或3个闭塞分区 设置一个应答器 如果数据量较大 则设置应答器组 对于正向运行的信息 应答器提供至运行前方第二个应答器 组 的线路参数 并增加一个完整列车常用制动距离的数据余量 同时还必须满足覆盖前方应答器从次高允许码到HU码的闭塞分区数量 即取上述两种条件下信息覆盖长度较大值 三 特殊用途应答器 组 设置特殊用途的应答器包括用于列控等级切换和大号码道岔的应答器 组 1 等级切换应答器组设置在列控系统等级切换时 需要依靠应答器提供切换信息 使列控车载设备自动切换到相应等级控车 设置方式如图下图所示 列控系统级间切换设置在区间线路允许速度160km h以下 列车较少使用制动的区段 距进 出站端距离大于450m 切换区段设预告点应答组 2 执行点应答器组 3 和反向预告点应答器组 4 预告区段长度应满足列控车载设备投入正常工作和司机确认所需要的时间 按5s设计 一般设置距离为240m 2 大号码道岔应答器设置为了提高列车侧向通过道岔的速度 在大号码道岔 18号以上道岔 前产生U2S码的轨道电路入口处 设置一个有源应答器 根据道岔区段排列进路条件 给出道岔侧向允许列车运行的速度 根据道岔区段排列进路条件的不同 同一大号码道岔其侧向允许列车运行的速度可以有多个等级 当大号码道岔侧向允许列车运行的速度小于或等于80km h时 应答器可以不给出 大号码道岔 报文 应答器数据范围 应答器的正线线路参数应交叉覆盖 实现信息冗余 提供线路参数的同一方向相邻两个应答器 组 数据应交叉冗余 并有一个完整列车常用制动距离的数据余量 可满足在丢失1个应答器时不影响行车 在2个应答器时列车的安全防护 点式应答器的信息 点式应答器报文码长1023bit 有效码长830bit 另包括校验 修正 扰码等 无源应答器的报文采用特定的写入设备写入并固化在应答器中 信息是固定的 有源应答器的报文固化在LEU中 可存多条 列控中心根据需要选择具体条目 在适当时机控制LEU向应答器传送 考虑应答器信息涉及故障一安全 无源应答器的报文是重叠覆盖的 有源应答器平时有 缺省报文 并能进行监测 应答器报文内容包括 应答器编号 链接关系 线路参数 线路里程 进路信息 轨道电路或电码化载频 临时限速等等 报文按确定的编码规则进行编制 应答器报文以信息包为单位 信息包有对应标识 一帧报文中可包含多个信息包 点式应答器的编码规则 每个应答器 组 都有一个编号 并且该编号在全国铁路范围是唯一的 在每一条报文的帧头中 都要包含该应答器 组 的编号以及每个应答器在组中的位置 在链接信息包中 要提供所链接的应答器的编号 每个应答器 组 的编号由大区编号 分区编号 车站编号 应答器单元编号共同构成 临时限速规则 1 相邻两个车站之间一个运行方向仅考虑一个临时限速区 2 设置临时限速的起点里程精度暂定100m 限速长度等级不少于两档 限制速度等级不少于5档 最低限速为45km h 3 临时限速信息通过有源应答器向ATP车载设备提供 4 装备CTC系统的区段 临时限速可在调度中心由调度员设置 向车站列控中心传输 5 装备TDCS系统的区段 临时限速可在调度中心由调度员设置 向车站列控中心传输 由车站值班员确认后执行 6 临时限速也可由车站值班员直接通过车站列控中心设置 原则上车站值班员负责设置本站站内及本站出站口至接车站进站信号机 含反向 范围内的临时限速 7 在列车通过车站且离去区段有临时限速时 进站信号机显示黄灯 8 车站站内咽喉 股道等区段的临时限速应通过调度命令实施 限速管辖范围 车站列控中心限速管辖范围应包括本站站内 上 下行方面区间 并延伸至邻站正线出发信号机处 如图所示 2 CTCS级间转换处 CTCS 2级车站列控中心限速管辖范围应向外延伸 延伸长度为线路允许速度到45km h的目标制动距离 具体长度值可参考附件2 与级间转换点相邻的另外一个车站列控中心限速管辖范围为相应区间 并延伸至邻站正线发车信号机处 级间转换点相邻车站限速管辖范围 3 车站限速管辖范围