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第6章信号与通信系统 高速铁路的服务宗旨 安全 正点 快速 舒适 其保障是 信号与通信系统 6 1高速铁路信号与控制系统概述 一 概念 高速铁路信号与控制系统 集微机控制与数据传输于一体的综合控制与管理系统 是当代铁路适应高速运营 控制与管理而采用的最新综合性技术 通常称之为基于通信的列车控制系统 CBTC CommunicationBasedTrainControlSystem 或统称为列车自动控制系统 ATC AutomaticTrainControlSystems 6 1高速铁路信号与控制系统概述 二 组成 控制行车间隔 控制进路 指挥行车 调度集中 代用信号及专用通信设备 列车运行控制系统 计算机联锁系统 综合调度系统 附属子系统 通信系统 系统基本构成 6 1高速铁路信号与控制系统概述 二 组成 系统结构示意图 6 1高速铁路信号与控制系统概述 二 组成 高速铁路信号系统的设备主要布置在调度中心 车站 区间信号室 车辆段 维修基地 线路旁和列车上 三 特点 取消传统的地面信号机 采用列车运行自动控制 ATC 系统 为了提高列车效率及降低运营成本 高速铁路都建有调度中心 对列车运营指挥实行集中控制方式 在各站台及区间信号室附近设置车次号核查等列车 地面信息传递设备 TIPB 对列车实际位置进行确认 车站采用计算机联锁和大号码道岔 道岔转换采用多台转辙机 通信信号一体化在高速铁路中得到充分体现 行车不维修 施工不行车 6 1高速铁路信号与控制系统概述 6 2高速列车运行控制系统 列控系统是根据车站进路 前行列车的位置 安全追踪间隔等向后续列车提供行车许可 速度目标值等信息 由车载列控设备对列车运行速度实施监督和控制 一 功能与作用 防止列车冒进关闭的信号机 防止列车错误出发 防止列车退行 防止列车超速通过道岔 防止列车超过线路允许的最大速度 监督列车通过临时限速区段 在出入库无信号区段限制列车速度 6 2高速列车运行控制系统 二 列车运行控制系统目的 列控如何实现其目的 采用技术方法 对运行列车进行间隔控制 时间或空间 防护与闭塞 保障行车安全提高运行效率 6 2高速列车运行控制系统 既有线的闭塞技术分类 站间闭塞 用于单 复线运行自动闭塞 用于复线追踪运行 满足安全距离 缩短追踪间隔 三显示 红 黄 绿四显示 红 黄 绿黄 绿 车载列控防护与自动闭塞 固定闭塞准移动闭塞虚拟闭塞移动闭塞 三 高速列车防护闭塞方式 6 2高速列车运行控制系统 1 固定闭塞 轨道电路构建闭塞分区 三显示 四显示追踪运行 追踪间隔是若干个闭塞分区组成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 三 高速列车防护闭塞方式 6 2高速列车运行控制系统 2 准移动闭塞 列车牵引计算 目标距离防护曲线 目标距离速度曲线车载列控防护采取目标距离防护模式追踪间隔由目标距离速度曲线决定 三 高速列车防护闭塞方式 6 2高速列车运行控制系统 3 虚拟闭塞 逻辑构建闭塞分区是虚拟的 灵活设置或等同于准移动闭塞运行工况或接近于移动闭塞运行工况青藏铁路采用虚拟闭塞 追踪列车的防护点是前行列车的尾部 称为移动闭塞 列车牵引计算 目标距离防护曲线 目标距离速度曲线车载列控防护采取目标距离防护模式追踪间隔由目标距离速度曲线决定 三 高速列车防护闭塞方式 6 2高速列车运行控制系统 4 移动闭塞 1 按控制模式分 设备优先的自动减速系统 即机控系统 司机操作优先的速度自动监督系统 即人控系统 2 按人 机关系分 速度码阶梯控制方式速度 距离模式曲线控制方式 3 按信息传输通道划分 点式列车自动控制系统连续式列车自动控制系统点连式列车自动控制系统 四 列车运行控制系统分类 6 2高速列车运行控制系统 五 列车运行控制系统的设备构成 由地面设备和车载设备构成 地面设备 列控中心 轨道电路 应答器等 车载设备 列车自动防护系统 ATP 车载设备列车运行监控记录装置 LKJ2000 机车综合无线通信设备 CIR 6 2高速列车运行控制系统 1 ATP根据地面设备提供的信号动态信息 线路静态参数 临时限速信息及有关动车组数据 生成控制速度和目标距离模式曲线 控制列车运行 同时 记录单元对列控系统有关数据及操作状态信息进行实时动态记录 人机界面对速度信息 制动信息 距离信息等进行实时显示 并对故障信息进行报警提示 中国安全计算机 CVC 列车接口单记录单元连续信息接收单元 STM 点式信息接收单元 BTM 测速单元 人机界面 DMI 速度传感器轨道信息传感器应答器信息接收天线 五 列车运行控制系统的设备构成 6 2高速列车运行控制系统 2 LJK2000实时监测运行速度 对速度进行监控 防止超速 记录列车实时运行情况和乘务员操作情况 显示机车实际速度 时间 公里标等信息 五 列车运行控制系统的设备构成 6 2高速列车运行控制系统 10英寸高亮度彩色液晶屏 屏幕显示器 显示实际速度 限制速度 公里标 前方信号等 显示线路状况如 隧道 桥梁 坡度 弯道等 显示实际管压 闸压 工况等操作信息 乘务员按压LKJ2000型屏幕显示器面板上的按键 可进行相应参数设定操作及各种查询操作 显示器操作键盘 故障 监控主机与显示器通讯故障时 点亮此指示灯 显示故障 降级 装置处于降级状态时 点亮此指示灯 紧急 装置处于紧急制动工况时 点亮此指示灯 常用 装置处于常用制动状态时 点亮此指示灯 卸载 装置处于卸载状态时 点亮此指示灯 解锁 解锁成功后 此灯点亮 开车 开车条件满足时 允许按 开车 键 此灯点亮 调车 装置处于 调车 状态时 调车 灯点亮 控制权 指示本端显示器是否有权 本端显示器有权时显示 有权 反之 显示 无权 巡检指示 在按巡检键后 点亮此指示灯4秒钟 IC卡 IC卡插入到位时 该灯点亮 AB机 监控主机A机工作时显示A机 B机工作时 显示B机 侧线XX 当允许侧线输入时 该灯点亮 并显示侧线号 支线XX 当允许支线输入时 该灯点亮 并显示支线号 显示器显示界面 显示界面 屏幕显示器的显示界面能显示如下信息 日期和时间 机车信号信息 列车运行速度与限速 前方目标信号机的类别 编号 距前方信号机距离 机车所在位置的里程坐标 监控状态和列车制动状态 列车最近走过的不少于1km以内的运行速度值轨迹曲线 五 LKJ功能及性能简介 屏幕显示器的显示界面能显示如下信息 机车当前位置至前方不少于3km以内的线路允许速度曲线 运行所在闭塞分区及运行前方闭塞分区模式限制速度曲线 五 LKJ功能及性能简介 显示界面 以曲线 符号和文字形式 沿线路里程的延展显示机车运行前方不少于3km以内的线路曲线 坡道坡度 道口 桥梁 隧道及车站 信号机 电气化铁路接触网分相标等设置情况 五 LKJ功能及性能简介 显示界面 一 降级 调车及出入库操作1 降级常态信息显示 LKJ2000型基本操作 调车操作 在速度为0的时候按压 调车 键进入调车状态 此时两室都可按 定标 键打点 限速窗口显示的限速为40KM H 调车结束之后必须按压 调车 退出调车状态 退出调车状态与速度无关 也可设置为按 开车 键后自动退出调车状态 限制速度恢复到线路限制速度 调车操作显示界面 调车 出入库操作 出入库 1 乘务员手动输入当乘务员没有IC卡 或没有将IC卡插入IC卡座 或插入不到位 此时右边状态指示IC卡灯灭 时按压 设定 键 显示如图的参数输入界面 参数输入操作 司机输入显示界面 2 IC卡输入当乘务员将IC卡插好 按压 设定 键 显示器将首先将预先写入到IC卡的个人信息及运行揭示传送给监控主机 如果揭示信息传送成功 屏幕中央显示 揭示发送成功 否则 显示 揭示发送失败 此时 需按压 设定 键 重新传送IC卡上的信息 按压 确认 键 显示如前所示的参数输入界面 注意 临时揭示只能用IC卡输入 手动输入不能进行 司机输入显示界面 1 检修参数设定在图 5 中将光标移至检修 按压 确认 键 先弹出密码输入窗口 此时输入正确的检修密码 如上图所示 输入密码时 不显示输入的数据 仅显示一个 密码输入错误 设定内容为 LKJ2000监控主机编号 装置号 机车型号 电力 内然及动车组 机车编号 机车动轮直径 制动机类型编号 最大总重 最大辆数 最大计长 柴油机脉冲 双针表量程以及日期设定 检修设定及其他设定操作 检修设定操作界面 2 将光标移到 时间 上 按压 确认 键 输入密码后进入日期时间设定界面 时间设定 按压 查询 键 进入到查询显示界面 通过上下左右或直接按压数字键 进入到对应的功能菜单中 查询信息操作 显示机车前方2000米以内的揭示 可利用光标键移动光标到相应的项 然后按压 确认 键进行相应的操作 如果要解锁当前某些揭示 可先将光标移动到 选择揭示 并按压 确认 键后移到揭示项 然后用光标键移到所要选择的揭示 按压 确认 键选择要解锁的揭示 查询当前揭示信息 将光标移到 工况显示 按钮 按压 确认 键 此时将退出查询选择 同时在曲线显示区域的右上角出现机车工况显示 内容包括内燃机车柴油机转速 电力机车将显示原边电流 列车管压力 制动缸压力 均衡风缸1和2压力 工况 过机校正和当前公里标 这个显示将一直存在 直到按 确认 键才消失 工况信息查询 工况信息查询显示界面 显示界面如下图系统状态 显示LKJ2000型监控装置各插件的工作状态 绿灯表示该插件工作正常 红灯表示故障 另外 显示监控外接设备的工作状态 同时 显示监控程序 地面数据及屏幕显示器软件版本号 另一个框显示外接机车设备的值 查询设备状态 系统信息显示界面 主要完成A机 B机的紧急制动 常用制动试验 检查常用制动及紧急制动装置是否完好 排风量及排风时间是否符合要求 库内试验 双针速度表输出试验 如图 20 所示 显示正在进行双针速度表输出试验界面 在顶部的速度和限速窗口 显示 公里变化的输出值 里程计输出试验 转换试验 库内试验 运行途中显示界面 绿灯 运行途中显示界面 黄灯 运行途中显示界面 红黄灯 运行途中显示界面 双黄灯 转储显示界面 说明 1 进入转储界面后 再次按压 转储 键 将直接转储没有被转储过的文件 2 选择好文件后 菜单会自动定位到 开始转储 按压 确认 键即可 转储显示界面 3 CIR组成 主机 操作显示终端 简称MMI 送 受 话器 扬声器 打印终端 连接电缆 天线 馈线等 6 2高速列车运行控制系统 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 6 2高速列车运行控制系统 列车运行控制系统ATC AutomaticTrainControl 六 列车运行控制系统的系统构成 6 2高速列车运行控制系统 列车运行自动控制系统框图 6 2高速列车运行控制系统 6 2高速列车运行控制系统 七 世界各国典型的列控系统 欧洲ERTMS ETCS 我国CTCS系统 德国的LZB连续式列车运行控制系统 法国TVM300和TVM430系统 日本ATC系统 瑞典铁路的EBICAB900系统 欧洲ERTMS ETCS系统 ETCS 1级系统基本结构 6 2高速列车运行控制系统 七 世界各国典型的列控系统 ETCS 2级系统基本结构 6 2高速列车运行控制系统 七 世界各国典型的列控系统 欧洲ERTMS ETCS系统 欧洲ERTMS ETCS系统 ETCS 3级系统基本结构 6 2高速列车运行控制系统 七 世界各国典型的列控系统 2 德国LZB系统 LZB系统基本结构 6 2高速列车运行控制系统 七 世界各国典型的列控系统 3 法国TVM系统 TVM430ATP车载设备结构组成 6 2高速列车运行控制系统 七 世界各国典型的列控系统 4 典型列车运行控制系统比较 6 2高速列车运行控制系统 4 典型列车运行控制系统比较 6 2高速列车运行控制系统 CTCS系统体系 6 2高速列车运行控制系统 八 我国高铁列控系统 中国铁路列车运行控制系统CTCS ChineseTrainControlSystem CTCS系统组成框图 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 CTCS系统基本结构 CTCS系统构成 八 我国高铁列控系统 2 CTCS系统分级 CTCS0级CTCS1级CTCS2级CTCS3级CTCS4级 CTCS列控系统划分为了5个应用等级 即0 4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 6 2高速列车运行控制系统 八 我国高铁列控系统 CTCS 0 CTCS 0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采用国产轨道电构建的固定闭塞车载通用机车信号 列车运行监控记录装置固定闭塞 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固定闭塞车载主体机车信号 列车运行监控记录装置 LKJ2000 固定闭塞 6 2高速列车运行控制系统 八 我国高铁列控系统 CTCS 2 用于提速干线 客专和特殊线路配置车站列控中心TCC 由应答器 ZPW 2000A轨道电路完成车地通信 车载ATP LKJ2000 凭车载信号行车 可下线在CTCS1 0线路准移动闭塞 CTCS 3 用于提速干线 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线路准移动闭塞等同于ETCS 2 6 2高速列车运行控制系统 八 我国高铁列控系统 CTCS 4级 面向高速新线或特殊线路取消了区间轨道电路和通过信号机无线通信 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CTCS车载设备 凭车载信号行车移动闭塞等同于ETCS 3 6 2高速列车运行控制系统 八 我国高铁列控系统 CTCS 2示意图 6 2高速列车运行控制系统 CTCS 2级列控系统 6 2高速