ATP列车超速防护系统介绍

济南铁路局电务处张秉涛 既有线200km h动车组列控系统车载ATP系统 1 新 2 提纲 列车运行控制系统概况ATP系统名称 特点和功能CTCS2 200H系统各部分简介CTCS2 200H的技术参数参考文献 2 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况 列车控制系统是保证列车安全 高效运行的重要设备 目前 铁路信号已经从传统的方式 即以地面信号显示传递行车命令 机车司机按行车规则操作列车运行的方式 发展到了根据地面发送的信息自动监控列车速度 并由车载列控系统实施运行控制的方式 3 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况 ATP AutomaticTrainProtection ATC AutomaticTrainControl ATO AutomaticTrainOperation 4 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统ATP ATP系统 即列车速度监督系统 可对列车运行速度进行分级或连续监督 当列车实际速度超过允许值时 输出列车常用制动或紧急制动 这种系统以仪表指示方式 既车内信号方式向司机给出列车应有速度 目标距离和目标速度等显示 司机只要按车内速度信号操作机车运行 就能可靠保证列车安全运行 防止冒进信号 5 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况ATC ATC系统可实时监督列车的运行速度 并把它与允许速度进行比较 通过控制列车多级常用制动 自动降低列车速度 保证行车安全 6 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况ATO ATO系统 可实现列车自动驾驶 自动加速 减速 使列车保持在保证行车安全和符合运行计划要求的最优化运行状态 7 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况 各个系统的主要特点 自动监控列车运行速度 其车内信号属于主体信号 直接指示列车应遵守的速度 各系统共同的功能 能可靠地防止由于司机失去警惕或错误操作可能造成的冒进信号或列车追尾等恶性事故 8 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况 各国铁路对列车运行控制系统发展比较一致的认为在最高运营速度为160km h以下的铁路采用列车自动停车装置或有简单速度检查功能的列车自动停车装置在提速线路线路 如最高运营速度提高到200km h的线路 列车速度自动监督系统是必须装备的安全设备 在高速铁路则必须安装列车自动控制系统 9 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况 列车运行控制系统一般包括地面设备和车载设备 是列车超速防护和机车信号系统的一体化系统 主要功能有 检查列车在区间的位置 列车检测 形成速度信号 调整列车间隔 向列车发送速度信号或目标距离信号 信号传输 按速度或目标距离信号控制列车制动 制动控制 地面设备完成前面三项功能 车载设备完成第四项功能 10 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况 列车运行控制系统分为以下几类 按人 机关系分类设备优先的自动控制减速系统 司机操作优先的速度自动监督系统按照地面 机车之间的信息通道分类连续式 点式 点连式点式设备有查询应答器 感应环线等连续式设备有轨道电路 轨道电缆回线 漏泄电缆 无线 11 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况 列车控制系统等级标准 ETCS EuropeanTrainControlSystem 共有5个应用等级 ETCS0 ETCS等级STMETCS1 ETCS2 ETCS3CTCS ChineseTrainControlSystem 共有5个应用等级 CTCS0 CTCS1 CTCS2CTCS3 CTCS4 12 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况 列车控制系统等级标准 CTCS ChineseTrainControlSystem CTCS0为即有线的现状 由通用机车信号和运行监控记录装置构成CTCS1由主体机车信号 加强型运行监控记录装置组成 面向160km h以下的区段 13 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况 列车控制系统等级标准 CTCS ChineseTrainControlSystem CTCS2是基于轨道传输信息的列车运行控制系统 面向提速干线和高速新线 采用车 地一体化设计 地面可不设通过信号机 机车乘务员凭车载信号行车 14 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况 列车控制系统等级标准 CTCS ChineseTrainControlSystem CTCS3是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控制系统CTCS4是基于无线传输信息的列车控制系统 面向高速新线或特殊线路 15 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 1 列车运行控制系统概况 名词解释 允许速度 列车运行过程中允许达到的最高全速度目标速度 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 16 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 2 1ATP的名称 ATP是英文AutomaticTrainProtection的缩写中文名为 列车超速防护系统 2 ATP系统名称 特点和功能 17 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 2 2ATP系统的主要特点 可有效地实现超速防护功能 能给司机充分 确切的显示 有利于司机最优地驾驶列车 地面应答器是安装方便 十分灵活 车载计算机采用符合 故障 安全 准则的计算机系统 安全性较高 18 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 2 3列控系统主要组成 列控系统主要由六大部分组成 列控中心微机联锁调度集中轨道电路应答器车载设备 19 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 20 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 EMU 司机 DMI LKJ RLU 车载主机VC 测速测距模块 STM模块 车载设备主机 GSM R车载 电台 BTM 轨道电路 应答器 车站联锁 调度集中系统 CTC 车站列控中心 DRU 编码设备 LEU 列控系统构成框图 21 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 制动控制模式 2 4ATP系统制动问题 优先驾驶与工作模式 一般情况下的控制 22 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 有临时限速时的控制 23 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 机控优先与人控优先 机控优先的系统当要求列车减速时 根据实际情况 输出不同级别的制动 低于允许速度后自动缓解 当列车速度超过紧急制动曲线时 则实施紧急制动 使列车停车 制动完全由列车运行控制系统自动完成 不必司机人工介入 其最大优点是能够减少司机的劳动强度 提高列车运行服务质量 也可适当缩短列车运行间隔时间 但为满足旅客乘坐舒适性 制动系统的自动化程度及制动性能要求非常高 24 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 人控优先的系统列车运行速度一般由司机控制 只有列车超过允许速度 设备才自动介入实施制动 司机制动优先的系统优点是便于发挥司机的责任感 充分发挥人的技术能力 减少设备对司机操纵的干扰 值得注意 无论是那种制动优先 紧急制动后只有停车后 才可缓解 25 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 车载设备基本工作原理 26 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 车载设备基本工作原理 27 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 列控车载设备主要工作模式 ATP完全监控模式 FS ATP部分监控模式 PS 连续两组及以上应答器的线路数据丢失侧线发车引导接车 CO 目视行车模式 OS 调车监控模式 SH 隔离模式 IS 28 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 车载列控系统 3 CTCS2 200H型车载列控系统介绍与各部分简介 CTCS2 200H型车载列控系统 是在日本数字ATC系统的基础之上 根据我国CTCS技术标准的要求 引进开发的新一代列车控制系统 属于一种新型ATP系统 接近于ATC系统 CTCS2 200H型车载列控系统的引进开发 对实现我国列控技术与国际接轨 加快发展我国CTCS建设具有重大意义 29 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 车载列控系统 3 控制条件 线路参数 来自应答器 点式信息 包括坡段 线路限速 临时限速 等级切换命令等 轨道电路信号 来自STM 连续信息 列车参数 存储或用户输入包括列车长度 列车制动减速度等 列车速度 来自测速测距单元 列车接口 来自动车组接口包括紧急和常用制动接口 司机手柄位 与LKJ接口等 3 CTCS2 2000H型车载列控系统介绍与各部分简介 30 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 3 2CTCS2 200H车载列控系统各单元 系统构成 车载安全计算机 VC 轨道信息接收单元 STM 应答器信息接收单元 BTM 继电器逻辑单元 RLU 记录单元 DRU 人机界面 DMI 速度传感器 AG43 轨道信息接收天线 应答器信息接收天线 31 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 系统整体组成 32 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 系统构成 33 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 3 3CTCS2 200H车载列控系统主要功能 轨道电路信息接收 应答器信息接收 速度 距离计算 列车位置校正 模式曲线的生成 制动指令输出 防止列车溜逸 控制显示 异常检测 动作 状态记录 与LKJ的接口功能 与EMU的接口功能 34 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 3 2CTCS2 200H车载列控系统各单元 系统构成 车载安全计算机 VC 轨道信息接收单元 STM 应答器信息接收单元 BTM 继电器逻辑单元 RLU 记录单元 DRU 人机界面 DMI 速度传感器 AG43 轨道信息接收天线 应答器信息接收天线 35 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 3 2CTCS2 200H车载列控系统各单元 系统构成 车载安全计算机 VC 轨道信息接收单元 STM 应答器信息接收单元 BTM 继电器逻辑单元 RLU 记录单元 DRU 人机界面 DMI 速度传感器 AG43 轨道信息接收天线 应答器信息接收天线 36 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 3 4CTCS2 200H车载列控系统主体装置 主体装置 37 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 3 4CTCS2 200H车载列控系统主体装置 系统构成 安全计算机 VC ATP装置的核心部分 负责从ATP各个模块搜集信息 生成制动模式曲线 必要时通过故障安全电路向列车输出制动信息 控制列车安全运行 安全计算机为2 2取2结构 以保证列车控制的安全性和设备的冗余性 安全计算机的核心安全逻辑由FS LSI实现 38 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 vc安全计算机 39 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 轨道电路信息接收模块 STM 通过STM天线 感应器 接收轨道电路信号 解调轨道电路上传的信号信息 将解调的信息传递给安全计算机 STM可以接收最多16种载频 包括国产移频以及ZPW 2000 UM71系列轨道电路信息 STM可根据应答器信息 轨道电路载频锁定信息 司机操作锁定可接收的载频 系统构成 ATP 40 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 STM轨道信息接收单元 41 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 STM轨道信息接收单元 图中从左至右依次为电源板 记录板 解码板 模拟量输入板 解码板 测试板 电源板 由于采用二取二乘二的结构 解码板内部分为主系和从系 每套主机中有两块电源板和解码板 它们完全相同 可以自由互换 42 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 应答器信息传输模块 BTM 通过BTM天线 接收符合应答器信息定义标准的信息 经过校核后 将正确的信息传输至安全计算机 应答器信息包括线路参数信息 进路信息 临时限速信息以及级间切换等信息 系统构成 ATP 43 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 BTM应答器传输单元 44 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 记录单元 DRU 该模块记录ATP装置的动作 状态 司机的操作等信息 采用PCMCIA卡作为存储介质 通过读卡器可将数据下载至地面分析管理微机 进行设备运行状况分析 系统构成 ATP 45 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 DRU记录单元 46 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 继电器逻辑单元 RLU 这是主要由继电器组成的单元 实现输入与输出接口功能 47 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 RLU继电器逻辑单元 48 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 3 5CTCS2 200H车载列控系统主机外围设备 人机界面 DMI 通过声音 图象等方式将ATP车载装置的状态通知司机 司机可以通过DMI上的按键来切换ATP装置的运行模式或是输入必要的信息 DMI人机界面 49 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 50 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 STM天线感应钢轨中的轨道电路信号 传输至STM模块进行解码处理 STM轨道电路感应器是由感应线圈 固定支架和线缆组成 如图3所示 它是STM的前端信号感应部件 安装于机车前部 感应线圈的底部距离钢轨面135 5mm 51 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 STM轨道电路感应器的最底部是带有保护外壳的感应线圈 它可以通过线缆将感应的轨道信号输出 在感应线圈的上面是两个固定固定支架 用于将STM轨道电路感应器固定在机车上 根据现场安装的需要 固定支架可以进行并更 52 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 BTM天线接收来自地面应答器的信号 传输至BTM模块进行信息解调处理 53 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 点式应答器 54 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 点式应答器 55 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 速度传感器安装在车辆2 3轴上 通过车轮的转动产生脉冲信号 并输入至安全计算机 用于测量列车运行速度 56 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 3 6CTCS2 200H车载列控系统相关设备 动车组 EMU 接口ATP车载装置的控制对象 向ATP提供包括前进 后退 零位 制动 牵引在内的司机操作状态 同时接收ATP发出的制动 切除牵引等信息 运行监控记录装置 LKJ 在CTCS0 1级或ATP某些故障的情况下 由LKJ控车 当LKJ控车时 ATP负责向LKJ提供轨道电路信息 机车信号 另外 ATP与LKJ之间还存在一些列车控制 状态信息的交互 用于运行管理 系统构成 ATP 57 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 3 7CTCS2 200H主机外部电缆 系统外部连接电缆共有8条电缆与ATP车载设备主机连接CN1外接速度分配盘CN2外接110V电源CN3外接手柄位CN4外接制动单元CN5外接LKJ 2000CN6外接DMICN7外接制动显示单元和车辆监视器CN8外接GSM R 暂不使用 主机外部电缆 58 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 3 7CTCS2 200H主机外部电缆 59 新型编译码技术在列控系统的应用研究 总论 2020 4 21 3 8CTCS2 200H车载列控系统各部件安装位置 动车组两端各装一套车载设备 运行中只有动车组行进方向段的车载设备工作机柜安装位置 设置在驾驶室后方的机械室 DMI安装位置 设置在驾驶台上ATP的制动由ATP装置的继电器逻辑单元输出 并连接到车体方的设备 综