CTCS-3级列控系统概述

北京电务段职教科 CTCS 3级列控系统概述 2 CTCS 3级列控系统概述目录 3 一 系统背景 客运专线系统构成 工务工程 动车组和列控系统是客运专线系统的三大核心技术 列控系统是保证高速列车运行安全 有序 高效的关键 4 列控系统是确保行车安全的信号系统 包括地面设备和车载设备 地面设备提供线路信息 目标距离和进路状态 车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线 一 系统背景 列控系统 5 一 系统背景 国外列控系统 法国TVM300 TVM430日本数字ATC德国LZB FZB欧洲ETCS 6 一 系统背景 国内列控发展 机车信号 自动停车和无线列调UM71与TVM300LSK系统与LCF系统LKJ 机车信号ZPW 2000A与主体机车信号欧洲大容量点式应答器 7 一 系统背景 中国列车运行控制系统 参照开放 统一的欧洲列车运行控制系统 ETCS 规范和国外高速铁路列控系统运用经验 结合我国铁路运输特点 遵循全路统一规划的原则 铁道部确定构建符合中国国情路情的中国列车运行控制系统 CTCS 技术体系 8 一 系统背景 CTCS等级 基于无线信息传输 机车乘务员凭车载信号行车 用于300 350km h线路 CTCS 3 CTCS 2 CTCS 0 CTCS 1 基于应答器和轨道电路信息传输 机车乘务员凭车载信号行车 已应用于200 250km h线路 由主体机车信号和安全型运行监控记录装置组成 由通用机车信号和运行监控记录装置构成 既有线现状 CTCS 4 基于无线通信传输平台 取消轨道电路 实现虚拟闭塞或移动闭塞 未来发展方向 9 一 系统背景 中国列车运行控制系统 10 一 系统概述 C3系统列控技术平台 基本原则和指导思想 按照全路一张网的原则规划列控系统的技术平台 技术平台要实现300 350km h客运专线 200 250km h新建铁路和既有提速线路的互联互通 列控技术平台的确定考虑技术的先进成熟 经济实用 可靠 列车控制系统是高速铁路的关键技术之一 是铁路运营的安全保障 在我国300km h及以上客运专线上选用CTCS3 CTCS3 CTCS2 列控系统作为全路统一技术平台体系 其中CTCS3列控系统保证高速动车组的运行安全 CTCS2列控系统用来兼容既有动车组上线运行 并作为CTCS3列控系统的后备系统 通过集成创新和对引进技术的消化吸收实现系统集成再创新 建立符合中国国情路情的 具有自主知识产权的 世界一流水平的高速铁路列车控制技术体系 11 一 系统背景 C3系统构建 依托武广 郑西 广深港等客运专线工程建设 通过引进列控系统关键技术 联合设计 联合开发 联合攻关 并结合成功应用的CTCS 2级技术 构建具有自主知识产权的CTCS 3级列控系统 12 一 系统背景 用户需求 我国300 350km h客运专线及高速铁路已确定采用CTCS 3级列控系统作为统一技术平台 13 一 系统背景 当前国内现状 秦沈客专第六次提速京津城际合宁 合武 石太 广珠 达成 温褔 甬台温 福厦 海南东环 昌九 成灌等武康 武九等武广 郑西 广深港 沪宁 沪杭 哈大等 14 CTCS 3级列控系统概述目录 15 二 C3系统技术方案 动画演示 CTCS 3级列控系统动画演示 16 车站联锁 无线闭塞中心 RBC 临时限速系统 TSRS 二 C3系统技术方案 控车原理 17 速度曲线 时速 km h 目标停车点 二 C3系统技术方案 控车原理 18 二 C3系统技术方案 系统构成 在CTCS 2级列控系统的基础上 地面增加RBC设备 车载设备增加GSM R无线电台和信息接收模块 实现基于GSM R无线网络的双向信息传输 构成CTCS 3级列控系统 用于300 350km h客运专线和高速铁路 列控系统地面设备 列控系统车载设备 19 二 C3系统技术方案 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 RBC向列车提供行车许可 车地实现连续 双向 大容量 唯一信息传输 使用临时限速服务器管理临时限速临 限速灵活设置 实现任意位置 长度和数量的临时限速设置 RBC为CTCS 3提供行车许可 CTC 车站联锁 道岔 信号机 列控中心 车载设备 应答器 轨道电路 TSRS 20 二 C3系统技术方案 系统结构 CTCS 3级列控系统总体结构包括 地面设备 车载设备 GSM R无线通信网络 信号数据传输网络四部分 21 二 C3系统技术方案 车载设备 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 22 二 C3系统技术方案 无线闭塞中心 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 RBC本地终端和交换机等设备组成 23 二 C3系统技术方案 临时限速系统 临时限速系统采用硬件安全比较冗余结构 包括 临时限速服务器 临时限速操作终端 临时限速维护终端等设备组成 24 二 C3系统技术方案 列控中心 列控中心采用硬件安全比较冗余结构 包括 冗余电源 主机单元 输入输出接口单元 通信接口单元和监测维护终端等设备组成 25 二 C3系统技术方案 ZPW 2000A ZPW 2000A无绝缘轨道电路 增加通信接口板 实现与列控中心接口通信 通过CAN通信向列控中心提供轨道占用状态 并从列控中心接收编码信息 26 二 C3系统技术方案 应答器 应答器与LEU设备应答器布置报文定义 27 二 C3系统技术方案 GSM R网络 GSM R采用单网交织的冗余覆盖方案 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 28 二 C3系统技术方案 信号数据传输网 信号数据传输网络 信号监测数据通信以太网 调度集中 CTC 数据通信以太网 信号系统安全数据网 信号数据传输网络实现无线闭塞中心 RBC 调度集中 CTC 联锁 列控中心 TCC 监测系统间的信息传输 29 二 C3系统技术方案 信号安全数据网 30 二 C3系统技术方案 系统结构 31 二 C3系统技术方案 主要技术原则 1 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 2 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 3 CTCS 3级列控系统满足互联互通的运营要求 4 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 32 二 C3系统技术方案 主要技术原则 5 CTCS 2级作为CTCS 3级的后备系统 无线闭塞中心或无线通信故障时 CTCS 2级列控系统控制列车运行 6 全线无线闭塞中心 RBC 设备集中设置 7 GSM R无线通信覆盖包括大站在内的全线所有车站 8 动车段及联络线均安装CTCS 2级列控系统地面设备 33 二 C3系统技术方案 主要技术原则 9 300km h及以上动车组不装设列车运行监控装置 LKJ 10 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 11 无线闭塞中心 RBC 向装备C3车载设备的列车 应答器向装备C2车载设备的列车分别发送分相点信息 实现自动过分相 34 二 C3系统技术方案 主要工作模式 35 二 C3系统技术方案 主要工作模式 1 完全监控模式 FS 当车载设备具备列控所需的全部基本数据 包括列车数据 行车许可和线路数据等 时 列控车载设备生成目标距离连续速度模式曲线 监控列车安全运行 并通过人机界面 DMI 显示列车运行速度 允许速度 目标速度和目标距离等信息 2 部分监控模式 PS CTCS 2级后备系统使用的模式 当车载设备接收到轨道电路允许行车信息 而缺少应答器提供的线路数据时 列控车载设备产生一定范围内的固定限制速度 监控列车安全运行 36 二 C3系统技术方案 主要工作模式 3 目视行车模式 OS 列控车载设备显示禁止信号 列车停车后又需继续运行时 根据行车管理办法 含调度命令 经司机操作并确认后 列控车载设备按固定限制速度40km h监控列车运行 司机每确认一次列车可运行一定距离 300m 或一定时间 60s 4 调车模式 SH 调车作业时 牵引运行限制速度40km h 车载设备可采用自动转换或人工转换方式进入调车模式 自动转换方式 车站联锁办理调车进路 无线闭塞中心 RBC 向车载设备提供行车许可 车载设备按调车限制速度控车 人工转换方式 司机选择调车模式 车载设备按调车限制速度控车 37 二 C3系统技术方案 主要工作模式 5 引导模式 CO 当锁闭进路中存在不能检查列车占用的轨道区段时 车载设备根据地面设备提供的行车许可生成目标距离连续速度模式曲线 并通过人机界面 DMI 显示列车运行速度 允许速度 目标速度和目标距离等 监控列车运行 司机负责在列车运行时检查轨道占用情况 6 待机模式 SB 当列控车载设备上电 唤醒时 执行自检和外部设备测试正确后自动处于待机模式 设备监控列车不允许移动 当司机开启驾驶台时 处于待机模式的列控车载设备可通过人机界面 DMI GSM R无线通信 轨道电路 应答器传送列控信息 38 二 C3系统技术方案 主要工作模式 7 隔离模式 IS 在停车情况下 经操作使列控车载设备制动功能停用 在该模式下 车载设备不承担任何行车安全责任 列控车载设备正常工作时应能够监测隔离开关状态 8 机车信号模式 CS 当列车运行到地面未安装CTCS 3级 CTCS 2级列控系统设备的区段时 根据行车管理办法 含调度命令 经司机操作后 列控车载设备生成固定限制速度80km h 并显示机车信号 39 二 C3系统技术方案 主要工作模式 9 休眠模式 SL 非本务车载设备的工作模式 在模式下 车载设备不负责列车安全防护功能 但执行列车定位 级间转换 测速测距等功能 40 二 C3系统技术方案 主要运营场景 41 二 C3系统技术方案 主要运营场景 1 注册与启动 包括以下过程 设备上电 车载设备上电并自检后进入待机模式 列车唤醒 司机打开驾驶台 人机界面 DMI 提示司机输入司机号 列车注册 在CTCS 3级区段 车载设备建立与无线闭塞中心 RBC 的通信会话 并将相关信息注册到RBC 列车数据输入 司机输入列车数据 车载设备将列车数据传送给RBC 并要求RBC回执 准备发车 司机按压车载设备开始工作按钮 车载设备投入正常工作 列车启动 司机按 启动 键 车载设备向RBC申请行车许可 列车注销 司机关闭控制台 车载设备终止与RBC的通信 RBC注销列车的注册信息 关闭电源 关闭电源后 车载设备只保存CTCS 3级 CTCS 2级的工作等级信息和连接RBC所需的信息 42 二 C3系统技术方案 主要运营场景 2 进出动车段 出动车段 在动车段内按CTCS 2级的部分监控模式运行 通过出站口的应答器组并得到相应的信息后 在联络线按CTCS 2级的完全监控模式运行 模式转换自动进行 入动车段 在联络线按CTCS 2级的完全监控模式运行 动车段内 在动车段内按CTCS 2级调车模式运行 43 二 C3系统技术方案 主要运营场景 3 级间转换 正常的级间转换在转换区域自动进行 特殊情况下 停车后由司机进行级间转换 级间转换区域内的转换命令由RBC 应答器提供 在转换点设置应答器组 在转换点前方适当距离设置预告应答器组 44 二 C3系统技术方案 主要运营场景 C3进入C2 动画演示 45 二 C3系统技术方案 主要运营场景 C2进入C3 动画演示 46 二 C3系统技术方案 主要运营场景 4 行车许可 描述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 发车进路 接车进路和通过进路 调度集中 CTC 办理列车进路 联锁根据进路信息和轨道电路状态向RBC发送信号授权 SA RBC根据信号授权和列车位置生成行车许可 MA 并将行车许可发送给车载设备 站间运行 联锁根据轨道电路状态向RBC发送信号授权 SA RBC根据信号授权和列车位置生成行车许可 MA 并将行车许可发送给车载设备 47 二 C3系统技术方案 主要运营场景 5 RBC切换 在RBC边界前方及边界点设置预告应答器和切换应答器 RBC1从RBC2获得进路信息 生成延伸到RBC2管辖范围的行车许可 另一个GSM R车载移动电台与RBC2建立通信 列车通过预告应答器和切换应答器 RBC切换自动完成 列车受到RBC2的控制 车载设备终止与RBC1的通信 车载设备从RBC2接收到新的行车许可 48 二 C3系统技术方案 主要运营场景 6 自动过分相 当列车运行到距分相点前一定距离时 无线闭塞中心 RBC 应答器向列车发送前方被激活的分相点信息 包括 至分相点距离 分相区长度等 车载设备接收到过分相点信息后 传送给自动过分相装置 49 二 C3系统技术方案 主要运营场景 7 重联与摘解 列车重联 行车人员办理调车进路 车载设备使用调车 目视行车模式监控列车 列车B停在位置1 按调车 目视行车模式运行至位置2 然后运行至位置3 与列车A联挂 组成一列列车 列车摘解 把重联列车分成两列列车 摘解后的两列列车可以同向行驶 也可以背向行驶 或者转线 50 二 C3系统技术方案 主要运营场景 8 临时限速 在调度中心设置临时限速 调度员通过临时限速操作终端设置临时限速命令 临时限速命令分别下达给相关的无线闭塞中心 RBC 和列控中心 TCC 分别通过GSM R无线通信和有源应答器为列车提供临时限速信息 实现对CTCS 3级系统及后备系统的临时限速的控制 51 二 C3系统技术方案 主要运营场景 9 降级情况 行车人员的非正常操作 取消已经办好的进路 防护信号关闭 如果列车未进入接近区段 则立即取消进路 如果列车已进入接近区段 则延时规定时间后自动解锁进路 轨旁设备故障 轨道电路非正常占用 道岔失去表示等 列车应在故障区段前停车2分钟 司机确认转目视行车模式 列车运行至正常的区段 自动转换成完全监控模式 子系统故障 如RBC故障 无线通信中断等 列车将继续以先前收到的行车许可运行 直至T NVCONTACT后 如果故障仍未恢复 列车将实施最大常用制动 当速度低于CTCS 2级的允许速度时自动转换到CTCS 2级控车 当故障消除并具备CTCS 3级控车条件时 自动转换到CTCS 3级控车 52 二 C3系统技术方案 主要运营场景 10 灾害防护 列控系统预留了下列灾害防护的接口 风 雨 雪的灾害防护 采用临时限速的方法 确保列车运行安全 塌方 落物的灾害防护 通过灾害监测系统 非信号设备 及时监测出事件的发生 通过灾害报警开关接点条件直接将信息传送给管辖事发地点范围的车站联锁和列控中心 然后由RBC控制列车及时停车 车站站台紧急情况防护 车站站台设置紧急防护开关 当车站出现紧急情况 如 落物 时 相关人员触发防护开关 防护装置将报警信息传送给相应的车站联锁和列控中心 控制列车及时停车 53 二 C3系统技术方案 工程设计原则 1 区间轨道电路 区间采用计算机编码控制的ZPW 2000系列无绝缘轨道电路 轨道电路的正常码序为 L5 L4 L3 L2 L LU U HU 2 站内轨道电路 复杂大站 正线及股道采用与区间同制式的 计算机编码控制的ZPW 2000系列有绝缘轨道电路 其它区段采用25Hz轨道电路 一般车站 全站采用与区间同制式的 计算机编码控制的ZPW 2000系列有绝缘轨道电路 54 二 C3系统技术方案 工