列车轨道交通信号概述_轨道交通方法与实践论文

1、轨道交通方法与实践论文 Beijing Jiaotong University 轨道交通方法与实践论文列车轨道交通信号概述学 院：电子信息工程学院姓 名：学 号：班 级：指导教师：时 间：2013.07.20摘要：铁路信号（railway signaling）技术经历了一百多年的发展历史，逐步成为今天的以保证行车安全、提高运输效率和改善劳动条件为目标的现代铁路信号系统。铁路信号是以电子技术、通信技术、计算机技术、控制技术等为手段，根据铁路的特点而形成的一门应用性极强综合性信息应用学科。它研究的理论和技术是围绕着保证列车运行安全，提高铁路运输效率，及时和准确的提供列车运行信息方面展开的。本文主要

2、分为四个部分，第一部分主要介绍了列车信号的组成包括铁路系统的设备、器材和主要信号系统，第二部分介绍了铁路信号的作用，从安全、效率、信息采集三个方面阐述，第三部分介绍了与铁路信号密切相关的信息技术，包括通信技术、计算机技术、DSP技术，第四部分介绍了铁路信号的发展趋势与特征，主要从功能与作用综合化、信号设备数字化、系统结构网络化三个方面进行阐述。关键词：铁路信号；列控系统；目录摘要：2目录31.列车信号的组成41.1信号设备、器材41.1.1信号机41.1.2继电器51.1.3轨道电路71.1.4转辙机81.2信号系统91.2.1车站联锁91.2.2区间闭塞121.2.3列车运行控制141.2.

3、4行车调度系统152.铁路信号的作用162.1保障铁路运输安全162.2调高运输效率、改善劳动条件162.3铁路信息化系统基础信息采集163.铁路信号相关技术173.1现代通信技术173.2计算机技术173.3数字信号处理技术174.铁路信号的发展趋势与特征184.1功能与作用综合化184.2信号设备数字化、智能化184.3系统结构网络化185.参考文献191.列车信号的组成在当今铁路运输系统中，铁路信号担负着指挥列车运行和调车作业，向行车有关人员指示运行条件；对行车运行方向、运行间隔、运行进路以及运行速度进行控制的重要基础设施，其主要功能是保证行车安全、提高运输效率。铁路信号包括信号设备、器

4、材和信号系统两个层次。信号设备、器材包括信号机、继电器、轨道电路、转辙机等，信号系统包括车站联锁、区间闭塞、列车运行控制、行车调度指挥控制、驼峰调车控制、道口信号、信号微机监测等系统1.1信号设备、器材1.1.1信号机为指示列车运行及调车作业的命令，铁路必须根据需要设置各种信号机和信号表示器，他们是各种信号系统中不可缺少的组成部分。信号机用以形成信号显示、防护进路、指示列车和调车车列的运行条件；地面信号是设于车站或区间固定地点的信号机或信号表示器，用来防护站内进路或区间闭塞分区以及道口；机车信号设于机车驾驶室内，用来复视地面信号的显示，以及逐步成为行车凭证使用。如图1.1-1是进站、出站、通过

5、信号机举例，图1.1-2是信号显示常用图形符号图1.1-1进站、出站、通过信号机举例图1.1-2信号显示常用图形符号1.1.2继电器继电器是一种电励开关，是自动控制中常见的电器。它能够以极小的电信号控制执行电路中相当大的对象，能够控制数个对象和数个回路，也能控制远距离的对象。有着良好的开关性能：闭合阻抗小、断开阻抗大，有故障安全性能，能控制多回路、抗雷击性能强、无噪声、温度影响小等。在以继电技术构成的系统中，继电器被大量使用，在以电子元件和微机构成的系统中，作为接口部件，它能将系统主机与信号机、轨道电路、转辙机等执行部件结合起来。图1.1-3继电器基本工作原理如图1.1-3是继电器基本工作原理

6、，当线圈中通入一定数值的电流后，由于电磁作用或感应方法产生电磁吸引力，吸引衔铁，由衔铁带动接点系统，改变其状态、从而反映输入电流的状况。图1.1-4继电器型号表示方法如图1.1-4是继电器型号表示方法，继电器型号一般采用汉字拼音字母和数字表示：字母表示继电器种类，数字表示线圈的阻值。1.1.3轨道电路轨道电路是利用钢轨作为导体，两端加以机械绝缘（或电气绝缘），接上送电和受电设备构成的，使电流在轨道的一定范围内流通而构成的电路。它被用来监督线路上是否有车占用、线路是否完整、以及将列车运行与信号显示等联系起来，即通过轨道电路向列车传递行车信息。轨道电路是铁路信号的重要基础设备，它的性能直接影响行车

7、安全和运输效率。图1.1-5轨道电路基本原理当轨道电路设备完好，又没有列车、车辆占用时，轨道电流从电源正极经钢轨、轨道继电器线圈回到负极而构成回路，继电器处于吸起状态，表示轨道区段内无车占用。此状态称为轨道电路的调整状态。当轨道区段内有列车、车辆占用时，因为车辆的轮对电阻比轨道继电器线圈电阻小得多，所以轨道电路被轮对分路，这时流经继电器线圈的电流很小，不足以使衔铁保持吸起，继电器失磁落下，表示该区段有车占用。此状态称为轨道电路的分路状态。当轨道区段内发生断轨或断线等故障时，流经继电器线圈的电流中断，使继电器失磁落下。此状态称为轨道电路的断轨状态。轨道电路的作用主要表现在以下两方面。1监督列车占

8、用利用轨道电路监督列车在正线或列车和车辆在车辆段等线路的占用状态。轨道电路反映有关线路空闲时，为开放信号、建立进路、构成闭塞提供了依据；轨道电路被占用时，用于实现控制有关信号机的自动关闭，实现信号系统的自动控制。2传输行车信息在正线上，根据列车的不同位置，有关闭塞分区的轨道电路传输不同的控制信息，实现对追踪列车的控制。带有编码信息的轨道电路是轨道交通信号系统车-地之间信息传输的通道之一。1.1.4转辙机道岔的转换和锁闭，是直接关系行车安全的关键设备。道岔转换的电动方式，是由各类动力转辙机转换和锁闭道岔，易于集中操纵，实现自动化。转辙机是转辙装置的核心和主体，除转辙机本身外，还包括外锁闭装置和各

9、类杆件、安装装置，它们共同完成道岔的转换，改变道岔的开通方向，锁闭道岔尖轨（和可动心轨），反映道岔位置。转辙机是重要的信号基础设备，它对于保证行车安全，提高运输效率，改善型车人员的劳动强度，起到非常重要的作用。图1.1-6转辙机安装示意图道岔有两根可以移动的尖轨，一根密贴于基本轨，另一根尖轨离开，可以同时改变两根尖轨的位置，使原来密贴的分离，而原来分离的密贴，可见道岔有两个可以改变的位置。我们通常把道岔经常所处的位置叫做定位，临时需要改变的位置叫做反位。为改变道岔的两个位置，在道岔的尖轨处需要安装道岔转辙设备。道岔转换至规定位置而且密贴后，自动实行机械锁闭，防止外力改变道岔位置。当道岔尖轨与基

10、本轨密贴后，正确反映道岔位置，并给出相应表示。转辙机有电动转换和人工转换两种方式。 设备正常时，运行操作人员利用控制台(或显示器)上的有关按钮进行集中操纵。停电、转辙机故障以及有关轨道电路故障时，只能使用手摇方式转换道岔。锁闭道岔的方式有机械锁闭和电气锁闭两种形式。机械锁闭是当道岔转换到位后利用转辙机的内锁闭或外锁闭装置自动实现的，用于确保列车运行时尖轨与基本轨保持密贴。当设备故障时，需人工利用钩锁器等设备对道岔尖轨实施锁闭以保证行车安全。电气锁闭是利用继电器触点等断开转辙机电路，确保列车占用或已发出指令允许列车经过时，不会由于误操作导致道岔转换。1.2信号系统1.2.1车站联锁车站联锁用来控

11、制和监督车站的道岔、进路和信号，并实现他们之间的联锁关系，操纵道岔和信号机。目前，联锁系统主要有继电集中联锁和计算机联锁。用继电的方法集中控制和监督全站的道岔、进路和信号机，并实现他们之间的连锁的设备称为继电集中联锁。继电集中联锁的全部联锁关系是通过继电电路实现的。车站的值班员通过控制台办理进路，自动转换道岔、锁闭进路、开放信号。图1.2-1道岔、进路间的联锁如图1.2-1，道岔（定位、反位），进路（锁闭，解锁）。道岔位置正确，进路才能锁闭。进路解锁后，道岔才能改变其位置。图1.2-2道岔、信号机之间的联锁如图1.2-2，进路是由信号机防护的，因此道岔与进路之间的联锁也可用道岔与信号机之间的联

12、锁来描述。图1.2-3进路处理过程一览表计算机联锁使用计算机和其他一些电子、继电器件组成具有故障安全性能的实时控制系统。计算机连锁的全部联锁关系是通过计算机程序实现的。它与继电集中联锁相比具有十分明显的技术经济优势，它是车站联锁设备的发展方向。图1.2-4典型计算机联锁系统结构1.2.2区间闭塞为保证区间行车安全，要求按照一定的方法组织列车在区间的运行，称为行车闭塞法。区间闭塞是保证区间行车安全、提高运输效率的系统。图1.2-5闭塞分类示意图半自动闭塞是人工办理闭塞手续，列车凭信号显示发车，列车出站后，出站信号机自动关闭。图1.2-6半自动闭塞示意图站间自动闭塞车站之间能自动向区间发车，不需要

13、人工办理闭塞手续的闭塞方式。此闭塞方式既属于站间闭塞方式，也属于自动闭塞方式。图1.2-7站间自动闭塞示意图固定自动闭塞是将一个区间划分为若干个闭塞分区，根据列车运行和闭塞分区状态，自动变换通过信号机的显示，司机凭信号显示行车的闭塞方法。图1.2-8固定自动闭塞示意图1.2.3列车运行控制机车信号、列车运行监控记录装置和列车运行超速防护系统都属于列车运行控制系统。列车运行控制系统自动控制列车进行，用来保证行车安全，并以最佳运行速度驾驶列车。图1.2-9列控系统基本组成借鉴欧洲列控系统（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，制定了我国列控系统CTCS技术标准，

14、分为CTCS-0、1、2、3、4级。列车运行超速系统，包括CTCS-2和CTCS-3。CTCS-2级列车控制系统是基于轨道电路加应答器传输列车信息的点连式系统，CTCS-3级列控系统是基于GSM-R传输信息的列控系统，他们都是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。图1.2-10CTCS列控系统概览图1.2-11CTCS-3级列控系统组成和功能1.2.4行车调度系统包括列车调度系统和调度集中的行车调度指挥系统，是铁路信号发展的关键性技术，是随着微电子技术、现代通信技术的发展而发展起来的。无论在信息交换、实时控制及调度决策，还是在控制范围上，越来越显示出其优越性，它代表了列车信息与控

15、制技术的发展趋势。图1.2-12铁路行车调度指挥原理图2.铁路信号的作用铁路信号的作用主要包括：统一调度指挥列车运行、保证行车安全、提高运输效率、改善劳动强度。铁路信号的任务包括：按照运输计划与运输方案指挥行车，进行进路控制、速度控制，实现列车安全运行，提高列车运行速度和密度。2.1保障铁路运输安全铁路运输的基本任务是运送旅客，运送工农业生产和国防建设所需要的货物。因为要切实保障旅客和货物平安运送到目的地，所以运输的安全是运输业中永恒的主题。信号机的显示作为列车安全运行的凭证，显示运行信号，允许列车驶入所防护的空间；显示禁止信号，则不准列车驶入该空间，当信号设备发生故障时，应立即关闭信号，给出

16、禁止信号，禁止列车时如新号及防护区间。总之，铁路信号系统是为了保证运输安全而诞生和发展的，系统的第一使命是保证行车安全，没有铁路信号，也就没有铁路系统的运输的安全。2.2调高运输效率、改善劳动条件铁路信号技术的发展还为行车部门提高了劳动生产率，节省了大量行车人员。据统计，电务部门装备使行车人员劳动生产率10年调高了50%，至少减少6万人，同时在减轻劳动强度与风险、减少人员伤亡等方面也取得明显的社会效益，给铁路增产不增人奠定了一定的物质保证。2.3铁路信息化系统基础信息采集现代化铁路的标志是信息化，铁路信息化离不开基础信息的采集，因此，信号技术的发展的一个新的要求是为铁路管理系统中其他子系统，如

17、旅客服务系统、货运管理系统等提供基础信息服务。铁路信号的作为底层信息采集及控制部分，能够快速而且准确的完成各种行车设备状况的信息采集和运输，用信号系统采集的信息能保证安全运输和最大限度地发挥各种行车设备的能力，并且为实现铁路信息化奠定基础，有助于提高运营效率及服务质量。3.铁路信号相关技术铁路信号技术的发展，从一开始就与相关的科技发展密切联系，如机械信号系统是建立在物理学与机械学发展基础之上的。进入电气信号发展阶段，则进一步利用了电机、继电和通信等技术的成果。如今的铁路信号系统则又涉及诸多新的信息学科技术。3.1现代通信技术无线通信是地面与移动设备、移动设备相互之间交换信息的重要手段，在铁路信

18、号系统中急需解决列车与地面系统之间，列车与列车之间信息传输的问题。随着无线技术的发展，铁路信号系统中利用无线通信技术，解决列车控制问题已经成为发展趋势。近年来，随着计算机与通信技术结合，出现的广域网和局域网，已经被广泛应用与铁路系统，如：列车调度指挥系统、区域计算机联锁系统、信号检测系统等方面，现代通信交换技术已成为铁路信号系统网络化的基础。3.2计算机技术计算机技术在铁路信号的广泛应用，促进了铁路线信号技术的大发展，没有计算机技术和信号控制技术的融合，就没有铁路信号的现代化。计算机参与控制的可以最大限度地减少人为出错的概率。计算机逻辑处理能力强、计算速度高。采用计算机代替人进行逻辑处理工作可

19、以得到更准确可靠的结果。计算机易于实现对信号设备运行状态的不间断检测。采用计算机技术，能够对故障进行有效的定位、信息存储、状态回放，容易实现智能维护和远程诊断。计算机技术有利于提高铁路信号系统的智能化功能。可以将人类生产中的经验程序化，实现生产过程的智能化控制，使生产过程达到最优。计算机技术有利于进一步提高系统的安全性。随着计算机系统故障安全技术的不断提高，其强大的逻辑运算功能完全可以实现过去靠继电器布线逻辑电路难于解决的一些系统那全功能，安全性能可进一步提高。3.3数字信号处理技术随着铁路运输提速、重载的发展，基于分立元器件和模拟信号处理技术的传统铁路信号设备越来越满足不了铁路运输安全性与实

20、时性的要求。因此，全面引进计算机技术，利用计算机的高速分析性能，来提高信号设备的技术水平已非常紧迫。数字信号处理技术的出现为铁路信号信息处理提供了很好地解决办法。与模拟信号相比，数字信号处理技术具有更高的可靠性和实时性。随着数字信号处理技术的新发展，在铁路信号处理中引入了新的实用技术，如ZFFT（ZOOM-FFT）、小波信号处理技术、现代谱分析技术等。4.铁路信号的发展趋势与特征随着信息技术的发展及高速铁路信号技术的应用，当前铁路信号技术正经历由传统的几点逻辑、模拟电路、分散孤立的控制模式向数字化、网络化、智能化、综合化发展的重大变革时期。在信号系统的功能上，已由原来单一化走向系统化和信息化，从单纯保障行车安全，扩展到提高运输效率、改善管理和改进服务及业务综合管理方向发展。4.1功能与作用综合化随着列控系统及调度指挥系统的发展，铁路信号制式与运行模式也发生变化，铁路信号从以车站为中心向以列车运行控制系统为中心转化；列车运行调度指挥从调度员车站值班员司机三级管理向调度员直接控制列车转化区间闭塞由固定闭塞方式向移动闭塞