第七章列车运行自动控制技术

1、第七章 列车运行自动控制技术交通信息工程及控制翟正怡2006年1月第七章 列车运行自动控制技术第一节 列车运行自动控制系统的速度控制 模式第二节 列控系统的系统构成第三节 列控系统的应用等级第四节 典型的列控系统 第五节 机车信号与超速防护 第一节 列车运行自动控制系统的速度控制模式 列车运行自动控制系统ATC（Automatic Train Control）就是对列车运行全过程或一部分作业实现自动控制的系统。其特征为：列车通过获取的地面信息和命令，控制列车运行，并调整与前行列车之间必须保持的距离。 列车运行自动控制系统（简称列控系统）是保证列车按照空间间隔制运行的技术方法，它是靠控制列车运行

2、速度的方式来实现的。 在城市轨道交通领域中，列车运行自动控制系统ATC（Automatic Train Control）包括三个子系统： 列车超速防护系统ATP（Automatic Train Protection） 列车自动驾驶系统ATO (Automatic Train Operation) 列车自动监控系统ATS (Automatic Train Supervision) 从速度控制方式角度，对列车运行自动控制分为以下两种模式： 分级速度控制 目标距离速度控制一 分级速度控制 分级速度控制是以一个闭塞分区为单位，根据列车运行的速度分级，对列车运行进行速度控制。分级速度控制系统的列车追踪间

3、隔主要与闭塞分区的划分、列车性能和速度有关 。分级速度控制又可分为阶梯式和分段曲线式 (一) 阶梯式分级速度控制 阶梯式分级速度控制又分为超前式和滞后式 1. 超前式速度控制 超前式速度控制方式又称为出口速度控制方式，给出列车的出口速度值，控制列车不超过出口速度。 2. 滞后式速度控制 滞后式速度控制方式又称为入口速度控制方式，给出列车的入口速度值，监控列车在本闭塞分区不超过给定的入口速度值，采取人控优先的的方法，控制列车不超过下一闭塞分区入口速度值。 图7-1阶梯式分级速度控制 (二) 曲线式分级速度控制 曲线式分级速度控制根据列车运行的速度分级，每一个闭塞分区给出一段速度控制曲线，对列车运

4、行进行速度控制。 分段曲线式分级速度控制一般制动速度控制曲线是不连贯和不光滑的，可以利用计算机技术做成连贯和光滑的连续曲线。 图7-2分段曲线式分级速度控制 图7-3连续曲线式分级速度控制 二 目标距离速度控制 目标距离速度控制采取的制动模式为连续式一次制动速度控制的方式，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，不设定每个闭塞分区速度等级 连续式一次速度控制模式若以前方列车占用的闭塞分区入口为追踪目标点，则为准移动闭塞；若以前方列车的尾部为追踪目标点，则为移动闭塞。 图7-4目标距离速度控制 列控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、线路参数和列车自身的性能计算而

5、定，线路参数可以通过地对车信息实时传输，也可以事先在车载信号设备中存储通过核对取得。 三三 控制模式简表 控制模式 分级速度(速差式) 目标距离 制动模式 台阶式 分段曲线式 一次连续式 闭塞制式 固定闭塞 准移动闭塞 移动闭塞 虚拟闭塞 车地信息传输 多信息轨道电路+点式设备 数字轨道电路; 或多信息轨道电路+点式设备 无线通信; 或数字轨道电路; 或轨道电缆; 或多信息轨道电路+点式设备 无线通信 无线通信 轨道占用检查 轨道电路 轨道电路 轨道电路或计轴设备 无线定位 应答器 无线定位 应答器 制动模式图示 列车运行间隔 双红灯防护 X+1L 设为对照值 XL 一次连续制动始点可变 小于

6、XL 一次连续制动始点可变 小于XL 移动闭塞 更小于XL 表7-1 列控系统各种控制模式表第二章 列控系统的系统构成 我国正在编制中国列车运行控制系统（简称CTCS）的技术规范，着手全力发展和装备列车运行控制系统。 CTCS系统有两个子系统，即车载子系统和地面子系统。 地面子系统可由以下部分组成：应答器、轨道电路、无线通信网络（GSM-R）、列车控制中心（TCT）/无线闭塞中心（RBC）。 车载子系统可由以下部分组成：CTCS车载设备、无线系统车载模块。 图7-5 CTCS系统结构示意图 第三节 列控系统的应用等级 CTCS根据功能要求和设备配置划分应用等级分，分为04级。 CTCS应用等级

7、0(以下简称L0)：由通用机车信号+列车运行监控装置组成，为既有系统。 CTCS应用等级1(以下简称L1)：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。 CTCS应用等级2(以下简称L2)：是基于轨道传输信息并采用车-地一体化系统设计的列车运行控制系统。 CTCS应用等级3(以下简称L3)：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运行控制系统。 CTCS应用等级4(以下简称L4)：是完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。 一 CTCS 0级 为了规范的一致性，将目前干线铁路应用的地面信号设备和车载设备定义为0级。0级由通用

8、机车信号加上列车运行监控装置组成，对这一定义，尚有不同的看法。 一 CTCS 0级 0级的控制模式也是目标距离式，它在既有地面信号设备的基础上，采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据，结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。 二 CTCS 1级 CTCS 1级由主体机车信号加上加强型运行监控装置组成，面向160km/h及以下的区段，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。 二 CTCS 1级 1级的控制模式为目标距离式，采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据，结

9、合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。 二 CTCS 1级 1级与0级的差别在于全面提高了系统的安全性，是对0级的全面加强，可称为线路数据全部贮存在车载设备上的列车运行控制系统。 三 CTCS 2级 CTCS 2级是基于轨道电路和点式信息设备传输信息的列车运行控 制系统，面向提速干线和高速新线，适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机。它是一种点-连式列车运行控制系统 。三 CTCS 2级 CTCS 2级采取目标距离控制模式（又称连续式一次速度控制）。目标距离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，不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。 三 CTCS 2级 CT

10、CS 2级采取闭塞方式称为准移动闭塞方式，准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，留有一定的安全距离 。四 CTCS 3级 CTCS 3级是基于无线通信（如GSM-R）的列车运行控制系统， 它可以叠加在既有干线信号系统上。 CTCS 3级与2级一样，采取目标距离控制模式和准移动闭塞方式。 五 CTCS 4级 CTCS 4级是完全基于无线通信（如GSM-R）的列车运行控制系统。 CTCS 4级采取目标距离控制模式，列车按移动闭塞或虚拟闭塞方式运行。 六六 等级对照 分析CTCS的应用等级划分，发现有以下两个特点： 1. 各应用等级均采用目标距离控制模式，采取连续一次制动方式。 2.

11、 各应用等级是根据设备配置来划分的，其主要差别在于地对车信息传输的方式和线路数据的来源。 应用等级 L0 L1 L2 L3 L4 控制模式 目标距离 目标距离 目标距离 目标距离 目标距离 制动方式 一次连续 一次连续 一次连续 一次连续 一次连续 闭塞方式 固定闭塞或准移动闭塞 准移动闭塞 准移动闭塞 准移动闭塞 移动闭塞或虚拟闭塞 地对车信息传输 多信息轨道电路+点式设备 多信息轨道电路+点式设备 多信息轨道电路+点式设备； 或数字轨道电路 无线通信双向信息传输 无线通信双向信息传输 轨道占用检查 轨道电路 轨道电路 轨道电路 轨道电路等 无线定位 应答器校正 列车运行间隔 按固定闭塞运行

12、大于L 设为对照值L L L 小于L 线路数据来源 大贮存于车载数据库 大贮存于车载数据库 应答器提供 或数字轨道电路 无线通信提供 无线通信提供 对应ETCS级 ETCS1级 ETCS2级 ETCS3级 表7-2 列控系统应用等级对照表 第四节 典型的列控系统 目前，高速铁路正在欧洲和亚洲快速发展，已通车或正在建设中的高速线路多达十几条，其列控系统各不相同，主要有法国TVM300和TVM430、日本ATC和数字ATC、德国LZB80、欧洲ETCS等系统设备。 一 法国U/T系统 法国高速铁路TGV区段的列控系统，车载信号设备采用TVM300或TVM430，地对车的信息传输以无绝缘轨道电路UM

13、71为基础，该列控系统简称U/T系统。 一 法国U/T系统 TVM300系统在1981年于巴黎里昂首先投入使用，系统构成简单，造价较低。采用无绝缘轨道电路UM71，地对车的信息传输容量仅有18个，速度监控是滞后阶梯式的。 一 法国U/T系统 TVM430系统在1993年于法国第三条北方线高速铁路首先投入使用。随着列车速度不断提高，时速已达320km/h 。 近年来，法国CS公司又开发了计算机联锁（SEI）和列控(ATC)一体化的系统，在地中海线和海峡伦敦线开通使用，我国秦沈客运专线也采用了该系统。 二 日本ATC系统 日本于1964年开通了世界上第一条高速铁路东海道新干线。日本新干线现有的AT

14、C系统普遍采用超前阶梯式速度监控，它的制动方式是设备优先的模式 。二 日本ATC系统 数字式ATC采用目标距离一次制动模式曲线方式，车载设备根据地面轨道电路传送来的信息和各开通区间的长度，求取与前方列车所占用区间的距离，综合线路数据、制动性能和允许速度等计算出列车运行速度 。三 欧洲ETCS系统 根据欧洲ETCS计划，为了实现欧洲铁路互联互通，车载设备采用ETCS总线，可以灵活地支持与各种传统设备及ETCS车载设备的通信 。四 德国LZB系统 德国LZB系统是基于轨道电缆传输的列控系统，是世界上首次实现连续速度控制模式的列控系统，技术上是成熟的。 四 德国LZB系统 LZB是1965年以前开发

15、的系统。它利用轨道电缆作为车-地间双向信息传输的通道。LZB以地面控制中心为主计算制动曲线，车载信号设备智能化不够，与其它列控系统兼容比较困难。 五 信息传输媒介 从上述典型的列控系统介绍中看出，列控系统车地间传输媒介主要包括以下几种方式 ： (一) 轨道电路 (二) 轨道电缆 (三) 点式设备 (四) 无线传输 第五节机车信号与超速防护 为了保证行车安全，提高运输效率及改善司机的劳动条件，在自动闭塞及半自动闭塞区段运行的列车上都要安装机车信号。当采用了机车信号设备后，能避免自然条件干扰的影响，提高司机接受信号的可靠性。 机车信号是用设于机车驾驶室内的设备自动反映运行条件，指示司机运行的一种信

16、号显示制度，又称机车自动信号。机车信号是保证行车安全的重要技术设备。 我国现有的机车信号有点式、连续式和接近连续式三种类型。 点式机车信号是在线路上的某些固定地点设置地面设备，向机车传递信息的机车信号，用于非自动闭塞区段。它的特点是：设备简单、建设费用低、地面不耗能、安装容易、施工快。 连续式机车信号是在整个线路上连续不断地反映线路状态和运行条件的机车信号，用于自动闭塞区段。它的特点是能连续不断地把地面信号显示情况反映给司机，大大改善其劳动条件。 接近连续式机车信号是在固定地段的线路连续地反映地面信号显示的机车信号，广泛用于非自动附塞区段。 机车上必须采用机车信号设备，以保证行车安全，提高列车

17、运行效率。随着列车速度和机车信号可靠程度的不断提高，机车信号正从辅助信号变为主体信号。一 机车信号系统 机车信号设备根据其功能不同有：一是以机车内信号显示功能为主的设备称为机车信号；二是以控制列车运行功能为主的则称为列车自动停车或列车自动监督和控制。 机车信号根据其信号显示的作用不同有两种：一是机车信号，仅用来复示地面固定信号机，还不能作为主体信号使用。二是机车信号作为主体信号使用，采用这种显示方式则可以取消地面信号机。 机车信号设备的控制命令是由地面传递给机车的，因此机车信号设备的信息传递方式分为： 连续式 点式 接近连续式 1.连续式机车信号是指在某一区段线路上不间断地向机车传递信息，所以连续式机车信号能连续不断地把地面信号显示情况复示给司机。这种制式主要用在自动闭塞区段上。 2. 接近连续式机车信号是指从车站进站信号机外方大于列车制动距离以上的地点 (即接近区段)起，机车信号可连续复示进站信号机的显示。接近连续式机车信号一般用在非自动闭塞区段。