CTCS列控系统概述剖析

CTCS列控系统概述剖析第1页/共59页目录CTCS发展背景CTCS2列控系统总体结构CTCS2列控系统基本原理CTCS2列控系统主要设备CTCS技术体系第2页/共59页相关名词ETCS(EuropeTrainControlSystem)欧洲列车控制系统

CTCS(ChineseTrainControlSystem)中国列车控制系统

ATP(AutomaticTrainProtection)列车自动防护

ATO（AutomaticTrainOperation）列车自动驾驶系统

ATS（AutomaticTrainSupervision）列车自动监控系统

CTC（CentralizedTrafficControl）调度集中

TCC(TrainControlCenter)列控中心

LEU（LinesideElectronicUnit）轨旁电子单元

ATC(AutomaticTrainControl)列车自动控制系统

GSMR（GlobalSystemForMobileCommunicationforRailway）铁路专用全球移动通信系统

LKJ列车运行监控装置

第3页/共59页CTCS发展背景ATP系统的必要性列车速度的不断提高，靠地面信号行车已不能保证行车安全，必须靠车载信号设备对列车实施运行控制，ATP已成为行车安全不可缺少的重要技术装备。第4页/共59页CTCS发展背景ATP系统的必要性当列车速度大于160km/h后，必须由对列车的开环控制变为闭环控制。ATP是由地面信号设备和车载设备共同组成的闭环高安全系统，是地面联锁向车载设备的延伸，在此基础上实现了以车载设备为主的行车方式。第5页/共59页CTCS发展背景CTCS的发展为推动我国铁路运输事业的发展，从2002年开始，铁道部就组织有关专家开始了中国列车运行控制系统（CTCS）相关技术标准的修订工作，并先后颁布了《CTCS2级技术条件（暂行）》等一系列技术文件。铁道部于2005年提出了的第六次铁路提速的宏伟计划，要求在既有的七大干线上实现200km/h的客运列车运行速度，同时建设和开通铁路客运专线，进一步提高铁路运输服务的总体水平。第6页/共59页CTCS发展背景CTCS2系统通过轨道电路完成列车占用和完整性检查，连续向列车传送控制信息，并采用大容量点式应答器向高速列车传送定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息等，是CTCS2级确定的列车运行控制方式。第7页/共59页CTCS分5级CTCS0级

既有线的控车模式区间轨道电路+站内电码化+通用机车信号+列车运行监控装置第8页/共59页CTCS分5级CTCS1级

基于既有设备改造的ATP系统。适用于既有线160km/h以下区段。针对中国主要干线装备现状，对既有设备实行强化改造，在主体化机车信号的基础上，通过补点，实现具有中国特色的点连式ATP。即主体化机车信号（区间、站内轨道电路进行强化改造＋故障安全型机车信号）＋点式设备＋安全型监控装置。第9页/共59页CTCS分5级CTCS-2列控系统是基于点式应答器、轨道电路传输列车运行控制信息的点连式列控系统。地面设备由区间、站内一体化轨道电路设备传输连续列控信息，由点式应答器、车站列控中心传输点式列控信息。车载设备根据地面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实时动态记录。CTCS2级

第10页/共59页CTCS分级CTCS3级基于轨道电路和无线通信（GSM-R）的ATP系统。轨道电路在实现区段占用与列车完整性检查方面具有不可替代的优势；无线通信（GSM-R）在满足我国铁路移动信息网需求的同时，又能解决超防信息高速率可靠传输，两者结合是强强互补。再辅以定位校核的点式设备，系统具有与国际接轨的先进性。第11页/共59页CTCS分5级CTCS4级完全基于无线通信（GSM-R）的ATP系统。该系统具有移动自动闭塞的特征。区间占用靠GPS和GSM-R实时数据传输解决（站内仍需轨道电路）。列车完整性检查、定位校核分别靠车载设备和点式设备实现，使得室外设备减少到最低程度。第12页/共59页CTCS2列控系统总体结构总体设计原则系统需求基本功能技术特点系统构成第13页/共59页总体设计原则在我国既有成熟信号系统技术设备基础上（如:自动闭塞、机车信号、车站联锁、调度集中等），通过适当增加其它信号设备（如：应答器、列控车载设备），构成具有先进连续速度控制功能并符合国际列控系统功能需求规范（ETCS）的列控系统。考虑建设周期的长期性，系统应与既有线信号系统具有良好的兼容性。第14页/共59页系统需求控制模式：目标－距离模式。驾驶模式：司机制动优先模式或设备制动优先模式两种。信息传输媒介：控车信息由轨道电路+应答器设备提供。系统兼容性：不同速度等级线路的列车可互联互通。第15页/共59页基本功能在不干扰机车乘务员正常驾驶的前提下有效地保证列车运行安全在任何情况下防止列车无行车许可运行防止列车超速运行，包括：防止列车超过进路允许速度；防止列车超过线路结构规定的速度；防止列车超过机车车辆构造速度；防止列车超过临时限速及紧急限速；防止机车超过规定速度进行调车作业；防止列车超过规定速度引导进站；防止列车溜逸。第16页/共59页其它功能具有车尾限速保持功能规定范围内的车轮打滑和空转不得影响车载设备正常工作；测速环节应保证，一定范围内的车轮滑行和空转不影响ATP的功能，并具有轮径修正能力；人机界面的基本功能是为机车乘务员提供的必须的显示、数据输入及操作，并能够以字符、数字及图形等方式显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离；第17页/共59页CTCS2系统结构人机接口地面应答器STM天线BTM天线记录器制动接口BTMSTM车载计算机CTC或TDCS站机车站列控中心车站联锁轨道电路LEU车务终端信号楼动车组第18页/共59页速度－距离模式（1）目标－距离（Distancetogo）控制曲线，也称一次制动模式速度控制曲线。列控系统车载设备通过对列车行车许可、线路参数、列车信息的综合处理，生成目标距离模式曲线，监控列车安全运行。监控曲线45驾驶曲线200第19页/共59页速度－距离模式（2）轨道电路提供的信息：行车许可；空闲闭塞分区数量；道岔限速等监控曲线45驾驶曲线200第20页/共59页速度－距离模式（3）应答器提供的信息包括：线路长度（以闭塞分区为单位提供）；线路坡度；线路固定限速；临时限速；轨道区段信息；列车定位等信息。监控曲线45驾驶曲线200第21页/共59页车载设备控制模式待机模式（SB）完全监控模式（FS）部分监控模式（PS）目视行车模式（OS）引导模式（CO）调车监控模式（SH）机车信号模式（CS）隔离模式（IS）第22页/共59页待机模式（SB）ATP上电时，直接进入该模式。在该模式下，设备只进行各种信息的采集，包括轨道电路信息的接收、应答器信息接收，ATP输出常用制动。第23页/共59页完全监控模式（FS）当车载设备具备列控所需的基本数据（轨道电路信息、应答器信息、列车数据）时，ATP车载设备生成目标距离模式曲线，并能通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等，控制列车安全运行。控车曲线速度（km/h）200第24页/共59页部分监控模式（PS）当由于为车载设备提供线路数据的某部分出现故障或者由于系统配置结构决定的线路数据缺损而使得车载设备无法按照完全监控模式运行，但轨道电路能正确给出进路开通状态信息时，车载设备采用的一种工作模式在待机模式下，司机一按压启动开关就进入PS模式第25页/共59页部分监控模式（侧线发车）侧线发车，ATP车载设备根据股道轨道电路信息（根据道岔限速发送UU码或UUS码），形成并保持固定限制速度（至出站口），控制列车运行。在出站口得到应答器数据后转为完全监控模式。监控曲线速度（km/h）45UU码驾驶曲线第26页/共59页引导接车模式（CO）引导接车，ATP车载设备收到接近区段的轨道电路信息（HB码），形成并保持固定限制速度，监控列车运行。监控曲线速度（km/h）20HB码200第27页/共59页目视行车模式（OS）当地面设备出现故障或者别的原因导致列车在禁止信号前停车后，根据行车管理办法和有关手续，司机对列控车载设备进行特殊操作后，由列控车载设备生成固定限制速度为20km/h的速度模式，监控列车运行。这种模式下，由于地面不能给出行车许可，车载设备仅负责监控列车的最高运行速度，无距离监督，行车安全由司机保障。列车在ATP监控下运行，司机对安全负责。每运行一段距离（100-200m）或一段时间（60秒），司机应重复按压按钮，否则设备制动停车。第28页/共59页目视行车模式（OS）控车曲线速度（km/h）20轨道电路故障第29页/共59页调车监控模式（SH）进行站内调车作业时，由于无轨道电路信息，不能实现完全监控模式运行，车载设备接收司机的操作后转入调车模式，生成固定限速为40km/h限速曲线，车载设备仅监控列车的最高运行速度，无距离监督，行车安全由司机保障。当接收到应答器中的调车危险信息后立即紧急制动停车。控车曲线速度（km/h）40（30）第30页/共59页机车信号模式（CS）当通过CTCS级间切换到CTCS-0/1级后，ATP功能相当于一个机车信号设备。当地面具备CTCS-1级条件时，ATP设备相当于主体机车信号，当地面具备CTCS-0级条件时，ATP设备相当于通用机车信号。在这种模式下，ATP设备仅为LKJ设备提供机车信号信息输出，不产生列车控制输出，列控防护功能由LKJ设备实施。第31页/共59页隔离模式（IS）车载设备发生故障而无法继续完成监控功能，触发制动停车后，经司机操作，车载设备控制功能停用，进入隔离模式。ATP车载设备无控车曲线速度（km/h）第32页/共59页CTCS级间转换ATP车载设备与列车运行监控记录装置的接口机车上取消传统的通用式机车信号设备。RS422接口提供LKJ控制所需的机车信号信息和应答器信息。控车权的转换以ATP车载设备为主（控制切换继电器由ATP控制）。在LKJ控车时，ATP的DMI上显示机车信号和列车实际运行速度。DMIATP车载设备LKJ－2000动车组制动系统RS422制动命令ATP车载设备与LKJ接口示意图DMI第33页/共59页级间转换原则原则上在车站离去区段自动转换（不应在进站信号机处转换），司机应确认。保留手动转换功能。预告点、执行点。控车权的交接以ATP车载设备为主。级间转换时若已触发制动，则应保持制动作用完成。第34页/共59页CTCS2级列控系统主要设备车载设备车站列控中心应答器轨道电路第35页/共59页车载设备主要功能在任何情况下防止列车无行车许可的运行防止列车超速运行防止列车超过进路允许速度防止列车超过线路结构规定的速度防止列车超过动车组构造速度防止列车超过临时限速防止列车溜逸制动与缓解故障后可隔离第36页/共59页车载设备组成EB,SBDMI155Niveau2STMSTBYSRAnnonceNiveau1Niveau1AnnonceNiveau2ConnexionRBCOK050100150200300250350400安全计算机BTM速度传感器LKJ050150200300250350400050150200300250350400列车接口单元欧洲应答器天线轨道电路传感器继电器接口STM第37页/共59页列控中心（TCC）功能根据来至CTC下达的临时限速命令、来自车站联锁的接发车进路和离去区段限速时信号机降级条件，以及前行列车的具体位置，完成对轨道电路低频码的编码控制和有源应答器的报文选择与传送，为列车提供运行许可和临时限速等可变信息。列控中心设置地点：车站、中继站、线路所。第38页/共59页车站列控中心结构第39页/共59页列控中心主要功能列控中心根据临时限速命令、车站进路状态，调用相应报文，通过LEU传至有源应答器。列控中心应满足对多个LEU进行控制的要求；

列控中心根据列车占用轨道区段及车站进路状态，控制轨道电路的载频、低频信息编码，并控制站内及区间轨道电路发送方向；列控中心根据列车在区间的走行逻辑，对轨道电路占用、出清、非正常逻辑进行判断和报警，并采取必要的防护措施；列控中心完成区间信号机点灯控制；

列控中心完成无岔站信号及进路控制；列控中心完成区间运行方向与闭塞控制；列控中心间实时传输区间轨道电路状态、临时限速信息、区间闭塞和方向条件等安全信息以及相关状态信息。

第40页/共59页应答器向车载ATP提供地面固定的线路参数和可变的临时限速信息。应答器可分为：有源（可变信息）应答器和无源（固定信息）应答器两类应答器区别：无源应答器发送自身预存信息有源应答器需通过电缆与LEU连接有源应答器发送自LEU来的信息，当电缆断线或短路时发送自身预存信息（默认报文）第41页/共59页应答器分类和区别有源（可变信息）应答器无源（固定信息）应答器两类应答器区别无源应答器发送自身预存信息有源应答器需通过电缆与LEU连接有源应答器发送自LEU来的信息，当电缆断线或短路时发送自身预存信息（默认报文）第42页/共59页应答器工作过程（1）接收电磁能量接收车载天线发送的27.095MHz无线电信号建立工作电源通过电磁耦合转换成电能，应答器开始工作循环发送报文，直至能量消失不间断串行发送1023位传输报文第43页/共59页应答器工作工程（2）TR上行27MHz4.2MHz下行第44页/共59页应答器设备功能向车载设备发送点式信息无源应答器发送固定信息线路速度、坡度、轨道电路参数、信号点类型等有源应答器发送实时变化固定的信息临时限速、进路坡度、轨道电路参数、信号点类型等有源应答器与LEU连接中断后，向车载发送固定信息第45页/共59页地面电子单元LEU从TCC接收报文通过RS485/422串行接口(接口S)向有源应答器发送报文通过专用电缆（接口C）检测外部电缆连接状态断线、短路记录状态信息向TCC或BEPT提供维护数据第46页/共59页报文读写工具BEPT应答器编程（读、写、校验报文）ＬＥＵ编程（读、写、校验报文）对应答器全面测试下载ＬＥＵ维护数据接口模拟（接口A、C、S）第47页/共59页轨道电路客专ZPW-2000A轨道电路是在既有ZPW-2000A无绝缘轨道电路的基础上，针对客运专线的应用进行了适应性改进，它保留了既有ZPW-2000A轨道电路稳定、可靠的特点，具有我国自主知识产权，适用于客运专线列控系统。客运专线ZPW-2000A轨道电路包括区间设备和站内设备两种。客运专线ZPW-2000A轨道电路具有以下技术特点：客专ZPW-2000A轨道电路、接收器载频选择可通过列控中心进行集中配置，发送器采用无接点的计算机编码方式，取代了既有ZPW-2000A轨道电路系统的继电编码方式，取消了大量的编码继电器。发送器由既有的N+1提高为1+1的备用模式，最大限度地降低了因设备故障而影响行车。第48页/共59页轨道电路将既有ZPW-2000A轨道电路的调谐单元和匹配单元整合为一个调谐匹配单元，减少了系统的设备数量，提高了系统的可靠性。优化了补偿电容的配置，采用25微法一种，不同的信号载频采用不同的补偿间距；补偿电容采用了全密封工艺，提高了其容值稳定性和延长了使用寿命。加大了空心线圈的导线线径，从而提高了关键设备的安全容量要求。客专ZPW-2000A轨道电路系统带有监测和故障诊断功能，系统的状态修提供了技术支持。站内采用与区间同制式的客专ZPW-2000A轨道电路，提高系统的可靠性；站内道岔区段的弯股采用与直股并联的一送一受轨道电路结构，轨道电路在大秦线站内ZPW-2000A轨道电路的基础上，使道岔分支长度由小于等于30m延长到的160m，提高了机车信号车载设备在站内使用的安全性、灵活性，方便了设计。第49页/共59页区间机械绝缘节—电气绝缘节轨