CTCS-2列控系统教案资料

CTCS-2列控系统大秦铁路公司有限公司太原职工培训基地忻州培训站韩旭东1CTCS列控系统概述2名词缩写ATP（AutomaticTrainProtection），列车超速防护。CTC（CentralizedTrafficControl），调度集中。CTCS（ChineseTrainControlSystem），中国列车运行控制系统。DMIS（DispatchManagementInformationSystem），列车运行调度管理信息系统。EMC（ElectroMagneticCompatibility），电磁兼容性。ETCS（EuropeanTrainControlSystem），欧洲列车运行控制系统。ETML（EuropeanTrafficManagementLayer），欧洲铁路运输管理层。ERTMS（EuropeanRailwayTrafficManagementSystem），欧洲铁路运输管理系统。FRS（FunctionalRequirementsSpecifications），功能需求规范。GSM－R（GlobalSystemMobileforRailway），铁路专用全球移动通信系统。名词缩写RBC（RadioBlockCenter），无线闭塞中心。SRS（SystemRequirementsSpecifications），系统需求规范。SBI（ServiceBrakeInterventionlimit）常用制动介入限制。EBI（TheEmergencyBrakeInterventionlimit）紧急制动介入限制。REL（ReleaseSpeed）缓解制动速度。CSM（CeilingSpeedMonitoringSection）常数速度监视区。TSM（TargetSpeedMonitoringSection）目标速度监视区。SSP（StaticSpeedProfile）静态速度制限。TSR（TemporarySpeedRestriction）临时限速。LMA（LimitofMovementAuthority）列车停车界限。RMP（RevisedMileageforpositionalrecognition）校正累计计数距离。MRSP（MostRestrictiveSpeedProfile）最低限速。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。5启示随着欧洲铁路的发展，欧盟各国都面临如何解决跨国运行时ATP的兼容问题。为此，20世纪90年代中期欧洲各信号公司花大力气，耗时几年，联合制订了ETCS技术规范。目前，ETCS已通过欧盟立法，成为欧盟各国铁路强制实行的规范。并在装备形式上主要分为ETCS一、二、三级。通过对ETCS的研究，从中得到以下几点启示：6a.总体规划

我们在充分借鉴欧洲发展ETCS成功经验的基础上，经过充分调查研究和专家论证，已对CTCS作出了总体规划。中国发展CTCS技术既要兼顾既有设备的现状，也要充分考虑未来的发展，避免造成人力物力的浪费和制式的混乱。7b.系统设计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，在此基础实现了以车载设备为主的行车方式。各国铁路在实施ATP过程中，都是以故障安全作为最重要的技术条件，将地面和车载设备按一个系统统一设计，同步进行技术更新或强化改造的，这样才能保证整个系统的高安全、高可靠。8中国列车运行控制系统-CTCS铁道部2002年开始立项对ETCS技术规范进行研究，提出发展CTCS的战略目标。2004年铁道部发布了“CTCS技术规范总则”、“CTCS-2技术条件”等规范文件。文件描述了CTCS的基本概念、目标、框架结构、分级和各级间的兼容关系，是CTCS系统设计、设备研制的强制性规范。9

参照欧盟发展ETCS的成功经验，从中国的国情、路情实际出发，中国列车运行控制系统划分为0～4级。CTCS系统分级10CTCS-0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。11

由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成。面向160km/h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。(1)地面子系统组成轨道电路

完成列车占用检测及列车完整性检查，连续向列车传送控制信息。车站正线采用与区间同制式的轨道电路，侧线采用与区间同制式的叠加电码化设备。CTCS-1级12CTCS-1级点式信息设备

宜设置在车站附近，主要用于向车载设备传输定位信息。(2)车载子系统组成主体机车信号

完成轨道电路信息的接收与处理。点式信息接收模块

完成点式信息的接收与处理。安全型运行监控记录装置

实时检测列车运行速度，对列车运行控制信息进行综合处理，控制列车按命令运行。CTCS2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统；CTCS2级面向提速干线和高速新线，采用车-地一体化设计；CTCS2级适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。(1)地面子系统组成列控中心

根据列车占用情况及进路状态计算行车许可及静态列车速度曲线并传送给列车。轨道电路

完成列车占用检测及列车完整性检查，连续向列车传送控制信息。车站与区间采用同制式的轨道电路。CTCS-2级14CTCS-2级(2)车载子系统组成连续信息接收模块

完成轨道电路信息的接收与处理。点式信息接收模块

完成点式信息的接收与处理。测速模块

实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。设备维护记录单元

对接收信息、系统状态和控制动作进行记录。CTCS-2级车载安全计算机

对列车运行控制信息进行综合处理，生成控制速度与目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。人机界面

车载设备与机车乘务员交互的设备。CTCS3级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；CTCS3级面向提速干线、高速新线或特殊线路，基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞；CTCS3级适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。(1)地面子系统组成无线闭塞中心（RBC）

使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统。它根据列车占用情况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息。所使用的安全数据通道不能用于话音通信。无线通信（GSM-R）地面设备

作为系统信息传输平台完成地－车间大容量的信息交换。点式设备主要提供列车定位信息。轨道电路

主要用于列车占用检测及列车完整性检查。CTCS-3级17CTCS-3级(2)车载子系统组成无线通信（GSM-R）车载设备

作为系统信息传输平台完成车－地间大容量的信息交换。点式信息接收模块

完成点式信息的接收与处理测速模块

实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。设备维护记录单元

对接收信息、系统状态和控制动作进行记录。CTCS-3级车载安全计算机

对列车运行控制信息进行综合处理，生成目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。人机接口

车载设备与机车乘务员交互的接口。CTCS-4级CTCS4级是基于无线传输信息的列车运行控制系统；CTCS4级面向高速新线或特殊线路，基于无线通信传输平台，可实现虚拟闭塞或移动闭塞；CTCS4级由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查；CTCS4级地面不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。20CTCS-4级(1)地面子系统组成无线闭塞中心（RBC）

使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统。它根据列车占用情况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息。所使用的安全数据通道不能用于话音通信。无线通信（GSM-R）地面设备

作为系统信息传输平台完成地－车间大容量的信息交换。CTCS-4级(2)车载子系统组成无线通信（GSM-R）车载设备

作为系统信息传输平台完成车－地间大容量的信息交换。测速模块

需要时，实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。设备维护记录单元

对接收信息、系统状态和控制动作进行记录。CTCS-4级车载安全计算机对列车运行控制信息进行综合处理，生成目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。人机接口

车载设备与机车乘务员交互的接口。全球卫星定位或其他设备提供列车定位及列车速度信息列车完整性检查设备CTCS-4级全球卫星定位或其他设备提供列车定位及列车速度信息列车完整性检查设备运行管理记录单元CTCS等级划分及设备构成CTCS-1CTCS-0CTCS-2CTCS-3CTCS-4地面设备联锁闭塞进出站口应答器区间应答器列控中心RBCGSM-RRBCGSM-R车载设备机车信号LKJBMTATPGSM-RGSM-R适应最高速度160km/h160km/h200-250km/h（理论300km/h）300-350km/h高速和特殊线路级间转换CTCS-2级（ATP)CTCS-0/1级正向预告点切换点反向预告点26级间转换符合CTCS规范的列车超速防护系统应能满足一套车载设备全程控制的运用要求。系统车载设备向下兼容。系统级间转换应自动完成。系统地面、车载配置如具备条件，在系统故障条件下应允许降级使用。系统级间转换应不影响列车正常运行。系统各级状态应有清晰的表示。CTCS-2系统28CTCS-2系统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。为使技术在我国铁路可持续健康发展，系统技术应具有自主知识产权，设备国产化生产。29CTCS-2系统技术特点适应最高列车运行速度：350km/h列车最小追踪间隔时间：3分钟列车安全监控模式：连续速度控制闭塞方式：固定闭塞轨道用检查：ZPW-2000系列轨道电路列车定位：应答器、轨道电路地车信息传输媒介：轨道电路+应答器地车信息传输控制：地面列控中心技术方案成熟性：系统已大规模应用于我国第6次提速工程（200km/h）系统造价：相对国外同类系统较低系统技术：国内单位基本掌握系统设备集成：以国内公司为主系统设计：以国内设计院为主系统兼容性：与我国既有信号系统完全兼容30CTCS-2系统技术要求速度目标值：满足300km/h，预留350km/h扩展条件。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。31CTCS-2系统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；防止列车超过铁路有关运行设备的限速；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。32CTCS-2系统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；能够实时给出列车超速、制动、允许缓解等表示以及设备故障状态的报警机车乘务员输入装置应配置必要的开关、按钮和有关数据输入装置，具有标准的列车数据输入界面，可根据运营和安全控制要求对输入数据进行有效性检查检测和记录功能，包括：具有开机自检和动态检查功能具有关键数据和关键动作的记录功能及监测接口33CTCS-2系统工作原理目标－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

驾驶曲线30034工作模式-待机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，不产生控制输出，列车运行不受ATP设备的监控。35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、列车参数时，列控车载设备生成目标距离模式曲线，并通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等信息，连续监控列车运行。这是CTCS-2级的最普遍模式，车载系统通常工作在这个模式下。完全监控模式下，根据列车运行的不同区域，其速度曲线的方式会有所不同。工作模式-完全监控36工作模式-完全监控控车曲线速度（km/h）20037工作模式-部分监控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。38工作模式-部分监控(应答器丢失)控车曲线速度（km/h）120应答器故障应答器故障正常应答器正常应答器39工作模式-部分监控(侧线发车)监控曲线速度（km/h）45UU码驾驶曲线40工作模式-部分监控(引导)监控曲线速度（km/h）20HB码20041工作模式-目视行车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，司机应重复按压按钮，否则设备制动停车。42工作模式-目视行车控车曲线速度（km/h）20轨道电路故障43工作模式-调车监控

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（牵引运行时）或30km/h（推进运行时）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。44工作模式-调车监控控车曲线速度（km/h）40（30）45工作模式-隔离

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。46工作模式-机车信号当通过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。47工作模式-冒进防护冒进防护模式：列车因信号突变等原因，越过移动授权终点（未处于目视行车模式）后的默认模式。ATP车载设备触发紧急制动。冒进防护后模式：列车进入冒进防护模式且停车后的默认模式。ATP车载设备的监控速度为0km/h，等待转入其它模式。48反向运行反向按照自动站间闭塞运行。区间轨道电路接收、发送端根据列车运行方向相应改变，保证贯通发码。车站接近区段及接车进路按TB-3060规定发码，发车进路及区间发送27.9Hz低频码，上、下行线分别采用统一载频。动车组反向运行时，ATP车载设备采用完全监控模式，按进站信号机目标打靶制定静态速度曲线；进入接近区段后，按接收到的轨道电路连续信息动态控车，俗称“挑模”。接近区段长度应满足非ATP列车由反向的最高规定运行速度紧急制动到0的要求。反向临时限速的设置方案与正向运行相同。49“机控”“人控”、优先控车ATP车载设备具备设备制动优先（机控优先）与司机制动优先（人控优先）两种模式。两者主要区别：设备制动优先由ATP车载设备控制列车自动减速和缓解（常用制动），但停车仍需司机对位。当列控系统车载设备采用设备制动优先工作模式时，在确保列车运行安全、满足旅客舒适度的前提下，对列车制动与缓解的控制均由设备自动完成。根据需要司机可追加或实施更加强烈的制动控制。50“机控”优先的控车模式

距离速度紧急强常用弱常用制动紧急制动曲线强常用制动级弱常用制动级列车运行曲线设备制动优先模式ATP动作设备自动缓解51“人控”优先的控车模式

52“人控”优先的控车模式

距离速度紧急ATP动作紧急制动曲线常用制动曲线列车运行曲线司机制动优先下的ATP动作原理制动司机动作报警曲线常用缓解53CTCS-2列控系统结构框图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54系统构成—地面设备地面列控中心；ZPW-2000系列无绝缘轨道电路；欧洲查询应答器。CTC/TDCS车站联锁微机检测55点式应答器设备56应答器的安装应答器应安装在轨枕中央，其表面应低于钢轨表面93~190mm。应答器间最小安装距离应满足：s≤180km/h时，d=2.3m；

180km/h

＜s≤300km/h时，d=3.0m

；300km/h

＜s≤500km/h时，d=5.0m

。应答器可成组安装，每组最多8个，同一组中两相邻应答器的间距不得大于12m。应答器应尽量安装在最小曲线半径大于300m的线路上。应答器的具体安装位置应综合其作用、车载天线位置、信号机等因素统筹考虑。有源应答器地面电子单元（LEU）应集中设置在信号楼，LEU与有源应答器采用专用应答器电缆连接，电缆最大长度应不小于5km

。车载应答器天线安装在车底中心线位置，距离轨面156~279mm，两相邻天线间距至少应为2m

。

57应答器作用进站信号机处设置有源应答器，以提供接车进路参数及临时限速信息。接车进路建立后，进站应答器发送相应的接车进路信息；当列车通过车站时，应同时提供发车进路及前方一定距离（离去区段）内的线路参数和临时限速信息。各有源应答器应有缺省报文，缺省值应按照该进站口所有接车进路范围内的最低道岔限速和最短进路长度等最不利条件设置。车站出站口处设置无源应答器和有源应答器。无源应答器提供前方一定距离内的线路参数等信息；有源应答器提供前方一定距离内的临时限速等信息。区间间隔3-5km成对设置无源应答器分别提供正向、反向前方一定距离内的线路参数及定位信息，原则上设置在闭塞分区分界处。根据需要可设置特殊用途的无源应答器（如CTCS级间转换等）。58应答器信息点式应答器报文码长1023bit，有效码长830bit，另包括校验、修正、扰码等；无源应答器的报文采用特定的写入设备写入并固化在应答器中，信息是固定的；有源应答器的报文存储在列控中心中，可存多条，列控中心根据需要选择具体条目，在适当时机通过LEU向应答器传送；考虑应答器信息涉及故障安全，无源应答器的报文是重叠覆盖的，有源应答器平时有“缺省报文”并能进行监测；应答器报文内容包括：应答器编号、链接关系、线路参数、线路里程、进路信息、轨道电路或电码化载频、临时限速等等，报文按确定的编码规则进行编制；应答器报文以信息包为单位，信息包有对应标识，一帧报文中可包含多个信息包。59应答器编码规则部将制定点式应答器编码规则，包括信息包定义、报文设计原则、应答器用户报文构成等。CTCS信息包，是在ETCS信息包框架、组成的基础上，按照中国的CTCS技术规范、运输作业特点和需求进行定义，综合考虑动车组开行、运用要求，并预留了客运专线的发展。各应答器信息包的组成，应答器编号、链接关系、线路参数、线路里程、进路信息、轨道电路或电码化载频、临时限速等信息格式，皆应统一、严格的按照