现代高速铁路列车控制系统的应用.docx

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现代高速铁路列车控制系统的应用

浅谈现代高速铁路列车控制系统的应用

列车运行控制系统（以下简称CTCS系统）作为新知识、新技术，还没有被我们所认识，尤其是CTCS系统与工、电部门的联系我们还知知甚少，通过这次CTCS系统论文的编写有了一定的了解。

也给我们在铁路未来的施工中指明了方向。

第一章CTCS系统的概要

第一节相关术语介绍

1、1、1相关名词术语

1、1、1、1名词术语

允许速度：

列车运行过程中允许达到的最高安全速度。

目标速度：

列车运行前方目标点允许的最高速度。

目标距离：

列车前端至运行前方目标点的距离。

目标距离模式曲线：

以目标速度、目标距离、线路条件、列车特性为基础生成的保证列车安全运行的一次制动模式曲线。

1、1、1、2缩写语

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。

GSM-R（GlobalSystemMobileforRailway）,铁路专用全球移动通信系统。

第二节系统描述

1、2、1系统描述

1、2、1、1定义

CTCS是中国列车运行控制系统的简称。

CTCS系统是为了保证列车安全运行，并以分级形式满足不同线路运输要求的技术规范。

1、2、1、2目标

消除安全隐患，满足互通运营，规范系统设计，适应发展需求。

统一规范、形成中国铁路列控系统技术体系，实现网络运营的互联互通。

1、2、2CTCS的基本功能

通过对列车间隔控制、速度控制、安全防护、运行管理、检查诊断等的控制，在不干扰机车乘务员正常驾驶的前提下有效的保证列车运行安全。

检测功能包括（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、可靠性和安全性、按照信号故障导向安全原则进行系统设计、采用冗余结构、满足电磁兼容性相关标准

1、2、3总体描述

1、2、3、1列车控制系统框图

1、2、3、2CTCS的分级

CTCS列车运行控制系统根据系统配置按功能划分为5级。

下面予以介绍：

1、2、3、2、1CTCS0级

既有线的现状，由通用机车信号和运行记录装置构成。

1、2、3、2、2CTCS1级

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。

以上的两种级别较低，现代铁路中以下的三种类型比较常用。

1、2、3、2、3CTCS2级

是基于轨道传输信息的列车运行控制系统。

主要面向提速干线和高速新线，采用车-地一体化设计。

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、2、3、2、4CTCS3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。

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。

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、2、3、2、5CTCS4级

是基于无线传输信息的列车运行控制系统。

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。

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。

地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。

*我们这里主要是针对CTCS2级在第二章做主要介绍：

第二章CTCS2级列车运行控制系统技术原理

第一节CTCS2级总体描述

2、1、1总体构成

CTCS2级别是目前比较适合我国铁路现状使用的，它是基于点式应答器、轨道电路传输列车运行控制信息的点-连式系统。

适用于区间ZPW-2000A（UM）系列自动闭塞，车站计算机联锁或6502电气集中，行车指挥CTC或TDCS（原DMIS）。

2、1、1、1地面设备的组成

由轨道电路、车站电码化传输连续列控信息，由点式应答器、车站列控中心传输点式列控信息。

2、1、1、2车载设备的组成

由车载安全计算机，轨道信息接收单元（STM），应答器信息接收单元（BTM），制动接口单元，记录单元，人机界面（DMI），速度传感器，轨道电路信息接收天线，应答器信息接收天线等组成。

动车组车载设备根据地面设备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。

第二节CTCS2级系统要点

2、2、1CTCS2级系统的要点

2、2、1、1是基于轨道电路的运行控制系统，并且检查轨道电路的空闲，实现车-地信息传输。

2、2、1、2车地信息的传输

通过符合欧标的固定应答器传送线路数据，可编程应答器传送临时限速及进路信息，ZPW-2000轨道电路传送轨道空闲信息，通过轨道电路+应答器给列车传送运行许可，列车的测速与定位速度通过车载速度传感器测量。

第三节CTCS2列控系统组成及原理

2、3、1CTCS2列控系统技术条件（见下表）

2、3、2CTCS2车站列控中心

2、3、2、1CTCS2列控中心系统的组成

车站列控中心设置于车站信号楼，是CTCS2地面设备的核心。

以ZPW-2000系列轨道电路、应答器配合安全可靠的车载设备，构成点-连式的列车运行控制系统。

车站列控中心分别与车站信号联锁、CTC、微机监测、地面电子单元（LEU）等设备进行信息交换，获得行车命令、列车进路、列车运行状况和设备状况，通过安全逻辑运算，产生控车命令，通过有源应答器及轨道电路传送给列车，实现对列车运行的控制。

（CTCS2车站列控中心系统组成见下面框图）

2、3、2、1、1TDCS或CTC行车指挥设备

CTCS2级适应于装备TDCS或CTC行车指挥设备的线路。

车站列控中心与CTC或TDCS实现信息交换，按统一时钟进行系统管理和控制。

可以获得调度命令，包括接发车信息、临时限速信息（起点里程、长度、速度、车次、起止时间等）、运行方向信息等，传送给车载没备。

在CTC或TDCS的车站车务终端上设有特定的列控中心人机界面，采用统一的格式，包括输入、确认、显示方式等。

CTC或TDCS的车站分机与车站列控中心由通信接口设备连接，且接口及通道有冗余配置。

临时限速调度命令，在调度中心以表格形式体现（包括界面、输入、回执），通过计算机网络发往TDCS或CTC车站分机，并在车站车务终端以与调度中心基本相同的形式显示。

由车站分机将临时限速传至车站列控中心，适时发往通过列车。

2、3、2、1、2车站信号联锁设备

CTCS2级适应于装备计算机联锁的车站

CTCS2由列控中心接收联锁设备提供的车站进路和相关信息，包括接车进路、发车进路、通过进路、运行方向、股道号等。

在办理通过进路且离去区段有临时限速时，CTCS2车站列控中心根据牵引计算及动车组制动需要，输出进站或进路信号机点黄灯，对应接近区段轨道电路发黄码控制条件，由联锁系统完成联锁、控制及驱动。

计算机联锁与车站列控中心采用计算机通信接口设备连接，通信接口及通道有冗余配置。

2、3、2、1、3车站微机监测系统

车站列控中心与车站微机监测系统接口，向车站微机监测系统传送列控中心的相关监测信息，包括应答器的监测、通道监测、值班员操作过程实时记录等相关信息。

2、3、2、1、4地面电子单元（LEU）

LEU接收车站列控中心实际报文，并实时向有源应答器传送。

LEU应具有自检测、监测与有源应答器间通信状态等功能，应将检测数据实时传送给车站列控中心。

2、3、2、1、5应答器

关于应答器的内容在第三章有详细的介绍

2、3、2、1、6车站电码化

车站正线电码化，接车进路和发车进路采用不同的载频（以下行正线正方向为例，若接车进路为1700HZ，则发车进路应为2300HZ）；进站信号机前方轨道电路和接车进路电码化采用不同的载频。

CTCS2级区段，ATP车载设备的锁频功能通过应答器信息实现，若应答器信息丢失，由机车乘务员按现行规则手动切换轨道电路载频。

（在第三章有详细介绍）

2、3、3临时限速

2、3、3、1设置精度

动车组限速区起点精度100m、限速区长度8档（100、300、500、800、1000、1200、1500、2000m）、限速速度5档（45、60、80、120、160km/h）。

限速区长度超过2000m时，可按区间限速处理。

若遇限速速度小于45km/h的特殊情况，由司机按调度命令控车。

2、3、3、2应答器临时限速管辖范围及关系

站内正线有临时限速时，前方站出站口应答器、本站进站口应答器分别发送相应临时限速报文。

办理正线通过且离去区段有临时限速时，进站口、出站口应答器分别发送相应临时限速报文。

CTCS级间转换处，应答器临时限速管辖范围应向外延伸，延伸长度为线路允许速度到45km/h的制动距离。

在区间其余地点有临时限速时，出站口应答器发送相应临时限速报文，进站口应答器的报文中有限速预告信息。

同一临时限速由不同的应答器发送报文时，其报文含义具有一致性。

各应答器报文的限速区速度、长度完全一致，限速区起点之间有固定的数学关系式，应答器报文的选择建立对应逻辑关系。

有源应答器的报文存储在列控中心。

通过有源应答器向ATP车载设备提供临时限速信息，临时限速信息纳入轨道电路发码条件。

临时限速区前方的地面信号显示应根据不同的临时限速等级进行相应降级显示（如LU、U等），并根据需要可重复显示。

临时限速应答器控制范围示意图见下图

装备CTC系统的线路区段，临时限速可在调度中心由调度员设置，向车站列控中心传输，也可由车站值班员直接通过车站列控中心设置。

未装备CTC系统的线路区段，临时限速应由车站值班员通过车站列控中心设置。

原则上车站值班员负责设置本站站内及本站出站口至接车站进站信号机（含反向）范围内的临时限速。

车站站内、经道岔侧向发车时车站1离去区段等特殊区段的临时限速应通过调度命令实施。

在通过进路建立且离去区段有临时限速时，根据制动需要，进站信号机显示黄灯，对应接近区段轨道电路发U码；其他区段的临时限速不纳入轨道电路发码条件。

装备TDCS系统的区段，临时限速可在调度中心由调度员设置，向车站列控中心传输，车站值班员需对临时限速的设置和撤销进行确认；临时限速也可由车站值班员直接通过车站列控中心设置。

为提高临时限速的设立精度，应答器信息报文采用列控中心储存或动态组帧方式。

车站正线接车进路临时限速时，可通过进站信号机外方设立相应的临时限速确保安全。

2、3、4CTCS2级间转换

CTCS2级间转换原则上在区间自动转换，并给司机提供相应的声光警示，由司机按压确认按钮，解除警示。

自动转换失效时，司机根据ATP车载设备或LKJ的相应警示信息，手动转换。

CTCS级间转换分别设置具有预告、执行、检查功能的固定信息应答器。

原则上执行点设置在车站正向的1离去或2离去信号点。

预告点和检查点随运行方向改变功能。

各应答器内同时提供前方一定距离内的线路数据，且各应答器位置信息提供给列车运行监控记录装置。

级间转换的预告点与执行点设置间距约为240m。

动车组越过预告点，ATP车载设备进行语音及图形提示，越过执行点且自动实现级间转换后，机车乘务员应根据提示信息按压确认按钮。

级间转换应答器可与区间应答器合用。

在级间转换时，应保证控车权可靠平稳交接。

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，停车或发出缓解指令后，由手动或自动转换。

为保证ATP与LKJ的正常转换，级间转换点前后的适当距离（动车组自160km/h到0hm/h所需的制动距离）均采用ZPW2000（UM）系列轨道电路。

2、3、5反向运行

既有提速线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，贯通发码。

接近区段长度应满足列车由反向最高规定运行速度紧急制动到0km/h的要求。

列车反向运行，ATP车载设备采用完全监控模式。

反向临时限速的设置方案与正向运行相同。

既有线反向按照自动站间闭塞运行，在车站反向出站口的有源和无源应答器提供至运行前方车站的线路参数。

既有线CTCS2级区段，动车组ATP车载设备控制的反向最高速度可按线路允许速度设置。

反向正线发车进路建立后，出站信号机后方的电网化设备应发送与相应区间轨道电路相同的低频信息，低频信息可以是正常的列车追踪码序或27.9Hz。

反向运行时，若27.9Hz掉码，ATP车载设备比照正向运行时允许信号掉码处理。

CTCS2级区段地面设备改造，有条件时，正反向区间轨道电路采用相同的发码规则。

第三章地面信号配置技术条件

第一节站内电码化

3、1、1站内电码化概述

由于中国铁路站内使用的轨道电路无信息传输能力，为解决列车在车站内信息传输的问题，采用了站内电码化技术。

日前，主要普遍采用的是正线和侧线股道电码化，即列车运行于车站正线和侧线股道上时能够接收到电码化信息，其它区段无码。

站内电码化发送设备发送的电码与前述区间轨道电路制式相同，所以站内可以采用国产移频UM-71电码化或ZPW-2000电码化。

当然，也可以在车站正线及侧线股道上使用这些制式的轨道电路，称为站内与区间一体化轨道电路。

对于车载设备来说，无论信息来自电码化还是一体化的轨道电路，都是一样的。

主体机车信号系统技术条件中，对站内电码化设备提出了为车载设备进行载频切换和锁定提供信息的功能要求。

由于该功能需要通过区分ZPW-2000轨道电路中的子载频（-1载频系列和-2载频系列）并与25.7Hz的低频信息结合起来，构成载频切换和锁定的条件，而UM-71轨道电路由于不具备8种载频，不能满足此项功能要求，所以，UM71作为站内电码化制式时，不能达到CTCS1级（主体机车信号）的要求。

可以这样理解：

CTCS1级区段的站内电码化只能使用ZPW-2000制式，CTCS2级的载频切换与锁定功能由应答器信息而不是轨道电路信息实现，因此UM-71可以作为CTCS2级区段的站内电码化及区间轨道电路制式使用。

3、1、2载频切换与锁定的实现原理

3、1、2、1列车转线运行（由上行线转下行线或相反）时，减少司机操作上、下行转换开关的繁琐。

3、1、2、2防止因人为操作失误引起对临线信息的错误接收，通过8种载频与25.7HZ的低频信息相结合提高安全性。

（见下表）

第二节应答器的配置

3、2、1应答器的配置原则

3、2、1、1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，具有直股发车进路的股道，应同时提供直股发车进路及前方一定距离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。

（应答器实物见下图）

3、2、1、2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。

出站信号机处（含股道）原则上不设置应答器。

3、2、1、3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。

3、2、1、4根据需要可设置特殊用途的无源应答器（级间转换用等）。

3、2、1、5ATP车载设备可通过成对的应答器识别运行方向。

3、2、1、6应答器的正线线路参数应交叉覆盖，实现信息冗余。

3、2、2地面应答器的安装位置（见下图）

应答器应设置在线路中心线上。

车辆应答器天线和地面应答器的距离在249-469mm范围之间。

3、2、2、1应答器编号

3、2、2、1、1每个应答器（组）的编号由车站编号十应答器（组）编号共同构成，车站编号与车站编号系统规则相同，每个车站编码在全国是唯一的。

3、2、2、1、2间应答器编号以每个应答器（组）为一个基本单元进行编写，编号顺序以列车正运行方向为参照，按从小到大的原则进行编排。

3、2、2、1、3每个应答器组可由l～8个应答器组成，以列车正运行方向为参照，列车首先通过的应答器其位置为①，其他以此类推。

3、2、2、1、4应答器组内的编号是在下行线离起点最近的应答器为①，在上行线以离起点最远的应答器为①。

（具体布置见下图）

3、2、2、2车站编号范围

每一个车站编号应包含的应答器范围为：

以列车正运行方向为参照，从进站信号机开始至相临车站进站信号机（不含）范围内的所有应答器。

3、2、2、3应答器组

进站应答器放在进站信号机的闭塞边界跟前，由1个或多数可变应答器组成，此等组成应答器组

3、2、3区间应答器的配置

应答器基本设在车站进站口或在车站区间闭塞临界前15m处，车站出站口的应答器基本设在闭塞临界15m处。

应答器的最小间隔为3m，最大为15m。

3、2、4出站应答器的配置

在出站口处闭塞电路边界附近上，放置一个或多数有源应答器或多数无源应答器

3、2、5进站有源应答器的配置

进站应答器放在进站信号机直下闭塞边界跟前，由一个或多数有源应答器组成。

以上是我们对列车控制系统的一些粗浅的认识，本系统的优越性体现在这个系统的运转涉及到我们铁路内部的各个站段和部门。

而且可以借鉴的优点较多如：

地面可不设通过信号机、机车运行实现无人操作自动化、自动识别不同的频率等等，都是在以前的基础上有了很大的突破，基本实现智能化操作。

涉及到我们电务部门的也不单纯是一个简单的部分，也是要通过放置应答器及敷设到集中楼内的应答器电缆来实现，把提前编好的如（前方曲线、限速、坡道及特殊情况等）程序通过接口写入应答器传递给机车，指导机车运行，从而实现机车车-地控制一体化。

大大的节省了人力资源。

除此之外，CTCS系统还要和如UM（系列）或ZPW-2000系列共同使用的，才能更好的满足现代化铁路跨越式发展的需求。

实践证明CTCS系统的使用具有极大的优越性。

作为我们工、电部门，能更多更全面的了解这些新的知识、新的技术是我们在未来铁路的安全施工中的资本，也是更好的完成高、精、尖技术施工的可靠保证。

通过在交大进行的两年半的交通自动化专业的学习，使我对信号乃至通信、线路等等各专业知识有了大幅度的了解，通过学习理论知识充实了自我。