熊健毕业设计方案.docx

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熊健毕业设计方案

2016届毕业设计方案

课题名称：

《CTCS-3级列车运行控制

系统原理分析及应用》

所在学院铁道牵引与动力学院

班级动车134

姓名熊健

学号201313220423

指导老师穆然

完成日期2015年11月

毕业设计答辩记录

班级

动车134

学号

201313220423

姓名

熊健

答辩分数

课题名称

CTCS-3级列车运行控制系统原理分析及应用

答辩问题及记录

答辩评价

答辩教师签名

答辩日期

2016届毕业设计任务书

一、课题名称:

高速铁路列车运行控制系统

子课题一:

CTCS-2级列车运行控制系统原理分析及应用

子课题二:

CTCS-3级列车运行控制系统原理分析及应用

二、指导老师：

穆然

三、设计内容与要求：

1、课题概述

高速铁路的崛起和发展给世界铁路的振兴带来了勃勃生机,但同时对铁路通信信号等的装备也提出了更高的要求。

当列车运行速度提高到某一限度时,司机瞭望和确认地面信号的时间很短,不能保证行车安全和效率,无法依靠地面信号显示正常行车。

因此,随着列车运行速度和密度的不断提高,世界各国都在发展各自的列车运行控制系统。

本课题针对高速列车运行控制系统展开，旨在使学生了解国内外高速铁路的发展现状，比较分析各国高速铁路列控系统的主要特点，深入学习列控系统的相关技术要求（标准），系统地分析我国高速铁路列车运行控制系统组成、功能及原理，从而进一步了解不同等级列车运行控制系统的应用及在应用中设备的常见故障。

最终，通过此课题的研究培养学生运用所学专业知识来总结分析问题的能力。

2、设计内容与要求

（1）国内外高速铁路的发展现状（可包括我国动车组的发展概况等）；

（2）各国高速铁路列车运行控制系统主要特点的分析比较（欧洲ETCS（等级划分）、日本ATC、法国TVM系列、德国LZB）；

（3）CTCS系统概述（功能原理、等级划分）；

（4）CTCS-2/CTCS-3级列车运行控制系统的技术要求；

（5）CTCS-2/CTCS-3级列车运行控制系统原理分析及应用（地面子系统、车载子系统的组成、各设备功能及系统基本工作原理分析，C2/C3系统的应用及在应用过程中某个子系统设备的常见故障分析）；

（6）总结

要求：

（1）通过检索文献或其他方式，深入了解设计内容所需要的各种信息；

（2）能够灵活运用所学基础和专业课程的知识来分析列车运行控制系统原理；

（3）要求学生有一定的轨道交通专业基础；

（4）要求在进行系统原理分析过程要绘制系统总体结构原理图及各设备的原理图。

四、设计参考书

1.宁滨.高速列车运行控制系统[M].科学出版社,2012.

2.董昱.区间信号与列车运行控制系统[M].中国铁道出版社,2008.

3.李芾,安琪,王华.高速动车组概论[M].西南交通大学,2008.

4.张铁增.列车运行控制系统[M].中国铁道出版社,2009.

5.郭媛忠,宗殿贵.CTCS-3级列车运行控制系统原理和应用[M].中国铁道出版社,2014.

6.张丽.列车运行自动控制系统设备维护[M].西南交通大学出版社,2013.

7.中国铁路总公司.列控车载设备典型故障案例[M].中国铁道出版社,2013.

8.郑州铁路局职工教育处.列车运行控制系统知识问答[M].中国铁道出版社,2012.

9.各类专业期刊及论文.

五、设计说明书要求

1.封面

2.目录

3.内容摘要（200—400字左右，中英文）

4.正文（发展现状分析，各国列控系统特点分析比较、CTCS系统概述，重点分析子课题内容、结论）

5.结束语（设计体会）

6.附录（参考文献、图纸、材料清单等）

六、毕业设计进程安排

第1周：

资料准备与借阅，了解课题思路。

第2-3周:

设计要求说明及课题内容辅导。

第4－7周：

进行毕业设计，完成初稿。

第7-10周：

第一次检查，了解设计完成情况。

第11周：

第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。

第12周：

毕业答辩与综合成绩评定。

七、毕业设计答辩及论文要求

1、设计答辩要求

答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。

学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。

答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。

2、设计论文要求

文字要求：

说明书尽量打印（除图纸外）。

文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。

图纸要求：

按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标规范，文字注释必须使用工程字书写。

曲线图表要求：

所以曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不闪用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。

摘要

高速铁路的崛起和发展给世界铁路的振兴带来了勃勃生机，但同时对铁路通信信号等的装备也提出了更高的要求。

当列车运行速度提高到某一限度时，司机瞭望和确认地面信号的时间很短，不能保证行车安全和效率，无法依靠地面信号显示正常行车。

因此，随着列车运行速度和密度的不断提高，世界各国都在发展各自的列车运行控制系统。

CTCS是为了提高运输效率、保证运输安全而诞生和发展的，它的第一使命是保证行车安全，没有铁路信号，就没有铁路运输的安全。

由铁路信号构成的信息与控制系统、铁路固定设备（线路、桥、隧）和移动设备（机车、车辆）是铁路运输系统三个不可分割的技术基础，在铁路运输中占有非常重要的地位。

本文通过对国外列车控制系统发展现状及我国列控系统发展历程的介绍，阐述了我国CTCS-3级列控系统研究的必要性及技术方向的选择；说明了我国CTCS-3级列控系统的技术特点；同时还对CTCS-3级列控系统结构及主要设备的功能作了简要介绍，主要对应答器的工作原理做详细的分析，并对应答器将出现哪些故障进行分析说明，以及故障的处理操作的步骤进行详细的说明。

关键词：

高速铁路CTCS-3列控系统应答器

ABSTRACT

Theriseanddevelopmentofthehigh-speedrailwaytotherevitalizationoftherailwayintheworld,hasbroughtvitality,butatthesametimeoftherailwaycommunicationsignalequipmentalsoputforwardhigherrequirements.Whenthetrainspeedisimprovedtoacertainextent,driverlookoutandconfirmthesignalgroundforashorttime,cannotguaranteeoperationsafetyandefficiency,cannotrelyonthegroundsignaldisplaynormaltraffic.Therefore,alongwiththecontinuousimprovementoftrainspeedanddensity,allthecountriesintheworldallisinordertoimprovetheefficiencyoftransportationindevelopingtheirowntrainoperationcontrolsystem.CTCS,ensuretransportationsafetyandthebirthanddevelopment,itsfirstmissionistoguaranteethesafety,norailwaysignal.Withoutthesafetyofrailwaytransportation.Informationandcontrolsystemcomposedofrailwaysignal,railwayfixedequipment（line,bridgeandtunnel）andmobileequipment（locomotiveandvehicle）israiltransportationsystemthreeinseparabletechnologybased,inrailwaytransportationoccupiesaveryimportantposition.

Throughtheforeigntraincontrolsystemdevelopmentpresentsituationandourcountrytraincontrolsysteminthedevelopmentprocessoftheintroduction,thispaperexpoundstheChinaCTCS-3TrainControlSysteminwhichtostudythenecessityandtechnicaldirectionselection;explainstheCTCS-3TrainControlSystem,technicalcharacteristics.AtthesametimeofCTCS-3columncontrolsystemandmainequipmentstructurefunctionmakesthebriefTointroducethemainworkprincipleofthecorrespondinganswertodoadetailedanalysis,andthecorrespondinganswerwillappearwhatfaultanalysis,aswellasthestepstodealwiththefaultofadetaileddescriptionoftheoperation.

Keyword：

HighspeedrailwayCTCS-3columncontrolsystemResponder

第1章高速铁路的发展现状

1.1国外高速铁路发展概况

1.第一次浪潮

1964年—1990年。

世界上第一条真正意义上的高速铁路是日本东海道新干线。

该线路从东京起始，途经名古屋、京都等地终至（新）大阪，全长515.4km，运营速度高达210km/h。

1964年10月新干线的正式通车，标志着世界高速铁路新纪元的到来。

东海道新干线在技术、商业、财政以及社会效益上都获得了极大的成功，高速铁路建设成就极其显著。

由于运行效益好，日本于1972年又修建了山阳、东北和上越新干线。

日本新干线的成功，给欧洲国家以巨大冲击，各国纷纷修建高速铁路。

1981年，法国高铁（TGV）在巴黎与里昂之间开通，如今已形成以巴黎为中心、辐射法国各城市及周边国家的铁路网络，法国（TGV）东南线也在运营10年的期限里完全收回了投资。

此后，德国开发了高铁系统，意大利修建了罗马至佛罗伦萨线。

除北美外，世界上经济和技术最发达的日本、法国、意大利和德国共同推动了高速铁路的第一次建设高潮。

2.第二次浪潮

1990年至90年代中期。

这一时期高速铁路表现出新的特征。

一是已建成高速铁路的国家进入高速铁路网规划建设阶段。

这一时期，日、法、德等国对高速铁路网进行了全面规划。

日本于1971年通过了新干线建设法，并对全国的高速铁路网做出了规划，日本高速路网的建设开始向全国普及发展。

法国1992年公布全国高速铁路网的规划，20年内新建高速铁路总里程4700km。

德国于1991年4月批准了联邦铁路公司改建、新建铁路计划，包括13个项目，其中新建高速铁路4项。

1986年意大利政府批准了交通运输发展规划纲要，修建横连东西、纵贯南北、长达1230km的“T”形高速铁路网。

二是跨越国境的高速铁路建设成为趋势。

1994年英吉利海峡隧道把法国与英国连接在一起，开创了第一条高速铁路国际联结线。

1997年，从巴黎开出的“欧洲之星”又将法国、比利时、荷兰和德国连接在一起。

欧洲国家大规模修建本国或跨国界高速铁路，逐步形成了欧洲高速铁路网络。

这次高速铁路的建设高潮，不仅仅是铁路提高内部企业效益的需要，更多的是国家能源、环境、交通政策的需要。

1991年，欧洲议会批准了泛欧高速铁路网的规划中提出在各国边境地区实施15个关键项目将有助于各个国家独立高速线之间的联网。

三是高速铁路技术创新实现新突破。

高速铁路建设在日本等国所取得的成就影响了很多国家，促进了各国对高速铁路的关注和研究。

1991年瑞典开通了X2000摆式列车，1992年西班牙引进法、德两国的技术建成了471玩长的马德里至塞维利亚高速铁路。

为赶超日本，法国和德国先后着手进行过高速铁路试验。

1981年法国TGV最高试验速度达到380km/h，1988年西德ICE达406.9km/h，1990年法国的TGV又创造了515.3km/h的世界纪录，目前高速轮轨铁路的速度纪录保持者是法国的口TGV—v150（2007年4月3日，574.8km/h）。

欧洲国家高速铁路技术的进展反过来又“刺激”了日本，使之加强了技术研究和新型车辆的开发，山阳新干线和东海道新干线的运行速度分别提高到现在的275km/h和300km/h。

3.第三次浪潮

从90年代中期至今。

1998年10月在德国柏林召开的第三次世界高速铁路大会，将当前高速铁路的发展定为世界高速铁路发展的第三次高潮。

参与第三次高速铁路建设的各个国家与前两次高速铁路建设不同，其特征主要表现为：

一是多数国家在高速铁路新线建设初期制定了修建高速铁路的全国规划；二是虽然建设高速铁路所需资金较大，但从社会效益、节约能源、治理环境污染等诸多方面分析，修建高速铁路对整个社会具有较好的效益，成为各国政府的共识；三是高速铁路促进地区之间的交往和平衡发展，欧洲国家已经将建设高速铁路列为一项政治任务，各国呼吁在建设中携手打破边界的束缚；四是高速铁路从国家公益投资转向多种融资方式筹集建设资金，建设高速铁路出现了多种形式融资的局面；五是高速铁路的技术创新正在向相关领域辐射和发展。

这次高潮波及到亚洲、北美、澳洲以及整个欧洲，形成了交通领域中铁路的一场复兴运动。

自1992年以来，俄罗斯、韩国、我国台湾省、澳大利亚、英国、荷兰等国家和地区先后开始了高速铁路新线的建设。

据不完全统计，为了配合欧洲高速铁路网的建设，东部和中部欧洲的捷克、匈牙利、波兰、奥地利、希腊以及罗马尼亚等国家正对干线铁路进行改造，全面提速。

亚洲（韩国、中国）、北美洲（美国）、澳洲（澳大利亚）也都掀起了建设高速铁路的新热潮。

1.2国内高速铁路发展概况

我国中东部地区人口密度大、城市布局集中、运载压力大，适合高速铁路规划建设营运。

“九五”时期，针对铁路客运速度慢、运输能力严重不足等突出问题，我国先后进行了三次大提速。

在此基础上，以高速铁路建设列入铁道部《“十五”期间铁路提速规划（2001-2005）》为标志，我国高速铁路建设进入加速期。

《“十五”规划》提出：

初步建成以北京、上海、广州为中心，连接全国主要城市的全路快速客运网，客运专线旅客列车最高时速达到200km及以上，实现高速铁路、部分繁忙干线客货分线。

根据中国中长期铁路网规划方案，到2020年，我国铁路运营里程将达到12万公里以上。

其中，新建高速铁路将达到1.6万公里以上，连接所有省会城市和50万人口以上城市，覆盖全国90%以上人口。

“十五”以来，我国铁路充分利用“后发优势”，高速铁路迅猛发展。

以国际铁路联盟规定的商业（平均）运营时速（全程运行距离：

全程运行时间）超过200公里的标准作为高速铁路的定义，截至去年年底，我国的高速铁路运营里程达6552公里，居世界第一。

目前高铁经营状况良好，市场需求旺盛。

全国铁路每天开行高速列车773列，平均上座率达到101.7%。

其中，包括秦沈客运专线（200公里）、京津城际铁路（230公里）、雨台温客运专线（220公里）、温福客运专线（210公里）、武广客运专线（310公里）。

2009年12月9日，武广高速铁路成功试运行，从广州南站发车至武汉站用时不到3小时。

其间，国产CRH3“和谐号”动车组跑出394.2公里时速，创造两车重联情况下的世界高速铁路最高运营速度。

12月26日，武广高速铁路正式开通运营，标志着我国高速铁路设计、建设和运营技术不仅领先世界，而且进一步完善成熟。

总体上说，我国铁路已经掌握高速铁路线型精测精调、客站功能完善、路基沉降控制、长大梁制运架、大跨高桥长隧、无砟有砟轨道等设计与施工成套关键技术，实现了具有世界先进水平的客运动车组的国产化，形成了具有世界先进水平的中国高速铁路技术标准体系和成套工程技术。

第2章各国列控系统的特点分析比较

2.1国外列控系统

自1964年日本铁路新干线开始运营时速210km高速列车以来，高速铁路的高安全、高可靠、高效率、高舒适等特点已引起世界铁路运输界的高度重视，德国、法国、意大利等发达国家也相继结合本国国情发展自己的高速铁路。

不论哪一个国家建设高速铁路，都特别注意通信信号系统的研究和建设，将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术融为一体，组成一个现代化的综合自动化管理系统，已成为一个总的、不可抗拒的趋势。

现代化的列车运行综合控制、指挥、管理系统是保障高速铁路行车安全、提高运输效率的核心，也是标志着一个国家铁路现代化技术水准的重要组成部分。

目前国外已投入使用的高速列车（时速超过250km）运行控制系统主要有法国TVM系列、日本新干线ATC系统、德国LZB系统和欧洲ETCS系统等，这些系统最根本的差别在于对高速列车超速后的控制方式以及车地间信息传输方式有所不同。

1.法国TVM

法国高速铁路TGV（如图2-1所示）区间信号均采用带速度监督的TVM300型或TVM430型机车信号，地面信息传输采用UM71或UM2000无绝缘轨道电路，简称U/T系统。

U/T系统对速度的控制是采用分段制动的列控模式。

司机按照每一个轨道电路地面信息给出的速度值运行时，速度监督设备将不干预司机正常操作；当列车速度超过规定的允许速度时，速度监督设备将自动实施制动。

图2-1法国TGV

U/T系统按速度等级分段制动，其列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分和车速有关，而一般闭塞分区长度的确定是以线路上最坏性能的列车为依据。

U/T这种设计方式对于法国高铁线路是适合的，而对于列车性能差别较大的高中速混合运行的线路，其能力要受到较大影响如图2-2所示。

图2-2入口速度控制模式曲线

2.日本ATC

日本新干线（如图2-3所示）列控模式与法国TVM300系统相似，也为阶梯方式分段制动。

所不同的是TVM300是速度监督滞后控制，列车速度的控制一般由司机完成，只有在司机没有按规定降速时设备才起作用。

而日本新干线采用的是以设备优先制动的模式，即列控设备根据轨道区段的速度指示，对列车速度进行减速制动或缓解控制，使列车出口速度达到本区段目标速度的要求，因此它没有滞后控制所需的保护区段，在线路通过能力上较TVM300系统有所提高。

图2-3日本新干线

随着电子数字技术的发展，日本铁路公司近年又新开发了多种数字式ATC系统。

地面数字轨道电路以时间分隔数据方式反复传输40到60bit的数据。

车载设备根据地面信息和各开通闭塞分区间的编号，求取与前方列车的距离，再根据该计算距离和车载设备存储的线路数据，以及制动性能、最高允许速度等车辆性能，计算列车可以运行的距离和容许的速度如图2-4所示。

图2-4出口速度控制曲线

3.德国LZB

德国ICE（如图2-5所示）的LZB系统采用轨道电缆作为车地间信息连续双向传输的媒介。

轨旁接收发送设备是将轨道电缆与控制中心联系起来的中继设备，它将来自地面列控中心的信号放大，并通过轨道电缆传送给机车，同时也将来自机车的信号放大，通过通信网络传送给LZB地面列控中心。

图2-5德国ICE

LZB系统将列车连续速度控制的列控模式用于对高速列车的实际控制，这种列控模式打破了传统闭塞区段分段控制的概念，列车的制动由传统的分段多次制动变为一次制动，其制动过程由列车自身参数、列车至变速点线路参数以及变速点的速度决定，而与传统轨道闭塞分区速度参数无关。

其列车追踪间隔主要根据每一列车的制动性能、实际速度确定的安全制动距离自动调节，因此在各种性能不一样的列车混合运行的情况下，可以最大限度地利用线路的通过能力，同时一次制动方式的性能也与列车实际制动方式相吻合如图2-6所示。

图2-6分段速度控制模式

4.欧洲ETCS

ETCS系统是欧盟为实现高速列车在欧洲境内穿越国境时互通运营，结合欧洲各国铁路现状，兼顾既有设备及今后列车运行控制系统发展趋势制订并立法强制执行的规范标准。

欧洲ETCS列控系统采用开放的技术平台，解决了原有列控系统采用大量专有技术、相互间不兼容、技术平台不开放、无法实现互联互通的技术藩篱。

ETCS分为0级、1级、2级和3级，其中ETCS-0级是既有模式，ETCS-1级和ETCS-2级系统均已投入商业运用。

ETCS列控系统代表着欧洲铁路列控系统的发展方向。

2.2国内列控系统

我国研究和发展铁路（如图2-7所示）列车运行控制系统已有约20年时间，尤其是近10年来，取得迅猛发展。

2002年铁道部在研究国外典型铁路列车运行控制系统技术体系和关键技术应用的基础上，本着设备兼容、互联互通和技术发展的原则，确定了发展高速、先进、适用和可持续发展的中国铁路列车运行控制系统（Chinese Train Control System以下简称CTCS）的战略目标。

2003年在UIC北京年会上，铁道部宣布CTCS的基本架构和分级。

2004年铁道部颁布了《CTCS技术规范总则》确定了CTCS的总体技术框架，发布了CTCS-0级到CTCS-4级共5个等级的系统框架。

2007年CTCS-2级列控系统在全路第六次大面积提速中成功实施应用。

图2-7中国和谐号

2007年底，铁道部成立C3技术攻关组，依托武广和郑西等高速铁路建设项目，开展CTCS一级列控系统的创新研发工作。

集中全路主要技术力量，对总体方案搭建、系统集成、系统评估展开了深入研究，相继颁发了CTCS一级列控系统总体技术方案、应答器应用原则、测试案例、系统评估办法等系列标准规范，建成了仿真测试实验室，实现了RBC和车载等关键设备的国产化，创建了具有自主知识产权的CTCS一级列控系统技术标准体系和技术平台。

2009年12月26日、2010年2月6日武广和郑西高速铁路相继开通运营。

列控系统原理如图2-8所示。

图2-8列控系统

2.3ETCS与CTCS两者的比较

列车占用检测手段不同欧洲很多国家，列车占用检查由