中国铁路列车运行控制系统.ppt

1、列车运行控制系统第六章 中国铁路列车运行控制系统CTCS（Chinese Train control System）,CTCS系统概述 CTCS-2列车控制系统 CTCS-3列车控制系统CTCS展望及与ETCS比较,6.1 CTCS系统概述,中国铁路列车控制系统CTCS，是借鉴欧洲铁路ETCS的模式发展起来的，是为了保证列车行驶安全、高速、高效运行的信号安全控制系统，和ETCS系统一样也采用了分级的概念，参照ETCS的成功做法，同时结合中国铁路的实际情况，按照系统条件和功能将CTCS系统划分为不同的5个等级。,6.1.1 CTCS的发展背景,目前国内系统虽大大降低了铁路行车重大、大事故发生率和

2、险性事故发生率，但尚不能满足铁路跨越式发展的需求。为确保列车运行安全和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统。在20世纪90年代，为解决欧洲铁路的互连互通问题，国际铁路联盟(UIC)提出基于铁路专用全球移动通信系统(GSM-R)的欧洲列车运行控制系统(ETCS)。ETCS根据运输功能需求和系统运用条件，以分级的方式配置基本结构，在提高系统安全性的同时，实现了互通运营。在2002年，中国铁路根据2020年国家经济远景发展规划和铁路跨越式发展的要求，在分析世界铁路发展趋势的同时，结合中国铁路现状，提出研究中国列车运行控制系统(CTCS)。,中国的信号安全防护系统(指列车超速

3、防护系统，ATP)尚处于起步阶段。要求其设计标准与国际标准接轨，车地一体化设计，且基于安全计算机和无线通信平台。铁道部战略决策：研究ERTMS/ETCS体系，结合中国特点，创立CTCS体系开发策略：引进和自主研发并举、在消化吸收国外先进技术的同时，对引进设备国产化，研究具有自主知识产权的新一代列车超速防护系统,6.1.2 CTCS系统的功能、结构与分级,1）CTCS系统的基本功能包括2方面：按照故障-安全原则，在任何情况下防止列车无行车许可证运行；防止列车超速运行，包括列车超过进路运行速度、线路结构规定的速度。,2）CTCS系统体系结构（四层体系结构）,3）CTCS系统构成,参照国际标准，结合

4、国情，从需求出发，CTCS系统的构建原则是以地面设备为基础，车载与地面设备统一设计。系统结构如图所示。主要包括5大部分：车载设备-车载安全计算机系统（9个模块）地面设备-列控中心系统（3个模块）通信网络-GSM-R系统联锁设备-联锁系统调度集中系统,3）CTCS系统构成,带无线闭塞中心模式的系统构成：主要包括5大部分：车载设备-车载安全计算机系统（8个模块）地面设备-列控中心系统+无线闭塞中心系统通信网络-GSM-R系统联锁设备-联锁系统调度集中系统,4）CTCS系统分级 CTCS根据系统配置按功能划分为5级,CTCS 0级（通用机车信号+LKJ）,既有线现状，司机按地面信号显示行车；储存线路

5、数据，识别地面信号，校准列车位置，列车运行监控记录装置（LKJ）负责超速防护。CTCS0级的控制模式采用速度距离模式曲线控制，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。,CTCS 1级（主体机车信号+LKJ）,司机按车载机车信号显示行车，全天候运行；储存线路数据，识别地面信号，校准列车位置，LKJ负责超速防护。面向160kmh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。利用轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控

6、制信息。CTCSl级的控制模式为目标距离式，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；在车站附近增加点式信息设备，传输定位信息。CTCSl级与CTCS0级的差别在于全面提高了系统的安全性，是对CTCS0级的全面加强。,CTCS 2级（轨道电路+点连式应答器+模式曲线控制）,ATP按模式曲线控制列车减速和超速防护，全天候运行应答器提供线路数据、位置、临时限速、进站信息，轨道电路提供前方信号空闲闭塞分区和道岔限速信息；列控中心控制有源应答器发送报文、轨道电路发码和信号降级。面向提速干线和高速客运专线；适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机。轨道电路完成列车占用检测及完整性

7、检查，连续向列车传送列车前方轨道空闲数量；点式信息设备传输位置校正信息、进路参数、线路参数、临时限速等。CTCS2级采取连续式一次模式曲线控制系统，采取的闭塞方式可以称为准移动闭塞方式。,CTCS 3级（GSM-R+轨道电路+RBC+模式曲线控制）,地面设备大大减少，易于维护；控制数据全部来自RBC，不用担心数据缺失，控制更有前瞻性。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。轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用于测距修正。无线通信系统实现地车间连续、双向的信息传输，行车许可由地面（列控中心）无线闭塞中心RBC产生，通过无线通信系统传

8、送到车上。,CTCS 4级（GSM-R+GPS+RBC+模式曲线控制）,完全基于无线控制，卫星定位，无须地面信号设备；车载列车完整性检查；实现移动闭塞，提高运输能力。由地面无线闭塞中心(RBC）和车载设备完成列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用于测距修正。其他方式同CTCS3级系统。,6.2 CTCS-2列车控制系统,在我国铁路既有线第六次提速中采用CTCS-2级列控系统，在动车组列车上装备CTCS-2级列控车载设备，在提速至200250kmh线路区段进行CTCS-2级列控地面设备改造；200250kmh客运专线也采用CTCS-2级列控系统；在300350kmh客运专线CTCS-2

9、级列控系统作为CTCS-3级列控系统的备用设备。,6.2.1 CTCS-2级列控系统总体构成,CTCS-2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。地面设备由轨道电路、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。车载设备-由车载安全计算机(VC)、轨道电路信息接收模块(STM)、应答器信息接收模块(BTM)、人机界面(DMl)、速度传感器、列车接口单元(TIU)、运行记录单元(DRU)、轨道电路信息接收天线、应答器信息接收天线等部件组成。，根据地面设备提供的信息，生成控制速度和目标距离模式曲线，控制列车运行。同时，记录列控系统有关数据及操作状态信

10、息实时动态记录。适用于区间ZPW-2000（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）。,CTCS-2级列控系统结构示意图,BTM:应答器信息接收模块;STM:轨道电路信息接收模块,6.2.2 CTCS-2级列控系统基本工作原理,1）目标距离一速度控制原理目标距离（Distance to go）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。为计算得到速度监控曲线，由轨道电路发送行车许可和前方空闲闭塞分区数量信息，由应答器发送闭塞分区长度、线路速度

11、、线路坡度等固定信息，列控车载设备接收上述信息，通过“前方空闲闭塞分区数量”和“闭塞分区长度”信息，获得目标距离长度，并结合线路速度、线路坡度和对应列车的制动性能等固定参数，实时计算得到速度监控曲线，并监控实际驾驶曲线处于速度监控曲线下方，保证列车安全运行。,目标-距离模式曲线,2）CTCS-2级与CTCS-0级的切换原理动车组同时装备CTCS-0级和CTCS-2列控车载设备。列车在线路上运行时，中途不需要停车自动地完成CTCS-0级至CTCS-2级或相反过程的控车等级的切换。为此，在CTCS-2和CTCS-0级区段边界增设特殊用途的三组CTCS级间切换应答器。分别是正向预告点应答器、切换执行

12、点应答器和反向预告点应答器。级间切换点一般选择在车站离去区段区间信号机(点)处。切换原理：级间切换应答器根据功能分别存储切换预告信息和执行信息，当列车通过预告点应答器时，列控车载设备接收到级间切换预告信息，提示列车司机准备开始切换，当列车越过切换执行点应答器后，开始执行自动切换动作。如果自动切换失败，或其他特殊情况下，司机可以根据列控车载设备指示，手动进行级间切换。预告点和执行点应答器信息互为冗余，只要一组应答器工作正常，就可以提供完整的级间切换信息。,主要内容列控车载设备的主要功能列控车载设备的主要技术要求列控车载设备的主要特点列控车载设备系统的总体构成系统结构主要控制模式（CTCS2-20

13、0H型车载列控系统工作模式）操作方式与动车组的接口CTCS级间转换接口“人控优先”及“机控优先”,6.2.3 CTCS-2车载设备配置及工作原理,1）列控车载设备的功能,1.轨道电路信息接收与处理，包括：行车许可、前方空闲闭塞分区数量、车站进路速度等信息。2应答器信息接收与处理，包括：前方线路信息、列车位置、列车的运行方向、进路信息、临时限速信息等。3测速测距，实时监测列车运行速度并计算列车走行距离，校正空转或滑行对测速测距的影响。4超速防护，包括：动车组构造速度、线路允许速度、进路允许速度、临时限速和紧急限速。5设备制动优先和司机制动优先两种车载工作方式选择。6CTCS级间切换，在区间完成与

14、LKJ的自动切换或通过人机界面进行人工切换。7防溜，防止列车在停车状态下发生非预期的前后移动。8 与LKJ接口，通过开关量接口、通信接口、模拟量接口，列控车载设备向LKJ输出控车权。9与动态监测设备接口，实时监测列控车载设备工作状态等。10.与动车组接口，接收动车组输人的牵引、制动、零位、向前、向后等位置信息，向动车组输出紧急制动、最大常用制动、中等常用制动、弱常用制动、切除牵引等指令。11机车信号功能，向列车运行监控记录装置输出机车信号信息。12载频锁定，利用应答器信息、人机界面选择、轨道电路信息等三种方法锁定载频。13与司机进行信息交互，通过人机界面设备，可接受司机的信息输入，部分非安全信

15、息，并向司机提供：列车实际速度、目标速度、限制速度、目标距离、机车信号等，以及显示和声音提示。14数据记录，采用连续记录的方式对控车载设备的主要状态信息进行详细记录，最少可以连续记录24h，记录的周期为300ms,记录容量达到30天以上。,2）主要技术要求,（1）在任何情况下防止列车无行车许可的运行。（2）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。（3）防止列车溜逸（4）制动与缓解（5）故障后可隔离,2)列控车载设备的特点,1采用目标距离模式曲线控制方式2具有兼容性自动根据地面设备配置情况确定运行模式 CTCS

16、-2与CTCS-I/0级自动切换。3具有自我诊断能力各子系统具有自检测和自诊断功能，发生故障时可以及时发现故障位置，保证系统不产生危险侧输出和尽量减小故障影响；发生严重故障时，具有降级能力，保证列车运行安全。4具有实时性实时信息采集、处理和实时控制，线路数据和限速信息无需预存在列控车载设备内部。5可靠性、安全性高设备设计严格遵照故障一安全原则，各模块之间以及与其他系统之间的联系采用冗余通道。6可维护性采用模块化开放式结构设计，易与相关系统接口，易于功能扩展更新，满足设备的可用性、维修性的要求。,3）列控车载设备系统构成列控车载设备包括主机、人机界面、速度传感器、应答器信息接收天线、轨道电路信息接收天线等。,ATP车载系统结构,车载安全计算机（VC）,VC基于两个处理器的实时比较达到SIL4级。为了提高系统可用性采用了第三个处理器。该原则基于两个不同应用处理器同时执行应用软件，并采用故障安全检测器对这些处理器的输出进行比较。如果输出相同，检测器给出相关输出。若存在任何差异，检测器将输出设置为限制状态。车载安全计算机（VC）是列控车载设备的控制核心，负责从车载设备各个模块获得信息，依据轨道