CTCS3列控车载系统介绍

1、CTCS-3列控车载系统介绍一、缩略语 CTCS:中国列车控制运行系统（chinese train control system) CTC:调度集中（centralized traffic control RBC ：无线闭塞中心（radio black centre) DMI：人机界面（driver machine interface） GSM-R：铁路专用全球移动通信系统（global system mobile for railway)二、CTCS-3车载系统运营需求 1.主要技术原则 CTCS-3级列控系统满足运营速度350km/h、最小追踪间隔3分钟的要求。 CTCS-3级列控系统满足

2、正向按自动闭塞追踪运行，反向按自动站间闭塞运行的要求。 CTCS-3级列控系统满足跨线运行的运营要求。 CTCS-3级列控系统车载设备采用目标距离连续速度控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行。 CTCS-2级作为CTCS-3级的后备系统。RBC或无线通信故障时，CTCS-2级列控系统控制列车运行。 全线RBC设备集中设置。 GSM-R无线通信覆盖包括大站在内的全线所有车站。 动车段及联络线均安装CTCS-2级列控系统地面设备。 300km/h及以上动车组不装设列车运行监控装置（LKJ）。 在300km/h及以上线路，CTCS-3级列控系统车载设备速度容限规定为超速2km/h报警、超速5

3、km/h触发常用制动、超速15km/h触发紧急制动。RBC向装备CTCS-3级车载设备的列车、应答器向装备CTCS-2级车载设备的列车分别发送分相区信息，实现自动过分相。CTCS-3级列控系统统一接口标准，涉及安全的信息采用满足IEC 62280标准要求的安全通信协议。CTCS-3级列控系统安全性、可靠性、可用性、可维护性满足IEC 62280等相关标准的要求，关键设备冗余配置。 2.主要工作模式 在CTCS-2级或CTCS-3级控车时，满足一定条件可以进行模式转换。列控车载设备列控车载设备9种主要工作模式种主要工作模式完全监控模式完全监控模式 (FS)休眠休眠模式模式(SL) C3专有专有目

4、视行车模式目视行车模式(OS)调车模式调车模式(SH)引导模式引导模式(CO) 隔离模式隔离模式(IS)待机模式待机模式(SB)部分监控模式部分监控模式(PS) C2专有专有机车信号模式机车信号模式(CS) C2专有专有模式1：完全监控模式（FS） 当车载设备具备列控所需的全部基本数据时，列控车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线，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，监控列车安全运行。 模式2：目视行车模式（SR） 地面设备故障、列控车载设备显示禁止信号且列车停车后需继续运行时，根据行车管理办法，经司机操作，列控车载设备按固定限制速度40km/h监控列车运行，列车

5、每运行一定距离（300米）或一定时间（60秒）司机需确认一次。模式3：引导模式（OS） 引导信号开放或出站信号开放且列车前端距离出站信号机较远（大于250米）发车时，列控车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线，并通过DMI显示列车运行速度、当司机请求时也显示允许速度、目标速度和目标距离等，车载设备按固定限制速度40km/h监控列车运行，司机负责在列车运行时检查轨道占用情况。 模式4：调车模式（SH） 进行调车作业时，司机按压调车按钮，列控车载设备按固定限制速度40km/h（顶棚），监控列车前进或折返运行。当工作在CTCS-3级下，经RBC同意，列控车载设备转入调车模式后与RBC断开连接，退出

6、调车模式后重新与RBC进行连接。模式5：隔离模式（IS） 列控车载设备停用时，需在停车情况下，经操作隔离列控车载设备的制动功能。在该模式下，车载设备不具备安全监控功能。列控车载设备应能够监测隔离开关状态。 模式6：待机模式（SB） 列控车载设备被上电后，执行自检和外部设备测试正确后自动处于待机模式，车载设备禁止列车移动。模式7：休眠模式（SL） 该模式用于非本务端列控车载设备。在该模式下，列控车载设备仍执行列车定位、测速测距、记录级间转换及RBC切换信息等功能。立折升为本务端后，车载设备可自动进入正常工作状态。 模式8：部分监控模式（PS） 该模式仅用于CTCS-2级控车。在CTCS-2级，当

7、车载设备接收到轨道电路允许行车信息，线路数据缺损时，列控车载设备产生一定范围内的固定限制速度，监控列车运行。模式9：机车信号模式（CS） 该模式仅用于CTCS-2级控车。列车运行到地面设备配置未装备CTCS-3/CTCS-2列控系统的区段，根据行车管理办法（含调度命令），经司机操作后，列控车载设备按固定限制速度80km/h监控列车运行，并显示机车信号。 3.主要运营场景 CTCS3级列控系统主要运营场景包括：注册与启动、注销、进出动车段、行车许可、RBC切换、自动过分相、重联与摘解、临时限速、降级情况、灾害防护、调车作业、人工解锁进路、特殊进路。 设备上电：通电车载设备自检列控车载进入待机模式

8、（SB） 列车唤醒：开启驾驶台测试DMI验证车载设备转入休眠SL模式 注册与启动注册与启动 列车注册 输入列车数据 准备发车 启动列车 工作在CTCS-3级时，车载设备从RBC获得行车许可。 工作在CTCS-2级时，车载设备从轨道电路获得行车许可。 注销注销：RBC注销列车信息，关闭电源。 列车停车后，司机关闭驾驶台，车载设备进入待机模式（SB）如果车载设备工作在CTCS-3级，系统将做如下操作： 车载设备将向RBC报告任务结束。 RBC通知CTC列车进入待机模式（SB），并命令车载设备关闭与RBC的通信会话。 车载设备关闭与RBC的通信会话。 通信会话被关闭后，RBC注销该列车的注册信息。进

9、出动车段进出动车段 动车组将在CTCS-2级系统工作状态下进入或驶出动车段。 进入动车段：当列车驶离客运专线并进入动车走形线后，通过登记转换为CTCS-2级系统工作，列车将按CTCS-2级系统车站方式进入动车段。进入动车段后，司机关闭驾驶台，断开动车组为车载设备供电的电源开关。车载设备关闭并停止使用。 驶出动车段：司机开启驾驶台，车载设备进行自检正确后根据关机前工作状态或默认状态自动进入CTCS-2级待机模式（SB）。当联锁办理了发车进路时，列车以CTCS-2级部分监控模式（PS)发车并驶出动车段；通过出站口的应答器组并得到相应的信息后，在联络线上按CTCS-2级的安全监控模式（FS）运行。若

10、车载设备自检不正确，不允许动车组出段运行。 列车与GSM-R建立连接 列车与RBC建立连接 CTCS-2级进入CTCS-3级 获得行车许可（MA) 等级转换执行等级转换等级转换 等级转换预告 CTCS-3级进入CTCS-2级 等级转换执行 在CTCS-3级区域内等级转换 等级转换描述了列车在CTCS-3级区段和CTCS-2级区段边界，列控系统应遵守的原则和车载设备等级转换过程。CTCS-2级和CTCS-3 级之间的转换需要设置转换点、标志牌和确认区。 转换点有：GSM-R连接点（GRE），RBC连接点（RE），转换预告点（LTA），转换执行点（LTO），转换取消点（RT）。 标志牌有：通信连接

11、标志牌和等级转换标志牌。 接车进路接车进路：列车侧线停车，进路区段随列 车的顺序占用和出清逐段解锁，当列车全部进 入股道后，给RBC的接车股道信号授权需要继续 保持有效，直到判断列车停稳计时时间结束，接 车进路状态无效后，行车许可缩短到列车前端位 接发车进路接发车进路 置 。 发车进路发车进路：联锁将根据闭塞状态逐个比赛 分区地向RBC发送信号授权，RBC根据收到的信号 行车许可行车许可 授权向前延伸行车许可。为减少缩短行车许可的 情况发生，联锁一次向RBC发送的信号授权以不 超过15个比赛分区为宜。 列车不停车通过车站列车不停车通过车站（先办接车进路，再办 通过进路通过进路 发车进路） 列车

12、通过车站列车通过车站（先办发车进路，再办接车进路） 区间闭塞分区区间闭塞分区 ：列车在区间正方向按自动闭塞追踪运行，反向 运行采用站间闭塞方式。RBCRBC切换切换 在RBC切换过程中，RBC1(移交RBC）负责向RBC2（接收RBC）发送切换预告信息、进路请求信息、切换通告信息、切换确认信息、切换取消信息。RBC2负责向RBC1发送进路信息、接管列车信息。 RBC-RBC切换应设置预告点（LTA) 、RBC转换点（RN）和切换标志牌。 在RBC切换过程中，采用2部电台或者1部电台，均可以实现列车在相邻RBC间行车许可控制的安全切换。 两部电台都正常的RBC切换 RBC切换 只有一部电台正常的

13、RBC切换 当当2部车载电台部车载电台(定义为电台定义为电台1和电台和电台2)都正常时都正常时, RBC1到到RBC2的切换流程的切换流程: 列车在RBC1的控制区域内正常运行并接近RBC1 /RBC2边界时, 使用电台1 与RBC1 通信。当列车通过RBC 切换预告应答器组后, 车载设备向RBC1发送列车位置报告。RBC1 接收到位置报告后, 向车载设备发送RBC 切换命令; 同时向RBC2发送移交列车预告信息和进路请求信息。 RBC2接收到RBC1的进路请求信息后, 根据联锁系统的信号授权向RBC1返回进路信息。当RBC2 管辖范围内进路发生变化时, RBC2应当及时将进路信息发送给RBC

14、1。 RBC1根据RBC2提供的进路信息, 向车载设备发送延伸至RBC2区域内的行车许可。 列车继续运行, 在到达切换边界前, 车载设备继续保持使用RBC1提供的行车许可监控列车运行,并同时向RBC1和RBC2发送位置报告。当列车头部(最大安全前端) 越过边界后, 车载设备向RBC1及RBC2发送位置报告。自此, 车载设备开始只使用从RBC2 接收到的消息, 并拒绝接受RBC1 除终止会话信息(信息包42)之外的其他消息。 当列车尾部(最小安全末端) 越过边界后, 车载设备向RBC1及RBC2发送位置报告。RBC1根据列车提供的位置报告命令车载设备切断与RBC1的通信会话, 同时将其从RBC1

15、的在线列车清单中删除。 车载设备通过电台2继续保持与RBC2的通信会话并接收行车许可, 监控列车安全运行, 至此完成RBC1 到RBC2的切换。 当只有当只有1 1部车载电台部车载电台( (如电台如电台1) 1) 正常工作时正常工作时, RBC1, RBC1到到RBC2RBC2的的切换流程切换流程: : 当列车头部(最大安全前端) 越过边界后,车载设备向RBC1发送位置报告。从此, 车载设备拒绝接受RBC1 除终止会话信息(信息包42) 之外的其他消息。当列车尾部(最小安全末端) 越过切换应答器后, RBC1根据列车提供的位置报告命令车载设备切断与RBC1的通信会话, 同时将其从RBC1 的列

16、车清单中删除。车载设备接收到RBC1的切断无线连接的命令后, 断开与RBC1的通信连接。车载设备根据RBC1先前下达的切换命令, 开始通过电台1呼叫RBC2, 并与RBC2建立安全连接, RBC2将行车许可发送给车载设备, 至此完成单电台情况下RBC1到RBC2的切换。 (7)自动过分相 自动过分相描述了列控车载设备根据地面设备提供的分相区信息，在适当位置给动车组过分相装置发送指令，实现自动过分相。 车载设备接收到RBC 传送的前方被激活的分相点信息后，实时监督列车运行速度及位置，并进行如下操作： 1) 当列车前端距分相区还有10 秒走行距离时，车载设备向司机发出提示； 2) 当列车前端距分相

17、区还有3 秒走行距离时，车载设备向动车组发送过分相指令； 3) 当列车前端越过分相区后，车载设备取消原触发动车组相关过分相的操作。 (8)重联与摘解 列车重联是以列车进路方式将两列相同类型动车组从区间线路接入车站同一股道并重新连成一列列车的运输作业。 列车摘解是将停在车站股道上的一列列车分成两列列车的运输作业。摘解后的两列列车可以同向/背向分别向区间发车、或者转线。 (9)临时限速 临时限速描述了在调度中心设置、下达和取消临时限速命令的工作过程。 临时限速的设置、取消均在调度中心进行，车站一般不进行临时限速的相关操作。设置与取消临时限速采用相同的操作原则。 调度中心设置专用临时限速操作终端（放

18、置在CTC 维护台），施工调度员通过该终端对全线有计划的限速进行拟定，经行调员通过CTC 行调台确认，形成临时限速调度命令并储存在调度中心临时限速服务器中。 (10)降级情况 降级情况描述了地面设备或者车载设备故障后，列控系统采取的处理措施。 (11)灾害防护 灾害防护描述当有意外情况发生时，信号系统紧急反应的处理情况。包括风、雨、雪的灾害防护、塌方、落物的灾害防护以及车站站台紧急情况的防护。 (12)调车作业 调车作业描述了进入调车模式（SH）、调车作业防护、调车折返和退出调车模式（SH）的工作过程。 在RBC工程数据中，将车站范围设置为允许调车区。当进行调车作业时，通过司机操作选择调车模式

19、（SH），车载设备向RBC请求转入调车模式（SH），RBC判断该列车当前位置位于允许调车区内时，授权车载设备转入调车模式（SH）。车载设备转入调车模式（SH）后，断开与RBC的连接，生成一个顶棚监控曲线。司机按调车信号进行调车作业。 在允许调车区边界及进行调车作业时可能危及正线行车安全的调车信号机前设置阻挡应答器。当禁止列车以调车模式（SH）越过阻挡应答器时，应答器发送“调车危险”信息包；当处于调车模式（SH）的车载设备接收到“调车危险”信息包时，实施紧急制动。 (13)人工解锁进路 人工解锁进路描述了取消已经办理的接发车进路的工作过程。 取消进路/人工解锁进路只有在车站才使用该作业。 根据办

20、理取消进路时的接近列车所处位置不同，我国车站联锁的操作可以分为取消进路和人工解锁进路。但对于CTCS-3 级系统RBC 而言，对这两种操作的处理是一致的。 初始状态：调度员已办理了一条通过进路并已锁闭。列车已获得该通过进路的行车许可，但还未到达车站。此时调度员需变更接车计划，列车改为侧线停车。 (14)特殊进路 在高速客运专线正常运行过程中，所有上线运行的列车均应安装并使用车载设备。 特殊进路描述了在特殊情况下（如：未安装车载设备的列车、列车运行中途车载设备完全故障），列车将根据调度命令以地面信号作为行车凭证，按站间闭塞方式运行的过程。 为此各车站应设置进站信号机、出站信号机，其显示仅对上述情

21、况下的列车起作用。为使采用特殊进路方式运行的列车能以较高的运行速度接近车站以提高线路通过能力，进站信号机必须满足一定显示距离的要求。 在上述特殊情况下，当办理接发车作业时，由调度员通过CTC系统操作联锁设备打开相应的进站信号机及出站信号机，只有办理了站间闭塞的发车进路相应的出站信号机才可以点亮允许信号。 第二章 CTCS3级列控系统的结构第4节 系统设备组成及功能描述 1.系统主要设计原则系统主要设计原则 （1）牵引计算）牵引计算 在客运专线CTCS-3 系统中，牵引计算主要包括列车运行速度和时间的计算、闭塞分区的划分以及列车追踪间隔时间的计算等内容。 计算模型计算模型 列车运行距离和运行时分

22、计算采用如下公式： 其中： ds 和dt 为分别由速度v1变化到v2的运行距离增量和运行时间增量； c 为单位合力，单位为（N/kN)； r 为回转质量系数，即列车回转质量与列车总质量之比。对于引进和国产化的各种类型动车组来说，回转质量系数r 值不同，故按照实际提供的数值进行计算； g 为重力加速度9.81m/s2。计算列车追踪间隔时间的原则计算列车追踪间隔时间的原则 列车追踪间隔时间追I 是指同种列车、同种速度和同种运行方式下的列车追踪间隔时间。列车追踪间隔时间追I 包含列车在区间追踪间隔时间区I 、在车站的发车间隔时间发I 、到达间隔时间到I 及列车通过车站的追踪间隔时间通I 四部分，需要

23、对各部分逐点计算并取其最大值。划分闭塞分区的原则划分闭塞分区的原则 闭塞分区长度原则上按照不少于2000m 进行设计，满足350km/h 速度、3 分钟列车追踪运行的要求。 闭塞分区配置要考虑电气化分相绝缘器的位置，以防止列车停车再运行时无法越过无电区域。 （2 2）列车安全防护距离）列车安全防护距离 根据客运专线股道有效长度650m的要求，在设计列车的制动模式曲线时，列车安全防护距离最大值应控制在站内60m、区间110m的范围内。 （3 3）应答器的设置原则应答器的设置原则 1) 进站信号机处：设置由1个有源应答器和1个无源应答器组成的应答器组，用于列车定位；同时发送线路参数和临时限速。 2

24、) 反向进站信号机处：设置由1个有源应答器和1个无源应答器组成的应答器组，用于列车定位；同时发送线路参数和临时限速。 3) 出站信号机处：设置由1个有源应答器和1个无源应答器组成的应答器组，用于列车定位；同时发送线路参数、临时限速和绝对停车信息。 4) 区间线路：每个闭塞分区入口处设置由2个及以上无源应答器组成的应答器组，用于列车定位；同时发送线路参数。 5) 中继站处：上下行线各设置两组由1个有源应答器和1个无源应答器组成的应答器组，用于发送临时限速信息，两组应答器之间的距离为1005m。 6) 为保证调车作业不危及正线运行列车的安全，可根据需要设置由1个有源应答器和1个无源应答器组成的应答

25、器组，用于提供调车危险信息。 7) 等级转换分界：设置预告点和转换点用于提供等级转换信息。在进入CTCS-3区域时，在预告点前方适当距离根据需要设置无线连接点。无线连接点、预告点和转换点设置由2个及以上无源应答器组成的应答器组。 8) RBC切换点：在两个相邻的RBC的边界处设置2个无源应答器组成的应答器组，用于提供RBC切换命令、接收RBC的ID及电话号码。 9) 利用牵引供电换相点前一定距离设置的2个无源应答器组成的应答器组提供过分相信息。 10) 在18号（不含）以上道岔前第二个闭塞分区入口处应设置由1个源应答器和1个无源应答器组成的应答器组，根据道岔区段及列车运行前方轨道区段空闲条件，

26、向后备系统提供道岔侧向允许列车运行的速度。 11) 当用于定位的应答器组间隔超过1500m时，中间应增设无源应答器用于列车定位。 2.系统设备组成及功能描述(1)列控车载设备 车载设备中的车载安全计算机（VC）、应答器信息接收模块（BTM）、安全输入输出接口（VDX）、轨道电路信息接收单元（TCR）、测速测距单元（SDU）、人机界面（DMI）等关键设备均采用冗余配置。 车载安全计算机中的CTCS-3控制单元和CTCS-2控制单元独立设置，CTCS-3控制单元负责在CTCS-3线路正常运行时的核心控制功能，CTCS-2控制单元负责后备系统的核心控制功能。 车载设备内部接口包含：人机界面接口、速度

27、传感器接口、雷达接口、运行记录单元接口、与轨道电路信息处理接收器接口、应答器信息处理接收器接口、GSM-R无线通信器接口等。 车载设备外部接口包含：动车组接口、GSM-R接口、动态检测接口、应答器接口、轨道电路接口、司法记录器下载接口、电源接口等。 CTCS-3级列控车载设备负责接收地面数据命令信息，生成速度模式曲线，监控列车运行，保证列车运行安全。 CTCS-3级列控车载设备应具有以下基本功能：自检功能 、数据的输入和存储 、界面显示 、信息接收及发送 、静态曲线比较 、动态曲线计算 、列车定位 、速度的测量及显示 、行车许可和限速命令显示 、行车许可和限制速度的监督 、司机操作的监督 、溜

28、逸防护 、信息记录 、自动过分相 、站名和公里标显示 、在非CTCS-2/CTCS-3级区段运行功能 、特殊行车功能 、其他防护功能(紧急停车，施工防护，进路适应性防护) 。 （2）RBC RBC的配置原则重点考虑三大重要因素：控制能力、接口能力及维护适应性。RBC及其它关键设备应采用冗余配置。 每台RBC的控制能力包括：同时登录的列车数量、同时设定的进路数量、同时激活的临时限速数量、同时激活的紧急区域数量、同时激活的临时调车区域数量。 RBC 硬件采用冗余安全结构，设备包括：无线闭塞单元（RBU）、协议适配器（VIA）、RBC 维护终端、司法记录器（WJRU）、ISDN 服务器、操作控制终端

29、和交换机等设备组成，如下图所示。（3）GSM-R通信网络 GSM-R核心网包括移动交换子系统、GPRS子系统、智能网子系统，应按照全路核心网建设规划建设，各条客运专线接入相关节点。 GSM-R无线覆盖网络结构采用交织冗余覆盖方案，排序为奇数（1、3、5）或偶数（2、4、6）的基站达到的覆盖都分别能够满足系统规定的QoS指标，如下图所示。这种覆盖结构允许在单点（单个基站或单个直放站远端机）故障的情况下仍然能够满足系统规定的QoS 指标。 （4）信号数据传输网络 信号数据通信网络由RBC/联锁安全数据通信以太网、TCC/联锁安全数据通信局域网、CTC数据通信以太网、信号监测数据通信以太网构成，实现

30、联锁、列控、CTC、监测系统及系统间的安全数据通信和非安全数据通信。 （5）TCC TCC是CTCS-2级列控系统地面子系统的核心部分。根据轨道区段占用信息、联锁进路信息、线路限速信息等，产生列车行车许可命令，并通过轨道电路和有源应答器，传输给车载子系统，保证其管辖内的所有列车的运行安全。 TCC采用22取2安全计算机平台，具有技术成熟、可靠等特点。TCC之间通过安全局域网进行连接，实现TCC之间、与车站联锁之间安全信息传输。 CTCS-3级列控系统各车站、线路所及中继站均设置一套TCC，中继站距离一般不超过15公里，特殊困难地段不能超过20公里。 （6）轨道电路 轨道电路分为区间轨道电路和站

31、内轨道电路。 区间轨道电路采用计算机编码控制的ZPW-2000（UM）系列无绝缘轨道电路，轨道电路的传输长度满足相关技术条件的要求。 站内轨道电路分为两种情况，复杂大站和一般车站。复杂大站：正线及股道区段采用计算机编码控制的ZPW-2000（UM）系列。一般车站：全站采用与区间同制式的、由计算机编码控制的ZPW-2000（UM）系列有绝缘轨道电路。（7）应答器与LEU 应答器用于向CTCS-3级列控系统车载设备提供位置、等级转换、建立无线通信等信息，同时对CTCS-2级列控系统车载设备提供线路速度、线路坡度、轨道电路、临时限速等线路参数信息。 应答器报文信息格式采用铁道部统一的技术标准，应答器

32、设置满足CTCS-3系统、兼容CTCS-2系统的要求。 应答器分为有源应答器和无源应答器。 LEU通过串行通信接口与TCC设备连接，将来自TCC的报文连续向有源应答器发送，从而实现向车载设备发送可变信息。 （8）车站联锁 车站联锁采用高可靠性硬件和冗余结构，符合故障-安全的实时控制系统。硬件和软件结构实现了模块化和标准化。 车站联锁软件的安全性完善度等级满足SIL4级，有关电源、电磁环境、外部接口、人机接口（考虑操作失误）等环境条件和使用条件的设计与安全性完善度等级相适应。 车站联锁与RBC设备接口，向其提供进路状态信息、紧急状态消息、紧急停车区以及限速消息等，接收传来的行车许可状态、列车相关状态等消息。 车站联锁与车站TCC系统接口，向其提供接车进路状态信息，接收传来的列车占用