第四讲 列车运行控制

1、LOGO第四章第四章 列车运行控制系统列车运行控制系统第一节 列车运行自动控制系统的速度控制模式第二节 列控系统的系统构成第三节 列控系统的应用等级第四节 典型的列控系统 第五节 机车信号与超速防护 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO第一节第一节 列车运行自动控制系统列车运行自动控制系统的速度控制模式的速度控制模式v概念：概念：ATC（Automatic Train Control）就是对列车运行全过程或一部分作业实现自就是对列车运行全过程或一部分作业实现自动控制的系统。动控制的系统。v特征特征：列车通过获取的地面信息和命令，控：列车通过获取的地面信息和命令，控制列车运行，并调整与前行列

2、车之间必须保制列车运行，并调整与前行列车之间必须保持的距离。持的距离。v 作用作用：保证列车按照空间间隔制运行的技术：保证列车按照空间间隔制运行的技术方法，方法，靠控制靠控制列车运行列车运行速度速度实现实现。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 在城轨交通领域，在城轨交通领域，ATC包括三个子系统：包括三个子系统： v列车超速防护系统列车超速防护系统ATP（Automatic Train Protection） v列车自动驾驶系统列车自动驾驶系统ATO (Automatic Train Operation) v列车自动监控系统列车自动监控系统ATS (Automatic Train Su

3、pervision)石家庄铁道大学电气与电子工程学院小常识小常识LOGOv分级速度控制分级速度控制v目标距离速度控制目标距离速度控制(速度速度-距离模式曲线控制距离模式曲线控制)石家庄铁道大学电气与电子工程学院 从速度控制方式角度，从速度控制方式角度，ATC可以分为以下可以分为以下两种模式：两种模式：LOGO一一 分级速度控制分级速度控制 以一个以一个闭塞分区闭塞分区为为单位单位，根据列车运行的，根据列车运行的速度分级，对列车运行进行速度控制。速度分级，对列车运行进行速度控制。 列车列车追踪间隔时间追踪间隔时间主要与主要与闭塞分区的划分、闭塞分区的划分、列车性能和速度列车性能和速度有关。有关。

4、石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO分级速度控制又可分为分级速度控制又可分为阶梯式阶梯式和和分段曲线式分段曲线式 (一一) 阶梯式阶梯式分级速度控制分级速度控制 阶梯式分级速度控制又分为超前式和滞后式阶梯式分级速度控制又分为超前式和滞后式石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 1. 超前超前速度控制方式（速度控制方式（出口速度检查控制方式）出口速度检查控制方式） 给出列车给出列车驶出闭塞分区驶出闭塞分区的速度值，的速度值， 控制列车不超过出口速度控制列车不超过出口速度(下一分区入口速度下一分区入口速度)。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院采取采取设备控制优先设备控制优先方法，日本方法，日

5、本ATC系统。系统。LOGO2. 滞后滞后速度控制方式（速度控制方式（入口速度检查入口速度检查控制方式）控制方式） 给出列车的入口速度值，给出列车的入口速度值， 监控在本闭塞分区不超过给定的入口速度值。监控在本闭塞分区不超过给定的入口速度值。 采取采取人控优先人控优先方法，法国方法，法国U/T系统的系统的TVM300。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO图4-1 两种阶梯式分级速度控制 A 超前（出口）式速度控制B 滞后（入口）式速度控制石家庄铁道大学电气与电子工程学院速度控制线速度控制线列车实际减速运行线列车实际减速运行线撞墙LOGO 根据根据列车运行速度分级列车运行速度分级，每一个闭

6、塞分区给出一，每一个闭塞分区给出一段制动速度控制曲线，对列车运行进行速度控制。段制动速度控制曲线，对列车运行进行速度控制。 (二) 曲线式分级速度控制 石家庄铁道大学电气与电子工程学院采取采取人控优先人控优先方法，法国方法，法国U/T系统的系统的TVM430。LOGO分段曲线式分级速度控制一般制动速度控制曲线是不连贯和不光滑的分段曲线式分级速度控制一般制动速度控制曲线是不连贯和不光滑的A，可以利用计算机技术做成连贯和光滑的连续曲线可以利用计算机技术做成连贯和光滑的连续曲线B。 A 分段曲线式分级速度控制 B 连续曲线式分级速度控制 两种曲线式分级速度控制 图4-2石家庄铁道大学电气与电子工程学

7、院LOGO二二 目标距离速度控制目标距离速度控制 采取的制动模式为采取的制动模式为连续式一次制动速度控制连续式一次制动速度控制的方的方式，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能式，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个分区速度等级确定列车制动曲线，不设定每个分区速度等级 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO图4-3 目标距离速度控制 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 连续式一次速度控制模式连续式一次速度控制模式若以前方列车占用的闭若以前方列车占用的闭塞分区入口为追踪目标点，则为准移动闭塞塞分区入口为追踪目标点，则为准移动闭塞； 若以前方列车的尾部为追踪目

8、标点，则为移动闭若以前方列车的尾部为追踪目标点，则为移动闭塞。塞。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院两点解释：两点解释：LOGO 列控设备给出的一次连续的制动速度控制曲线是列控设备给出的一次连续的制动速度控制曲线是根据目标距离、线路参数和列车自身的性能计算根据目标距离、线路参数和列车自身的性能计算而定，而定，线路参数可以通过地对车信息线路参数可以通过地对车信息实时传输，实时传输，也可以事先在车载信号设备中存储也可以事先在车载信号设备中存储通过核对取得。通过核对取得。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 控制模式 分级速度(速差式) 目标距离 制动模式 阶梯式 分段曲线式 一次连续式 闭塞

9、制式 固定闭塞 准移动闭塞 移动闭塞 虚拟闭塞 车地信息传输 多信息轨道电路+点式设备 数字轨道电路; 或多信息轨道电路+点式设备 无线通信; 或数字轨道电路; 或轨道电缆; 或多信息轨道电路+点式设备 无线通信 无线通信 轨道占用检查 轨道电路 轨道电路 轨道电路或计轴设备 无线定位 应答器 无线定位 应答器 制动模式图示 列车运行间隔 双红灯防护 X+1L 设为对照值 XL 一次连续制动始点可变 小于XL 一次连续制动始点可变 小于XL 移动闭塞 更小于XL 表4-1 列控系统各种控制模式表石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO第二节第二节 列控系统的列控系统的系统构成系统构成 以中国列

10、车运行控制系统（以中国列车运行控制系统（CTCS）为例：）为例： CTCS系统有两个子系统，即车载子系统系统有两个子系统，即车载子系统和地面子系统。和地面子系统。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 地面子系统地面子系统：应答器、轨道电路、无线通信网络：应答器、轨道电路、无线通信网络（GSM-R）、列车控制中心（）、列车控制中心（TCT）/无线闭无线闭塞中心（塞中心（RBC）。）。 车载子系统车载子系统：CTCS车载设备、无线系统车载模车载设备、无线系统车载模块。块。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 图4-4 CTCS系统结构示意图 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO第三

11、节第三节 列控系统的应用等级列控系统的应用等级 CTCS根据根据功能要求和设备配置功能要求和设备配置划分应用等级，划分应用等级，分为分为04级。级。 CTCS应用等级应用等级0(以下简称以下简称L0)：由通用机车信：由通用机车信号号+列车运行监控装置组成，为既有系统。列车运行监控装置组成，为既有系统。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO CTCS应用等级应用等级1(以下简称以下简称L1)：由主体机车信：由主体机车信号号+安全型运行监控记录装置组成，点式信息作安全型运行监控记录装置组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。 CT

12、CS应用等级应用等级2(以下简称以下简称L2)：是基于轨道传：是基于轨道传输信息并采用车输信息并采用车-地一体化系统设计的列车运行地一体化系统设计的列车运行控制系统。控制系统。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO CTCS应用等级应用等级3(以下简称以下简称L3)：是基于无线传：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。车运行控制系统。 CTCS应用等级应用等级4(以下简称以下简称L4)：是完全基于无：是完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。线传输信息的列车运行控制系统。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO一一

13、 CTCS 0级级 为了规范的一致性，将目前既有干线铁路应用的为了规范的一致性，将目前既有干线铁路应用的地面信号设备和车载设备定义为地面信号设备和车载设备定义为0级。级。 0级级由通用机车信号加上列车运行监控装置组成，由通用机车信号加上列车运行监控装置组成，对这一定义，尚有不同的看法。对这一定义，尚有不同的看法。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO一一 CTCS 0级级 0级在既有地面信号设备的基础上，采取大贮存级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的方式把线路数据全部贮存贮存在车载设备中，靠逻在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据，结合列车性能辑推断地址调

14、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。计算给出目标距离式制动曲线。 四显示，固定闭塞，四显示，固定闭塞，160以下，分级速度控制以下，分级速度控制石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO二二 CTCS 1级级 1级是对级是对0级的全面加强，在级的全面加强，在0级基础上，在车级基础上，在车站附近站附近增加点式信息设备增加点式信息设备，传输定位信息，以减，传输定位信息，以减少逻辑推断地址产生错误的可能性。少逻辑推断地址产生错误的可能性。 占用及完整性检查占用及完整性检查用轨道电路，用轨道电路，主体机车信号主体机车信号。石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO三三 CTCS 2级

15、级 2级是级是基于轨道电路和点式信息设备传输信息基于轨道电路和点式信息设备传输信息的的列车运行控制系统，面向提速干线和高速新线，列车运行控制系统，面向提速干线和高速新线，适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机。适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机。它是一种点它是一种点-连式列车运行控制系统连式列车运行控制系统 。石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO三三 CTCS 2级级 2级采取目标距离控制模式（又称连续式一次速级采取目标距离控制模式（又称连续式一次速度控制）。目标距离控制模式根据目标距离、目度控制）。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不标速度及

16、列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院准移动闭塞准移动闭塞LOGO四四 CTCS 3级级 3级是基于级是基于无线通信（如无线通信（如GSM-R）的列车运行）的列车运行控制系统控制系统， 它可以叠加在既有干线信号系统上。它可以叠加在既有干线信号系统上。 CTCS 3级与级与2级一样，采取目标距离控制模式级一样，采取目标距离控制模式和准移动闭塞方式。和准移动闭塞方式。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO五五 CTCS 4级级 4级是完全基于无线通信（如级是完全基于无线通信（如

17、GSM-R）的列车）的列车运行控制系统。运行控制系统。 采取目标距离控制模式，列车按移动闭塞或虚拟采取目标距离控制模式，列车按移动闭塞或虚拟闭塞方式运行。闭塞方式运行。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO六 等级对照等级对照 分析分析CTCS的应用等级划分，发现有以下两个特点：的应用等级划分，发现有以下两个特点： 1. 各应用等级均采用目标距离控制模式，采取连续一次各应用等级均采用目标距离控制模式，采取连续一次制动方式。制动方式。 2. 各应用等级是根据设备配置来划分的，其主要差别各应用等级是根据设备配置来划分的，其主要差别在于地对车信息传输的方式和线路数据的来源。在于地对车信息传输的方

18、式和线路数据的来源。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO应用等级应用等级 L0 L1 L2 L3 L4 控制模式控制模式 目标距离目标距离 目标距离目标距离 目标距离目标距离 目标距离目标距离 目标距离目标距离 制动方式制动方式 一次连续一次连续 一次连续一次连续 一次连续一次连续 一次连续一次连续 一次连续一次连续 闭塞方式闭塞方式 固定闭塞或准固定闭塞或准移动闭塞移动闭塞 准移动闭塞准移动闭塞 准移动闭塞准移动闭塞 准移动闭塞准移动闭塞 移动闭塞或虚移动闭塞或虚拟闭塞拟闭塞 地对车信息传地对车信息传输输 多信息轨道电多信息轨道电路路+点式设点式设备备 多信息轨道电多信息轨道电路路+点

19、式点式设备设备 多信息轨道电多信息轨道电路路+点式设点式设备；备； 或数字轨道电或数字轨道电路路 无线通信双向无线通信双向信息传输信息传输 无线通信双向无线通信双向信息传输信息传输 轨道占用检查轨道占用检查 轨道电路轨道电路 轨道电路轨道电路 轨道电路轨道电路 轨道电路等轨道电路等 无线定位无线定位 应答器校正应答器校正 列车运行间隔列车运行间隔 按固定闭塞运按固定闭塞运行大于行大于L 设为对照值设为对照值L L L 小于小于L 线路数据来源线路数据来源 大贮存于车载大贮存于车载数据库数据库 大贮存于车载大贮存于车载数据库数据库 应答器提供应答器提供 或数字轨道电或数字轨道电路路 无线通信提供

20、无线通信提供 无线通信提供无线通信提供 对应对应ETCS级级 ETCS1级级 ETCS2级级 ETCS3级级 表4-2 列控系统应用等级对照表 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO第四节第四节 典型的列控系统典型的列控系统 目前，高速铁路正在欧洲和亚洲快速发展，已通目前，高速铁路正在欧洲和亚洲快速发展，已通车或正在建设中的高速线路多达十几条，其列控车或正在建设中的高速线路多达十几条，其列控系统各不相同，主要有系统各不相同，主要有法国法国TVM300和和TVM430、日本、日本ATC和数字和数字ATC、德国、德国LZB80、欧、欧洲洲ETCS等系统等系统设备。设备。 石家庄铁道大学电气与电子

21、工程学院LOGO一一 法国法国U/T系统系统 法国高速铁路法国高速铁路TGV区段的列控系统，车载信号区段的列控系统，车载信号设备采用设备采用TVM300或或TVM430，地对车的信息，地对车的信息传输以无绝缘轨道电路传输以无绝缘轨道电路UM71为基础，该列控为基础，该列控系统简称系统简称U/T系统。系统。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO一一 法国法国U/T系统系统 TVM300系统在系统在1981年于巴黎年于巴黎里昂首先投里昂首先投入使用，系统构成简单，造价较低。采用无绝缘入使用，系统构成简单，造价较低。采用无绝缘轨道电路轨道电路UM71，地对车的信息传输容量仅有，地对车的信息传输容

22、量仅有18个，速度监控是滞后阶梯式的。个，速度监控是滞后阶梯式的。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO一一 法国法国U/T系统系统 TVM430系统在系统在1993年于法国第三条北方线年于法国第三条北方线高速铁路首先投入使用。随着列车速度不断提高，高速铁路首先投入使用。随着列车速度不断提高，时速已达时速已达320km/h 。近年来，法国。近年来，法国CS公司又公司又开发了计算机联锁（开发了计算机联锁（SEI）和列控）和列控(ATC)一体一体化的系统，在地中海线和海峡化的系统，在地中海线和海峡伦敦线开通使用，伦敦线开通使用，我国秦沈客运专线也采用了该系统。我国秦沈客运专线也采用了该系统。

23、石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO二二 日本日本ATC系统系统 日本于日本于1964年开通了世界上第一条高速铁路年开通了世界上第一条高速铁路东海道新干线。日本新干线现有的东海道新干线。日本新干线现有的ATC系统普系统普遍采用超前阶梯式速度监控，它的制动方式是设遍采用超前阶梯式速度监控，它的制动方式是设备优先的模式备优先的模式 。石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO二二 日本日本ATC系统系统 数字式数字式ATC采用目标距离一次制动模式曲线方采用目标距离一次制动模式曲线方式，车载设备根据地面轨道电路传送来的信息和式，车载设备根据地面轨道电路传送来的信息和各开通区间的长度，求取与前方列车

24、所占用区间各开通区间的长度，求取与前方列车所占用区间的距离，综合线路数据、制动性能和允许速度等的距离，综合线路数据、制动性能和允许速度等计算出列车运行速度计算出列车运行速度 。石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO三三 欧洲欧洲ETCS系统系统 根据欧洲根据欧洲ETCS计划，为了实现欧洲铁路互联互计划，为了实现欧洲铁路互联互通，车载设备采用通，车载设备采用ETCS总线，可以灵活地支持总线，可以灵活地支持与各种传统设备及与各种传统设备及ETCS车载设备的通信车载设备的通信 。石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO四四 德国德国LZB系统系统 德国德国LZB系统是基于轨道电缆传输的列控系统，系

25、统是基于轨道电缆传输的列控系统，是世界上首次实现连续速度控制模式的列控系统，是世界上首次实现连续速度控制模式的列控系统，技术上是成熟的。技术上是成熟的。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO四四 德国德国LZB系统系统 LZB是是1965年以前开发的系统。它利用轨道电年以前开发的系统。它利用轨道电缆作为车缆作为车-地间双向信息传输的通道。地间双向信息传输的通道。LZB以地以地面控制中心为主计算制动曲线，车载信号设备智面控制中心为主计算制动曲线，车载信号设备智能化不够，与其它列控系统兼容比较困难。能化不够，与其它列控系统兼容比较困难。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO五五 车地信息传

26、输媒介信息传输媒介主要包括以下几种方式：主要包括以下几种方式： (一一) 轨道电路轨道电路 (二二) 轨道电缆轨道电缆 (三三) 点式设备点式设备 (四四) 无线传输无线传输 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO第五节第五节 机车信号与超速防护机车信号与超速防护 为保证行车安全，提高运输效率及改善司机为保证行车安全，提高运输效率及改善司机的劳动条件，在自动闭塞及半自动闭塞区段运行的劳动条件，在自动闭塞及半自动闭塞区段运行的列车上都要安装机车信号。的列车上都要安装机车信号。 当采用了机车信号设备后，能避免自然条件干扰当采用了机车信号设备后，能避免自然条件干扰的影响，提高司机接受信号的可靠性。

27、的影响，提高司机接受信号的可靠性。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 机车信号是用设于机车驾驶室内的设备自动反映机车信号是用设于机车驾驶室内的设备自动反映运行条件，指示司机运行的一种信号显示制度，运行条件，指示司机运行的一种信号显示制度，又称机车自动信号。又称机车自动信号。 作用：保证行车安全的重要技术设备作用：保证行车安全的重要技术设备 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 我国现有的机车信号有我国现有的机车信号有点式、连续式和接近连续点式、连续式和接近连续式式三种类型。三种类型。石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 点式点式机车信号是在线路上的某些固定地点设置地机车信号是在

28、线路上的某些固定地点设置地面设备，向机车传递信息的机车信号，用于非自面设备，向机车传递信息的机车信号，用于非自动闭塞区段。动闭塞区段。 特点特点：设备简单、建设费用低、地面不耗能、安：设备简单、建设费用低、地面不耗能、安装容易、施工快。装容易、施工快。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 连续式连续式机车信号是在整个线路上连续不断地反映机车信号是在整个线路上连续不断地反映线路状态和运行条件的机车信号，用于自动闭塞线路状态和运行条件的机车信号，用于自动闭塞区段。区段。 特点：特点：能连续不断地把地面信号显示情况反映给能连续不断地把地面信号显示情况反映给司机，大大改善其劳动条件。司机，大大改

29、善其劳动条件。石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 接近连续式接近连续式机车信号是在固定地段的线路连续地机车信号是在固定地段的线路连续地反映地面信号显示的机车信号，广泛用于非自动反映地面信号显示的机车信号，广泛用于非自动附塞区段。附塞区段。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 趋势：趋势：随着列车速度和机车信号可靠程度的不断提随着列车速度和机车信号可靠程度的不断提高，机车信号正从高，机车信号正从辅助信号变为主体信号辅助信号变为主体信号。石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO根据其功能不同根据其功能不同有：有：u以机车内信号显示功能为主的设备称为以机车内信号显示功能为主的设备称为机车

30、信号机车信号；u以控制列车运行功能为主的则称为以控制列车运行功能为主的则称为列车自动停车列车自动停车或列车自动监督和控制或列车自动监督和控制。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院机车信号设备机车信号设备LOGO 机车信号机车信号根据其信号显示的作用不同有两种：一根据其信号显示的作用不同有两种：一是机车信号，仅用来复示地面固定信号机，还不是机车信号，仅用来复示地面固定信号机，还不能作为主体信号使用。二是机车信号作为主体信能作为主体信号使用。二是机车信号作为主体信号使用，采用这种显示方式则可以取消地面信号号使用，采用这种显示方式则可以取消地面信号机。机。 石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 1. 连续式连续式2. 点式点式3. 接近连续式接近连续式 机车信号设备的控制命令是由地面传递给机车机车信号设备的控制命令是由地面传递给机车的，因此机车信号设备的信息传递方式分为：的，因此机车信号设备的信息传递方式分为：石家庄铁道大学电气与电子工程学院LOGO 1. 连续式机车信号是指在某一区段线路上不间连续式机车信号是指在某一区段线路上不间断地向机车传递信息