第六章-列车运行控制课件

1、第六章列车运行控制1一、定义 列控系统：由列控中心、闭塞设备、地面信号设备、地车信息传输设备、车载速度控制设备构成的用于控制列车运行速度保证行车安全和提高运输能力的控制系统。 列控系统是车站、区间、列车运行控制和行车调度指挥的自动化集成技术系统，是对铁路信号、列车牵引、车辆制动和轨道线路等交叉学科相关内容进行整合的机电一体化系统。它冲破了功能单一、控制分散、信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路信号技术向数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展。 2二、分类1.按地车信息传输方式 （1）连续式列控系统 ：车载设备可连续接收到地面列控设备的车-地通信信息，是列控技术应用及发展的主流。 如：德国L

2、ZB系统、法国TVM系统、日本数字ATC系统。采用连续式列车速度控制的日本新干线列车追踪间隔为5 min，法国TGV北部线区间能力甚至达到3 min。连续式列控系统可细分为阶梯速度控制方式和曲线速度控制方式。3二、分类1.按地车信息传输方式 （2）点式列控系统 ：点式列控系统接收地面信息不连续，但对列车运行与司机操纵的监督并不间断，因此也有很好的安全防护效能。 （3）点连式列控系统 ：我国CTCS2级， 轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息。点式信息设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息。 4二、分类2.按控制模式 （1）阶梯控制方式 ：出口速度检查方式，

3、如：法国TVM300系统； 入口速度检查方式，如： 日本新干线传统ATC系统。 （2）速度距离模式曲线控制方式 ：速度-距离模式，如：德国LZB系统，日本新干线数字ATC系统。3.按人机关系 （1）设备优先控制的方式。如：日本新干线ATC系统。 （2）司机优先控制方式。如：法国TVM300430系统、德国LZB系统4.照闭塞方式：固定闭塞、移动闭塞。5二、分类5.按照功能、人机分工和自动化程度 （1）列车自动停车（Automatic Train Stop 简称ATS）系统 ：ATS是一种只在停车信号（红灯）前实施列车速度控制的装置，是在非速差式信号体系下的产物，属于列车速度控制的初级阶段。 （

4、2）列车超速防护（Automatic Train Protection 简称 ATP）系统 ：ATP是随着速差式信号体系的建立而产生的，列车正常运行由司机控制，只在司机疏忽或失去控制能力且列车出现超速时设备才起作用，并以最大常用制动或紧急制动方式，强迫列车减速或停车。当列车速度已降至或到达限速要求，由司机判定和操作制动缓解。系统要求符合故障安全原则。 6二、分类5.按照功能、人机分工和自动化程度 （3）列车自动控制（Automatic Train Control 简称ATC）系统 ：当列车运行超过限制速度时，系统自动实施常用制动，使列车降至低于限制速度的一定值后，制动自动缓解，列车继续运行。这

5、是一种设备优先的列车运行安全控制系统，司机一部分操作由设备代替，但列车运行的正常调速仍由司机操作，系统同样要求故障安全原则。 （4）列车自动运行（Automatic Train Operation 简称ATO）系统 ：按系统预先输入的程序，保证列车运行图的要求，由设备代替司机进行列车运行的加速、减速或定点停车的速度调整。一般情况下，司机除对列车启动操作外，只对设备的动作进行监督，它属于一种非安全系统，一般叠加在ATC或ATP上，列车运行的安全防护由后者承担。 7三、列控系统关键技术1.列车测速与列车定位 1）列车测速 目前存在多种列车测速方式，根据速度信息获取的来源，我们可以把测速方式分成两大

6、类，一类是利用轮轴旋转信息获取列车速度的测速方法，另一类是利用无线方式直接检测列车的速度的测速方法。 （1）轮轴旋转测速方法 测速电机方式：包括一个齿轮和两组带有永久磁铁的线圈。齿轮固定在机车轮轴上，随车轮转动。线圈固定在轴箱上。轮轴转动，带动齿轮切割磁力线，在线圈上产生感生电动势，其频率与列车速度（齿轮的转速）成正比。这样列车的速度信息就包含在感应电动势的频率特征里。经过频率电压变化后，把列车实际运行的速度变换为电压值，通过测量电压的幅度得到速度值。8三、列控系统关键技术1.列车测速与列车定位 （1）轮轴旋转测速方法 脉冲转速传感器方式 ：脉冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转动一周，传感器输

7、出一定数目的脉冲，这样脉冲的频率就与轮轴的转速成正比。输出脉冲经过隔离和整形后，直接输入到微处理器进行频率测量并换算成速度和走行距离。 9三、列控系统关键技术1.列车测速与列车定位 （2）无线测速方式 雷达测速：雷达测速是利用多普勒效应原理实现的。向移动体上发射一定频率的电磁波，反射波与入射波之间会产生频差，这个频差与移动体的速度成正比，这就是多普勒效应。 10三、列控系统关键技术1.列车测速与列车定位 （2）无线测速方式 GPS测速定位方式：美军70年代在子午仪（Transit）系统上发展起来的全球性卫星导航系统，它是目前技术上最成熟且已真正实用的一种卫星导航和定位系统，能在全球范围内，在任

8、意时刻、任意气候条件下为用户提供连续不断的高精度的三维位置、速度和时间信息。11三、列控系统关键技术1.列车测速与列车定位 2）列车定位12三、列控系统关键技术1.列车测速与列车定位 2）列车定位 一般列控系统采用地面固定安放的设备来对累积误差进行校正，这些地面固定安放的设备称地面绝对信标，可以作为地面绝对信标的定位方法包括： 轨道电路绝缘节定位方法：轨道电路绝缘节是闭塞分区的分界点，绝缘节的位置在线路上是固定的，绝缘节两边传输的信息不同，所以，列车可以通过接收信息的变化了解过绝缘节的时机，把绝缘节的物理位置作为绝对信标可以获得列车位置信息。 13三、列控系统关键技术1.列车测速与列车定位 2

9、）列车定位 计轴器定位方法 ：轨道绝缘节设置相同，计轴传感器安放也是固定的，通过计轴器检测列车占用或者出清对应计轴区段也可以获得列车位置信息。14三、列控系统关键技术1.列车测速与列车定位 2）列车定位 查询应答器方法：查询应答器不仅物理安装位置固定，它还可以直接向通过的列车发送本应答器所处的公里坐标。 轨道环线定位方法：轨道感应环线的两根电缆每隔一个轨道长度（100m）要相互交叉一次，交叉回线将交变电信号送到沿钢轨线路铺设的交叉回线上，在回线上产生交变电磁场，车载设备在经过每个交叉时能够检测到信号相位的变化,当列车驶过一个交叉点时，利用信号相位的变化引发地址码加1，由车载计算机根据地址码计算

10、出列车的地理位置，这样就可以用绝对地址信息对机车里程计产生的定位记录进行误差修正，减少由于车轮滑行及空转造成的位置误差。15三、列控系统关键技术2.地车信息传递 1）移频无绝缘轨道电路16 2）GSM-R :铁路专用全球移动通信系统。 三、列控系统关键技术2.地车信息传递17 3）轨道电缆:在轨道铺设的感应电缆，通过车载感应线圈和感应电缆的电磁偶合完成信号和数据的传输，地面控制中心系统通过轨道电缆与车载列控设备联系 。三、列控系统关键技术2.地车信息传递轨道感应环线18四、列车速度控制模式1.阶梯控制方式技术原理 每个闭塞分区设计为一个目标速度。在一个闭塞分区中无论列车在何处都只按照固定的速度

11、判定列车是否超速。分为两种： 出口速度检查控制方式：该方式要求列车在闭塞分区内将列车速度降低到目标速度，设备在闭塞分区出口进行检查。如果列车实际速度未达到目标速度以下则设备自动进行制动。 入口速度检查控制方式：列车在闭塞分区入口处接收到目标速度信号后立即以此速度进行检查，一旦列车超速，则进行制动使列车速度降低到目标速度以下。 19四、列车速度控制模式1.阶梯控制方式技术原理20四、列车速度控制模式1.阶梯控制方式技术原理特点：（1）前后车均以闭塞分区单位进行定位；（2）在闭塞分区内，车载设备以一个允许速度防护列车；（3）闭塞分区长度按最差列车制动性能设计。主要问题：（1）按制动性能最差的列车性

12、能来确定制动距离，这对于制动性能好的列车来说是个损失，影响进步提高运行密度。；（2）ATP制动控制只进行制动和缓解两种操作，不调整制动力大小，因此列车减速度变化大，旅行舒适度差。 21四、列车速度控制模式1.阶梯控制方式技术原理22四、列车速度控制模式2. 速度-距离模式曲线控制方式 目标-距离模式曲线控制不再对每一个闭塞分区规定一个目标速度，而是向列车传送目标速度、列车距目标的距离的信息。列车实行一次制动控制方式。列车追踪间隔可以根据列车制动性能、车速、线路条件调整，可以提高混跑线路的通过能力。 SS3S1+S2S4制动性能差的车设备监督曲线制动性能好的车目标速度S23五、国外列控系统简介

13、西方发达国家的列车运行控制系统应用比普遍，各种速度的铁路都有应用，但在高速铁路上的应用更显示出其高水平和具有代表性。目前，高速铁路在欧洲和亚洲快速发展，已通车或正在建设中的铁路多达几十条，其列控系统各不相同，主要有法国U/T、日本ATC和数字ATC、德国LZB80、欧洲ETCS等系统设备。 日本于1964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ATC系统普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，即列控车载设备根据轨道电路传送来的速度信息，对列车进行减速或缓解控制，使列车出口速度达到本区段的要求，它没有滞后控制所需的保护区段，在线路能力上较滞后控制有所提高。

14、24五、国外列控系统简介 法国高速铁路TGV区段的列控系统，车载信号设备采用TVM300或TVM430，地对车的信息传输以无绝缘轨道电路UM71为基础，该列控系统简称UT系统。 德国LZB系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，技术上是成熟的。1965年在慕尼黑奥斯堡间首次运用，德国已装备了2000km铁路线，1992年开通了西班牙马德里塞维利亚471km高速线。 欧洲是世界轨道交通最发达的地区，欧洲现有的列车运行控制系统种类繁多。为克服欧洲各国信号制式复杂、互不兼容，保证高速列车在欧洲铁路网内互通互行，在欧洲共同体的支持下，欧洲各信号厂商联合制订ERTM

15、S/ETCS技术规范。ERTMS/ETCS是一个先进的列车自动防护（ATP-Automatic Train Protection）系统和机车信号（Cab Signaling）技术规范，安装符合ERTMS/ETCS技术规范的列车运行控制系统，不仅能提高列车的安全性，并且能够在欧洲境内穿越过境时实现互通营运。 25六、ETCS地面子系统主要包括: (1)欧洲应答器(Eurobalise)； (2)轨旁电子单元(LEU)； (3)无线通信网络(GSM-R)； (4)无线闭塞中心(RBC)； (5)欧洲环线(Euroloop)； (6)无线注入单元(Radio in fill unit)。车载子系统主

16、要包括: (1) ERTMS/ETCS车载设备； (2)铁路无线移动通信系统(GSM-R)； (3)专用传输模块(STM,即Specific Trans-mission Modules)。1. 系统构成26六、ETCS2. ETCS分级(1)0级：ETCS车载设备+传统列控系统。 主要是为了保证装配ETCS车载设备的列车,能在没有ETCS地面设备的线路、或尚不具备ETCS运营条件的线路上运行。既有地面信号系统完成列车占用检测和完整性监督。ETCS车载设备只显示列车速度,并只监督列车最大设计速度和线路最大允许速度。车载设备不提供机车信号功能,司机凭地面信号行车。除列车速度外,其它监督信息将不在列

17、车的人机界面上显示。 27六、ETCS2. ETCS分级(2) 0+级 0+级主要是为了保证装配ETCS车载设备的列车,在既有线运行时能够提供通用机车信号功能。在该级中,既有地面信号系统完成列车占用检测和列车完整性监督,并根据既有地面信号系统功能决定是否需要地面信号机。 28六、ETCS2. ETCS分级(3) 1级：地面信号查询应答器轨道电路 装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备有点式传输设备欧洲应答器Eurobalise的线路上运行，地面向列车传输的信息完全依靠Eurobalise，轨道电路只完成轨道区段的空闲/占用检查和列车的完整性检查。 29六、ETCS2. ETCS分级(3) 1

18、级：地面信号查询应答器轨道电路 装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备有点式传输设备欧洲应答器Eurobalise的线路上运行，地面向列车传输的信息完全依靠Eurobalise，轨道电路只完成轨道区段的空闲/占用检查和列车的完整性检查。 30六、ETCS2. ETCS分级(4) 2级：轨道电路查询应答器GSM-R 司机完全依靠车载信号设备行车（可取消地面信号机）；通过GSM-R连续传送列车运行控制命令，车地间可双向通信；在点式设备的配合下，车载设备对列车运行速度进行连续监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；建有无线移动闭塞中心。 31六、ETCS2. ETCS分级(5) 3级：查

19、询应答器GSM-R 取消了传统的地面信号系统,列车定位和列车完整性检查由地面无线移动闭塞中心RBC和列车完整性验证系统共同完成。点式设备、GSM-R是系统的主要设备。取消地面信号机和轨道电路后，室外线路上的信号设备减少到最低程度；列车追踪间隔依靠点式设备和无线移动闭塞中心实现，具有明显的移动自动闭塞特征。 32七、CTCS列控系统1. 简介 CTCS是中国列车运行控制系统（Chinese Train Control System）英文缩写，它以分级的形式满足不同线路运输需求，在不干扰机车乘务员正常驾驶的前提下有效地保证列车运行的安全。 CTCS的体系结构按铁路运输管理层、网络传输层、地面设备层

20、和车载设备层配置。 CTCS体系结构33七、CTCS列控系统1. 简介 铁路运输管理层:铁路运输管理系统是行车指挥中心，以CTCS为行车安全保障基础，通过通信网络实现对列车运行的控制和管理。 网络传输层 CTCS网络分布在系统的各个层面，通过有线和无线通信方式实现数据传输。 地面设备层 : 地面设备层主要包括列控中心、轨道电路、点式设备、无线通信模块等。列控中心是地面设备的核心，根据行车命令、列车进路、列车运行状况和设备状态，通过安全逻辑运算，产生控车命令，实现对运行列车的控制。 车载设备层:车载设备层是对列车进行操纵和控制的主体，具有多种控制模式，并能够适应轨道电路、点式传输和无线传输方式。

21、车载设备层主要包括车载安全计算机、连续信息接收模块、点式信息接收模块、无线通信模块、测速模块、人机界面和记录单元等。34七、CTCS列控系统2. 等级划分 CTCS-0级：由通用机车信号+列车运行监控记录装置组成，为既有线系统，适用于列车最高运行速度为160km/h以下的区段。 CTCS-1级：由主体机车信号+安全型列车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。 CTCS-2级：基于轨道电路+点式应答器传输控车信息，并采用车地一体化设计的列车运行控制系统，地面可不设通过信号机。面向提速干线和客运专线，适用于各种线路速度区段。 CTCS-3级：基于无线传输信息，

22、并采用轨道电路检查列车占用的列车运行控制系统，点式设备主要用于传送定位信息。CTCS3级列控系统可叠加在CTCS2级列控系统上。 CTCS-4级：完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面取消轨道电路，由无线闭塞中心和列控车载设备共同完成列车定位和完整性检查，实现虚拟闭塞或移动闭塞。 35七、CTCS列控系统3. CTCS系统结构36八、CTCS2列控系统1. 概述 CTCS2列控系统分为车载设备和地面设备两部分，地面设备又分轨旁和室内设备两部分，其总体结构如下图所示。地面应答器CTC或TDCS站机车站列控中心车站联锁轨道电路LEU车务终端车站信号楼调度中心地面应答器CTC或TDCS站机车站

23、列控中心车站联锁轨道电路LEU车务终端车站信号楼地面应答器CTC或TDCS站机车站列控中心车站联锁ZPW2000轨道电路LEU车务终端车站信号楼调度中心CTC37八、CTCS2列控系统2. 地面设备 地面设备由车站列控中心，地面电子单元(LEU)、点式应答器、ZPW-2000(UM)系列轨道电路、车站闭环电码化、车站计算机联锁等组成。轨道电路、车站电码化传输连续列控信息，点式应答器、车站列控中心传输点式列控信息。 列控中心的硬件设备结构要求与车站计算机联锁相同，采用联锁列控一体化结构，根据列车占用情况及进路状态，通过对轨道电路及可变应答器信息的控制产生行车许可信息，及进路相关的线路静态速度曲线

24、，并传送给列车。 38八、CTCS2列控系统2. 地面设备39八、CTCS2列控系统3. 车载设备 CTCS2级列控车载设备的控制方式有两种：设备制动优先模式和司机制动优先方式。在这两种控制方式下列控车载设备具有6种工作模式。列控车载设备 9种主要工作模式列控车载设备 6种工作模式完全监控模式 (FS)部分监控模式(PS) 目视行车模式 (OS)调车模式 (SH) 隔离模式 (IS)待机模式 (SB)40八、CTCS2列控系统3. 车载设备 （1）完全监控模式：当车载设备具备列控所需的基本数据(轨道电路信息、应答器信息、列车数据)时，ATP车载设备可工作在完全监控模式。此时由ATP车载设备生成

25、目标距离模式曲线，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，控制列车安全运行。 41八、CTCS2列控系统3. 车载设备 （2）部分监控模式：当ATP车载设备接收到轨道电路允许列车信息，但线路数据缺损时，ATP车载设备工作于部分监控模式，其产生固定限速，监控列车运行。 （3）目视行车模式 ：当ATP车载设备显示禁止信号时，ATP处于目视行车模式。此时列车停车后，根据行车管理办法(含调度命令)，ATP生成固定限制速度(20kmh)，列车在ATP监控下运行，司机对安全负责。 42八、CTCS2列控系统3. 车载设备司机制动优先模式43八、CTCS2列控系统3. 车载设备 （4）调

26、车监控模式 ：当车列进行调车作业时，司机经过特殊操作后，转为调车模式，ATP生成调车限制速度，控制列车运行。牵引运行时，限制速度40km/h；推进运行时，限制速度30km/h。 （5）隔离模式 ：当ATP车载设备故障，触发制动停车后，根据故障提示，司机经特殊操作，ATP车载控制功能停用，在该模式下司机按调度命令行车。若仅BTM失效，ATP车载设备提供机车信号，可人工转换为LKJ控制列车。44九、CTCS3列控系统1. 概述 CTCS3级列控系统是基于无线传输信息并采用传统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，基于无线通信的自动闭塞或虚拟自动闭塞，它可以叠加在既有

27、干线信号系统上。CTCS3级适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，司机凭车载信号行车，满足客运专线和高速运输的需求。CTCS3级列控系统采取目标距离控制模式和准移动闭塞方式。同时具有CTCS2级功能。 45九、CTCS3列控系统1. 概述46九、CTCS3列控系统2. 系统构成 CTCS-3级列控系统包括地面设备和车载设备。地面设备由移动闭塞中心（RBC）、列控中心（TCC）、ZPW-2000（UM）系列轨道电路、应答器（含LEU）、GSM-R通信接口设备等组成；车载设备由车载安全计算机（VC）、GSM-R无线通信单元（RTU）、轨道电路信息接收单元（TCR）、应答器信息接收模块（BTM）

28、、记录单元（JRU/DRU）、人机界面（DMI）、列车接口单元（TIU）等组成。 47九、CTCS3列控系统2. 系统构成48九、CTCS3列控系统地面设备结构示意图 49九、CTCS3列控系统 RBC根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可，并通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS-3级车载设备；同时通过GSM-R无线通信系统接收车载设备发送的位置和列车数据等信息。 TCC接收轨道电路的信息，并通过联锁系统传送给RBC；同时，TCC具有轨道电路编码、应答器报文储存和调用、站间安全信息传输、临时限速功能，满足后备系统需要。 应答器向车载设备传输定位和等级转换等信

29、息；同时，向车载设备传送线路参数和临时限速等信息，满足后备系统需要。应答器传输的信息与无线传输的信息的相关内容含义保持一致。 2. 系统构成50九、CTCS3列控系统3.无线闭塞中心（RBC） 在CTCS-3级列控系统中，RBC的主要功能包括：通过列车的CTCS识别码获得列车的信息；通过轨道电路提供的列车占用信息跟踪区域内列车；根据微机联锁、轨道电路等系统提供的信息，生成管辖内每一列车的运行许可；接收调度集中系统（CTC）提供的临时限速信息；向管辖内列车传送列车当前运行许可、临时限速及线路参数。 RBC系统配置51九、CTCS3列控系统3.无线闭塞中心（RBC） 行车许可描述了在CTCS-3级

30、区域，在运营条件正常的情况下，列车获得行车许可，监控列车运行的过程。 行车许可（MA）：是列车安全运行的行车凭证。一个行车许可（MA）可以包括多个连续的锁闭进路。 缩短行车许可（SMA）：缩短行车许可强制列车以接收到的停车位置作为新的行车许可终点（EOA），列车将根据当前位置，决定是否触发常用制动或紧急制动，如果列车已经越过该位置，将立即触发紧急制动。 无条件紧急停车消息（UEM）：要求列车立即制动停车，列车接收到该消息后，将实施紧急制动。 有条件紧急停车消息（CEM）：要求列车在指定位置前停车，车载设备将评估列车当前位置和新的指定位置间的关系，重新计算制动曲线 。 52九、CTCS3列控系统4.车载设备53九、CTCS3列控系统5.控制模式列控车载设备 9种主要工作模式完全监控模式 (FS)部分监控模式(PS) 目视行车模式 (OS)调车模式 (SH)引导模式 (CO) 机车信号模式 (CS)待机模式 (SB)隔离模式 (IS)休眠模式 (SL)54九、CTCS3列控系统 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（包括列车数据、行车许可和线路数据等）时，列控车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线，并通过人机界面（DMI）显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等信息，监控列车安全运行。 目视行车模式（OS）：当地面设备故障、列控车载