列车运行控制系统课程设计报告书

...年6月中文摘要摘要:本篇简单介绍了磁悬浮列车的特点及对列控系统的要求,磁悬浮列车列控系统的特点以及磁悬浮列车应当具有的关键技术和设备。关键词:磁悬浮列车；超速防护；列车定位；列车测速；车地信息传输目录中文摘要 2目录31磁悬浮列车简介41.1磁悬浮列车的特点41.2磁悬浮对列车运行控制系统的基本要求42列车运行控制系统52.1列车运行控制系统一般类型及速度防护模式52.2磁悬浮列车运行控制系统53关键技术与设备83.1列车定位和测速技术83.2车地间信息传输94结语101.磁悬浮列车简介磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力〔即磁的吸力和斥力来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中,行走时不同于其他列车需要接触地面,因此只受来自空气的阻力。1.1磁悬浮列车的特点磁悬浮列车是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向,实现列车与地面轨道间的无机械接触,再利用线性电机驱动列车运行。铁轨与车辆不接触,运行速度快,而且运行平稳、舒适,易于实现自动控制；无噪音,无有害的废气,有利于环境保护；可节省建设经费；运营、维护和耗能费用低。1.2磁悬浮对列车运行控制系统的基本要求基于磁悬浮列车的上述特点和工作原理,其列车运行控制系统必须满足以下几点基本要求：1.驾驶功能：参照现代铁路高速列车与民航客机现行的控制系统,在将来磁悬浮列车投入运营时应采用自动控制为主人工控制为辅的控制方式。具体包括自动悬浮控制功能、电力牵引控制功能、电力制动与机械制动控制功能、车门控制功能、电源控制功能、辅助设备控制功能。2.保护功能：保护功能参考铁路高速列车现行控制系统与法国、德国以及日本等国系统,应采用全自动移动闭塞的方式。其基本功能应包括以下几方面：进站保护功能、曲线限速保护功能、超速防护功能、对驾驶误操作自动保护功能。3.监视功能：监视系统也采用全自动方式,具体包括：速度测量和列车定位功能、进站检测功能、全列车状态检测与显示功能、故障诊断功能。2.列车运行控制系统2.1列车运行控制系统一般类型及速度防护模式列车运行控制系统是将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术溶为一体的行车指挥、控制、管理自动化系统。它是现代铁路保障行车安全、提高运输效率的核心。如按照闭塞方式分：有固定闭塞、移动闭塞。如按照功效、人机分工和列车运行控制系统化程度分：1.列车运行控制<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备,是在非速差式信号系统下的产品,归属列车速度控制的低级阶段。2.列车超速防护<ATP>系统；列车自动防护系统可对列车运行速度进行实时监督,当列车运行速度超过最大允许速度时,自动控制列车实施常用全制动或紧急制动,使列车停在显示禁止信号的信号机或停车标前方。通俗地说,一般ATP系统不包含列车的自动加速和自动减速,只是起到超速防护的目的,在国内也将ATP系统叫成列车超速防护系统。3.列车运行控制<ATC>系统；铁路列车运行自动控制系统可根据行车指挥命令、线路参数、列车参数等实时监督列车运行速度,通过控制列车多级常用制动,自动降低列车运行速度,保证行车安全。列车运行自动控制系统是比列车超速防护系统高一级的列车自动控制系统,它可替代司机的部分操作。2.2磁悬浮列车运行控制系统磁悬浮OCS的基本功能和ATC相似,也可以分为这几个部分由于磁悬浮列车特殊的运行机理,对它的运行控制系统提出了特殊的要求,比如由同步控制产生的测速定位的精度要求、自动控制产生的大容量信息传输要求等。在传统轮轨铁路中,闭塞的出现完全是为了保证列车安全运行间隔,防止发生列车碰撞。闭塞可分为固定闭塞和移动闭塞两种固定闭塞就是将线路分成固定的区段,每个区段为一个闭塞分区,当分区内有列车占用时,其他列车不能进人,以避免发生列车碰撞移动闭塞则是基于无线通信的一种技术,它的出现主要是为了在保证列车安全的情况下提高线路行车密度。在移动闭塞情况下,后行列车的位置不受固定区段的限制,只与前行列车的位置有关,保证了列车最小运行间隔。在磁悬浮交通中,列车运行间隔等于一个供电区段的长度,这是由一个变电所只能控制一辆列车决定的。其供电区段为一个闭塞分区<与轮轨铁路的闭塞概念相同>,当供电区段有列车占用时,后行列车不允许进人分区开放条件不同,磁悬浮闭塞分区开放条件为：1.线路被清空。2.闭塞区间中没有列车占用。3.完成了分区间的电源切换。由于列车的驱动由列车经过的区段供电进行控制,在供电区段开关控制正常的情况下,后行列车是无法闯人被占用区段的,这就在很大程度上避免了列车碰撞事件的发生。无论ATC还是OCS都会对列车的最大速度进行监督,一旦发生超速将启动制动装置。传统列车的速度防护采用分级控制或速度模式曲线控制方式,模式曲线控制方式最符合列车制动过程,能进一步缩短列车运行间隔距离,是各国系统发展的共同趋势.模式曲线控制方式在不同的闭塞方式下有不同的距离一速度控制曲线在移动闭塞情况下,控制的目标距离在前行列车所在位置,因此这种情况能获得列车最小运行间隔。磁悬浮列车采用前行车所在闭塞分区的人日为目标点的速度距离模式控制方式,被称为准移动闭塞方式。参考我国高速铁路现行的CTCS系列列控系统的经验,基于之前论述的磁悬浮列车列控系统的驾驶功能。磁悬浮列控系统应类似CTCS4级系统,完全基于无线控制和通信,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。具体表现为：1.自动悬浮控制功能：通过自动控制与车地感应系统保证列车平稳正常的悬浮与运行。2.电力牵引控制功能：由大型电脑控制轨道交变电流的变化,增加精准度保证列车获得稳定的前进动力。3.电力制动与机械制动控制功能：可采用机械制动与电力再生制动两种方式协同作用,保证停车距离的同时达到节能的效果。4.车门控制功能：保证列车停靠站是车门顺畅开启以及在运行过程中与外界环境隔离。应辅以手动开关,以应对突发情况。5.电源控制功能：利用列车移动自行发电,控制车厢内各电力设备正常工作。包括照明、空调、换气等。从而达到节省电能的目的6.辅助设备控制功能：包括无线通讯,以及与客户服务相关的功能。高速铁路现行的CTCS4级速度防护系统中,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。现阶段适用300km/h及以上高速客运专线,并在应用中表现良好。为适应磁悬浮列车的特点,经过一系列技术改造,可将此类无线移动闭塞方式应用到未来的磁悬浮列车速度防护中。具体表现为：1.进站保护功能：参考地铁采用的制动方式,通过协调机械制动与电力再生制动,控制列车进站速度和停靠位置,做到精准停站。自动化为主,人工制动为辅的方式,减小驾驶员工作量,尽可能避免人工失误,提高列车运行舒适性。2.曲线限速保护功能：采用移动闭塞方式和曲线限速保护方式。此类方式通过区段总控制室协调各车速度与距离,采用无线传输,最大程度释放线路运能。3.超速防护功能：列车速度防护系统通过列车自带速度检测装置实时获取列车运行瞬时速度,并与控制系统发布的安全速度和区段顶棚速度相比较。确保列车在安全速度下运行。4.对驾驶误操作自动保护功能：当出于突发事件由自动驾驶转为人工驾驶时,计算机不是停止工作,而是后台监控人工驾驶操作。一旦出现操作失误,计算机马上提示驾驶员更改操作,为列车运行增加双保险。3.关键技术与设备3.1列车定位和测速技术传统轮轨列车测量列车速度和位置的方法有两类,第一类是利用各种轨道电路进行测速,第二类为非轨道电路列车检测法。非轨道电路法包括异频雷达收发机、卫星定位法,多普勒雷达测速等各种轨道电路由于其自身的优点在现代铁路中仍是使用最广泛的一种方式。但它的信息处理能力远不如非轨道电路法,无法满足高速列车运行对测速和定位的要求,所以一些控制系统利用全球定位系统获取位置信息,以查询应答器作为绝对位置参考点进行位置校正。无论是在高速轮轨铁路还是磁悬浮交通中,准确实时的定位测速对运行安全都至关重要。对磁悬浮交通而言它还是列车驱动的需要,这与磁悬浮列车的运行机理有关。磁悬浮列车采用的是长定子线性同步电机进行驱动和制动,驱动还是制动,取决于车上励磁相对于地面线圈产生的电磁回线的极位,当地面线圈产生的行波相位超前于车上励磁时,列车加速,反之则制动。因此要控制列车运行并保证最大的驱动和制动力,必须保证定位精确并且连续,要求定位误差小于12mm。另外,由于变电所仅向列车经过的区段供电,其供电区段的开关控制也要求高精度连续的位置检测。在磁悬浮交通中,由于磁悬浮列车与轨道完全无机械接触,无轨道电路可以利用,它的定位测速可以采用非轨道电路法以及根据磁悬浮特点研究的新的方法。在德国TVE试验线上,采用了定子组齿槽定位和车辆位置增量数据采集系统进行定位。日本高速磁悬浮的测速定位由测速定位系统完成,该系统由车载设备和地面设备组成,采用无线感应环线方式。其原理为:车载设备中的位置信号振荡器产生高频振荡信号,列车运行中通过车上的矩形线圈向地面矩形感应线圈发送信号,在列车经过的地面矩形感应线圈中感应出高频信号,由与地面感应线圈相连的定位器接收处理后测定列车的位置和速度,然后传给路边的控制中心,而不需第4期高速磁悬浮列车运行控制与传统轮轨列车运行控制的比较要从车上将位置速度信息传到地面这种方式可以实现位置的连续测量,其测量精度很高,误差仅在几个毫米。另外采用漏泄同轴电缆作系统的冗余设备。3.2车地间信息传输根据车地信息交互传输技术方式,可将车地传输技术分成点式交互传输和连续式交互传输两大类。点式交互传输方式-是指在线路上的若干分散点布设感应设备,只有通过点感应设备时才能实现地车信息交互传送的方式,点式交互传输主要技术-采用感应器〔线圈或应答器等设备的技术。连续式交互传输方式-在地面与列车间建立连续的信息交互传输通道,连续不断地及时进行车地间信息交互传输,连续式交互传输主要技术-采用移频轨道电路、交叉轨道电缆和无线通信网GSM-R、泄漏同轴电缆、毫米波等设备的技术。在轮轨交通中,对信息传输的要求有一个发展的过程在固定闭塞的情况下,编码的轨道电路是列车进行中车上与地面信息传输的主要通道,轨道查询应答器、轨间电缆等作为列车位置参考点为列车提供绝对位置信息。列车的运行权限在列车通过定点位置时由地面以机车信号的形式发送给列车。在这种情况下信息传输量相对较小,信息的传输属点式传输。而在基于无线通信的移动闭塞情况下,需要列车将位置和速度信息连续地传给无线闭塞中心<RBC>,RBC再将运行权限和限速等信息发送给列车。为了满足信息传输需求并减少路边设备和设备成本,采用了无线传输为主,查询应答器为绝对位置参考点的信息传输方式。无论轮轨交通还是磁悬浮交通,传输的信息大致可分为两类—安全信息和非安全信息。安全信息直接关系到列车的运行安全,因此它的信息的确定和传输一般采用冗余通道来保证安全.安全信息主要包括列车的位置和速度信息、速度限制信息、运行权限等,非安全信息包括旅客服务信息等一般来说,系统的自动化程度越高,对信息传输的要求也就越