中国列车控制技术

第三章中国列车控制系统规划3.1.1概述国际铁路联盟(UIC)于2023年12月10～12日在北京召开铁路通信深入明确ATP的发展方向，给我们提供重要借鉴，将对我国CTCS(ChinaTrainControlSystem即中国列车运行控制系统)的发展产生一定影响。第一次(1997年4月1日)京广、京沪、京哈三大干线最高时速达140公里平均旅行时速90公里的40对迅速列车和64列夕发朝至列车；第二次(1998年10月1日)全面提速最高运行时速达140—160公里非重点提公里；第三次(2023年10月21日)京九、陇海、兰新、浙赣线东西大提速东西时空距离的缩短，为西部大开发进程提速；第四次(2023年10月21日)哈大线、京广线南段，条件很好的单线铁路汉丹线列车最140公里；第五次(2023年4月18日)京沪、京广、京哈等干线部分地段线路最高时速200公里全路旅客列车平均旅行速度65.7公里/小时；第六次(2023年4月18日)大面积提速。最高时速250公里既有线提速干线旅客列车运行时速达200公里以上，标志着中国前进高速铁路时代。青藏铁路于2023年7月1日全线通车，在全国铁路系统初次使用了段45个车站中有38个车站采用了这一系统。与目前国内采用的控制系统相比，安装ITCS系统的车站转换装置。ITCS系统采用了一体化的设计思想，集自动闭塞、车站联难题。对信号技术的发展既提出了新的挑战，也提供了难得的发展机遇。欧洲铁路运送管理系统(EuropeanRailTrafficManagementSystem,简称为ERTMS)是在整个欧洲铁路网内保证互通运行的一种控制指令系统。它是欧盟为处理欧洲铁路互通运行而提出的。其目的是提高互通运行性、减少车载设备和轨道设备、与既有信号系统兼容。欧洲铁路运送管理系统ERTMS瞄准了铁路运送管理的两个重要功能：列车控制和运送管理。欧洲铁路运送管理系统ERTMS以欧洲铁路运送管理系统ETMS(EuropeanTrafficManagementSystem)为运送指挥基础，以欧洲列车控制系统ETCS(EuropeanTrainControlSystem)为安全关键，以服务于铁路的全球见图3-1-1。欧洲铁路运送欧洲列车控制无线移动通信ETCS功能及构成在20世纪90年代中期欧洲各信号企业联合制定了ETCS技术规范，>运送管理。处理车辆与基础设施的管理问题，保证对线路能力ETCS一级：地面信号+查询应答器+轨道电路。采用固定追踪间隔信号系统，并用于列车定位和传送控制命令。该系统是经典的点式ATP。托车载信号设备行车(可取消地面信号机);通过GSM-R持续传送列车运ERTMS/ETCS发展现实状况进行了试验。如2023年7月，德国铁路和西门子企业、阿尔卡特企业在国、西班牙、意大利等国大规模建设之中，瑞士已经有36公里投入正式各国的ATP技术发展产生了巨大影响，也值得我国铁路在发展ATP时认真(1)列车速度的不停提高，使得铁路信号技术发生了巨大变化。当速度超过160km/h后，再依托地面信号行车已不能保证行车安全(160km/h时常用制动距离已达1949m),必须由对列车的开环控制变为闭环控制。因(3)通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势。实现对移动体(4)技术原则统一，系统化设计，模块化产品，通用兼容是ETCS重要中国铁路发展CTCS面临的现实状况√中国铁路重要依托轨道电路传播信息，而欧洲国家大多由点既有线运送安全和提速发展的需要，也能满足高速铁路线上列车以满足技术发展和日益增长的运送规定；落后的自动闭塞制式不能适应在广深线160～200km/h的列车上数年的运用，状况良好。北京交通大学我国铁路地区广大、列车种类繁多、提速后我国铁路实行以地面信号为主、以机车信号机车信号+监控装置的控车模式，这是难点之二。体化”的规定，将面临淘汰。信号基础装备微弱，是我既有线提速、客运专线建设和高速铁路研究，对信号技术的发展既提迫切需要铁路信号由对列车的开环控制发展到闭环控制。自80年代末期，我国ATP开始起步，通过10多种年头的实践探索、经验积累，以及自主展中国铁路ATP(CTCS)的时机已经成熟，作为铁路信号新技>实行跨专业合作，集中全路专家智慧，共同确定总体技术方案和>坚持通信信号一体化的方向，新线建设优先发展基于无线的ATP;>坚持新线建设与既有线改造并重，在总体规划的指导下，分步实>坚持机车信号主体化与发展ATP相结合。第二节中国列车控制系统构成原则3.2.1中国列车控制系统(CTCS)的体系构造管理层、网络传网络传播层车载设备层表3-2-1CTCS的体系构造地面设备层重要包括列控中心、轨道电路和点式设备、接口单元、无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LmLm二分测速模块车载安全计算机设备维护车载设个轨道列控中心个联锁设多输入模块输出模块运行管理点式信息持续信息无线◆图3-2-1系统构造图3.3.1基本功能5)防止列车冒进关闭的严禁信号机(或点);6)监督列车以低于30km/h的速度进行出入库作业；7)与机车自身速度控制系统结合，实现对列车减速、缓和、加速9)由车载测速单元获取列车走行速度和列车的位置。每通过一种轨道区段分界点或应答器时，列车的测距系统将校正一次，以10)根据接受地面中心信息以及车载设备实时处理，车载设备应持实际速度。尚有下列其他辅助报警显示：超速、制动、缓和、11)机车乘务员输入装置应配置必要的开关、按钮和有关数据输入12)具有原则的列车数据输入界面，可根据运行和安全控制规定对13)检测功能14)可靠性和安全性3.3.2其他安全功能1)环境状况监督强风、雨、雪检测器及立交处防落物体检测器产生的报警信号，被传播给车站和区段调度所。列控系统根据这2)列车状态检测轴温检测器产生的报警信号传到车站和区段调度所。列控系统根据这些信息处理：通过点式传播，将轴温报3)人员和设备防护在施工或发生事故时，通过局部操作或车站或区段调度所控制，使列控系统发出多种防护或限速命令，对设3.3.3其他功能(一)列控系统不仅具有列车速度控制功能，根据需要，其控制中心还应对所辖区间内渡线道岔及中间小站道岔进行控制，实现信号基(二)设备维护功能。对列控地面设备状态进行监督管理，存储设备故障的信息。设备状态的故障及报警信息传到区段调度所或车站操中国列车运行控制系统包括地面设备和车载设备，根日本的数字列车运行控制系统I—ATC就是采用车载信号设备贮存电可以使地车信息传播的信息的需求量减少。在欧洲列车控制系统ETCS规由主体机车信号+安全型运行监控记录装置构成。面向160km/h如下的(1)地面子系统构成>轨道电路：完毕列车占用检测及列车完整性检查，持续向列车传送控制信息。车站正线采用与区间同制式的轨道电路，>点式信息设备：宜设置在车站附近，重要用于向车载设备传>安全型运行监控记录装置：实时检测列车运行速度，对列车1级与0级的差异在于全面提高了系统的安全性，是对0级的全面加CTCS2级采用目的距离控制模式(又称持续式一次速度控制)。目的距离控制模式根据目的距离、目的速度及列车自身的性能确定列车制动曲(1)地面子系统构成>列控中心：根据列车占用状况及进路状态计算行车许可及静>轨道电路：完毕列车占用检测及列车完整性检查，持续向列>点式信息设备：用于向车载设备传播定位信息、进路参数、(2)车载子系统构成>设备维护记录单元：对接受信息、系统状态和控制动作进行>车载安全计算机：对列车运行控制信息进行综合处理，生成>运行管理记录单元：规范机车乘务员驾驶，记录与运行管理CTCS3级是基于无线传播信息(如GSM-R)并采用轨道电路等方式检轨道电路完毕列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用(1)地面子系统构成>无线闭塞中心(RBC):使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统。它根据列车占用状况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息。所使用的安全数据通道不能用于(2)车载子系统构成>无线通信(GSM-R)车载设备：作为系统信CTCS3级和2级同样，采用目的距离控制模式(又称持续式一次速度控制)和准移动闭塞方式。由于其实现了地车间持续、双向的信息传播，移动闭塞的追踪目的点是前行列车的尾部，留有一定的安全距离，后有关，是随时变化的，而制动的起始点是随线路(1)地面子系统构成>无线闭塞中心(RBC):使用无线通信手段的地面列车间隔(2)车载子系统构成CTCS级间关系4)系统地面、车载配置如具有条件，在系统故障条件下应容许降CTCS应用等级划分的特点1、各应用等级均采用目的距离控制模式，采用持续一次制动模式。这是由于我国的列控系统的应用起步晚，起点高，因此一步就瞄准了比较先进的控制模式。在我国阶梯式和曲线式分级速度控制都曾用过，获得了经验，好在并未形成规模，控系统的发展趋势。由于列控系统的控制模式是其重要特性和性能之一，控制模式决定了闭塞方式和列车运行间隔，从而决定了运送能力，因此说除移动闭塞外，各应用等级的重2、各应用等级时根据设备配置来划分的，其重要差异在于地对欧标应答器通用性强，供货厂商多，国内企业已研制成功，也作为基础设备之一；轨道电缆和记轴器不准备推广；数字轨道电路国际上唯有日本用它实现了目的距离控制模式，国内研制尚未成熟，暂不确定，数字轨道电路的生命力将取决实现地车间持续、双向的大信息量传播。并已经在我国的大线路数据完全贮存于车载数据库靠逻辑推算来提取对应数据的方式，用于较低等级的列控系统；点式设备传播线路数据的实时性，用于中等级列控系统，至于采用贮存电子地图和点式信息设备提供闭塞区段地址码的方式将在技术发展中比选；无线通信持续、双向信息传播，有大信息量和实时性的目的距离目的距离目的距离目的距离目的距离闭塞方式固定闭塞或多信息轨道电路+点式多信息轨道电路+点式多信息轨道电路+点式向信息传播向信息传播查列车运行间隔LLLL源电路供供ETCS1级ETCS2级ETCS与CTCS对照表级欧洲既有线现实状况中国既有线现实状况；通用式机车信号+运面向160km/h如下区段；基于GSM—R传播的列车控制系统；检查由轨道电路完毕；可以路+点式应答器进行信息传播的列控系统；可取消地面通过信号机；基于GSM—R传播的列车控制系统；取消轨道电路和地面信面向提速干线、客运专线和特殊线路；基于无线传播信息+轨道电路(检查列车占用);电视设备传送定位信息第四章CTCS-0/1列车控制系统机车信号及远程监测列车运行监督记录装置调度及行车指挥自动化第四章CTCS-0/1列车控制系统第一节机车信号及远程监测第二节列车运行监督记录装置LKJ2023型监控装置的特点取线路参数的成熟技术，将列车运行所有线路设施资料预先存储于主机进的32位CPU作为系统主机，比前代装置具有更高的运行速度、控制精4.装置重要控制过程所有采用计算机实现。做一的硬件和统一的基本控制软件，对各运行或通道出现故障，便自动启动备用单元和备用通道。采用控制器局域网7.采用了图形化屏幕显示屏。LKJ20LKJ2023型监控装置的功能2.防止列车超过线路(或道岔)容许速度以及机车、车辆的构造速6.在自动闭塞区段，列车在显示停车的通过信号机前停车2min后7.列车通过显示黄色、双黄色、双黄闪的进站信号机进入站内无码(二)记录功能1.一次性记录项目。包括开机记录(日期、时间、机型、机车号、装置编号、机车轮径)和输入参数记录(车次、司机号、副司机号、区段度、限制速度、列车管压力、机车制动缸压力、机车工况(牵引制动别、零位、运行前后方向别)、柴油机转速、原边牵引电流、装置控制指令输出状况(动力切除、常用制动、紧急制动、容许缓和等)、装置报警、司具有如下选择显示功能(装置原始设定的参数、乘务员输入信息、运速值变化；乘务员输入有关信息；临时限速地点及限速值；装置实行3.屏幕显示屏数码显示屏的显示和提醒内容屏幕显示屏所有涵盖。由于屏幕显示具a)运行已通过的1km旅程至目前所处地点的实际运行速b)显示运行前方3km旅程内线路容许速度、d)以曲线、图形、符号、和文字形式，沿线路里程显示运行已通过的1km旅程至运行前方3km旅程内的线路平面曲线、桥e)显示运行前方3km旅程内机车优化操纵运行速度曲线f)以图形或数监控装置速度控制模式高运行速度和对应于不一样规格的道岔的限制速度。实现这样的作用目的，速度监控装置需要获得3个方面的信息，即行车指令规定、运行线路站、道岔、信号机)布置等状况。目前，速度监控装置是通过将机车担当的运行区段的线路和设施等有关参数预先存储于监控装置的主机中获得轴端速度传感器得到；列车位置信息根据列车运行速度计算走行里程得速度监控装置以获得的上述多种信息作为根据，按照运行规章的规定监控装置工作的重要过程包括采集列车和线路状态参数，获取运行指运行目前必须限定的速度值(限速值),将采集的实际运行速度与限速值进行比较判断，对实际运行速度到达限速值的状况发出值的计算获得。计算的数学模型必须符合《列车牵引计算规程》,且要考虑到系统状态参数采集也许存在的误差和列车控制系统构造性能的离散LKJ2023型监控装置硬件原理第一节系统构成及工作原理一、系统构成第三节调度及行车指挥自动化TDCS系统概述铁路列车调度指挥系统(TrainoperationDispatchin简称TDCS)原名为铁路运送调度指挥管理信息系统(D外外TNATC4咬已国库北探小小r左甘五分界口基层调度甘口a到上层铁道部调度指挥中心。铁路局调度指挥分区段和车站，铁路局控制中心还可在TDCS的基础上发展调度集中此外，目前已经有的各类信息系统，如TMIS等，需要向各级调度指铁路运送组织的科学化、现代化、增长运能，提高效4.3.2TDCS系统重要功能画面的底图通过GIS(地理信息系统)配以全路铁路矢量数据，重要以电子地图方式宏观显示全路列车运行有关信息，包括分界口交接铁道部TDCS以全国地图和全路运行线路底图，来宏观显示分界口运送状况，实时记录18:00到目前时间各分界2)重要干线列车运行正点率4)重要干线列车运行晚点原因5)重点列车跟踪显示(详见“重点列车追踪”)系统可以实时显示与列车运行有关的信息，包括：信号机(进站、出站、区间)的状态，股道的占用、锁闭或空闲，道岔的定反位表达、无岔区段透明是指调度员可以对本区段以及相邻区段内列车运行状况和可以根据行调台下达的列车运行计划合理安排列车本站接发列车进路和系统具有车次跟踪的功能，伴随红光带的移动自动实现车次号的传在车站，系统可以自动生成行车日志(运统二、运统三),减轻了车九、多种调度命令和计划的管理调度命令、阶段计划通过网络自动下达系统将常用调度命令做成模板。调度员调出对应模板后，填写有关内容后可通过网络发到受令处所；容许调度员根据需要增长调度命令模板；值班员收到命令后有对应提醒，并发送回执。调度命令和阶段计划下达过程分别见图4-3-1和图4-3-2。车站值班员通过车务终端设备可将本站站存重点列车跟踪是指铁道部TDCS内被授权的顾客(如值班处长或调度员)可以对所关怀的列车(如部管重点列车)运行和列车所在的调度区段、态显示所有重点列车的运行位置及前方车站和区间信号设备状态(指有条件的自动闭塞区间)、车次号和早晚点状况。根据被授权的顾客的需要，可视调度命令传播容许调度员通过无线技术直接将调度命令和行车括实时显示各行调台的运行调整状况和实际列车运行状况(实际列车运行系统误差控制在10s以内，铁路局中心与车站误差在2十六、旅客运送信息服务(预留)4.3.2TDCS系统体系构造CTCS系统功能需求规范(FRS)CTCS系统系统需求规范(SRS)CTCS系统接口需求规范(FIS/FFFIS)第一节列控系统技术规范概述制定规范的目的为更好的发展中国铁路列车运行控制系统，借鉴欧洲发展系统需求规范简介重要描述了列车运行控制系统应当具有的功能，包括联锁设备、列控重要描述列车运行控制系统及各子系统的构成重要定义系统各个子系统的软硬件原则，以便ERTMS/ETCS技术规范简介功能需求规范(FRS);这些规范中，有的是强制执行的原则，有的是提议性的原则。强制规文档名文献名1规范(FRS)强制2强制3规范(SRS)强制4修改阐明强制56范7范8欧洲应答器的功能接口强制9欧洲环线子系统简介欧洲环线的功能规范强制欧洲环线的功能接口规范“AL”强制欧洲环线的功能接口规范“CL”强制欧洲无线的功能接口规范强制ISDN移动顾客号码的传播aa欧洲无线的功能接口规范1强制范强制强制列车接口的接口规范强制口规范强制无线注入的车载格式/功能规范强制强制口规范强制口规范的安全时间层强制口规范的安全链路层强制口规范的应用层监测范理强制强制尺度和工程规则强制强制强制强制强制范3强制ERTMS人机接口1:ERTMS/ETCS信息的合理安排ERTMS人机接口4:符号信息ERTMS人机接口6:专用65统的建设和运用经验，制定了CTCS-3级列车运行控制系统的功能需求规都应遵守的规定，并应遵守在CTCS-3级列1总体规定受RBC控制的列车，只有得到RBC的授权才能在该RBC控制区域隔3分钟的规定。(M)CTCS-3级车载设备应具有设备制动优先和司机制动优先两种控制方式(M),且一般采用设备制动优先控制方式。(O)CTCS-3级车载设备应具有常用制动和紧急制动监控列车速度的功当RBC或无线通信设备(含车载和地面设备)故障时，车载设备列车通过CTCS-2级到CTCS-3级的等级转换点时，如不具有CTCS-3级监控列车的条件，应继续按CTCS-2级运行，直控车条件具有后，车载设备应自动转入CTCS-3级工作。(M)等级转换后，司机应根据车载设备提醒，及时确认等级转换 (CTCS-2级转换到CTCS-3级、或CTCS-3级转换到CTCS-2级),车1)完全监控状态(M)2)部分监控状态(M)3)引导状态(M)4)目视行车状态(M)5)调车状态(M)6)待机状态(M)7)隔离状态(M)8)重联状态(M)9)机车信号状态(M)10)退行状态(O)11)补机状态(O)假如自动转换后的运用状态增长司机的责任，则无论列车停车还假如规定司机确认状态转换，而司机未按规在两种运用状态转换期间，车载设备应至少按速度限制较为宽松2.1行车功能钥匙不作为CTCS-3级车载设备的上电条件(M).12目前使用的列车参数应存储在车载设备中(除转换到调车状态外),直到列车停止运用。(M)1)司机号(人工输入)(M)2)车次号(人工输入)(M)3)列车长度(车载设备存储)(M)4)制动计算所需的参数(车载设备存储)(M)5)最大列车速度(车载设备存储)(M)6)列车种类(车载设备存储)(M)7)气密系统的状态(车载设备存储)(O)输入RBC的联络参数(如RBC的号码等)。(O)RBC获得调车许可。(M).6在待机状态、完全监控状态、部分监控状态下，应能人工选择调.9调车运行越过显示“调车危险”的信号时，车载设备应立即实行.5在部分监控状态，车载设备应根据列车速度.9在部分监控状态，若列车越过严禁信号，车载设备应立即实行紧RBC可规定司机确认本区段的前方轨道空闲状况.6车载设备应保持完全监控状态直到车载设备不再工作.2以机车信号状态运行时，假如列车越过严禁信号，应触发紧急制2.2与地面设备有关的功能.3假如车载设备没有接受到自列车目前位置到行车许.4地-车传播系统应能为特定种类的列车传送不一样的速度曲线信.1假如车载设备能获得有效的行车许可终点，则车载设备.2在DMI上显示的目的距离信息应基于最严格的限制速度曲线。驶入也许有车占用区段的监控(引导状态).1应使用列车参数和基础数据计算制动曲线，计算时考虑目的2.3车载设备功能.3静态速度曲线的计算应考虑线路容许速度、临时限速和针对.1车载设备应根据所有有关数据，计算常用制动曲线和紧急制动.2当顶棚速度监控曲线变为较低限速等级时，列车的前端应满足.3当顶棚速度监控曲线变为较高限速等级时，列车仍应满足较低.4应能确定特定的位置/区域(如隧道)。在这些位置/区域，列车.6当检测到常用制动故障时，应采用紧急制动使列车不越过危险.2显示给司机的速度应与用于监控行车许可和速度限制的速度一.2当采用司机制动优先的控车模式时，在制动曲线区域内，应至少在车载设备制动干预前5s向司机报警，以尽.3列车(或调车)运行时，若速度超过所容许的顶棚速度一定容.4应分别规定列车速度超过容许速度的报警容限值、触发常用制.1为防止溜逸和意外推行，车载设备应监