《高速铁路动车组驾驶与运用（第2版）》课件 第4章 高速铁路信号、通信设备

动车组运用高速铁路动车组驾驶与运用1目录AGENDA01

动车组运用与管理02行车安全03普速铁路行车信号04高速铁路行车信号05编组列车06行车闭塞07列车运行08非正常行车09

动车组司机一次乘务作业过程24PART高速铁路行车信号4

高速铁路信号与控制系统概述

任务一6信号控制系统作为整个铁路的“人脑与神经”，控制中心通过信息技术，在车站、区间、车辆段中，无缝、实时地实现对车辆的控制的技术。信号与控制系统的主要功能是保证行车安全，提高运输效率。高速铁路信号与控制系统是集计算机技术、通信技术和控制技术的综合为体的行车指挥、列车运行控制和管理自动化系统。一、高速铁路信号与控制系统的基本概念

高速铁路信号与控制系统概述

任务一7二、高速铁路信号与控制系统的构成（包括功能和设备两个层次）

从功能上分，高速铁路信号系统主要由三个部分组成：列车运行控制子系统（用于控制列车区间)

列车运行控制系统根据车站进路、前行列车的位置、安全追踪间隔等向后续列车提供行车许可、速度目标值等信息，由车载列控设备对列车运行速度实施监督和控制;车站联锁子系统(用于控制进路)

车站联锁系统根据计划实时建立各列车安全进路，为列车提供进、出站及站内行车的安全进路;调度集中子系统（用于指挥行车)

调度集中系统根据列车基本运行图所制定的日、班计划和列车运行正、晚点情况，编制各阶段计划，并下达给各个车站联锁系统。

从设备上讲，高速铁路信号与控制系统主要包括信号机、轨道电路、应答器、转辙机、控制台等，这些设备要布置在调度中心、车站、区间、线路旁和动车组内。

高速铁路信号与控制系统概述

任务一8三、高速铁路信号系统的特点（1）采用列车运行自动控制(ATC)系统高速铁路列车速度达到200km/h以上，其紧急制动距离达到或超过4000m。通常的地面信号为主体信号的自动闭塞制式已不能确保列车安全，因此已建成的高速铁路无一例外地全都采用了列车运行自动控制系统完成闭塞功能。特点：以车载信号作为行车凭证；直接向司机提供速度命令；信号直接控制列车制动。（2）为了提高行车效率，降低运营成本，高速铁路都建有调度中心。由调度员统一指挥全线列车运行。调度集中系统(CTC)远距离控制全线信号、转辙机和列车进路,正常行车不需要车站本地控制。注意：如果说需要车站本地控制的话则需要进入非常站控模式。（3）在各车站及区间信号室附近设置车次号核查等列车-地面信息传递设备(TIPB)，对列车实际位置进行确认。这是由调度中心指挥列运行所必需的基础设备。

高速铁路信号与控制系统概述

任务一9（4）车站采用计算机联锁(CI)和大号码道岔，道岔转换采用多台转辙机（放视频）多点牵引。（5）重视安全防护。配备了热轴探测，限界检查，自然灾害报警等监测点并与调度中心联网，防患于未然。（6）通信信号一体化在高速铁路得到充分体现。专用通信系统承载业务以数据为主，辅以语音和图像。信息传递的实时性、安全性、可靠性要求更高。车站和调度中心人都采用局域网(LAN)。（7）为保证安全，高速列车运行中不允许线路进行施工及维修作业，因此高速铁路对信号系统可靠性，可用性要求更高。应尽可能采用设备冗余，故障监测记录，远程诊断等先进技术手段保证设备不间断使用。三、高速铁路信号系统的特点

列车运行控制系统

任务二10一、概念

列车运行自动控制系统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。列车运行控制系统自动控制列车运行，用来保证行车安全，并以最佳运行速度驾驶列车。△基本功能间隔控制―确保追踪列车与前行列车之间必须保持一定的安全距离速度防护一确保列车的运行速度在许可范围内安全防护―防止列车无行车许可运行、防止列车溜逸（放视频）、防止列车冒进（放视频）。

列车运行控制系统

任务二11二、构成列车运行控制系统般以下由地面设备、车载设备和地车信息传输设备三部分组成。（1）地面设备地面设备包括：轨道电路、轨旁设备、列控中心和地面通信设备。（2）车载设备车载设备包括：地面信息接收模块、车载安全计算机、人机界面、列车运行监控装置或ATP车载设备等。（3）地车信息传输通道地车信息传输通道包括：地面信息传输设备、车载信息传输设备、地面信息传输网络和车载信息传输网络。

列车运行控制系统

任务二12三、列控系统的基本原理

列控中心产生列控车载系统所需要的全部地面信息。

地面信息传输通道将信息编码，通过地面传输通道发送给列车上的车载设备。列控车载设备接收信息，实时计算并生成速度控制曲线，并在司机室显示器显示，同时检测列车当前运行速度显示司机室显示器上

当列车的实际速度超过允许速度，列控车载设备自动控制制动装置进行减速制动。司机根据显示器上的目标速度、目标距离、允许速度和实际速度控制列车的运行。

列车运行控制系统

任务二13四、列控系统的发展

列车运行控制系统

任务二14（1）地面人工信号

1832年美国设置信号机，在信号机上挂果物笼状东西，外面用黑白布包，挂在10米高的柱子上，把球挂在柱子上不同位置代表不同的含义，相邻站用航海望眼镜观察，闭塞靠人工来保证，由信号工控制列车间隔，由列车完全由自己驾驶。

这个阶段，完全由司机（或人工）控制列车，两站间的闭塞关系靠人工而不是设备保证。（依靠信号工的眼睛）

列车运行控制系统任务二15（2）地面自动信号

1872年，美国人鲁滨逊发明轨道电路，利用轨道电路检查到列车占用轨道的状态信息控制信号显示。只有当线路空闲时，信号开放才是安全的。地面信号显示仅仅指明列车前方线路状态，列车完全由司机驾驶，安全掌握在司机手里。

这一阶段列车的控制采用半自动闭塞或自动闭塞。半自动闭塞人工办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，出站信号机自动关闭的闭塞方式，自动闭塞则是列车根据运行及有关闭塞分区的状态，自动变换，通过信号机的显示，司机凭信号显示行车的闭塞方式。

列车运行控制系统任务二16（3）机车信号

地面信号显示受到自然环境的影响以及地形的限制，司机往往不能在规定的距离内及时瞭望前方的信号机的信号显示，因而有冒进信号的危险。为将前方所接近的信号机的显示情况及时通告司机，发明了机车信号设备，将地面信号通过技术手段引入司机室，改善瞭望条件。

目前已经发展到主体化的机车信号，司机行车以机车信号为主，地面信号为辅。

列车运行控制系统任务二17（4）列车自动停车装置

当列车运行前方地面信号显示红灯，机车信号显示禁止信号时，在司机室内构成音响报警，司机在规定的时间内通过按压警惕按钮做出反应。

如果司机失去警惕、精神不集中，未按压报警按钮和采取有效制动措施，当报警时间超过规定时间后，自动停车装置将打开列车制动系统内的放风阀，强迫列车自动停车。

列车运行控制系统任务二18（5）列车运行监控记录装置

列车运行控制系统任务二194·28特大事故

列车运行控制系统

任务二20（6）列车超速防护系统

速度自动防护系统(ATP):车载设备根据地面设备传输的信息，实时计算动态速度曲线，确保列车在允许的速度范围内运行。

ATP防止列车“两冒一超”：防止冒进进站信号，冒进出站信号，防止超速。

列车运行控制系统任务二21CTCS-4基于无线通信平台，取消轨道电路,实现虚拟移动闭塞。未来发展方向。CTCS-3基于无线通信平台，机车乘务员凭车载信号行车。用于300-350km/h线路，动车组的追踪间隔缩短至3分钟。CTCS-2基于应答器和轨道电路传输，机车乘务员凭车载信号行车。已用于200-250km/h线路，动车组的迫踪间隔缩短至5分钟。CTCS-1由主体机车信号和安全型运行监控记录装置组成。

CTCS-0由通用机车信号和运行监控记录装置构成。既有线现状。五、中国列车运行控制系统（CTCS，ChinaTrainControlSystem）（向下兼容）

列车运行控制系统任务二22△CTCS-2级列控系统一般结构CTCS2级是基于轨道电路和应答器传输列车行车许可信息并采用目标距离连续速度控制模式监控列车安全运行的列控系统。包括:轨道电路、应答器、列控中心、车载设备车载设备

列车运行控制系统任务二23车载设备

列车运行控制系统任务二241、调度中心下达运行图至车站CTC分机2、CTC分机实时:向车站联锁下发进路命令；向列控中心下达临时限速信息3、车站联锁采集轨道电路的列车占用信息、道岔位置并进行处理。4、计算机联锁按照CTC下达进路的命令，控制道岔、信号机，排列进路。5、计算机联锁将进路信息发送给列控中心，列控中心根据进路信息和临时限速信息:生成轨道电路编码和临时限速报文6、车载设备接收到轨道电路码序和应答器报文信息后，计算生成速度控制模式曲线，监控列车安全运行。

列车运行控制系统任务二25

列车运行控制系统任务二26△列控车载设备的工作模式列控车载设备9种主要工作模式完全监控模式(FS)睡眠模式(SL)C3专有目视行车模式(OS)调车模式(SH)引导模式(CO)

隔离模式(IS)待机模式(SB)部分监控模式(PS)C2专有机车信号模式(CS)C2专有

列车运行控制系统任务二27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。适用于C3车载和C2车载

列车运行控制系统任务二28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、记录等级转换及RBC切换信息等功能。列车立即折返，非本务端升为本务端后，车载设备可自动进入正常工作状态。适用于C3车载

列车运行控制系统任务二29目视行车模式(OS)当地面设备故障、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，列车每运行一定距离（300米）或一定时间（60秒）司机需确认一次。目视行车模式是司机控车的固定限速模式，限速值为40km/h。列控车载设备显示停车信号或位置不确定时，在停车状态下司机按规定操作转入目视行车模式。适用于C3车载和C2车载

列车运行控制系统任务二30调车模式

(SH)

当调车作业时，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）监控车列前进或折返运行。司机按压专用按钮使列控车载设备转入调车模式。只有在列车停车时，司机才可以选择进入或退出调车模式。CTCS-3级控车时，只能在车站内转入调车模式。适用于C3车载和C2车载

列车运行控制系统任务二31隔离模式(IS)

当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。适用于C3车载和C2车载适用于C3车载和C2车载待机模式(SB)

当列控车载设备上电时，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。

待机模式是列控车载设备上电后的默认模式。列控车载设备自检和外部设备测试后，自动处于待机模式。在待机模式下，列控车载设备正常接收轨道电路及应答器信息。

列车运行控制系统任务二32引导模式(CO)引导模式是在进站或出站建立引导进路后，列控车载设备按照最高限速40km/h控车的模式。适用于C3车载和C2车载部分监控模式(PS)

该模式仅用于CTCS-2级控车。在C2等级时，当车载设备接收到轨道电路允许行车信息，而缺少应答器提供的线路数据时，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。部分监控模式下，限速值为45km/h。

仅适用于C2车载

列车运行控制系统任务二33机车信号模式(CS)该模式仅用于CTCS-2级控车。当列车运行到地面设备配置未装备CTCS-3/CTCS-2级列控系统的区段时，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（最高限速80km/h）监控列车运行，并显示机车信号。当列车越过禁止信号时触发紧急制动。仅适用于C2车载

列车运行控制系统任务二34GSM-R无线网络地面应答器轨道电路LEU地面应答器轨道电路LEU地面应答器列控中心车站联锁ZPW2000轨道电路LEU无线闭塞中心RBC调度中心CTC

在CTCS-2级列控系统的基础上，地面增加RBC设备，车载设备增加GSM-R无线电台和信息接收模块，实现基于GSM-R无线网络的双向信息传输，构成CTCS-3级列控系统。

列车运行控制系统任务二35△CTCS-3转换为CTCS-2

列车通过等级转换预告应答器后，车载设备从RBC/应答器接收到转换预告信息，做好CTCS-2级控车准备；一旦列车前端通过分界处的切换应答器，车载设备则切换到CTCS-2级方式控车，并终止与RBC的通信会话。△CTCS-2转换为CTCS-3

列控车载设备从应答器接收到呼叫RBC命令，与RBC建立通信会话，并从RBC接收CTCS-3级区段的行车许可等信息；一旦列车前端通过分界处的切换应答器，则车载设备切换到CTCS-3级方式控车。

列车运行控制系统任务二36

△CTCS-2与CTCS-3的比较

CTCS-3的行车许可由地面设备RBC生成，行车命令由GSM-R网络传输，轨道电路只实现列车的区间占用检查和发送空闲闭塞分区信息功能，应答器只实现列车定位和列控等级转换的功能。

而在CTCS-2中，轨道电路还需承担向车载设备发送行车许可的功能，应答器还需承担发送进路信息、临时限速和线路参数的功能。

即是说，从CTCS-2到CTCS-3，轨道电路和应答器所承载的功能越来越少。

在CTCS-4中，取消了轨道电路，其功能将全部交由RBC和车载设备等实现，这是未来列控系统发展的趋势。

列车运行控制系统任务二37

△CTCS-2与CTCS-3的比较

CTCS-3的行车许可由地面设备RBC生成，行车命令由GSM-R网络传输，轨道电路只实现列车的区间占用检查和发送空闲闭塞分区信息功能，应答器只实现列车定位和列控等级转换的功能。

而在CTCS-2中，轨道电路还需承担向车载设备发送行车许可的功能，应答器还需承担发送进路信息、临时限速和线路参数的功能。

即是说，从CTCS-2到CTCS-3，轨道电路和应答器所承载的功能越来越少。

在CTCS-4中，取消了轨道电路，其功能将全部交由RBC和车载设备等实现，这是未来列控系统发展的趋势。

联锁（Interlocking)任务三38一、什么是连锁？

基本概念：车站（平时主要作用是客货运作业和旅客的上下车）是列车交会和避让的场所，在车站内有许多线路，这些线路由道岔连接着。根据道岔的不同位置而形成不同的进路，进路用信号机来防护。为了保证行车安全，就必须使信号机、道岔和进路三者之间有着一定相制约关系，这种关系称为联锁。

联锁技术是车站信号自动控制系统的核心内容。

联锁（Interlocking)任务三39二、联锁设备的种类非集中联锁:信号和道岔由不同人员操纵。集中联锁(继电联锁、计算机联锁):所有道岔和信号机都由车站值班员集中操纵

联锁（Interlocking)任务三40继电联锁（电气集中连锁）：核心设备是继电器轨道电路空闲时:1.电流从轨道电路电源正极→钢轨轨道继电器→另钢轨电源负极2.轨道继电器中有电，衔铁吸起，后接点断开，前接点闭合，点亮绿色灯光电路，则绿灯亮轨道电路区间有车占用时:1.电流从轨道电路电源正极→钢轨轮对→另钢轨电源负极2.轨道继电器中无电，衔铁释放，前接点断开,后接点闭合，点亮红色灯光电路，则红灯亮

联锁（Interlocking)任务三41计算机联锁的概念：

随着电子技术的飞速发展，20世纪60年代，人们开始尝试采用电子器件取代继电器来构成铁路信号电子联锁控制系统。（原因是：继电器体积庞大、维修不便且占用空间）

计算机联锁是―种运用计算机对车站值班员的操作命令及现场表示信息进行逻辑运算，从而实现对车站信号机和道岔进行集中控制的联锁设备。计算机联锁的功能:(1)显示功能：站场基本图形显示；信号设备状态显示，值班员按压按钮动作确认显示；联锁系统工作状态、故障报警显示；时钟显示等；(2)控制功能：进路控制，信号开放、锁闭；道岔单独操作、锁闭解锁;(3)记录存储和故障检测与诊断功能：记录值班员按钮操作的情况、现场设备动作，作业情况;边=进路存储和办理;检测与报警；(4)数据交换功能：与其他现代化信息处理系统进行数据交换。

联锁（Interlocking)任务三42计算机联锁的优点性能方面:①与继电联锁相比，计算机联锁的设计、施工工