CTCS2列控系統(tǒng)概述

1、CTCS2列控系統(tǒng)概述,2006-11-12,目錄,CTCS發(fā)展背景 CTCS2列控系統(tǒng)總體結構 CTCS2列控系統(tǒng)基本原理 CTCS2列控系統(tǒng)主要設備 CTCS技術體系,相關名詞,ETCS (Europe Train Control System) 歐洲列車控制系統(tǒng) CTCS (Chinese Train Control System )中國列車控制系統(tǒng) ATP ( Automatic Train Protection )列車自動防護 ATO（Automatic Train Operation）列車自動駕駛系統(tǒng) ATS（Automatic Train Supervision）列車自動監(jiān)控系統(tǒng)

2、 CTC （Centralized Traffic Control）調度集中 TCC (Train Control Center) 列控中心 LEU（Line side Electronic Unit）軌旁電子單元 ATC(Automatic Train Control) 列車自動控制系統(tǒng) GSMR（Global System For Mobile Communication for Railway）鐵路專用全球移動通信系統(tǒng) LKJ 列車運行監(jiān)控裝置,CTCS發(fā)展背景,ATP系統(tǒng)的必要性 列車速度的不斷提高，靠地面信號行車已不能保證行車安全，必須靠車載信號設備對列車實施運行控制，ATP已成為行

3、車安全不可缺少的重要技術裝備。,CTCS發(fā)展背景,ATP系統(tǒng)的必要性 當列車速度大于160km/h后，必須由對列車的開環(huán)控制變?yōu)殚]環(huán)控制。ATP是由地面信號設備和車載設備共同組成的閉環(huán)高安全系統(tǒng)，是地面聯(lián)鎖向車載設備的延伸，在此基礎上實現(xiàn)了以車載設備為主的行車方式。,CTCS發(fā)展背景,CTCS的發(fā)展 為推動我國鐵路運輸事業(yè)的發(fā)展，從2002年開始，鐵道部就組織有關專家開始了中國列車運行控制系統(tǒng)（CTCS）相關技術標準的修訂工作，并先后頒布了CTCS 2級技術條件（暫行）等一系列技術文件。鐵道部于2005年提出了的第六次鐵路提速的宏偉計劃，要求在既有的七大干線上實現(xiàn)200km/h的客運列車運行速

4、度，同時建設和開通鐵路客運專線，進一步提高鐵路運輸服務的總體水平。,CTCS發(fā)展背景,CTCS2系統(tǒng) 通過軌道電路完成列車占用和完整性檢查，連續(xù)向列車傳送控制信息，并采用大容量點式應答器向高速列車傳送定位信息、進路參數(shù)、線路參數(shù)、限速和停車信息等，是CTCS2級確定的列車運行控制方式 。,CTCS 分5級,CTCS 0級,既有線的控車模式 區(qū)間軌道電路+站內電碼化+通用機車信號+列車運行監(jiān)控裝置,CTCS 分5級,CTCS 1級,基于既有設備改造的ATP系統(tǒng)。適用于既有線160km/h以下區(qū)段。 針對中國主要干線裝備現(xiàn)狀，對既有設備實行強化改造，在主體化機車信號的基礎上，通過補點，實現(xiàn)具有中國

5、特色的點連式ATP。即主體化機車信號（區(qū)間、站內軌道電路進行強化改造故障安全型機車信號）點式設備安全型監(jiān)控裝置。,CTCS 分5級,CTCS-2列控系統(tǒng)是基于點式應答器、軌道電路傳輸列車運行控制信息的點連式列控系統(tǒng)。 地面設備由區(qū)間、站內一體化軌道電路設備傳輸連續(xù)列控信息，由點式應答器、車站列控中心傳輸點式列控信息。 車載設備根據(jù)地面提供的信號動態(tài)信息、線路靜態(tài)參數(shù)、臨時限速信息及有關動車組數(shù)據(jù)，生成控制速度和目標距離模式曲線，控制列車運行。同時，記錄單元對列控系統(tǒng)有關數(shù)據(jù)及操作狀態(tài)信息實時動態(tài)記錄。,CTCS 2級,CTCS 分級,CTCS 3級 基于軌道電路和無線通信（GSM-R）的ATP

6、系統(tǒng)。 軌道電路在實現(xiàn)區(qū)段占用與列車完整性檢查方面具有不可替代的優(yōu)勢；無線通信（GSM-R）在滿足我國鐵路移動信息網(wǎng)需求的同時，又能解決超防信息高速率可靠傳輸，兩者結合是強強互補。再輔以定位校核的點式設備，系統(tǒng)具有與國際接軌的先進性。,CTCS 分5級,CTCS 4級,完全基于無線通信（GSM-R）的ATP系統(tǒng)。 該系統(tǒng)具有移動自動閉塞的特征。區(qū)間占用靠GPS和GSM-R實時數(shù)據(jù)傳輸解決（站內仍需軌道電路）。列車完整性檢查、定位校核分別靠車載設備和點式設備實現(xiàn)，使得室外設備減少到最低程度。,CTCS2列控系統(tǒng)總體結構,總體設計原則 系統(tǒng)需求 基本功能 技術特點 系統(tǒng)構成,總體設計原則,在我國既

7、有成熟信號系統(tǒng)技術設備基礎上（如:自動閉塞、機車信號、車站聯(lián)鎖、調度集中等），通過適當增加其它信號設備（如：應答器、列控車載設備），構成具有先進連續(xù)速度控制功能并符合國際列控系統(tǒng)功能需求規(guī)范（ETCS）的列控系統(tǒng)。 考慮建設周期的長期性，系統(tǒng)應與既有線信號系統(tǒng)具有良好的兼容性。,系統(tǒng)需求,控制模式：目標距離模式。 駕駛模式：司機制動優(yōu)先模式或設備制動優(yōu)先模式兩種。 信息傳輸媒介：控車信息由軌道電路+應答器設備提供。 系統(tǒng)兼容性：不同速度等級線路的列車可互聯(lián)互通。,基本功能,在不干擾機車乘務員正常駕駛的前提下有效地保證列車運行安全 在任何情況下防止列車無行車許可運行 防止列車超速運行，包括： 防

8、止列車超過進路允許速度； 防止列車超過線路結構規(guī)定的速度； 防止列車超過機車車輛構造速度； 防止列車超過臨時限速及緊急限速； 防止機車超過規(guī)定速度進行調車作業(yè)； 防止列車超過規(guī)定速度引導進站； 防止列車溜逸。,其它功能,具有車尾限速保持功能 規(guī)定范圍內的車輪打滑和空轉不得影響車載設備正常工作； 測速環(huán)節(jié)應保證，一定范圍內的車輪滑行和空轉不影響ATP的功能，并具有輪徑修正能力； 人機界面的基本功能是為機車乘務員提供的必須的顯示、數(shù)據(jù)輸入及操作，并能夠以字符、數(shù)字及圖形等方式顯示列車運行速度、允許速度、目標速度和目標距離；,CTCS2系統(tǒng)結構,速度距離模式（1）,目標距離（Distance to

9、go）控制曲線，也稱一次制動模式速度控制曲線。列控系統(tǒng)車載設備通過對列車行車許可、線路參數(shù)、列車信息的綜合處理，生成目標距離模式曲線，監(jiān)控列車安全運行。,速度距離模式（2）,軌道電路提供的信息： 行車許可； 空閑閉塞分區(qū)數(shù)量； 道岔限速等,速度距離模式（3）,應答器提供的信息包括： 線路長度（以閉塞分區(qū)為單位提供）； 線路坡度； 線路固定限速； 臨時限速； 軌道區(qū)段信息； 列車定位等信息。,車載設備控制模式,待機模式（SB） 完全監(jiān)控模式（FS） 部分監(jiān)控模式（PS） 目視行車模式（OS） 引導模式（CO） 調車監(jiān)控模式（SH） 機車信號模式（CS） 隔離模式（IS）,待機模式（SB）,ATP

10、上電時，直接進入該模式。在該模式下，設備只進行各種信息的采集，包括軌道電路信息的接收、應答器信息接收，ATP輸出常用制動。,完全監(jiān)控模式（FS）,當車載設備具備列控所需的基本數(shù)據(jù)（軌道電路信息、應答器信息、列車數(shù)據(jù)）時，ATP車載設備生成目標距離模式曲線，并能通過DMI顯示列車運行速度、允許速度、目標速度和目標距離等，控制列車安全運行。,部分監(jiān)控模式（PS）,當由于為車載設備提供線路數(shù)據(jù)的某部分出現(xiàn)故障或者由于系統(tǒng)配置結構決定的線路數(shù)據(jù)缺損而使得車載設備無法按照完全監(jiān)控模式運行，但軌道電路能正確給出進路開通狀態(tài)信息時，車載設備采用的一種工作模式 在待機模式下，司機一按壓啟動開關就進入PS模式,

11、部分監(jiān)控模式（側線發(fā)車）,側線發(fā)車，ATP車載設備根據(jù)股道軌道電路信息（根據(jù)道岔限速發(fā)送UU碼或UUS碼），形成并保持固定限制速度（至出站口），控制列車運行。在出站口得到應答器數(shù)據(jù)后轉為完全監(jiān)控模式。,引導接車模式（CO）,引導接車，ATP車載設備收到接近區(qū)段的軌道電路信息（HB碼），形成并保持固定限制速度，監(jiān)控列車運行。,目視行車模式（OS）,當?shù)孛嬖O備出現(xiàn)故障或者別的原因導致列車在禁止信號前停車后，根據(jù)行車管理辦法和有關手續(xù)，司機對列控車載設備進行特殊操作后，由列控車載設備生成固定限制速度為20km/h的速度模式，監(jiān)控列車運行。 這種模式下，由于地面不能給出行車許可，車載設備僅負責監(jiān)控列車

12、的最高運行速度，無距離監(jiān)督，行車安全由司機保障。 列車在ATP監(jiān)控下運行，司機對安全負責。每運行一段距離（100-200m）或一段時間（60秒），司機應重復按壓按鈕，否則設備制動停車。,目視行車模式（OS）,調車監(jiān)控模式（SH）,進行站內調車作業(yè)時，由于無軌道電路信息，不能實現(xiàn)完全監(jiān)控模式運行，車載設備接收司機的操作后轉入調車模式，生成固定限速為40km/h限速曲線，車載設備僅監(jiān)控列車的最高運行速度，無距離監(jiān)督，行車安全由司機保障。當接收到應答器中的調車危險信息后立即緊急制動停車。,機車信號模式（CS）,當通過CTCS級間切換到CTCS-0/1級后，ATP功能相當于一個機車信號設備。當?shù)孛婢邆?/p>

13、CTCS-1級條件時，ATP設備相當于主體機車信號，當?shù)孛婢邆銫TCS-0級條件時，ATP設備相當于通用機車信號。 在這種模式下，ATP設備僅為LKJ設備提供機車信號信息輸出，不產(chǎn)生列車控制輸出，列控防護功能由LKJ設備實施。,隔離模式（IS）,車載設備發(fā)生故障而無法繼續(xù)完成監(jiān)控功能，觸發(fā)制動停車后，經(jīng)司機操作，車載設備控制功能停用，進入隔離模式。,CTCS級間轉換,ATP車載設備與列車運行監(jiān)控記錄裝置的接口 機車上取消傳統(tǒng)的通用式機車信號設備。 RS422接口提供LKJ控制所需的機車信號信息和應答器信息。 控車權的轉換以ATP車載設備為主（控制切換繼電器由ATP控制）。 在LKJ控車時，AT

14、P的DMI上顯示機車信號和列車實際運行速度。,DMI,ATP車載設備,LKJ2000,動車組制動系統(tǒng),RS422,制動命令,ATP車載設備與LKJ接口示意圖,DMI,級間轉換原則,原則上在車站離去區(qū)段自動轉換（不應在進站信號機處轉換），司機應確認。保留手動轉換功能。 預告點、執(zhí)行點。 控車權的交接以ATP車載設備為主。 級間轉換時若已觸發(fā)制動，則應保持制動作用完成。,CTCS2級列控系統(tǒng)主要設備,車載設備 車站列控中心 應答器 軌道電路,車載設備主要功能,在任何情況下防止列車無行車許可的運行 防止列車超速運行 防止列車超過進路允許速度 防止列車超過線路結構規(guī)定的速度 防止列車超過動車組構造速度

15、 防止列車超過臨時限速 防止列車溜逸 制動與緩解 故障后可隔離,車載設備組成,列控中心（TCC）功能,根據(jù)來至CTC下達的臨時限速命令、來自車站聯(lián)鎖的接發(fā)車進路和離去區(qū)段限速時信號機降級條件，以及前行列車的具體位置，完成對軌道電路低頻碼的編碼控制和有源應答器的報文選擇與傳送，為列車提供運行許可和臨時限速等可變信息。 列控中心設置地點：車站、中繼站、線路所。,車站列控中心結構,列控中心主要功能,列控中心根據(jù)臨時限速命令、車站進路狀態(tài)，調用相應報文，通過LEU傳至有源應答器。列控中心應滿足對多個LEU進行控制的要求； 列控中心根據(jù)列車占用軌道區(qū)段及車站進路狀態(tài)，控制軌道電路的載頻、低頻信息編碼，并

16、控制站內及區(qū)間軌道電路發(fā)送方向； 列控中心根據(jù)列車在區(qū)間的走行邏輯，對軌道電路占用、出清、非正常邏輯進行判斷和報警，并采取必要的防護措施； 列控中心完成區(qū)間信號機點燈控制； 列控中心完成無岔站信號及進路控制； 列控中心完成區(qū)間運行方向與閉塞控制； 列控中心間實時傳輸區(qū)間軌道電路狀態(tài)、臨時限速信息、區(qū)間閉塞和方向條件等安全信息以及相關狀態(tài)信息。,應答器,向車載ATP提供地面固定的線路參數(shù)和可變的臨時限速信息。 應答器可分為：有源（可變信息）應答器和無源（固定信息）應答器 兩類應答器區(qū)別： 無源應答器發(fā)送自身預存信息 有源應答器需通過電纜與LEU連接 有源應答器發(fā)送自LEU來的信息，當電纜斷線或短

17、路時發(fā)送自身預存信息（默認報文）,應答器分類和區(qū)別,有源（可變信息）應答器 無源（固定信息）應答器 兩類應答器區(qū)別 無源應答器發(fā)送自身預存信息 有源應答器需通過電纜與LEU連接 有源應答器發(fā)送自LEU來的信息，當電纜斷線或短路時發(fā)送自身預存信息（默認報文）,應答器工作過程（1）,接收電磁能量 接收車載天線發(fā)送的27.095MHz無線電信號 建立工作電源 通過電磁耦合轉換成電能，應答器開始工作 循環(huán)發(fā)送報文，直至能量消失 不間斷串行發(fā)送1023位傳輸報文,應答器工作工程（2）,應答器設備功能,向車載設備發(fā)送點式信息 無源應答器發(fā)送固定信息 線路速度、坡度、軌道電路參數(shù)、信號點類型等 有源應答器發(fā)

18、送實時變化固定的信息 臨時限速、進路坡度、軌道電路參數(shù)、信號點類型等 有源應答器與LEU連接中斷后，向車載發(fā)送固定信息,地面電子單元LEU,從TCC接收報文 通過RS485/422串行接口(接口S) 向有源應答器發(fā)送報文 通過專用電纜（接口C） 檢測外部電纜連接狀態(tài) 斷線、短路 記錄狀態(tài)信息 向TCC或BEPT提供維護數(shù)據(jù),報文讀寫工具BEPT,應答器編程（讀、寫、校驗報文） 編程（讀、寫、校驗報文） 對應答器全面測試 下載維護數(shù)據(jù) 接口模擬（接口A、C、S）,軌道電路,客專ZPW-2000A軌道電路是在既有ZPW-2000A無絕緣軌道電路的基礎上，針對客運專線的應用進行了適應性改進，它保留了

19、既有ZPW-2000A軌道電路穩(wěn)定、可靠的特點，具有我國自主知識產(chǎn)權，適用于客運專線列控系統(tǒng)。客運專線ZPW-2000A軌道電路包括區(qū)間設備和站內設備兩種。 客運專線ZPW-2000A軌道電路具有以下技術特點： 客專ZPW-2000A軌道電路、接收器載頻選擇可通過列控中心進行集中配置，發(fā)送器采用無接點的計算機編碼方式，取代了既有ZPW-2000A軌道電路系統(tǒng)的繼電編碼方式，取消了大量的編碼繼電器。 發(fā)送器由既有的N+1提高為1+1的備用模式，最大限度地降低了因設備故障而影響行車。,軌道電路,將既有ZPW-2000A軌道電路的調諧單元和匹配單元整合為一個調諧匹配單元，減少了系統(tǒng)的設備數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性。 優(yōu)化了補償電容的配置，采用25微法一種，不同的信號載頻采用不同的補償間距；補償電容采用了全密封工藝，提高了其容值穩(wěn)定性和延長了使用壽命。 加大了空心線圈的導線線徑，從而提高了關鍵設備的安全容量要求。 客專ZPW-2000A軌道電路系統(tǒng)帶有監(jiān)測和故障診斷功能，系統(tǒng)的狀態(tài)修提供了技術支持。 站內采用與區(qū)間同制式的客專ZPW-2000A軌道電路，提高系統(tǒng)的可靠性； 站內道岔區(qū)段的彎股采用與直股并聯(lián)的一送一受軌道電路結構，軌道電路在大秦線站內ZPW-2000A軌道電路的基礎上，使道岔分支長度由小于等于30m延長