列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)第2周第1次課件

1、河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy交通學(xué)院交通學(xué)院河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy第二節(jié) ATP概述一、一、ATPATP的基本概念的基本概念 ATP(automatic train protection)即列車(chē)運(yùn)行超速防護(hù)，對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的技術(shù)。 目前，隨著鐵路行車(chē)密度和速度的提高必須加裝超速防護(hù)系統(tǒng)，是高鐵系統(tǒng)中保證行車(chē)安全的最重要的技術(shù)支持手段。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy ATP不僅保證行車(chē)安全，還用于受曲線(xiàn)等線(xiàn)路條件、通過(guò)道岔、慢行區(qū)間 ATP的限速等級(jí)

2、根據(jù)后續(xù)列車(chē)和先行列車(chē)之間的距離、線(xiàn)路條件等決定的。通過(guò)人機(jī)界面DMI傳遞運(yùn)行速度、允許速度、目標(biāo)速度、目標(biāo)距離，保證列車(chē)不超速、不冒進(jìn)。 ATP對(duì)速度進(jìn)行監(jiān)督，實(shí)際速度超過(guò)允許速度值時(shí)，控制列車(chē)進(jìn)行常用全制動(dòng)或緊急制動(dòng)。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy 地面列控信息主要根據(jù)進(jìn)路、線(xiàn)路條件和前后列車(chē)的運(yùn)行位置，產(chǎn)生目標(biāo)距離、目標(biāo)速度、允許速度等信息。ATP車(chē)載設(shè)備依據(jù)接收到的信息，根據(jù)列車(chē)構(gòu)造速度、制動(dòng)性能曲線(xiàn)、對(duì)列車(chē)是否遵守信號(hào)（速度）指令進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行速度的監(jiān)控。 列車(chē)運(yùn)行速度在運(yùn)行線(xiàn)以下，ATP設(shè)備相當(dāng)于“機(jī)車(chē)信號(hào)”，速度超過(guò)允許值時(shí)，車(chē)載設(shè)備報(bào)警、

3、制動(dòng)，起到“兩冒一超”作用。 只要ATP設(shè)備正常就不會(huì)發(fā)生“兩冒一超”。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy ATP系統(tǒng)是由地面信號(hào)設(shè)備(含列車(chē)占用檢查、運(yùn)行位置定位、信息傳輸?shù)?和車(chē)載信號(hào)設(shè)備共同構(gòu)成的。 在列車(chē)占用檢查和運(yùn)行位置定位上一般采用軌道電路、應(yīng)答器等設(shè)備；在信息傳輸上一般采用軌道電路、應(yīng)答器以及GSM-R無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy 車(chē)載設(shè)備采用以車(chē)載安全型計(jì)算機(jī)為核心的多系冗余系統(tǒng)。 ATP系統(tǒng)主要用于提速區(qū)段和高速鐵路，駕駛操作任由司機(jī)完成，防止兩冒一超則由系統(tǒng)自動(dòng)完成。 河 北 東

4、 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy二、ATP的功能1、安全防護(hù)在任何情況下防止列車(chē)無(wú)行車(chē)許可地運(yùn)行；防止列車(chē)超速運(yùn)行。（1）防止列車(chē)超過(guò)進(jìn)路允許速度。（2）防止列車(chē)超過(guò)線(xiàn)路結(jié)構(gòu)規(guī)定的速度。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy（3）防止列車(chē)超過(guò)動(dòng)車(chē)組構(gòu)造速度。（4）防止列車(chē)超過(guò)臨時(shí)限速、緊急限速和有關(guān)設(shè)備限速。（5）防止列車(chē)溜逸。2 2、人機(jī)交互人機(jī)交互（1）能夠以字符、數(shù)字及圖形等方式顯示列車(chē)運(yùn)行速度、允許速度、目標(biāo)速度和目標(biāo)距離。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy（2）能夠?qū)崟r(shí)給出列車(chē)超速、

5、制定、運(yùn)行緩解等表示以及設(shè)備故障狀態(tài)報(bào)警。（3）具有標(biāo)準(zhǔn)的列車(chē)數(shù)據(jù)輸入界面，根據(jù)運(yùn)營(yíng)和安全控制要求對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性檢查。（4）為司機(jī)提供必需的顯示、數(shù)據(jù)輸入及操作裝置。（5）司機(jī)輸入裝置配備必要的開(kāi)關(guān)、按鈕和有關(guān)數(shù)據(jù)輸入裝置。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy3 3、設(shè)備制動(dòng)優(yōu)先設(shè)備制動(dòng)優(yōu)先（1）列車(chē)減速時(shí)，在閉塞分區(qū)入口處，設(shè)備自動(dòng)實(shí)施制動(dòng)，低于目標(biāo)速度后自動(dòng)緩解。（2）列車(chē)速度超過(guò)緊急制動(dòng)曲線(xiàn)時(shí)，則實(shí)施緊急制動(dòng)。（3）列車(chē)減速制動(dòng)完全由列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)自動(dòng)完成。 通過(guò)設(shè)備制動(dòng)優(yōu)先可以適當(dāng)縮短列車(chē)運(yùn)行間隔、保證列車(chē)按照時(shí)刻表運(yùn)行。河 北 東 方 學(xué)

6、院Hebei Oriental Universtiy4 4、自動(dòng)檢測(cè)自動(dòng)檢測(cè)（1）具有開(kāi)機(jī)自檢和動(dòng)態(tài)檢查功能。（2）具有關(guān)鍵數(shù)據(jù)和關(guān)鍵動(dòng)作的記錄功能及監(jiān)測(cè)接口。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy三、三、列車(chē)制動(dòng)控制模式列車(chē)制動(dòng)控制模式發(fā)展發(fā)展 列車(chē)制動(dòng)控制模式經(jīng)歷了分級(jí)制動(dòng)和一次制動(dòng)模式。1 1、分級(jí)制動(dòng)模式分級(jí)制動(dòng)模式 分級(jí)制動(dòng)模式也稱(chēng)為速度碼階梯控制方式，它以閉塞分區(qū)為單元，在每個(gè)閉塞分區(qū)內(nèi)只設(shè)一個(gè)速度等級(jí)，根據(jù)與前行列車(chē)的運(yùn)行距離調(diào)整列車(chē)速度。分級(jí)制動(dòng)模式又分為階梯型和曲線(xiàn)型。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy階

7、梯階梯分級(jí)制動(dòng)模式分級(jí)制動(dòng)模式 它將一個(gè)列車(chē)的全制動(dòng)距離劃分為3-4個(gè)閉塞分區(qū)，每一個(gè)閉塞分區(qū)根據(jù)與前行列車(chē)距離確定限速值。也就是說(shuō)每個(gè)閉塞分區(qū)設(shè)計(jì)為一個(gè)目標(biāo)速度。 在一個(gè)閉塞分區(qū)中無(wú)論列車(chē)在何處都只按照固定速度判定列車(chē)是否超速，如超速列車(chē)制動(dòng)。 階梯控制又分為出口速度檢查和入口速度檢查兩種方式。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy出口速度檢查控制方式 該方法要求列車(chē)在閉塞分區(qū)內(nèi)將列車(chē)速度降低到目標(biāo)速度。設(shè)備在閉塞分區(qū)出口進(jìn)行檢查，如果列車(chē)實(shí)際速度未達(dá)到目標(biāo)速度以下則設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)。該

8、方法要求停車(chē)信號(hào)后方要有一段安全防護(hù)區(qū)。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy入口速度檢查控制方式 列車(chē)在閉塞分區(qū)入口處接收到目標(biāo)速度信號(hào)后立即以此速度進(jìn)行檢查， 一旦列車(chē)超速， 則進(jìn)行制動(dòng)使列車(chē)速度降低到目標(biāo)速度以下。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy階梯控制特點(diǎn)階梯控制特點(diǎn) 前后車(chē)均以閉塞分區(qū)單位進(jìn)行定位； 在閉塞分區(qū)內(nèi)車(chē)載設(shè)備以一個(gè)允許速度防護(hù)列車(chē)； 閉塞分區(qū)長(zhǎng)度按最差列車(chē)制

9、動(dòng)性能設(shè)計(jì)。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy階梯型分級(jí)制動(dòng)模式速度曲線(xiàn)河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy分級(jí)曲線(xiàn)控制方式分級(jí)曲線(xiàn)控制方式 分級(jí)曲線(xiàn)控制方式即分段速度-距離模式曲線(xiàn)控制方式。 該方式要求每個(gè)閉塞分區(qū)入口速度 (上一個(gè)閉塞分區(qū)的目標(biāo)速度)和出口速度(本閉塞分區(qū)目標(biāo)速度) 用曲線(xiàn)連接起來(lái)， 形成一段連續(xù)的控制曲線(xiàn)， 曲線(xiàn)控制方式和階梯控制方式一樣，每一個(gè)閉塞分區(qū)只給定一個(gè)目標(biāo)速度。 控制曲線(xiàn)把閉塞分區(qū)允許速度的變化連續(xù)起來(lái)。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy 在分級(jí)曲線(xiàn)

10、控制方式下，列車(chē)在一個(gè)閉塞分區(qū)中運(yùn)行時(shí),列控設(shè)備判定列車(chē)超速的目標(biāo)速度不再是一個(gè)常數(shù)，而是隨著列車(chē)行駛不斷變化，即是距離的函數(shù)河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy2、一次制動(dòng)模式 一次制動(dòng)模式按照目標(biāo)距離連續(xù)控制制動(dòng)的，也稱(chēng)一次目標(biāo)距離連續(xù)速度控制模式。 速度-距離模式曲線(xiàn)控制不再對(duì)每一個(gè)閉塞分區(qū)規(guī)定一個(gè)目標(biāo)速度，而是向列車(chē)傳送目標(biāo)速度、 列車(chē)距目標(biāo)的距離、線(xiàn)路條件等信息，列車(chē)實(shí)行一次制動(dòng)控制方式。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy 列車(chē)追蹤間隔可以根據(jù)列車(chē)制動(dòng)性能、 車(chē)速、 線(xiàn)路條件調(diào)整， 可以提高混跑線(xiàn)路的通過(guò)能力。

11、 這種方式稱(chēng)為目標(biāo)速度-目標(biāo)距離方式(DISTANCE TO GO)。采用該方式進(jìn)行連續(xù)制動(dòng)， 縮短了運(yùn)行間隔， 提高了運(yùn)輸效率， 增加了旅行舒適度， 是一種更理想的運(yùn)行控制模式。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy四、列車(chē)四、列車(chē)測(cè)速測(cè)速、測(cè)距測(cè)距和定位和定位1 1、列車(chē)、列車(chē)測(cè)速測(cè)速 要實(shí)現(xiàn)列車(chē)間隔與速度的安全控制，首先要及時(shí)獲取列車(chē)運(yùn)行的速度與列車(chē)目前的位置，因此列車(chē)的測(cè)速與定位是列控系統(tǒng)的河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy關(guān)鍵技術(shù)之一，測(cè)速和

12、定位的精度從根本上制約著列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精度，測(cè)速測(cè)距的精度太低，不僅會(huì)增加行車(chē)的不安全因素，而且會(huì)造成系統(tǒng)預(yù)留的安全防護(hù)距離過(guò)大，從而影響運(yùn)輸效率。 測(cè)速有車(chē)載設(shè)備自測(cè)和系統(tǒng)測(cè)量。車(chē)載設(shè)備自測(cè)有測(cè)速發(fā)電機(jī)、速度傳感器等。系統(tǒng)測(cè)量有衛(wèi)星測(cè)速和雷達(dá)測(cè)速等。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy（1）測(cè)速方式 脈沖轉(zhuǎn)速傳感器方式 ：脈沖轉(zhuǎn)速傳感器安裝在輪軸上，輪軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，傳感器輸出一定數(shù)目的脈沖，這樣脈沖的頻率就與輪軸的轉(zhuǎn)速成正比。輸出脈沖經(jīng)過(guò)隔離和整形后，直接輸入到微處理器進(jìn)行頻率測(cè)量并換算成速度和走行距離。 河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Or

13、iental Universtiy 測(cè)速電機(jī)方式：包括一個(gè)齒輪和兩組帶有永久磁鐵的線(xiàn)圈。齒輪固定在機(jī)車(chē)輪軸上，隨車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。線(xiàn)圈固定在軸箱上。輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)齒輪切割磁力線(xiàn)，在線(xiàn)圈上產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，其頻率與列車(chē)速度（齒輪的轉(zhuǎn)速）成正比。這樣列車(chē)的速度信息就包含在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率特征里。經(jīng)過(guò)頻率電壓變化后，把列車(chē)實(shí)際運(yùn)行的速度變換為電壓值，通過(guò)測(cè)量電壓的幅度得到速度值。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy（2）雷達(dá)測(cè)速（無(wú)線(xiàn)測(cè)速方式 ） 雷達(dá)測(cè)速是利用多普勒效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的。向移動(dòng)體上發(fā)射一定頻

14、率的電磁波，反射波與入射波之間會(huì)產(chǎn)生頻差，這個(gè)頻差與移動(dòng)體的速度成正比，這就是多普勒效應(yīng)。通過(guò)頻差值計(jì)算出物體與雷達(dá)的相對(duì)速度。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy2 2、測(cè)距測(cè)距 測(cè)距是通過(guò)測(cè)速與輪徑完成的，必須不斷地對(duì)輪徑進(jìn)行修正。五、列車(chē)定位列車(chē)定位的方法包括： GPS全球定位、 軌道電路絕緣節(jié)定位、計(jì)軸器定位、查詢(xún)應(yīng)答器定位和軌道環(huán)線(xiàn)定位等。（1）測(cè)速測(cè)距從一個(gè)基點(diǎn)開(kāi)始，根據(jù)計(jì)算列車(chē)的走形距離對(duì)列車(chē)進(jìn)行定位。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy（2）應(yīng)答器定位 應(yīng)答器安裝于線(xiàn)路上，可以反映出線(xiàn)路的絕對(duì)位置，列車(chē)根據(jù)

15、接收到的應(yīng)答器信息進(jìn)行定位。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy 軌道電路絕緣節(jié)定位方法：軌道電路絕緣節(jié)是閉塞分區(qū)的分界點(diǎn)，絕緣節(jié)的位置在線(xiàn)路上是固定的，絕緣節(jié)兩邊傳輸?shù)男畔⒉煌?，列?chē)可以通過(guò)接收信息的變化了解過(guò)絕緣節(jié)的時(shí)機(jī)，把絕緣節(jié)的物理位置作為絕對(duì)信標(biāo)可以獲得列車(chē)位置信息。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy 計(jì)軸器定位方法 ：軌道絕緣節(jié)設(shè)置相同，計(jì)軸傳感器安放也是固定的，通過(guò)計(jì)軸器檢測(cè)列車(chē)占用或者出清對(duì)應(yīng)計(jì)軸區(qū)段也可以獲得列車(chē)位置信息。輪 軸 檢測(cè)設(shè) 備ZP 43(雙 輪 軸 檢測(cè)器和 TCB， 包括電纜 )T

16、CB運(yùn) 算 計(jì)算 機(jī)從輪 軸 檢測(cè)設(shè) 備的 信 息產(chǎn)生 計(jì)軸 數(shù) 據(jù) ,比 較計(jì)軸 結(jié) 果并輸 出一 個(gè)出清 或占 用 表示 。TCBTCB = 軌 旁 連 接 箱TVDS = 軌 道 空 閑檢測(cè)區(qū)TVDS輪 軸 檢測(cè)設(shè) 備ZP43（雙 輪 軸 檢測(cè)器和 TCB， 包括電纜 ）河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy查詢(xún)應(yīng)答器方法：查詢(xún)應(yīng)答器不僅物理安裝位置固定，它還可以直接向通過(guò)的列車(chē)發(fā)送本應(yīng)答器所處的公里坐標(biāo)。軌道環(huán)線(xiàn)定位方法：軌道感應(yīng)環(huán)線(xiàn)的兩根電纜每隔一個(gè)軌道長(zhǎng)度（100m）要相互交叉一次，交叉回線(xiàn)將交變電信號(hào)送到沿鋼軌線(xiàn)路鋪設(shè)的交叉回線(xiàn)上，在回線(xiàn)上產(chǎn)生交

17、變電磁河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy場(chǎng)，車(chē)載設(shè)備在經(jīng)過(guò)每個(gè)交叉時(shí)能夠檢測(cè)到信號(hào)相位的變化,當(dāng)列車(chē)駛過(guò)一個(gè)交叉點(diǎn)時(shí)，利用信號(hào)相位的變化引發(fā)地址碼加1，由車(chē)載計(jì)算機(jī)根據(jù)地址碼計(jì)算出列車(chē)的地理位置，這樣就可以用絕對(duì)地址信息對(duì)機(jī)車(chē)?yán)锍逃?jì)產(chǎn)生的定位記錄進(jìn)行誤差修正，減少由于車(chē)輪滑行及空轉(zhuǎn)造成的位置誤差。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy六、六、緊急制動(dòng)和常用制動(dòng)緊急制動(dòng)和常用制動(dòng)（1）緊急制動(dòng) 將壓縮空氣排入大氣，使副缸內(nèi)壓縮空氣快速推動(dòng)活塞，施行制動(dòng)。（2）常用制動(dòng) 直接控制列車(chē)主管壓力使機(jī)車(chē)制動(dòng)與緩解，不影響原有列車(chē)制動(dòng)

18、系統(tǒng)功能。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy七、人七、人控優(yōu)先和機(jī)控優(yōu)先控優(yōu)先和機(jī)控優(yōu)先 ATP設(shè)備可通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇實(shí)現(xiàn)人控優(yōu)先和機(jī)控優(yōu)先。（1）人控優(yōu)先 指司機(jī)按模式曲線(xiàn)控制列車(chē)運(yùn)行。（2）機(jī)控優(yōu)先 指設(shè)備能夠按照曲線(xiàn)模式自動(dòng)控制列車(chē)。 我國(guó)高速鐵路列車(chē)控制均采用機(jī)控優(yōu)先。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy 在我國(guó)高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)中，CTCS以分級(jí)形式（即CTCS-0、CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3、CTCS-4級(jí)系統(tǒng)）滿(mǎn)足不同線(xiàn)路運(yùn)輸需求。在不干擾司機(jī)正常駕駛情況下，充分發(fā)揮ATP功能。 在我國(guó)高速鐵路信號(hào)

19、系統(tǒng)中，CTCS的主要功能是完成高速列車(chē)的間隔控制和速度控制，其核心是保證列車(chē)行車(chē)安全和最大限度的提高行車(chē)效率。 河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy 高速鐵路列車(chē)間隔必須采用以目標(biāo)點(diǎn)為間隔，不設(shè)閉塞分區(qū)速度等級(jí)，采用一次目標(biāo)-距離連續(xù)速度控制曲線(xiàn)去控制列車(chē)。 列車(chē)速度控制保證與前行列車(chē)有一定的安全間隔外，還要防止列車(chē)超過(guò)進(jìn)路允許速度、線(xiàn)路允許速度，機(jī)車(chē)車(chē)輛構(gòu)造速度及因施工規(guī)定的臨時(shí)限速。河 北 東 方 學(xué) 院Hebei Oriental Universtiy CTCS列控系統(tǒng)由地面設(shè)備、車(chē)載設(shè)備和傳輸設(shè)備構(gòu)成。 CTCS地面設(shè)備包括臨時(shí)限速服務(wù)器、列控中心、無(wú)線(xiàn)閉塞中心、軌道電路、應(yīng)答器以及GSM-R無(wú)線(xiàn)地-車(chē)傳輸通道等。 CTCS車(chē)載設(shè)備包括軌道電路接收模塊、應(yīng)答器接收模塊、GSM-R接收模塊、車(chē)載安全計(jì)算機(jī)、測(cè)速單元