高铁列控系统技术及发展

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,武汉高速铁路,职业技能训练段,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,武汉高速铁路,职业技能训练段,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,高铁列控系统技术及开展,罗雄 2021 年5月,一、列控系统概述,信号系统控制什么？,1、名词解释,联锁：为了保证行车平安，通过技术方法，使进路、进路道岔和信号机之间按一定程序、一定条件建立起的既相互联系，而又制约关系，这种制约关系即联锁,CTCCentralized Traffic Control 调度集中,CTCSChinese Train Control System中国列车运行控制系统,ETCSEuropean Train Control System欧洲列车运行控制系统,CBIInterlocking 计算机联锁TCCTrain Control Center列控中心RBC Radio Block Center无线闭塞中心ISDNIntegrated Services Digital Network综合业务数字网TSRS Temporary Speed Restriction Server临时限速效劳器,互联互通,：,互联互通是电信业术语，已经从简单的同类网的水平互联，扩展成为跨网络、跨区域、跨业务、跨国界的互联问题，具有多样化、多层次、复杂化的特点。,2、概述,高速铁路是对速度的挑战；,列控系统是对平安的保障。,1903年德国，电力机车牵引，试验速度210km/h,1955年法国，电力机车牵引客车试验速度 331km/h,1988年德国，ICE动车组试验速度406.9km/h,1990年法国，TGV动车组试验速度515.3km/h,2007年法国，TGV 试验速度574km/h,2021年9月28日中国，运营试验速度416.6km/h,平安和速度没有必然的联系；,铁路平安的三个要素：,设备质量、运营管理、人员素质。,没有绝对平安,民航：亿客公里死亡率0.05人,1人飞行1万km/天，550年死亡；,铁路平安产品：SIL4级；,故障危险侧概率10的-9次方,列控系统是确保行车平安的信号系统。利用地面提供的线路信息、前车(目标)距离和进路状态，列控车载设备自动生成列车允许速度控制模式曲线，并实时与列车运行速度进行比较，超速后及时进行控制。,ETCS-2级列控系统地面采用RBC生成行车许可，固定应答器提供列车定位基准，GSM-R无线网络实现车-地双向信息传输， ETCS-2级系统已陆续投入商业运营，是欧洲铁路列车控制系统的开展方向。,ETCS-,1/2,级列控系统,国外高速铁路列控系统,日、 法、德列控系统各有特点，均采用了大量专用技术，相互间不兼容，技术平台不开放，不利于市场竞争和技术开展。欧洲有十几种列控系统，列车无法实现跨国运行，因此欧盟确定开展统一的欧洲列控系统ETCS，该系统采用统一标准/标准，可实现互联互通。,国外高速铁路列控系统,比较,1,借鉴ETCS开展思路和国外高速铁路列控系统运用经验，结合我国铁路运输特点，遵循全路统一规划的原那么，铁道部确定构建中国的列车运行控制系统技术体系CTCS。CTCS应用分为5级。,CTCS的目标是提高平安性能和运输效率，满足互通运营，标准系统设计，适应开展需求。,3、中国列车运行控制系统CTCS,CTCS技术体系,借鉴欧洲列控系统ETCS建设经验，结合我国铁路运输特点和既有信号设备制式，考虑未来开展，制定了我国列控系统CTCS技术标准，分为CTCS-0、1、2、3、4级。,CTCS,技术体系的形成过程,既有线提速和,250km/h,客运专线,CTCS-2,级,300km/h,及以上客运专线,CTCS-3,级,面向未来的列控系统,CTCS-4,级,既有线现状,CTCS-0,级,CTCS,分,5,级,CTCS 0级,既有线的控车模式,区间轨道电路,+,站内电码化,+,通用机车信号,+,列车运行监控装置,CTCS,分,5,级,CTCS 1级,基于既有设备改造的ATP系统。适用于既有线160km/h以下区段。,对中国主要干线装备现状，对既有设备实行强化改造，在主体化机车信号的根底上，通过补点，实现具有中国特色的点连式ATP。即主体化机车信号区间、站内轨道电路进行强化改造故障平安型机车信号点式设备平安型监控装置。,CTCS,分,5,级,CTCS-2,列控系统是基于点式应答器、轨道电路传输列车运行控制信息的点连式列控系统。,地面设备由区间、站内一体化轨道电路设备传输连续列控信息，由点式应答器、车站列控中心传输点式列控信息。,车载设备根据地面提供的信号动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数据，生成控制速度和目标,距离模式曲线，控制列车运行。,CTCS 2,级,CTCS,分级,CTCS 3级,基于轨道电路和无线通信GSM-R的ATP系统。,轨道电路在实现区段占用与列车完整性检查方面具有不可替代的优势；GSM-R在满足我国铁路移动信息网需求的同时，又能解决超防信息高速率可靠传输，两者结合是强强互补。再辅以定位校核的点式设备。,CTCS,分,5,级,CTCS 4级,完全基于无线通信GSM-R的ATP系统。,该系统具有移动自动闭塞的特征。区间占用靠GPS和GSM-R实时数据传输解决站内仍需轨道电路。列车完整性检查、定位校核分别靠车载设备和点式设备实现，使得室外设备减少到最低程度。,练 习 题,CTCS,系统如何分级,?,简述各级的区别,二 、,CTCS-0,、,1级列控系统,CTCS-0,级是既有线现状，地面为自动闭塞或半自动闭塞，车载设备由列车运行监控记录装置,LKJ,和通用式机车信号组成。,LKJ,设备通过车载存储线路数据，通过,IC,卡由司机输入临时限速和其他信息，通过机车信号信息提供行车许可，,LKJ,自动生成监控曲线。,LKJ自推广运用十几年来，对保证列车运行平安发挥了重要作用。由于多方面原因，LKJ控制条件下，司机应按照地面信号显示运行。同时由于CTCS0级采用车载数据库方式，存在线路施工过渡等情况下与大量车载根底数据应及时修改的矛盾。,三 、,CTCS-2级列控系统,CTCS2,列控系统总体结构,总体设计原那么,系统需求,根本功能,技术特点,系统构成,总体设计原那么,在我国既有成熟信号系统技术设备根底上如:自动闭塞、机车信号、车站联锁、调度集中等，通过适当增加其它信号设备如：应答器、列控车载设备，构成具有连续速度控制功能并符合国际列控系统功能需求标准ETCS的列控系统。,考虑建设周期的长期性，系统应与既有线信号系统具有良好的兼容性。,系统需求,控制模式：目标距离模式。,驾驶模式：司机制动优先模式或设备制动优先模式两种。,信息传输媒介：控车信息由轨道电路+应答器设备提供。,系统兼容性：不同速度等级线路的列车可互联互通。,根本功能,在不干扰机车乘务员正常驾驶的前提下有效地保证列车运行平安,在任何情况下防止列车无行车许可运行,防止列车超速运行，包括：,防止列车超过进路允许速度；,防止列车超过线路结构规定的速度；,防止列车超过机车车辆构造速度；,防止列车超过临时限速及紧急限速；,防止机车超过规定速度进行调车作业；,防止列车超过规定速度引导进站；,防止列车溜逸。,CTCS2,系统结构,人机接口,地面应答器,STM,天线,BTM,天线,记录器,制动接口,BTM,STM,车载计算机,CTC,或,TDCS,站机,车站列控中心,车站联锁,轨道电路,LEU,车务终端,信号楼,动车组,正向预告点,切换执行点,反向预告点,CTCS-2,区域,CTCS,车载控车,CTCS-0,区域,LKJ,控车,应答器,应答器,ZPW-2000,轨道电路,ZPW-2000,轨道电路,CTCS-2,区段和,CTCS-0,区段的切换,车载设备控制模式,待机模式SB,完全监控模式FS,局部监控模式PS,目视行车模式OS,引导模式CO,调车监控模式SH,机车信号模式CS,隔离模式IS,车载设备功能,超速防护,生成目标距离控制模式曲线,机车信号功能,数据记录,应答器信息接收与处理,速度、距离计算及防滑防空转,与乘务员进行信息交互,防溜功能,CTCS级间切换,位置校正,载频锁定,两种车载工作方式可选择,与LKJ接口,与动态监测设备接口,与动车组EMU接口,待机模式SB,ATP上电时，直接进入该模式。在该模式下，设备只进行各种信息的采集，包括轨道电路信息的接收、应答器信息接收，ATP输出常用制动。,完全监控模式FS,当车载设备具备列控所需的根本数据轨道电路信息、应答器信息、列车数据时，ATP车载设备生成目标距离模式曲线，并能通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等，控制列车平安运行。,控车曲线,速度（,km/h,）,200,局部监控模式PS,当由于为车载设备提供线路数据的某局部出现故障或者由于系统配置结构决定的线路数据缺损而使得车载设备无法按照完全监控模式运行，但轨道电路能正确给出进路开通状态信息时，车载设备采用的一种工作模式,在待机模式下，司机一按压启动开关就进入PS模式,局部监控模式侧线发车,侧线发车，ATP车载设备根据股道轨道电路信息根据道岔限速发送UU码或UUS码，形成并保持固定限制速度至出站口，控制列车运行。在出站口得到应答器数据后转为完全监控模式。,监控曲线,速度（,km/h,）,45,UU,码,驾驶曲线,引导接车模式CO,引导接车，ATP车载设备收到接近区段的轨道电路信息HB码，形成并保持固定限制速度，监控列车运行。,监控曲线,速度（,km/h,）,20,HB,码,200,机车信号模式CS,当通过CTCS级间切换到CTCS-0/1级后，ATP功能相当于一个机车信号设备。当地面具备CTCS-1级条件时，ATP设备相当于主体机车信号，当地面具备CTCS-0级条件时，ATP设备相当于通用机车信号。,在这种模式下，ATP设备仅为LKJ设备提供机车信号信息输出，不产生列车控制输出，列控防护功能由LKJ设备实施。,隔离模式IS,车载设备发生故障而无法继续完成监控功能，触发制动停车后，经司机操作，车载设备控制功能停用，进入隔离模式。,ATP,车载设备无控车曲线,速度（,km/h,）,CTCS2,级列控系统主要设备,车载设备,车站列控中心,应答器,轨道电路,车载设备主要功能,在任何情况下防止列车无行车许可的运行,防止列车超速运行,防止列车超过进路允许速度,防止列车超过线路结构规定的速度,防止列车超过动车组构造速度,防止列车超过临时限速,防止列车溜逸,制动与缓解,故障后可隔离,车载设备组成,EB, SB,DMI,155,Niveau 2,STM STBY,SR,Annonce Niveau 1,Niveau 1,Annonce Niveau2,Connexion RBC OK,0,50,100,150,200,300,250,350,400,安全计算机,BTM,速度传感器,LKJ,0,50,150,200,300,250,350,400,0,50,150,200,300,250,350,400,列车接口单元,欧洲应答器天线,轨道电路,传感器,继电器接口,STM,车站列控中心结构,列控中心主要功能,列控中心根据临时限速命令、车站进路状态，调用相应报文，通过LEU传至有源应答器。列控中心应满足对多个LEU进行控制的要求；,列控中心根据列车占用轨道区段及车站进路状态，控制轨道电路的载频、低频信息编码，并控制站内及区间轨道电路发送方向；,列控中心根据列车在区间的走行逻辑，对轨道电路占用、出清、非正常逻辑进行判断和报警，并采取必要的防护措施；,列控中心完成区间信号机点灯控制；,列控中心完成无岔站信号及进路控制；,列控中心完成区间运行方向与闭塞控制；,列控中心间实时传输区间轨道电路状态、临时限速信息、区间闭塞和方向条件等平安信息以及相关状态信息。,应答器,向车载ATP提供地面固定的线路参数和可变的临时限速信息。,应答器可分为：有源可变信息应答器和无源固定信息应答器,两类应答器区别：,无源应答器发送自身预存信息,有源应答器需通过电缆与LEU连接,有源应答器发送自LEU来的信息，当电缆断线或短路时发送自身预存信息默认报文,应答器工作过程1,接收电磁能量,接收车载天线发送的27.095MHz无线电信号,建立工作电源,通过电磁耦合转换成电能，应答器开始工作,循环发送报文，直至能量消失,不间断串行发送1023位传输报文,应答器工作工程,T,R,上行,27 MHz,4.2 MHz,下行,应答器设备功能,向车载设备发送点式信息,无源应答器发送固定信息,线路速度、坡度、轨道电路参数、信号点类型等,有源应答器发送实时变化固定的信息,临时限速、进路、坡度、轨道电路参数、信号点类型等,有源应答器与,LEU连接中断后，向车载发送固定信息,轨道电路,客专ZPW-2000A轨道电路是在既有ZPW-2000A无绝缘轨道电路的根底上，针对客运专线的应用进行了适应性改进，它保存了既有ZPW-2000A轨道电路稳定、可靠的特点，具有我国自主知识产权，适用于客运专线列控系统。客运专线ZPW-2000A轨道电路包括区间设备和站内设备两种。,信号平安数据网的根本组成,信号系统平安数据网根本组网结构图,平安数据网与独立信号设备的连接图,练习题,1、,CTCS-2级列控系统是如何定义的?,2、,车载信号设备的组成?,四 、,CTCS-3级列控系统,CTCS-3,级系统结构,CTCS-3级系统是基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输，无线闭塞中心RBC生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，并具备CTCS-2级功能的列车运行控制,系统。,包括：无线闭塞中心,RBC,、,GSM-R,网络、轨道电路、应答器、列控中心、车载设备等 。,调度中心,CTC,车站联锁,道岔,信号机,轨道电路,列控中心,应答器,车载设备,无线闭塞中心,RBC,GSM-R,室内设备,无线闭塞中心,RBC,GSM-R,室内设备,C3级列控与C2级列控的比较,地面设备增加无线闭塞中心RBC、GSM-R无线通信网络；,车载设备增加GSM-R无线通信单元及天线；,车载设备根据RBC的行车许可，生成连续速度控制模式曲线，实时监控列车平安运行。,调度中心,CTC,车站联锁,轨道电路,列控中心,应答器,道岔,信号机,RBC,为,CTCS-3,提供行车许可,速度曲线,GSM,-,R,无线,通信模块及天线,车载设备,59,主要系统构成,四核心系统：,车载ATP系统,无线闭塞中心,临时限速效劳器,GSM-R系统,两网：,无线GSM-R网络,地面信号平安网,总 复 习,ATP,车站列控中心,车载,D,MI,计算机联锁,集中监测,信号机点灯,轨道电路,LEU,STM,BTM,有源应答器,RBC,CTC,站机,RTU,GSMR,网,限速服务器,无源应答器,CTCS-2/3,级列控系统构成,制动,控制,谢谢,