8第八章 列车运行控制系统_铁路信号基础

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分段速度—距离控制模式基本原理
S1+S2 S3 S4
设备监督曲线
制动性能差的车 制动性能好的车
S 分段速度控制模式 Ｓ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）＊ｎ
分级曲线控制方式示意图
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列车速度控制模式
阶梯控制方式 每个闭塞分区设计为一个目标速度。在一个 闭塞分区中无论列车在何处都只按照固定速度判 定列车是否超速。阶梯控制又分为出口速度检查 和入口速度检查两种方式。
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• 车载子系统
车载子系统可由以下部分组成：CTCS车载设备、 无线系统车载模块。 – CTCS车载设备是基于安全计算机的控制系统， 通过与地面子系统交换信息来控制列车运行。 – 无线系统车载模块用于车载子系统和列车控制中 心进行双向信息交换。
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按控制模式分类 • 阶梯控制方式：阶梯控制方式又分为出口速度 检查方式和入口速度检查方式，从而对列车速 度进行分级控制。 • 速度-距离模式曲线控制方式：采用速度-距离模 式的列控系统，对列车速度进行连续控制，如 德国LZB系统，日本新干线数字ATC系统。 按照人机关系分类 • 设备优先控制方式：如日本新干线ATC系统。 • 司机优先控制方式：如法国TVM300/430系统、 德国LZB系统。
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8.1 列控系统概述
列车运行控制系统是由地面设备和车载设备构 成，用来控制列车运行速度，保证行车安全，提高 运输能力。 列车运行控制系统的功能是： 1）检测线路的空闲状态； 2）检测列车完整性； 3）列车运行授权； 4）指示列车安全运行速度； 5）监控列车安全运行。
200
170 130 90
入口检查 出口检查
30
VL
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分级曲线控制方式 该方式要求每个闭塞分区入口速度(上一个闭 塞分区的目标速度)和出口速度(本闭塞分区目标 速度)用曲线连接起来，形成一段连续的控制曲线， 曲线控制方式和阶梯控制方式一样，每一个闭塞 分区只给定一个目标速度。控制曲线把闭塞分区 允许速度的变化连续起来。 在分级曲线控制方式下，列车在一个闭塞分 区中运行时,列控设备判定列车超速的目标速度不 再是一个常数，而是随着列车行驶不断变化，即 是距离的函数。
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日本于1964年开通了世界上第一条高速铁路-东 海道新干线。日本新干线现有的ATC系统普遍采用 超前阶梯式速度监控，它的制动方式是设备优先的 模式，即列控车载设备根据轨道电路传送来的速度 信息，对列车进行减速或缓解控制，使列车出口速 度达到本区段的要求，它没有滞后控制所需的保护 区段，在线路能力上较滞后控制有所提高。 德国LZB系统是基于轨道电缆传输的列控系统， 是世界上首次实现连续速度控制模式的列控系统， 技术上是成熟的。1965年在慕尼黑-奥斯堡间首次运 用，德国已装备了2000km铁路线，1992年开通了西 班牙马德里—塞维利亚471km高速线。
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CTCS应用等级 针对中国铁路不同的线路、不同的传输信息 方式和闭塞技术，CTCS划分为5个等级，依次为 CTCS0~CTCS4级，以满足不同线路速度需求。 • CTCS0级
CTCS0级为既有线的现状，即由目前使用的 通用式机车信号和运行监控记录装臵构成。
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按照闭塞方式分类 • 固定闭塞列控系统：将线路划分为固定的闭塞 分区，前后列车的位臵及间隔，均以闭塞分区 为单元来检测和表示。 • 移动闭塞列控系统：不存在固定的闭塞分区， 列车之间的安全追踪间隔随着列车运行而不断 移动且变化。
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列控系统的关键技术
列车测速 列车测速的方法主要包括以下几种：测速电 机方式、脉冲转速传感器方式、雷达测速方式、 GPS测速定位方式等 列车定位 列车定位的方法包括：GPS全球定位、轨道 电路绝缘节定位、计轴器定位、查询应答器定位 和轨道环线定位等。 地-车信息传输技术 地-车信息传输技术包括：点式传递信息方式、 连式传递信息方式和点连式传递信息方式。
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按照功能和自动化程度分类 • 列车自动停车ATS（Automatic Train Stop）系统： ATS是一种只在停车信号（红灯）前实施列车 速度控制的装臵，是在非速差式信号体系下的 产物，属于列车速度控制的初级阶段，现已很 少使用。 • 列 车 超 速 防 护 ATP （ Automatic Train Protection）：ATP是随着速差式信号体系的建立而产 生的，列车正常运行由司机控制，只在司机疏 忽或失去控制能力且列车出现超速时设备才起 作用，并以最大常用制动或紧急制动方式，强 迫列车减速或停车。当列车速度已降至或到达 限速要求，由司机判定和操作制动缓解。
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• 列 车 自 动 运 行 ATO （ Automatic Train Operation）。按系统预先输入的程序，保证列车运行 图的要求，由设备代替司机进行列车运行的加 速、减速或定点停车的速度调整。一般情况下， 司机除对列车启动操作外，只对设备的动作进 行监督。
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S1+S2 S3
S4
设备监督曲线
制动性能差的车 制动性能好的车
目标速度 S
Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋S４
目标距离控制模式基本原理
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CTCS列Hale Waihona Puke Baidu系统
中国列车控制系统(CTCS，Chinese Train Control System)技术规范，是我国参照欧洲列车运行控制系 统(ETCS)制定的。它以分级的形式满足不同线路运 输需求，在不干扰机车乘务员正常驾驶的前提下有 效地保证列车运行的安全。 系统构成 CTCS系统由地面子系统和车载子系统组成。 • 地面子系统
列车在闭塞分区入口处接收到目标速度信号 后立即以此速度进行检查，一旦列车超速，则进 行制动使列车速度降低到目标速度以下。 – 特点
»前后车均以闭塞分区单位进行定位； »在闭塞分区内车载设备以一个允许速度防护列车； »闭塞分区长度按最差列车制动性能设计。
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CTCS基本功能 • 系统按照故障-安全原则，在任何情况下防止列 车无行车许可证运行； • 防止列车超速运行，包括列车超过进路允许速 度、线路结构规定的速度、机车车辆构造速度、 临时限速和紧急限速、铁路有关运行设备的限 速；能够以字符、数字及图形等方式显示列车 运行速度、允许速度、目标速度和目标距离； 能够实时给出列车超速、制动、允许缓解等表 示以及设备故障状态的报警； • 防止列车溜逸。
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列控系统的分类
按照地车信息传输方式分类 • 连续式列控系统：车载设备可连续接收到地面 列控设备的车-地通信信息，是列控技术应用及 发展的主流。 • 点式列控系统：接收地面信息不连续，但对列 车运行与司机操纵的监督并不间断。 • 点-连式列车运行控制系统：如我国CTCS2级， 轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连 续向列车传送控制信息。点式信息设备传输定 位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信 息。
• 出口速度检查控制方式
该方法要求列车在闭塞分区内将列车速度降低 到目标速度。设备在闭塞分区出口进行检查，如 果列车实际速度未达到目标速度以下则设备自动 进行制动。 该方法要求停车信号后方要有一段安全防护区。
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• 入口速度检查控制方式
速度-距离模式曲线 控制方式 速度-距离模式曲线控制不再对每一个闭塞分 区规定一个目标速度，而是向列车传送目标速度、 列车距目标的距离、线路条件等信息，列车实行 一次制动控制方式。 列车追踪间隔可以根据列车制动性能、车速、线 路条件调整，可以提高混跑线路的通过能力。这 种方式称为目标速度-目标距离方式(DISTANCE TO GO)。采用该方式进行连续制动，缩短了运行 间隔，提高了运输效率，增加了旅行舒适度，是 一种更理想的运行控制模式。
• CTCS1级
CTCS1级为面向160km/h以下的区段，由主体 机车信号和加强型运行监控记录装臵组成。
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• CTCS2级
CTCS2级为面向提速干线和200~250km/h客运 专线，采用车地一体化设计，基于轨道电路传输 信息的列车运行控制系统。司机凭车载信号行车， 地面一般设臵通过信号机。
地面子系统可由以下部分组成：应答器、轨道电 路、无线通信网络(GSM-R)、列车控制中心(TCC)/ 无线闭塞中心(RBC)。
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– 应答器向车载子系统发送报文信息的传输设备， 既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可 变信息。 – 轨道电路具有轨道占用检查，沿轨道连续传送地 车信息功能。 – 无线通信网络(GSM-R)是用于车载子系统和列车 控制中心进行双向信息传输的车地通信系统。 – 列车控制中心是基于安全计算机的控制系统，它 根据地面子系统或来自外部地面系统的信息，如 轨道占用信息、联锁状态等产生列车行车许可命 令，并通过车地信息传输系统传输给车载子系统， 保证列车控制中心管辖内列车的运行安全。
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国外列控系统的发展情况
西方发达国家的列车运行控制系统应用比普遍， 各种速度的铁路都有应用，但在高速铁路上的应用 更显示出其高水平和具有代表性。目前，高速铁路 在欧洲和亚洲快速发展，已通车或正在建设中的铁 路多达几十条，其列控系统各不相同，主要有法国 U/T、日本ATC和数字ATC、德国LZB80、欧洲ETCS 等系统设备。 法国高速铁路TGV区段的列控系统，车载信号 设备采用TVM300或TVM430，地对车的信息传输以 无绝缘轨道电路UM71为基础，该列控系统简称U/T 系统。
第八章 列车运行控制系统
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传统的铁路信号对列车的控制完全基于地面信 号机的显示，即列车安全运行完全依靠司机对信号 的瞭望确认和正确驾驶。伴随着铁路提速和高速铁 路的建设，铁路信号出现了重大转折，由对地面设 备的控制转向对移动列车的直接控制，且由开环控 制转向闭环控制，采用列车运行控制系统。尤其是 第六次大提速，开始采用CTCS-2级列控系统，近几 年 的 客 运 专 线 建 设 ， 开 始 大 量 采 用 CTCS-2 级 和 CTCS-3级列控系统，达到了世界先进水平。
• CTCS3级
CTCS3级为面向300~350km/h及以上客运专线， 基于无线通信网GSM-R传输列控信息，并采用轨 道电路等方式检查列车占用。点式设备主要传送 定位信息。
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• CTCS4级
CTCS4级面向高速新线或特殊线路，是完全 基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面可 取消轨道电路，不设通过信号机，由无线闭塞中 心RBC和车载系统共同完成列车定位和完整性检 查.，实现虚拟闭塞或移动闭塞。