秦沈客运专线信号系统工程设计及其借鉴意义
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秦沈客运专线机车或动车组采用长交路运营, 在长 达约 700 km 京秦沈客运通道内线路限速段落较多, 京 秦线、秦沈客运专线均有 200、160、120 km/ h 等速度段 落。为此, 控车方案确定为: 在 200 km/ h 速度段落, 采 用TVM430 超 速 防护 设 备 控车; 其 他 速度 段 落 采用 LKJ2000 运行监控记录装置与通用式机车信号结合使用 的控车方式。两种制式间的切换可以通过地面点式设 备和车载接收设备实现自动切换, 必要时可人工转换。 3 2 调度集中( CTC) 系统
22
司 20 世纪 90 年代开发研制的最新设备, 即用一套硬 件设备通过内部变量交换方式完成列控、联锁两部分 功能。2001 年 6 月 10 日正式开通的法国地中海高速 线采用 了 SEI/ TVM430 系 统设 备, 该线设 计速 度 350
铁道标准设计 RAI LWAY STANDARD DES IGN 2003( 11)
1 工程概况
秦沈客运专线新建双线区段全长 378 km, 共设 6 个车站和 22 个中继站。车站联锁道岔数分别为: 锦州 南站 16 组、盘锦北站 15 组、其他 4 站均为 11 组。车
站平均站间距为 54 km, 每 个车站或中继站信号设备 控制范围约为 15 km。
2 信号系统设计概述
秦沈客运专线信号系统是以行车指挥调度中心为 龙头, 以车站列控联锁设备为基础, 以数据通信构成的 局域网及广域网为连接链路的信号综合系统。该综合 系统主要包括列控联锁一体化系统、调度集中( CTC) 系统和信号集中监测系统, 系统构成见图 1。
3 信号系统组成及功能
3 1 SEI 列控联锁一体化系统 SEI 系统主要包括三取二列控联
锁计算机系统、UM2000 轨道电路 等, 具有较高的安全性和可靠性。SEI 设 备通过 UM2000 轨道电路进行地车连 续信息传输以实现车载设备的连续速 度控制, UM2000 轨道电路利用混频技 术实现了数字编码, 较之在我国已大 量采用的 UM71 轨道电路传输的信息 量大大地增加。 3 1 1 SEI 系统结构( 图 2)
( 3) 采用列控联锁一体化系统, 节省了大量硬件及 接口设备, 提高了系统的可用性。
( 4) 国内铁路首次采用列控安全数据局域网, 基于 信号专用光纤进行安全数据的传输。
( 5) 国内铁路首次设计了站内与区间同一种制式 的一体化轨道电路, 实现连续信息传输无 盲区 。
( 6) 列控设备具有临时限速功能, 站间限速值 160 km/ h; 区间以闭塞分区为限速单位, 限速值分别为 65 km/ h 及 30 km/ h。
( 1) TVM430 系统结构 TVM430 车载设备由 2 2 取二车载处理单元、速 度显示屏、速度表、连续信息接收天线和点式信息接受 天线等组成, 设备之间的关系详见图 4。其中, 机车信 号显示、列车运行监控记录装置等为国内设备。 ( 2) TVM430 系统速度控制方式
TVM430 系统采用数字通信技术使车 地间的信息 传输量有较大增加, 传输的信息更可靠、更安全。这些 信息除原有用于列车间隔的速度等级外, 还可满足线 路坡道、目标距离 等方面要求。因此, 其 速度监督由 TVM300 的阶梯控制方式改为连续模式曲线控制方式, 见图 5。 3 1 3 SEI/ TVM430 系统功能
轨道 电路 接收 发 送 谐补偿单元 DB( 正常情况下对轨 道电
单元; 电缆补偿匹配 路起补偿作用, 可替 代故障 后的调 谐
单元; 电气 绝缘 节、单元 BU, 并 具备串 音防 护功能, 大 大
补偿电容
降低邻频串音干 扰, 提高轨 道电路 传
输特性)
补偿电容
33 布
F, 100 m 均匀 分 22
信号
设备模拟量、开关量监测的功能。秦沈客运专线信号 集中监测系统可实现远程测试、远程监督和远程诊断 的功能, 减轻了维修人员劳动强度, 对实现 预防修 和 状态修 十分有利。
4 秦沈客运专线信号系统技术方案特点
图 5 TVM430 系统速度控制曲线( 单位: km/ h)
的信息, 根据预先输入的列车参数( 牵引总重、牵引辆 数、制动率、列车换长等) 实时计算列车当前运行允许 速度, 生成连续速度 距离控制曲线, 在司机室显示器 上显示; 同时列控车载设备实时检测列车当前运行速 度并在该显示器上显示, 司机可根据显示器上的允许 速度、目标距离和实际速度驾驶列车运行。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, 使列车制动减速, 保证列车在停车点前停车, 或 在限速点前速度降低到限速值以下。 3 1 4 与既有线兼容方案
< 26
19 2 3~ 12
设备器件
模拟、分立元件
采用数字 信号 处理 技 术( DSP)wk.baidu.com、集 中 处理单元( CPU)
23
信号
图 3 SEI 系统软件结构示意
3 1 2 TVM430 车载设备结构及速度控制方式 TVM430 系统是实现列车自动追踪和超速防护的
关键设备, 除接收地面轨道电路发送的连续数字编码 信息外, 还可 与数字点 式环线 BSP 和 模拟点式 环线 EMBO 结合, 获取地面点式信息, 与 LKJ2000 监控记录 装置接口共同完成长交路控车。
( 7) 通过点式应答器方式实现车次号的车对地传 输, 解决了以往调度集中系统不能推广使用的最主要 难题。同时, 国内开发的调度集中系统更符合我国的 运输特点和操作习惯。
秦沈新线区段采用具有辅助调度功能的调度集中
系统集中指挥列车运行, 调度中心设在沈阳铁路局调 度所。调度中心的显示设备采用大屏幕 DLP 背投设 备, 结合高分辨率 CRT 液晶显示器冗余使用。行车指 挥系统主要实现调度集中功能, 遵循 中心控制为主、 车站控制优先 的设计原则, 车站本地控制功能纳入了 CTC 系统。车站 CTC 分机与车站联锁本 地控制台合 二为一, 系统配置更加合理、优化。
SEI 系统地面设备 可根据列车运行的位置, 前后 列车之间的运行间隔、固定限速和临时限速等条件产 生列控车载系统所需要的全部地面信息, 包括列车的 目标速度、目标距离、线路坡度等, 并将这些信息通过 轨道电路发送给车载设备。车载设备接收轨道传输来
图 4 TVM430 车载设备结构示意
24
铁道标准设计 RAI LWAY STANDARD DES IGN 2003( 11)
列控联锁一体化系统是利用法国政府贷款招标采 购的 SEI/ TVM430 系统设备。该系统 是法国 CSEE 公
图 1 信号系统构成示意
收稿日期: 2003 10 06 第一作者简介: 聂 影( 1960 ) , 女, 高 级工程师, 1982 年毕 业于北方 交 通大学铁道信号与自动控制专业, 工学学士。
图 2 SEI 系统结构示意
表 1 UM2000 与 UM71 轨道 电路主要异同对比
设备名称 载频/ Hz 信息量 编码方式
UM71
18 个单频 继电编码
UM2000 1 700、2 000、2 300、2 600
27 个低频混频后可产生 221 bit 信息 计算机实现数字编码
设备组成
室内增加 SEI 控 制中 心, 室外 增加 调
km/ h, 运营速度 320 km/ h, 设计行车间隔为 3 min。 调度集中系统为铁道科学研究院研制的 D6 型调
度集中系统, 系统集成度较高, 可实现按运行计划自动 排列进路, 指挥全线列车运行。调度中心设于沈阳。
信号集中监测系统由列控联锁一体化监测系统、 微机监测系统和环境监测系统组成, 完成 SEI 冗余体 系监测、系统设备参数及工作状态监测和诊断、信号基 础设备状态监测、环境监测等内容, 并实现了车站或中 继站的监测设备与锦州南综合维修基地的维修中心监 测设备联网集中监测。
铁道标准设计 RAI LWAY STANDARD DESI GN 2003( 11)
( 1) 不设置区间通过信号机, 车载速度显示成为行 车凭证。采用自律分布式、模块化结构的列车运行控 制系统, 与传统三显示、四显示自动闭塞相比, 有了质 的进步。
( 2) 秦沈新线正方向运行按照 5 min 间隔布点, 反 方向亦可追踪运行。
在新线车站的正逆向进站口及两端既有线接轨站 的出站口均设置了车次号确认点式应答器, 实现了车 次号的自动确认, 提高了调度集中系统的可用性。 3 3 信号集中监测系统
信号集中监测系统承担着信号设备的在线检测任 务, 为满足信号系统的可利用性和实现信号基础设备 的状态修起着重要的作用。信号集中监测系统主要完 成对 SEI 系统的冗余结构体系进行监测和对基础信号
F, 载频不同, 步长不同
空芯 线圈 和调 谐 单 元
设于轨旁
设于轨间, 增加串音防护单元
配套点式环线
模拟点式环线 ( EMBO) , 继电器编码
数字点式环线( BSP) , 计算机编码
接收 端最 小短 路 电
流/ mA
500
道岔区段 1 600; 无岔区段 800
轨道电路调谐区/ m
26
轨道电路死区段/ m
中图分类号: U284 文献标识码: B 文章编号: 1004 2954 ( 2003) 11 0022 05
秦沈客运专线作为我国第一条时速达 200 km 的 客运专线, 其信号系统的设计集中体现了客运专线运 行速度高、技术含量高、质量要求高的建设特点; 同时, 作为信号系统核心的 SEI/ TVM430 列控联锁一体化系 统符合铁路信号系统综合化、通信信号一体化的发展 趋势, 将对其他客运专线的建设提供借鉴。
铁道标准设计 RAI LWAY STANDARD DESI GN 2003( 11)
信号
负责 SEI 设备的安全和可用性; 二是应用软件, 可以根 据参数进行修改。软件结构见图 3。
( 3) UM2000 数字编码轨道电路 UM2000 型轨道电路共应用了 28 种低频信号, 其 中前 27 种用于信息编码, 第 28 种低频( 25 68 Hz) 用于 占用出清检测。27 bit 信息中有效信息为 21 bit , 本线 实际使用了 18 bit。信息使用分配如下: 循环冗余校 验码( CRC) , 共 6 bit ; 坡度信息, 共 4 bit, 可将坡度划 分成 16 个等级; 目标距离信息, 共 6 bit , 可将目标距 离分成 64 种情况; 速度信息, 共 8 bit , 最多 256 种速 度码; 预留信息, 3 bit。 UM2000 轨道电路是在 UM71 轨道电 路基础上改 进发展起来的, 两者主要异同点如表 1 所示。
信号
秦沈客运专线信号系统工程设计及其借鉴意义
聂 影, 王海忠
( 铁道第三勘察设计院电信处 天津 300142)
摘 要: 介绍秦沈客运专线信号系统的总体设计, 对系统构 成、系统 功能、工程设计要 点等进 行了简 要介绍 和分析, 阐明对类似客运专线建设可引以为借鉴的观点和建议。
关键词: 秦沈客运专线; 信号; 设计; 意义
( 1) SEI 系统硬件结构 每套 SEI 设备 由以 下 4 种机 柜 组成。 第一种为 应用机柜 ( BAP) , 采 用 三取二结构, 含 3 个 应用组匣( PAP) , 完成联锁运算、 列控编码等功能。对设置于区间中继站的 SEI 设备仅 完成列控编码等功能。 第二种为外围接口柜( BIP) , 最多包括 6 个外围接 口组匣( PIP ) , 控制并行输入/ 出, 安全/ 非安全条件接 口, 包括轨道电路、信号机、道岔等采集驱动条件和点 式环线控制接口及安全型继电器接口。 第三种为轨道接口柜( BIV) , 最多含 6 个轨道接口 组匣( DPIV) , 每个组匣可安装 2 套轨道电路发送接收 设备。 第四种为本地维护机柜( SILAM) , 负责 SEI 系统设 备的在线监测, 提供维护人员维修信息。 ( 2) SEI 系统软件结构 SEI 系统选择 ADA95 语言用于安全软件编程, 该 语言 是 由 国 际 标 准 化 组 织 ( ISO - ANSI ) 验 证、由 CENELEC组织推荐使用的。 总的来说, SEI 软件分为两部 分: 一是基 本软件,
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司 20 世纪 90 年代开发研制的最新设备, 即用一套硬 件设备通过内部变量交换方式完成列控、联锁两部分 功能。2001 年 6 月 10 日正式开通的法国地中海高速 线采用 了 SEI/ TVM430 系 统设 备, 该线设 计速 度 350
铁道标准设计 RAI LWAY STANDARD DES IGN 2003( 11)
1 工程概况
秦沈客运专线新建双线区段全长 378 km, 共设 6 个车站和 22 个中继站。车站联锁道岔数分别为: 锦州 南站 16 组、盘锦北站 15 组、其他 4 站均为 11 组。车
站平均站间距为 54 km, 每 个车站或中继站信号设备 控制范围约为 15 km。
2 信号系统设计概述
秦沈客运专线信号系统是以行车指挥调度中心为 龙头, 以车站列控联锁设备为基础, 以数据通信构成的 局域网及广域网为连接链路的信号综合系统。该综合 系统主要包括列控联锁一体化系统、调度集中( CTC) 系统和信号集中监测系统, 系统构成见图 1。
3 信号系统组成及功能
3 1 SEI 列控联锁一体化系统 SEI 系统主要包括三取二列控联
锁计算机系统、UM2000 轨道电路 等, 具有较高的安全性和可靠性。SEI 设 备通过 UM2000 轨道电路进行地车连 续信息传输以实现车载设备的连续速 度控制, UM2000 轨道电路利用混频技 术实现了数字编码, 较之在我国已大 量采用的 UM71 轨道电路传输的信息 量大大地增加。 3 1 1 SEI 系统结构( 图 2)
( 3) 采用列控联锁一体化系统, 节省了大量硬件及 接口设备, 提高了系统的可用性。
( 4) 国内铁路首次采用列控安全数据局域网, 基于 信号专用光纤进行安全数据的传输。
( 5) 国内铁路首次设计了站内与区间同一种制式 的一体化轨道电路, 实现连续信息传输无 盲区 。
( 6) 列控设备具有临时限速功能, 站间限速值 160 km/ h; 区间以闭塞分区为限速单位, 限速值分别为 65 km/ h 及 30 km/ h。
( 1) TVM430 系统结构 TVM430 车载设备由 2 2 取二车载处理单元、速 度显示屏、速度表、连续信息接收天线和点式信息接受 天线等组成, 设备之间的关系详见图 4。其中, 机车信 号显示、列车运行监控记录装置等为国内设备。 ( 2) TVM430 系统速度控制方式
TVM430 系统采用数字通信技术使车 地间的信息 传输量有较大增加, 传输的信息更可靠、更安全。这些 信息除原有用于列车间隔的速度等级外, 还可满足线 路坡道、目标距离 等方面要求。因此, 其 速度监督由 TVM300 的阶梯控制方式改为连续模式曲线控制方式, 见图 5。 3 1 3 SEI/ TVM430 系统功能
轨道 电路 接收 发 送 谐补偿单元 DB( 正常情况下对轨 道电
单元; 电缆补偿匹配 路起补偿作用, 可替 代故障 后的调 谐
单元; 电气 绝缘 节、单元 BU, 并 具备串 音防 护功能, 大 大
补偿电容
降低邻频串音干 扰, 提高轨 道电路 传
输特性)
补偿电容
33 布
F, 100 m 均匀 分 22
信号
设备模拟量、开关量监测的功能。秦沈客运专线信号 集中监测系统可实现远程测试、远程监督和远程诊断 的功能, 减轻了维修人员劳动强度, 对实现 预防修 和 状态修 十分有利。
4 秦沈客运专线信号系统技术方案特点
图 5 TVM430 系统速度控制曲线( 单位: km/ h)
的信息, 根据预先输入的列车参数( 牵引总重、牵引辆 数、制动率、列车换长等) 实时计算列车当前运行允许 速度, 生成连续速度 距离控制曲线, 在司机室显示器 上显示; 同时列控车载设备实时检测列车当前运行速 度并在该显示器上显示, 司机可根据显示器上的允许 速度、目标距离和实际速度驾驶列车运行。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, 使列车制动减速, 保证列车在停车点前停车, 或 在限速点前速度降低到限速值以下。 3 1 4 与既有线兼容方案
< 26
19 2 3~ 12
设备器件
模拟、分立元件
采用数字 信号 处理 技 术( DSP)wk.baidu.com、集 中 处理单元( CPU)
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信号
图 3 SEI 系统软件结构示意
3 1 2 TVM430 车载设备结构及速度控制方式 TVM430 系统是实现列车自动追踪和超速防护的
关键设备, 除接收地面轨道电路发送的连续数字编码 信息外, 还可 与数字点 式环线 BSP 和 模拟点式 环线 EMBO 结合, 获取地面点式信息, 与 LKJ2000 监控记录 装置接口共同完成长交路控车。
( 7) 通过点式应答器方式实现车次号的车对地传 输, 解决了以往调度集中系统不能推广使用的最主要 难题。同时, 国内开发的调度集中系统更符合我国的 运输特点和操作习惯。
秦沈新线区段采用具有辅助调度功能的调度集中
系统集中指挥列车运行, 调度中心设在沈阳铁路局调 度所。调度中心的显示设备采用大屏幕 DLP 背投设 备, 结合高分辨率 CRT 液晶显示器冗余使用。行车指 挥系统主要实现调度集中功能, 遵循 中心控制为主、 车站控制优先 的设计原则, 车站本地控制功能纳入了 CTC 系统。车站 CTC 分机与车站联锁本 地控制台合 二为一, 系统配置更加合理、优化。
SEI 系统地面设备 可根据列车运行的位置, 前后 列车之间的运行间隔、固定限速和临时限速等条件产 生列控车载系统所需要的全部地面信息, 包括列车的 目标速度、目标距离、线路坡度等, 并将这些信息通过 轨道电路发送给车载设备。车载设备接收轨道传输来
图 4 TVM430 车载设备结构示意
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铁道标准设计 RAI LWAY STANDARD DES IGN 2003( 11)
列控联锁一体化系统是利用法国政府贷款招标采 购的 SEI/ TVM430 系统设备。该系统 是法国 CSEE 公
图 1 信号系统构成示意
收稿日期: 2003 10 06 第一作者简介: 聂 影( 1960 ) , 女, 高 级工程师, 1982 年毕 业于北方 交 通大学铁道信号与自动控制专业, 工学学士。
图 2 SEI 系统结构示意
表 1 UM2000 与 UM71 轨道 电路主要异同对比
设备名称 载频/ Hz 信息量 编码方式
UM71
18 个单频 继电编码
UM2000 1 700、2 000、2 300、2 600
27 个低频混频后可产生 221 bit 信息 计算机实现数字编码
设备组成
室内增加 SEI 控 制中 心, 室外 增加 调
km/ h, 运营速度 320 km/ h, 设计行车间隔为 3 min。 调度集中系统为铁道科学研究院研制的 D6 型调
度集中系统, 系统集成度较高, 可实现按运行计划自动 排列进路, 指挥全线列车运行。调度中心设于沈阳。
信号集中监测系统由列控联锁一体化监测系统、 微机监测系统和环境监测系统组成, 完成 SEI 冗余体 系监测、系统设备参数及工作状态监测和诊断、信号基 础设备状态监测、环境监测等内容, 并实现了车站或中 继站的监测设备与锦州南综合维修基地的维修中心监 测设备联网集中监测。
铁道标准设计 RAI LWAY STANDARD DESI GN 2003( 11)
( 1) 不设置区间通过信号机, 车载速度显示成为行 车凭证。采用自律分布式、模块化结构的列车运行控 制系统, 与传统三显示、四显示自动闭塞相比, 有了质 的进步。
( 2) 秦沈新线正方向运行按照 5 min 间隔布点, 反 方向亦可追踪运行。
在新线车站的正逆向进站口及两端既有线接轨站 的出站口均设置了车次号确认点式应答器, 实现了车 次号的自动确认, 提高了调度集中系统的可用性。 3 3 信号集中监测系统
信号集中监测系统承担着信号设备的在线检测任 务, 为满足信号系统的可利用性和实现信号基础设备 的状态修起着重要的作用。信号集中监测系统主要完 成对 SEI 系统的冗余结构体系进行监测和对基础信号
F, 载频不同, 步长不同
空芯 线圈 和调 谐 单 元
设于轨旁
设于轨间, 增加串音防护单元
配套点式环线
模拟点式环线 ( EMBO) , 继电器编码
数字点式环线( BSP) , 计算机编码
接收 端最 小短 路 电
流/ mA
500
道岔区段 1 600; 无岔区段 800
轨道电路调谐区/ m
26
轨道电路死区段/ m
中图分类号: U284 文献标识码: B 文章编号: 1004 2954 ( 2003) 11 0022 05
秦沈客运专线作为我国第一条时速达 200 km 的 客运专线, 其信号系统的设计集中体现了客运专线运 行速度高、技术含量高、质量要求高的建设特点; 同时, 作为信号系统核心的 SEI/ TVM430 列控联锁一体化系 统符合铁路信号系统综合化、通信信号一体化的发展 趋势, 将对其他客运专线的建设提供借鉴。
铁道标准设计 RAI LWAY STANDARD DESI GN 2003( 11)
信号
负责 SEI 设备的安全和可用性; 二是应用软件, 可以根 据参数进行修改。软件结构见图 3。
( 3) UM2000 数字编码轨道电路 UM2000 型轨道电路共应用了 28 种低频信号, 其 中前 27 种用于信息编码, 第 28 种低频( 25 68 Hz) 用于 占用出清检测。27 bit 信息中有效信息为 21 bit , 本线 实际使用了 18 bit。信息使用分配如下: 循环冗余校 验码( CRC) , 共 6 bit ; 坡度信息, 共 4 bit, 可将坡度划 分成 16 个等级; 目标距离信息, 共 6 bit , 可将目标距 离分成 64 种情况; 速度信息, 共 8 bit , 最多 256 种速 度码; 预留信息, 3 bit。 UM2000 轨道电路是在 UM71 轨道电 路基础上改 进发展起来的, 两者主要异同点如表 1 所示。
信号
秦沈客运专线信号系统工程设计及其借鉴意义
聂 影, 王海忠
( 铁道第三勘察设计院电信处 天津 300142)
摘 要: 介绍秦沈客运专线信号系统的总体设计, 对系统构 成、系统 功能、工程设计要 点等进 行了简 要介绍 和分析, 阐明对类似客运专线建设可引以为借鉴的观点和建议。
关键词: 秦沈客运专线; 信号; 设计; 意义
( 1) SEI 系统硬件结构 每套 SEI 设备 由以 下 4 种机 柜 组成。 第一种为 应用机柜 ( BAP) , 采 用 三取二结构, 含 3 个 应用组匣( PAP) , 完成联锁运算、 列控编码等功能。对设置于区间中继站的 SEI 设备仅 完成列控编码等功能。 第二种为外围接口柜( BIP) , 最多包括 6 个外围接 口组匣( PIP ) , 控制并行输入/ 出, 安全/ 非安全条件接 口, 包括轨道电路、信号机、道岔等采集驱动条件和点 式环线控制接口及安全型继电器接口。 第三种为轨道接口柜( BIV) , 最多含 6 个轨道接口 组匣( DPIV) , 每个组匣可安装 2 套轨道电路发送接收 设备。 第四种为本地维护机柜( SILAM) , 负责 SEI 系统设 备的在线监测, 提供维护人员维修信息。 ( 2) SEI 系统软件结构 SEI 系统选择 ADA95 语言用于安全软件编程, 该 语言 是 由 国 际 标 准 化 组 织 ( ISO - ANSI ) 验 证、由 CENELEC组织推荐使用的。 总的来说, SEI 软件分为两部 分: 一是基 本软件,