现代铁路信号控制系统

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铁路通信信号系统是铁路运输的基础设施，是实现铁路统一指挥调度，保证列车运行安全、提高运输效率和质量的关键技术设备，也是铁路信息化技术的重要技术领域。

现代信息类技术的迅速发展。对铁路信号、通信产品和服务产生了重要影响。铁路通信和信号技术，以及现代铁路信息化系统之间的关系和作用变得密不可分。车站、区间和列车控制的一体化，铁路通信信号技术的相互融合，以及行车调度指挥自动化等技术，冲破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路通信信号技术向数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展。

在列车运行控制技术方面，计算机、通信、控制技术与信号技术集成为一个自动化水平很高的列车运行自动控制系统（简称列控系统）。列控系统不仅在行车安全方面提供了根本保障，而且在行车自动化控制、运营效率的提高及管理自动化等方面，提供了完善的功能，并向着运输综合自动化的方向发展。列控系统技术是现代化铁路的重要标志之一。

随着列车速度的提高，列车的运行安全除了以进路保证外，还必须以专用的安全设备，监督、强迫列车(司机)执行。这些安全设备从初级的列车自动停车装置、自动告警装置、列车速度自动监督系统(或列车速度自动检查装置)发展到列车速度自动控制系统。

列车自动控制系统(ATC)—般指系统设备（包括地面设备和车载设备），同时也是一种闭塞方式，主要包括：

1．以调度集中系统CTC为核心，综合集成为调度指挥控制中心。

2．以车站计算机联锁系统为核心，综合集成为车站控制中心。

3．以列车速度防护与控制为核心，综合集成为列车（车载）运行控制系统。

4、以移动通信（例如GSM-R）平台，构建通信信号一体化的总成系统（例如CTCS）。

列车自动控制系统(ATC)的主要功能有四项：

·检查列车在线路上的位置(列车检测)。

·形成速度信号(调整列车间隔)。

·向列车发送速度信号或目标距离信号(信号传输)。

·按速度或目标距离信号控制列车制动(制动控制)。

上述一至三项功能由地面没备完成，第四项功能由车载设备完成。

本章主要容为200km/h动车组司机驾驶所需要的列控ATP技术和GSM-R系统中的无线列调功能。

第一节列控ATP系统技术原理

一．列控ATP系统的组成与功能

列控ATP是列车超速防护和机车信号系统的一体化系统，列控ATP系统主要由车载设备及地面设备两大部分组成，地面设备与车载设备一起才能完成列车运行控制的功能。

图1.1.1是列车运行控制系统地面设备原理框图。

图1.1.1 列车运行控制系统地面设备原理框图

地面控制中心通过电缆与铁路线上的轨道电路、信号机、应答器等设备相连。主要完成列车位置检测、形成速度信号及目的距离等信号，并将此信号传递给列车，车载设备将按照速度信号控制列车制动。

列控ATP系统车载设备原理框图见图1.1.2。

图1.1.2列控系统车载设备原理框图

车载设备主要由天线、信号接收单元、制动控制单元、司机显示器、速度传感器等组成。

机车头部的天线接收到地面的速度命令及目的距离等信号，经过信号接收单元放大、滤波、解调后，将此命令的数据送到司机显示器和制动控制单元。制动控制单元收到速度传感器传送的信号，测量出列车的实际速度，将实际速度与信号命令比较，如果判断列车需要制动，则产生制动信号，直接控制列车制动系统。列车就会自动减速或停车。

列控ATP系统主要功能是：

1．防止列车冒进关闭的信号机；

2．防止列车错误出发；

3．防止列车退行；

4．防止列车超速通过道岔；

5．防止列车超过线路允许的最大速度；

6．监督列车通过临时限速区段；

7．在出入库无信号区段限制列车速度。

为保证列车运行控制系统不间断地工作和加强设备的维修与管理，在列车运行控制系统的地面和车上都安装有监视设备。

地面监视系统可以检测信号机、轨道电路、地面控制中心的接收和发送设备等。检测结果可以在维修工区显示及储存，也可以通过通信网送往维修基地和调度中心。设备异常前数

小时信号设备动作情况可以保存下来，供故障分析用。

车上监视设备可以将列车运行过程中速度信号、制动装置动作以及列车实际速度和司机操作等状态保存下来。一般可保存12～72 h有关运行安全的资料。

二．列控ATP系统技术原理

国外铁路采用的列控系统主要有：日本新干线ATC系统，法国TGV铁路和韩国高速铁路的TVM300及TVM430系统，德国及西班牙铁路采用的LZB系统，及瑞典铁路的EBICA900系统等。

各国的列车自动控制系统都具有自己的特点，有不同的技术条件和适应围。

1．列控ATP系统技术的分类

（1）按照地面向机车传送信号的连续性来分类，分为两种类型：

①连续式列控系统，如：德国LZB系统、法国TVM系统、日本数字ATC系统。

连续式列控系统的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。

采用连续式列车速度控制的日本新干线列车追踪间隔为5 min，法国TGV北部线区间能力甚至达到3 min。连续式列控系统可细分为阶梯速度控制方式和曲线速度控制方式。

②点式列控系统，如：瑞典EBICAB系统。

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，因此也有很好的安全防护效能。

（2）按照列车速度防护方式，分为两种类型：

①阶梯控制方式

出口速度检查方式，如：法国TVM300系统

入口速度检查方式，如：日本新干线传统ATC系统

②曲线控制方式

分级曲线模式，如：法国TVM430系统、

速度-距离模式，如：德国LZB系统，日本新干线数字ATC系统

（3）按照人机关系来分类，分为两种类型：

①设备优先控制的方式。如：日本新干线ATC系统。

②司机优先控制方式，如：法国TVM300／430系统、德国LZB系统

2．阶梯控制方式技术原理

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的速度判定列车是否超速。

阶梯控制方式可不需要距离信息，只要在停车信号与最高速度间增加若干中间速度信号，即可实现阶梯控制方式。因此轨道信息量较少，设备相对比较简单，这种传统的控制方式是目前高速铁路最普遍采用的控制方式。

阶梯控制又分为出口速度检查和人口速度检查两种方式。

（1）出口速度检查控制方式

法国TGV300系统采用了这种方式，该方式要求列车在闭塞分区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。

阶梯控制出口速度检查方式示意图见图1-1-3。

图1-1-3阶梯控制出口速度检查方式示意图