交通运输信号第8章分析课件.ppt

1、7:0417:042 主要内容7:043 现代列车运行的自动控制过程包括了几个方面：关于列车起、停车和加、减速控制，对于行车安全来说，最关键的是防止超速运行和停车控制；保证列车追踪运行时的行车安全和通过能力，取决于闭塞方式；7:044 沿线车站上列车的到达、出发和通过进路的开放，以便列车及时交会和越行；（列车的交会越行控制）7:045 （交会越行控制）运行调整进路控制（调度）系统行车指挥间隔控制速度控制控制系统列车运行系统运行控制自动化7:0468.1.1 CTCS简介简介CTCS（Chinese Train Control System)是中国列车运行是中国列车运行控制系统的英文缩写，是参照

2、欧洲列车运行控制系统控制系统的英文缩写，是参照欧洲列车运行控制系统（ETCS）形成的。）形成的。CTCS系统有两个子系统，即车载子系系统有两个子系统，即车载子系统和地面子系统。统和地面子系统。地面子系统主要由应答器、轨道电路、无线通信网络地面子系统主要由应答器、轨道电路、无线通信网络（GSM-R）、列车控制中心（）、列车控制中心（TCT）/无线闭塞中心（无线闭塞中心（RBC）等组成。其中等组成。其中GSM-R不属于不属于CTCS设备，但是重要组成部分。设备，但是重要组成部分。车载子系统主要由车载子系统主要由CTCS车载设备、无线系统车载模块组车载设备、无线系统车载模块组成。成。7:0478.1

3、.2 CTCS应用等级应用等级(以下简称以下简称L0)：由：由通用机通用机车信号车信号+列车运行监控装置列车运行监控装置组成，为既有干线组成，为既有干线上应用的系统。上应用的系统。160km/h 特点：特点：线路储存线路储存固定自动闭塞（四显示）固定自动闭塞（四显示）目标距离分级制动模式目标距离分级制动模式-参考参考非真正意义列车运行控制系统非真正意义列车运行控制系统7:0488.1.2 CTCS应用等级应用等级(以下简称以下简称L1)：由：由组成，点式组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。速防护功能。160km/hl特点：特点：点式

4、设备点式设备+轨道电路进行信息传递轨道电路进行信息传递可取消地面信号机，准移动闭塞可取消地面信号机，准移动闭塞目标距离一次制动模式目标距离一次制动模式7:04108.1.2 CTCS应用等级应用等级lCTCS应用等级应用等级3(以下简称以下简称L3)：是基于：是基于无线传无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车的列车运行控制系统。点式设备主要传送定位信息。运行控制系统。点式设备主要传送定位信息。160km/hl特点：特点：轨道电路轨道电路+点式设备点式设备+无线通信无线通信双向实时双向实时l7:04118.1.2 CTCS应用等级应用等级lCTC

5、S应用等级应用等级4(以下简称以下简称L4)：是：是完全基完全基于无线传输信息的列车运行控制系统于无线传输信息的列车运行控制系统。地面。地面可取消轨道电路，由可取消轨道电路，由RBC和车载验证系统共和车载验证系统共同完成列车定位和完整性检查，实现同完成列车定位和完整性检查，实现虚拟闭虚拟闭塞或移动闭塞塞或移动闭塞。160km/hl特点特点无线通讯无线通讯+点式设备点式设备无线通讯检测列车占用和定位无线通讯检测列车占用和定位移动闭塞或虚拟闭塞移动闭塞或虚拟闭塞7:0412应用等级应用等级L0L1L2L3L4控制模式控制模式目标距离目标距离目标距离目标距离目标距离目标距离目标距离目标距离目标距离目

6、标距离闭塞方式闭塞方式固定闭塞或固定闭塞或准移动闭塞准移动闭塞准移动闭塞准移动闭塞准移动闭塞准移动闭塞准移动闭塞准移动闭塞移动闭塞或移动闭塞或虚拟闭塞虚拟闭塞制动方式制动方式分级式分级式分级式分级式一次连续一次连续一次连续一次连续一次连续一次连续轨道占用检轨道占用检查查轨道电路轨道电路轨道电路轨道电路轨道电路轨道电路轨道电路轨道电路无线定位，无线定位，应答器校正应答器校正地对车信息地对车信息传输传输多信息轨道多信息轨道电路电路+点式设点式设备备多信息轨道多信息轨道电路电路+点式设点式设备备多信息轨道多信息轨道电路电路+点式设点式设备；或数字备；或数字轨道电路轨道电路无线通信双无线通信双向信息传

7、输向信息传输无线通信双无线通信双向通信传输向通信传输列车运行间列车运行间隔隔按固定闭塞按固定闭塞运行，大于运行，大于L设为对照值设为对照值LLL小于小于L线路数据来线路数据来源源大贮存于车大贮存于车载数据库载数据库大贮存于车大贮存于车载数据库载数据库应答器提供应答器提供；或由数字；或由数字轨道电路提轨道电路提供供无线通信提无线通信提供供无线通信提无线通信提供供对应对应ETCS级级ETCS1级级ETCS21级级ETCS3级级7:04138.2.1 概述概述l我国客运专线采用我国客运专线采用CTCS2级列控系统，该系统级列控系统，该系统地面信号为地面信号为ZPW-2000A轨道电路的移频自动闭塞系

8、轨道电路的移频自动闭塞系统。统。l ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞是在法国型无绝缘移频自动闭塞是在法国UM71无绝缘轨道电路技术基础上，结合国情进行无绝缘轨道电路技术基础上，结合国情进行的技术再开发。在轨道电路传输安全性、传输长度、的技术再开发。在轨道电路传输安全性、传输长度、系统可靠性以及结合国情提高技术性能价格比、降系统可靠性以及结合国情提高技术性能价格比、降低工程造价上都有了提高低工程造价上都有了提高。7:04148.2.1 概述概述1）采用载频：）采用载频：1700、2000、2300、2600Hz2）低频：）低频：18种频率，种频率，10.3、11.4、12.5、。、。29H

9、z，间隔，间隔1.1Hz。3）电气绝缘，调谐区）电气绝缘，调谐区29m7:04158.2.2 系统构成系统构成7:04168.2.2 系统构成系统构成一、室外部分一、室外部分1）调谐区）调谐区-29m-电气绝缘节电气绝缘节2）机械绝缘节）机械绝缘节由机械绝缘节空心线圈与调谐单元并联而成。由机械绝缘节空心线圈与调谐单元并联而成。3）匹配变压器）匹配变压器4）补偿电容）补偿电容保证轨道电路良好传输性能。保证轨道电路良好传输性能。5）传输电缆）传输电缆6）调谐设备引接线）调谐设备引接线7:04178.2.2 系统构成系统构成二、室内部分二、室内部分1）模拟网络盘）模拟网络盘用于用于spt电缆的补偿电

10、缆的补偿2）发送器）发送器用于向轨道电路发送移频信号。用于向轨道电路发送移频信号。3）接收器）接收器用于接收主轨道电路和相邻区段在调谐区小轨用于接收主轨道电路和相邻区段在调谐区小轨道电路形成的信号。动作本轨道继电器，向相道电路形成的信号。动作本轨道继电器，向相邻区段提供小轨道继电器动作条件。邻区段提供小轨道继电器动作条件。4）衰耗盘）衰耗盘7:04188.2.3 信息定义信息定义序号12345678信息名称L5码L4码L3码L2码L码LU码LU2码U码机车信号显示L绿L绿L绿L绿L绿LU绿黄U黄U黄频率Hz21.323.510.312.511.413.615.816.9地面信号显示LLLLLL

11、LLU序号910111213141516信息名称U2S码U2码U3码UUS码UU码 HB码 HU码H码机车信号显示U2S黄闪U2黄2U黄UUS双黄闪UU双黄HUS红黄闪HU红黄H红频率Hz20.214.722.419.118.024.626.829.0地面信号显示LU或ULU或UUUUUUH7:04198.2.4 技术特点技术特点l1、充分保持法国、充分保持法国UM71无绝缘轨道电路整无绝缘轨道电路整体结构上的优势。体结构上的优势。l2、解决了调谐区断轨检查，实现轨道电路、解决了调谐区断轨检查，实现轨道电路全程断轨检查。全程断轨检查。l3、减少调谐区分路死区。、减少调谐区分路死区。l4、实现对

12、调谐单元断线故障的检查。、实现对调谐单元断线故障的检查。l5、通过系统参数优化，提高了轨道电路传、通过系统参数优化，提高了轨道电路传输长度。输长度。l6、实现了机械绝缘节轨道电路与电气绝缘、实现了机械绝缘节轨道电路与电气绝缘节轨道电路等长度传输。节轨道电路等长度传输。7:0420序号轨道电路类型使用条件传输长度安全性可靠性主要技术措施7.5kmzc03电缆10kmspt电缆0.15分路灵敏度1.05分路灵敏度电气绝缘节电气-机械绝缘节1UM71900m调谐区无断轨检查，分路死区20m单机800m2ZPW-2000A1500m全程断轨检查，分路死区不大于5m发送N+1，接收成对0.5+0.5并联

13、运用1、传输通道参数优化2、数字解调，提高抗干扰能力7:0421 一、概述一、概述 TVM430系统于1993年在法国第三条高速铁路北方线首先投入使用，时速已达320km/h。配合TVM430系统，对UM71无绝缘轨道电路进行了数字化改造，称为UM2000无绝缘轨道电路。7:0422 二、二、UM2000与与UM71的异同点的异同点l UM2000轨道电路是在UM71轨道电路基础上改进发展起来，两者核心设备和技术关键具有本质区别。7:04237:04248.4.1 概述 1980年后，我国铁路推广机车信号、列车自动停车和无线列调三项设备，称为列车三大件。列车自动停车装置从ZTL-1型发展到ZT

14、L-3型，在我国铁路迅速普及。机车三项设备的普及，对列车运行安全起到一定的作用。国产自动停车装置由于可以由司机解除作用，存在一定安全隐患。7:0425在京广线郑武电气化改造工程中，引进了U-T系统，其中TVM300就是与UM71轨道电路配套使用的列车超速防护系统。TVM300采用滞后的大台阶速度分级控制模式，地面自动闭塞必须设置双红灯防护区段，列车超速防护的制动方式只有一个接口(在法国TGV采用最大常用制动，在我国采用紧急制动方式)。经实践检验，TVM300系统用在我国站间距小、客货混运的繁忙干线区段，再加上国内工程配套存在的种种问题，在运用中出现了较多问题。7:0426l 目前，研制或引进已

15、投入运营或进行试验的超速防护系统有：京广线郑武段投入运营的TVM300系统；广深线投入运营的ZLSK和LSK系统；京九线商阜段试验的LCF系统；通过北京环行铁道试验线试验的为秦沈客运专线研发的点连式LSK-2000和LCF-200系统；在秦沈客运专线投入运营的TVM430系统。l 但是，就全国铁路而言，还没有建立起完整的列车运行控制系统。7:04278.4.2 ATP概念 ATP(Automatic Train Protection)，即列车运行超速防护系统。ATP车载设备依据来自轨道电路和点式设备的信息，和列车构造速度、制动性能计算出控制曲线。当列车在允许速度控制曲线以下运行时，ATP车载设

16、备相当于“机车信号”；当列车的实际运行速度接近、超过允许速度曲线时，ATP车载设备就报警、卸载、制动，起到防止“两冒一超”的安全作用。主要功能有：停车点防护、超速防护、列车间隔控制(移动闭塞时)、测速测距、车门控制。7:04288.4.3 ATP分类 ATP按地面信息的传输方式分为点式和连续式两种。1、点式ATP地面应答器向列车传送每一信号点的允许速度、目标速度、目标距离、线路坡度、信号机号码等信息。缺点是信息不实时、不连续，难以胜任列车密度大的情况。2、连续式ATP1）轨道电路方式受到道床环境、邻线干扰和外界干扰，集肤效应非常明显，传输距离也受到限制。2）轨间电缆方式由于轨道电缆及其铺设方法

17、与机械化养路作业存在着矛盾，以及造价和维修费用高等原因，未得到推广。3）无线方式精度偏低7:04298.4.4 ATP制动模式 ATP按制动模式不同分为分级制动模式和一级制动模式。1、分级制动模式分级制动模式又分为阶梯型和曲线型。a）阶梯型分级制动模式俗称大台阶型。它将一个列车全制动距离划分为34个闭塞分区，每一闭塞分区根据与前行列车的距离来确定限速值。如法国TGV速度控制即采用该方式。b）曲线形分级制动模式曲线式分级速度控制根据列车运行的速度分级，每一个闭塞分区给出一段速度控制曲线，对列车运行进行速度控制 7:04307:04317:0432l8.4.4 ATP制动模式l大台阶型分级制动模式

18、缺点：1）滞后监督方式，即在闭塞分区出口才监督是否超速，所以为确保安全，必须设有“保护区段”。2）不能区分制动性能不同的列车，一律按制动性能差的列车布点，影响高性能列车的效能；3）段段考虑设备应变时间，影响通过能力；4）保护区段在进站口影响运输能力。7:04338.4.4 ATP制动模式 2、一级制动模式一级制动是按目标距离制动的。根据距前行列车的距离或距前方停车点的距离，由控制中心或车载计算机根据目标距离、列车参数和线路参数计算出列车制动模式曲线，或由车载计算机予以计算，按制动模式曲线控制列车运行。一级制动方式最能合理地控制列车运行速度，是列车自动控制技术的发展方向。7:04347:0435

19、l一级制动模式特点：l1）不需增加一个闭塞分区作为安全防护区段，减少了追踪间隔；l2）需要一个制动距离内所有的线路参数，地对车信息传输的信息量较大；l3）适用于各种不同性能和速度列车的混合运行，其追踪运行间隔要比分级速度控制小；l4）减速比较平稳，旅客的适舒度较高。7:0436l8.4.4 列车测速和测距l1、测速列车运行速度的测量非常重要lA、方法分类1）车载设备自测l测速发电机、路程脉冲发生器、光电式传感器和霍尔式脉冲转速传感器等方法2）系统测量l系统测量有卫星测速和雷达测速等方法。7:0437l8.4.4 列车测速和测距lB、测速方法介绍l1）测速发电机测速发电机安装在车轮轴头上，它发出

20、的电压与车速成正比，该电压经处理后产生模拟量和数字量两个输出，分别用来驱动速度表和进入车上主机用于速度比较。测速发电机简单，但在低速范围内精度较差，可靠性也不高。l2）路程脉冲发生器其核心部件是一个16极的凸轮，随着车轮的转动，发生一系列脉冲，车速越快，脉冲数越多，只要在一定时间内记录下脉冲的数目，即能换算成列车的实际速度。7:0438l8.4.4 列车测速和测距lB、测速方法介绍l3）光电式传感器随着车轮的转动，光线不断地通过和被阻挡，使光电式传感器产生，记录脉冲数目来测量车速。l4）霍尔式脉冲转速传感器车轮转动时，使霍尔式传感器产生电信号频率正比于车轮转速来进行测速。需采用两路测速，以对机

21、车车轮空转、蠕滑、抱死等引起的误差进行修正。7:0439l8.4.4 列车测速和测距l2、测距测距是通过测速与轮径完成的。必须不断地对轮径进行修正。7:0440l8.4.5 CTCS2-200H列控系统l1、简介l CTCS2-200H型列控系统，是在日本数字ATC系统的基础之上，根据我国CTCS2技术标准的要求，引进开发的新一代列车控制系统。l 安装于目标速度200km/h-250km/h的CRH1和CRH2和谐号动车组上。7:0441l8.4.5 CTCS2-200H列控系统l2、组成l地面设备车站列控中心，地面电子单元（LEU）、点式应答器、ZPW-2000A（UM）系列轨道电路、车站计

22、算机联锁等；l车载设备构成；车载安全计算机(VC)、连续信息接收单元(STM)、点式信息接收单元(BTM)、制动接口单元(RLU)、记录单元(DRU)、人机界面（DMI）、速度传感器、轨道信息接收天线、应答器信息接收天线等。7:0442lCRH2车载ATP系统同时装备ATP车载设备和列车运行监控装置LKJ-2000。7:04437:0444l8.4.5 CTCS2-200H列控系统l3、原理l 车载主机，从应答器取得线路数据（轨道电路长度、坡度、静态限速和道岔限速），从轨道电路获得前方空闲闭塞数、停车轨道电路和准许运行位置。然后从列车当前位置计算一次制动模式曲线，并依据自己位置与模式速度值的关

23、系，根据需要输出制动控制命令，从而自动控制列车运行。7:0445l8.4.5 CTCS2-200H列控系统l4、功能符合CTCS2要求；车载ATP设备在运行过程中存在机控/人控优先不同控制状态，并可以切换。7:0446l8.4.6 CTCS2-200C列控系统l1、简介l CTCS2-200C车载列车控制系统是根据CTCS技术标准的要求，从法国CSEE公司引进开发的新一代车载列车运行控制系统，满足CTCS-2级规范要求的列车运行超速防护系统。l 安装于目标速度200km/h的CRH2和CRH5和谐号动车组上。7:0447l8.4.6 CTCS2-200C列控系统l2、组成l地面设备车站列控中心

24、、轨道电路、轨旁电子单元、地面应答器等；l车载设备构成；车载安全计算机、连续信息接收单元、点式信息接收单元、测速单元、列车接口单元、记录单元、人机界面、速度传感器、轨道信息接收天线和应答器信息接收天线等。7:04487:0449SoftkeysMissionnumber112010:12:21 Entry to FS mode10:09:35 Entry in CTCS210:05:24 EB test OK10:04:56 EB test in progress10:04:48 Test results are OK02502005010015080F2F3F4F5F6F1F7F812345

25、67890AlertLetterSHReleaseStartOS0100015010050200040008000CTCS2ABC123410:1514HardkeysMessagesTimeSpeedmeterPlanningarea/CabsignalModeCTCSlevelBrakestateBrakingcontrolmodeWarningtimetointerventionTargetdistance7:0450l8.4.6 CTCS2-200C列控系统l3、原理 同ATP 7:0451l8.4.6 CTCS2-200C列控系统l4、功能l1）地车信息传输功能l2）速度计算和列车重

26、定位功能l3）级间切换功能控制列车在CTCS-0/1级线路、CTCS-2级线路或TVM430线路运行l4）CTCS-2级线路控制模式的转换功能l5）司机接口功能l6)信息记录功能7:04528.5.1 列车运行监控记录装置简介l列车运行监控记录装置简称监控装置，是中中国技术人员研制的国技术人员研制的以保障列车运行安全为主要目的的列车速度控制装置列车速度控制装置。l该装置在实现安全速度控制的同时，采集记录与列车安全运行有关的各种机车运行状态信息，促进了机车运行管理的自动化。是列车运行信息记录的l 7:04538.5.1 列车运行监控记录装置简介l 我国监控装置的研究开发从1990年代初开始，从1

27、995年起形成全路普及使用的规模。lLKJ2000型监控装置吸取了JK-2H型和LKJ-93型监控装置的成熟技术经验，在技术等级、功能、性能和可靠性等方面都有了较大程度的提高。技术性能具有明显优势。7:04548.5.2 系统组成LKJ2000型列车运行监控记录装置基本组成结构主要由主机箱、显示器、事故状态记录器、速度传感器、压力传感器以及双针速度表组成。7:0455l8.5.2 系统组成7:04568.5.2 系统组成l一、主机箱l主机箱为系统控制中心，其内部由A、B二组完全相同的控制单元组成。l处理信息：监控记录、地面信息、通信、模拟量输入/出、数字量输入、数字量输人/出、电源等。7:04

28、578.5.2 系统组成l二、事故状态记录器l()将记录30min以内的最新列车运行状态数据，并且其记录密度大大高于监控主机数据记录密度，列车走行距离超过5m时，将产生一次相关参数记录。l事故状态记录器具备抗冲击性能。7:04588.5.2 系统组成l三、转储器l 转储器可将车载记录数据转录至地面微机系统供分析处理。其内部数据存储器采用大容量非易失性数据存储器。7:04597:04607:04617:04627:04638.5.2 系统功能l一、监控功能一、监控功能l 1）防止列车越过关闭的信号机；l 2）防止列车超过线路(或道岔)允许速度以及机车、车辆的构造速度；l 3）防止机车高于规定的限

29、制速度调车作业；l 4）在列车停车情况下，防止列车溜逸；7:04648.5.2 系统功能l 5）可按临时限速控制速度；l 6）在自动闭塞区段，列车在显示停车的通过信号机前停车2min后又继续向此关闭信号机防护的分区运行时，保证在该信号机防护的分区内运行速度不超过规定的限制速度；l 7）列车通过显示黄色、双黄色、双黄闪的进站信号机进入站内无码的股道时，装置按前方信号机关闭进行控制。经正、副司机同时确认操作后，装置允许列车以低于规定的限制速度通过该信号机。7:04658.5.2 系统功能l 1）一次性记录项目l 开机记录l 输入参数记录l2）运行参数记录项目l 时间；l 线路公里标；l 距前方信号

30、机距离；l 前方信号机种类及编号；l 机车信号显示状态(绿、绿黄、黄、黄2、双黄、红、白等)；7:04668.5.2 系统功能l 地面传输信息；l 运行实际速度；l 限制速度；l 列车管压力、机车制动缸压力；l 机车工况(牵引制动别、零位、运行前后方向别)；l 柴油机转速、原边牵引电流；l 装置控制指令输出状况(动力切除、常用制动、紧急制动、允许缓解等)；l 装置报警；l 司机操作装置状况(开车、调车、解锁、警惕键、坐标调整、IC卡操作、事件打点记录等)；l 装置异常状况；l 平面调车灯显装置信息变化。7:04678.5.2 系统功能l 3）记录条件l A、运行记录、运行记录l 当满足下列条件

31、之一时，产生一次参数记录：l (1)实际速度变化2kmh；l (2)限制速度变化2kmh；l (3)列车管压力或机车制动缸压力变化20kPa；l (4)柴油机转速变化100rmin；l (5)机车信号显示及平面调车灯显信息变化；l (6)机车工况变化；l 7:04688.5.2 系统功能l (7)机车过闭塞分区(轨道绝缘节)；l (8)装置控制指令输出；l (9)司机操作装置；l (10)地面传输信息变化；l (11)装置报警；l (12)装置异常。B、运行事故状态记录l 机车走行距离每变化5m将上述“运行参数记录项目”内容记录一次。7:04698.5.2 系统功能l 显示和提示功能由监控装置

32、的显示器实现。LKJ2000型监控装置系统允许配置数码型显示器或屏幕型显示器运用。显示实际运行速度、限制速度目标速度。显示机车信号色灯信息。(3)显示地面传输信息；(4)装置故障信息：故障类别。(5)运行已经过的1km路程至当前所处地点的实际运行速度值轨迹曲线；(6)显示运行前方3km路程内线路允许速度、机车车辆构造限速或临时限制速度三者的较低速度值曲线；(7)显示运行前方3km路程内线路控制模式限制速度曲线；等等 7:04708.5.3 装置的特点。LKJ2000型监控装置将列车运行全部线路设施资料预先存储于主机中，不用在地面增设附加设备。不需要复杂的地面至车上的传输环节，稳定可靠，节省投资

33、。预留了接受地面传输信息的接口。l。将线路设施固定限速、闭塞指令限速等各种控制值沿运行里程形成连续平滑速度模式曲线，最大限度地适应司机人工操纵。7:04718.5.3 装置的特点。LKJ2000型监控装置对每一速度控制值按照一定模型算得。实时计算中考虑了本列车设备类别和状况、本地线路参数、本地特殊控制要求等随机变化因素，最大限度地使控制符合运行实际。全国铁路采用统一的硬件和统一的基本控制软件，适应性强，便于规范管理。7:04728.5.3 装置的特点。采用模块级主从机热备冗余。采用控制器局域网(CAN)作系统内部通信方式，具有高强的检错与纠错能力，传输可靠性大为提高。故障安全措施较前代做了很大加强。采用10英寸TFT高亮度彩色液晶显示器，以动态图形方式预示运行前方线路的弯道、坡道、桥梁、隧道、道岔以及信号机布置情况，随列车运行滚动显示监控装置控制模式限速曲线。7:0473 重点回顾重点回顾