列車運行自動控制技術(shù)

1、第七章 列車運行自動控制技術(shù),交通信息工程及控制翟正怡2006年1月,第七章 列車運行自動控制技術(shù),第一節(jié) 列車運行自動控制系統(tǒng)的速度控制 模式第二節(jié) 列控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成第三節(jié) 列控系統(tǒng)的應(yīng)用等級第四節(jié) 典型的列控系統(tǒng) 第五節(jié) 機(jī)車信號與超速防護(hù),第一節(jié) 列車運行自動控制系統(tǒng)的速度控制模式,列車運行自動控制系統(tǒng)ATC（Automatic Train Control）

2、就是對列車運行全過程或一部分作業(yè)實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)。其特征為：列車通過獲取的地面信息和命令，控制列車運行，并調(diào)整與前行列車之間必須保持的距離。,,列車運行自動控制系統(tǒng)（簡稱列控系統(tǒng)）是保證列車按照空間間隔制運行的技術(shù)方法，它是靠控制列車運行速度的方式來實現(xiàn)的。,,在城市軌道交通領(lǐng)域中，列車運行自動控制系統(tǒng)ATC（Automatic Train Control）包括三個子系統(tǒng)： 列車超速防護(hù)系統(tǒng)ATP（Automatic Train P

3、rotection） 列車自動駕駛系統(tǒng)ATO (Automatic Train Operation) 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)ATS (Automatic Train Supervision),,從速度控制方式角度，對列車運行自動控制分為以下兩種模式：分級速度控制目標(biāo)距離速度控制,一 分級速度控制,分級速度控制是以一個閉塞分區(qū)為單位，根據(jù)列車運行的速度分級，對列車運行進(jìn)行速度控制。分級速度控制系統(tǒng)的列車追蹤間隔主要與閉塞分區(qū)的

4、劃分、列車性能和速度有關(guān) 。,,分級速度控制又可分為階梯式和分段曲線式 (一) 階梯式分級速度控制 階梯式分級速度控制又分為超前式和滯后式,,1. 超前式速度控制 超前式速度控制方式又稱為出口速度控制方式，給出列車的出口速度值，控制列車不超過出口速度。,,2. 滯后式速度控制 滯后式速度控制方式又稱為入口速度控制方式，給出列車的入口速度值，監(jiān)控列車在本閉塞分區(qū)不超過給定的

5、入口速度值，采取人控優(yōu)先的的方法，控制列車不超過下一閉塞分區(qū)入口速度值。,圖7-1階梯式分級速度控制,,(二) 曲線式分級速度控制 曲線式分級速度控制根據(jù)列車運行的速度分級，每一個閉塞分區(qū)給出一段速度控制曲線，對列車運行進(jìn)行速度控制。,分段曲線式分級速度控制一般制動速度控制曲線是不連貫和不光滑的，可以利用計算機(jī)技術(shù)做成連貫和光滑的連續(xù)曲線。,圖7-2分段曲線式分級速度控制,圖7-3連續(xù)曲線式分級速度控制,二 目標(biāo)距離速度控制,目

6、標(biāo)距離速度控制采取的制動模式為連續(xù)式一次制動速度控制的方式，根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的性能確定列車制動曲線，不設(shè)定每個閉塞分區(qū)速度等級,,連續(xù)式一次速度控制模式若以前方列車占用的閉塞分區(qū)入口為追蹤目標(biāo)點，則為準(zhǔn)移動閉塞；若以前方列車的尾部為追蹤目標(biāo)點，則為移動閉塞。,圖7-4目標(biāo)距離速度控制,,列控設(shè)備給出的一次連續(xù)的制動速度控制曲線是根據(jù)目標(biāo)距離、線路參數(shù)和列車自身的性能計算而定，線路參數(shù)可以通過地對車信息實時傳輸，也可以事先

7、在車載信號設(shè)備中存儲通過核對取得。,三 控制模式簡表,,,,,,,,表7-1 列控系統(tǒng)各種控制模式表,第二章 列控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成,我國正在編制中國列車運行控制系統(tǒng)（簡稱CTCS）的技術(shù)規(guī)范，著手全力發(fā)展和裝備列車運行控制系統(tǒng)。 CTCS系統(tǒng)有兩個子系統(tǒng)，即車載子系統(tǒng)和地面子系統(tǒng)。,,地面子系統(tǒng)可由以下部分組成：應(yīng)答器、軌道電路、無線通信網(wǎng)絡(luò)（GSM-R）、列車控制中心（TCT）/無線閉塞中心（RBC）。 車載子系統(tǒng)可由以下部分組

8、成：CTCS車載設(shè)備、無線系統(tǒng)車載模塊。,圖7-5 CTCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,第三節(jié) 列控系統(tǒng)的應(yīng)用等級,CTCS根據(jù)功能要求和設(shè)備配置劃分應(yīng)用等級分，分為0~4級。 CTCS應(yīng)用等級0(以下簡稱L0)：由通用機(jī)車信號+列車運行監(jiān)控裝置組成，為既有系統(tǒng)。,,CTCS應(yīng)用等級1(以下簡稱L1)：由主體機(jī)車信號+安全型運行監(jiān)控記錄裝置組成，點式信息作為連續(xù)信息的補(bǔ)充，可實現(xiàn)點連式超速防護(hù)功能。 CTCS應(yīng)用等級2(以下簡

9、稱L2)：是基于軌道傳輸信息并采用車-地一體化系統(tǒng)設(shè)計的列車運行控制系統(tǒng)。,,CTCS應(yīng)用等級3(以下簡稱L3)：是基于無線傳輸信息并采用軌道電路等方式檢查列車占用的列車運行控制系統(tǒng)。 CTCS應(yīng)用等級4(以下簡稱L4)：是完全基于無線傳輸信息的列車運行控制系統(tǒng)。,一 CTCS 0級,為了規(guī)范的一致性，將目前干線鐵路應(yīng)用的地面信號設(shè)備和車載設(shè)備定義為0級。0級由通用機(jī)車信號加上列車運行監(jiān)控裝置組成，對這一定義，尚有不同的看法

10、。,一 CTCS 0級,0級的控制模式也是目標(biāo)距離式，它在既有地面信號設(shè)備的基礎(chǔ)上，采取大貯存的方式把線路數(shù)據(jù)全部貯存在車載設(shè)備中，靠邏輯推斷地址調(diào)取所需的線路數(shù)據(jù)，結(jié)合列車性能計算給出目標(biāo)距離式制動曲線。,二  CTCS 1級,CTCS 1級由主體機(jī)車信號加上加強(qiáng)型運行監(jiān)控裝置組成，面向160km/h及以下的區(qū)段，在既有設(shè)備基礎(chǔ)上強(qiáng)化改造，達(dá)到機(jī)車信號主體化要求，增加點式設(shè)備，實現(xiàn)列車運行安全監(jiān)控功能。,

11、二  CTCS 1級,1級的控制模式為目標(biāo)距離式，采取大貯存的方式把線路數(shù)據(jù)全部貯存在車載設(shè)備中，靠邏輯推斷地址調(diào)取所需的線路數(shù)據(jù)，結(jié)合列車性能計算給出目標(biāo)距離式制動曲線。,二  CTCS 1級,1級與0級的差別在于全面提高了系統(tǒng)的安全性，是對0級的全面加強(qiáng)，可稱為線路數(shù)據(jù)全部貯存在車載設(shè)備上的列車運行控制系統(tǒng)。,三  CTCS 2級,CTCS 2級是基于軌道電路和點式

12、信息設(shè)備傳輸信息的列車運行控 制系統(tǒng)，面向提速干線和高速新線，適用于各種限速區(qū)段，地面可不設(shè)通過信號機(jī)。它是一種點-連式列車運行控制系統(tǒng) 。,三  CTCS 2級,CTCS 2級采取目標(biāo)距離控制模式（又稱連續(xù)式一次速度控制）。目標(biāo)距離控制模式根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的性能確定列車制動曲線，不設(shè)定每個閉塞分區(qū)速度等級，采用一次制動方式。,三  CTCS 2級,CTCS 2級采取閉塞方式稱

13、為準(zhǔn)移動閉塞方式，準(zhǔn)移動閉塞的追蹤目標(biāo)點是前行列車所占用閉塞分區(qū)的始端，留有一定的安全距離 。,四 CTCS 3級,CTCS 3級是基于無線通信（如GSM-R）的列車運行控制系統(tǒng)， 它可以疊加在既有干線信號系統(tǒng)上。 CTCS 3級與2級一樣，采取目標(biāo)距離控制模式和準(zhǔn)移動閉塞方式。,五 CTCS 4級,CTCS 4級是完全基于無線通信（如GSM-R）的列車運行控制系統(tǒng)。 CTCS 4級采取目標(biāo)距離控

14、制模式，列車按移動閉塞或虛擬閉塞方式運行。,六 等級對照,分析CTCS的應(yīng)用等級劃分，發(fā)現(xiàn)有以下兩個特點： 1. 各應(yīng)用等級均采用目標(biāo)距離控制模式，采取連續(xù)一次制動方式。 2. 各應(yīng)用等級是根據(jù)設(shè)備配置來劃分的，其主要差別在于地對車信息傳輸?shù)姆绞胶途€路數(shù)據(jù)的來源。,表7-2 列控系統(tǒng)應(yīng)用等級對照表,第四節(jié) 典型的列控系統(tǒng),目前，高速鐵路正在歐洲和亞洲快速發(fā)展，已通車或正在建設(shè)中的高速線路多達(dá)十幾條，其列控系

15、統(tǒng)各不相同，主要有法國TVM300和TVM430、日本ATC和數(shù)字ATC、德國LZB80、歐洲ETCS等系統(tǒng)設(shè)備。,一 法國U/T系統(tǒng),法國高速鐵路TGV區(qū)段的列控系統(tǒng)，車載信號設(shè)備采用TVM300或TVM430，地對車的信息傳輸以無絕緣軌道電路UM71為基礎(chǔ)，該列控系統(tǒng)簡稱U/T系統(tǒng)。,一 法國U/T系統(tǒng),TVM300系統(tǒng)在1981年于巴黎—里昂首先投入使用，系統(tǒng)構(gòu)成簡單，造價較低。采用無絕緣軌道電路UM71，地對車的信息傳輸容量僅有

16、18個，速度監(jiān)控是滯后階梯式的。,一 法國U/T系統(tǒng),TVM430系統(tǒng)在1993年于法國第三條北方線高速鐵路首先投入使用。隨著列車速度不斷提高，時速已達(dá)320km/h 。 近年來，法國CS公司又開發(fā)了計算機(jī)聯(lián)鎖（SEI）和列控(ATC)一體化的系統(tǒng)，在地中海線和海峽—倫敦線開通使用，我國秦沈客運專線也采用了該系統(tǒng)。,二 日本ATC系統(tǒng),日本于1964年開通了世界上第一條高速鐵路—東海道新干線。日本新干線現(xiàn)有的ATC系統(tǒng)普遍采用超前階梯

17、式速度監(jiān)控，它的制動方式是設(shè)備優(yōu)先的模式 。,二 日本ATC系統(tǒng),數(shù)字式ATC采用目標(biāo)距離一次制動模式曲線方式，車載設(shè)備根據(jù)地面軌道電路傳送來的信息和各開通區(qū)間的長度，求取與前方列車所占用區(qū)間的距離，綜合線路數(shù)據(jù)、制動性能和允許速度等計算出列車運行速度 。,三 歐洲ETCS系統(tǒng),根據(jù)歐洲ETCS計劃，為了實現(xiàn)歐洲鐵路互聯(lián)互通，車載設(shè)備采用ETCS總線，可以靈活地支持與各種傳統(tǒng)設(shè)備及ETCS車載設(shè)備的通信 。,四 德國LZB系統(tǒng),德國

18、LZB系統(tǒng)是基于軌道電纜傳輸?shù)牧锌叵到y(tǒng)，是世界上首次實現(xiàn)連續(xù)速度控制模式的列控系統(tǒng)，技術(shù)上是成熟的。,四 德國LZB系統(tǒng),LZB是1965年以前開發(fā)的系統(tǒng)。它利用軌道電纜作為車-地間雙向信息傳輸?shù)耐ǖ?。LZB以地面控制中心為主計算制動曲線，車載信號設(shè)備智能化不夠，與其它列控系統(tǒng)兼容比較困難。,五 信息傳輸媒介,從上述典型的列控系統(tǒng)介紹中看出，列控系統(tǒng)車地間傳輸媒介主要包括以下幾種方式 ： (一) 軌道電路 (二) 軌道電纜

19、 (三) 點式設(shè)備 (四) 無線傳輸,第五節(jié)機(jī)車信號與超速防護(hù),為了保證行車安全，提高運輸效率及改善司機(jī)的勞動條件，在自動閉塞及半自動閉塞區(qū)段運行的列車上都要安裝機(jī)車信號。當(dāng)采用了機(jī)車信號設(shè)備后，能避免自然條件干擾的影響，提高司機(jī)接受信號的可靠性。,,機(jī)車信號是用設(shè)于機(jī)車駕駛室內(nèi)的設(shè)備自動反映運行條件，指示司機(jī)運行的一種信號顯示制度，又稱機(jī)車自動信號。機(jī)車信號是保證行車安全的重要技術(shù)設(shè)備。,,我國現(xiàn)有的機(jī)車信號有點式、連

20、續(xù)式和接近連續(xù)式三種類型。 點式機(jī)車信號是在線路上的某些固定地點設(shè)置地面設(shè)備，向機(jī)車傳遞信息的機(jī)車信號，用于非自動閉塞區(qū)段。它的特點是：設(shè)備簡單、建設(shè)費用低、地面不耗能、安裝容易、施工快。,,連續(xù)式機(jī)車信號是在整個線路上連續(xù)不斷地反映線路狀態(tài)和運行條件的機(jī)車信號，用于自動閉塞區(qū)段。它的特點是能連續(xù)不斷地把地面信號顯示情況反映給司機(jī)，大大改善其勞動條件。,,接近連續(xù)式機(jī)車信號是在固定地段的線路連續(xù)地反映地面信號顯示的機(jī)車信號，廣泛

21、用于非自動附塞區(qū)段。,,機(jī)車上必須采用機(jī)車信號設(shè)備，以保證行車安全，提高列車運行效率。隨著列車速度和機(jī)車信號可靠程度的不斷提高，機(jī)車信號正從輔助信號變?yōu)橹黧w信號。,一 機(jī)車信號系統(tǒng),機(jī)車信號設(shè)備根據(jù)其功能不同有：一是以機(jī)車內(nèi)信號顯示功能為主的設(shè)備稱為機(jī)車信號；二是以控制列車運行功能為主的則稱為列車自動停車或列車自動監(jiān)督和控制。,,機(jī)車信號根據(jù)其信號顯示的作用不同有兩種：一是機(jī)車信號，僅用來復(fù)示地面固定信號機(jī)，還不能作為主體信號使用。二是

22、機(jī)車信號作為主體信號使用，采用這種顯示方式則可以取消地面信號機(jī)。,,機(jī)車信號設(shè)備的控制命令是由地面?zhèn)鬟f給機(jī)車的，因此機(jī)車信號設(shè)備的信息傳遞方式分為： 連續(xù)式 點式 接近連續(xù)式,,1.連續(xù)式機(jī)車信號是指在某一區(qū)段線路上不間斷地向機(jī)車傳遞信息，所以連續(xù)式機(jī)車信號能連續(xù)不斷地把地面信號顯示情況復(fù)示給司機(jī)。這種制式主要用在自動閉塞區(qū)段上。,,2. 接近連續(xù)式機(jī)車信號是指從車站進(jìn)站信號機(jī)外方大于列車制動距離以上

23、的地點 (即接近區(qū)段)起，機(jī)車信號可連續(xù)復(fù)示進(jìn)站信號機(jī)的顯示。接近連續(xù)式機(jī)車信號一般用在非自動閉塞區(qū)段。,,3.點式機(jī)車信號是指在線路上某些固定地點設(shè)置地面發(fā)送設(shè)備，機(jī)車信號只能在固定地點才能接收到信息。,,在一個機(jī)車交路內(nèi)可能有幾種不同制式的自動閉塞，為了使機(jī)車在整個機(jī)車交路內(nèi)運行能不間斷地使用機(jī)車信號，因此要采用通用式機(jī)車信號。,,圖7-6 機(jī)車信號系統(tǒng)框圖,二 列車超速防護(hù)系統(tǒng),列車自動停車能實現(xiàn)在地面信號顯示禁止信號時，發(fā)出