列車運(yùn)行自動(dòng)控制技術(shù)

1、第七章 列車運(yùn)行自動(dòng)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(yùn)行自動(dòng)控制技術(shù),第一節(jié) 列車運(yùn)行自動(dòng)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(jí)第四節(jié) 典型的列控系統(tǒng) 第五節(jié) 機(jī)車信號(hào)與超速防護(hù),第一節(jié) 列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的速度控制模式,列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)ATC（Automatic Train Control）

2、就是對(duì)列車運(yùn)行全過程或一部分作業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(yùn)行，并調(diào)整與前行列車之間必須保持的距離。,,列車運(yùn)行自動(dòng)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(yùn)行的技術(shù)方法，它是靠控制列車運(yùn)行速度的方式來實(shí)現(xiàn)的。,,在城市軌道交通領(lǐng)域中，列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)ATC（Automatic Train Control）包括三個(gè)子系統(tǒng)： 列車超速防護(hù)系統(tǒng)ATP（Automatic Train P

3、rotection） 列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)ATO (Automatic Train Operation) 列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)ATS (Automatic Train Supervision),,從速度控制方式角度，對(duì)列車運(yùn)行自動(dòng)控制分為以下兩種模式：分級(jí)速度控制目標(biāo)距離速度控制,一 分級(jí)速度控制,分級(jí)速度控制是以一個(gè)閉塞分區(qū)為單位，根據(jù)列車運(yùn)行的速度分級(jí)，對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)行速度控制。分級(jí)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(jí)速度控制又可分為階梯式和分段曲線式 (一) 階梯式分級(jí)速度控制 階梯式分級(jí)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(jí)速度控制,,(二) 曲線式分級(jí)速度控制 曲線式分級(jí)速度控制根據(jù)列車運(yùn)行的速度分級(jí)，每一個(gè)閉塞分區(qū)給出一段速度控制曲線，對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)行速度控制。,分段曲線式分級(jí)速度控制一般制動(dòng)速度控制曲線是不連貫和不光滑的，可以利用計(jì)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(jí)速度控制,圖7-3連續(xù)曲線式分級(jí)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(dòng)模式為連續(xù)式一次制動(dòng)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(dòng)曲線，不設(shè)定每個(gè)閉塞分區(qū)速度等級(jí),,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(diǎn)，則為準(zhǔn)移動(dòng)閉塞；若以前方列車的尾部為追蹤目標(biāo)點(diǎn)，則為移動(dòng)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(dòng)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(jì)算而定，線路參數(shù)可以通過地對(duì)車信息實(shí)時(shí)傳輸，也可以事先

7、在車載信號(hào)設(shè)備中存儲(chǔ)通過核對(duì)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(yùn)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(yùn)行控制系統(tǒng)。 CTCS系統(tǒng)有兩個(gè)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(jí),CTCS根據(jù)功能要求和設(shè)備配置劃分應(yīng)用等級(jí)分，分為0~4級(jí)。 CTCS應(yīng)用等級(jí)0(以下簡稱L0)：由通用機(jī)車信號(hào)+列車運(yùn)行監(jiān)控裝置組成，為既有系統(tǒng)。,,CTCS應(yīng)用等級(jí)1(以下簡稱L1)：由主體機(jī)車信號(hào)+安全型運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置組成，點(diǎn)式信息作為連續(xù)信息的補(bǔ)充，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)連式超速防護(hù)功能。 CTCS應(yīng)用等級(jí)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(jì)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。,,CTCS應(yīng)用等級(jí)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(yùn)行控制系統(tǒng)。 CTCS應(yīng)用等級(jí)4(以下簡稱L4)：是完全基于無線傳輸信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。,一 CTCS 0級(jí),為了規(guī)范的一致性，將目前干線鐵路應(yīng)用的地面信號(hào)設(shè)備和車載設(shè)備定義為0級(jí)。0級(jí)由通用機(jī)車信號(hào)加上列車運(yùn)行監(jiān)控裝置組成，對(duì)這一定義，尚有不同的看法

10、。,一 CTCS 0級(jí),0級(jí)的控制模式也是目標(biāo)距離式，它在既有地面信號(hào)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(jì)算給出目標(biāo)距離式制動(dòng)曲線。,二  CTCS 1級(jí),CTCS 1級(jí)由主體機(jī)車信號(hào)加上加強(qiáng)型運(yùn)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(hào)主體化要求，增加點(diǎn)式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行安全監(jiān)控功能。,

11、二  CTCS 1級(jí),1級(jí)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(jì)算給出目標(biāo)距離式制動(dòng)曲線。,二  CTCS 1級(jí),1級(jí)與0級(jí)的差別在于全面提高了系統(tǒng)的安全性，是對(duì)0級(jí)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(yùn)行控制系統(tǒng)。,三  CTCS 2級(jí),CTCS 2級(jí)是基于軌道電路和點(diǎn)式

12、信息設(shè)備傳輸信息的列車運(yùn)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(hào)機(jī)。它是一種點(diǎn)-連式列車運(yùn)行控制系統(tǒng) 。,三  CTCS 2級(jí),CTCS 2級(jí)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(dòng)曲線，不設(shè)定每個(gè)閉塞分區(qū)速度等級(jí)，采用一次制動(dòng)方式。,三  CTCS 2級(jí),CTCS 2級(jí)采取閉塞方式稱

13、為準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式，準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的追蹤目標(biāo)點(diǎn)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(jí),CTCS 3級(jí)是基于無線通信（如GSM-R）的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)， 它可以疊加在既有干線信號(hào)系統(tǒng)上。 CTCS 3級(jí)與2級(jí)一樣，采取目標(biāo)距離控制模式和準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式。,五 CTCS 4級(jí),CTCS 4級(jí)是完全基于無線通信（如GSM-R）的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。 CTCS 4級(jí)采取目標(biāo)距離控

14、制模式，列車按移動(dòng)閉塞或虛擬閉塞方式運(yùn)行。,六 等級(jí)對(duì)照,分析CTCS的應(yīng)用等級(jí)劃分，發(fā)現(xiàn)有以下兩個(gè)特點(diǎn)： 1. 各應(yīng)用等級(jí)均采用目標(biāo)距離控制模式，采取連續(xù)一次制動(dòng)方式。 2. 各應(yīng)用等級(jí)是根據(jù)設(shè)備配置來劃分的，其主要差別在于地對(duì)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(jí)對(duì)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(hào)設(shè)備采用TVM300或TVM430，地對(duì)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(jià)較低。采用無絕緣軌道電路UM71，地對(duì)車的信息傳輸容量僅有

16、18個(gè)，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(shí)速已達(dá)320km/h 。 近年來，法國CS公司又開發(fā)了計(jì)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(yùn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)性能和允許速度等計(jì)算出列車運(yùn)行速度 。,三 歐洲ETCS系統(tǒng),根據(jù)歐洲ETCS計(jì)劃，為了實(shí)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(shí)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馈ZB以地面控制中心為主計(jì)算制動(dòng)曲線，車載信號(hào)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(diǎn)式設(shè)備 (四) 無線傳輸,第五節(jié)機(jī)車信號(hào)與超速防護(hù),為了保證行車安全，提高運(yùn)輸效率及改善司機(jī)的勞動(dòng)條件，在自動(dòng)閉塞及半自動(dòng)閉塞區(qū)段運(yùn)行的列車上都要安裝機(jī)車信號(hào)。當(dāng)采用了機(jī)車信號(hào)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(hào)的可靠性。,,機(jī)車信號(hào)是用設(shè)于機(jī)車駕駛室內(nèi)的設(shè)備自動(dòng)反映運(yùn)行條件，指示司機(jī)運(yùn)行的一種信號(hào)顯示制度，又稱機(jī)車自動(dòng)信號(hào)。機(jī)車信號(hào)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(hào)有點(diǎn)式、連

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

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

22、機(jī)車信號(hào)作為主體信號(hào)使用，采用這種顯示方式則可以取消地面信號(hào)機(jī)。,,機(jī)車信號(hào)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(hào)設(shè)備的信息傳遞方式分為： 連續(xù)式 點(diǎn)式 接近連續(xù)式,,1.連續(xù)式機(jī)車信號(hào)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(hào)能連續(xù)不斷地把地面信號(hào)顯示情況復(fù)示給司機(jī)。這種制式主要用在自動(dòng)閉塞區(qū)段上。,,2. 接近連續(xù)式機(jī)車信號(hào)是指從車站進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方大于列車制動(dòng)距離以上

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