CTCS-2级列车运行控制系统概述

CTCS-2级列车运行控制系统概述1-CTCS发展背景1-ATP回顾CTCS发展背景ATP系统的必要性列车速度的不断提高，靠地面信号行车已不能保证行车安全，必须靠车载信号设备对列车实施运行控制，ATP已成为行车安全不可缺少的重要技术装备A80年代末期郑武线引进了法国U-T系统，ATP系统在中国开始装备使用，由于多种原因未能达到预期的目的，但为中国ATP的发展开拓了思路，促进了国内ATP的研发工作。1995年中国铁道科学院研究开发的LSK分级速度控制系统，95年在广深线160～200km/h的列车上投入使用，运用情况良好。1998年北方交大研究的LCF模式曲线超速防护系统，在京九线进行了试验，但并未得到推广应用。与此同时在既有线得到推广普及的是“既有机车信号+运行监控装置”的控车模式。由于它与对司机的管理紧密结合，因而得到机务部门的普遍欢迎，在防止列车“两冒一超”中发挥了重要作用。但由于它的非系统化设计以及信息源头不可靠，使得系统的安全性和可靠性受到一定的影响，不符合系统故障安全原则，需要改造和升级。2-ETCS的启示随着欧洲铁路的发展，欧盟各国都面临如何解决跨国运行时ATP的兼容问题。为此，20世纪90年代中期欧洲各信号公司花大力气，耗时几年，联合制订了ETCS技术规范。目前，ETCS已通过欧盟立法，成为欧盟各国铁路强制实行的规范。并在装备形式上主要分为ETCS一、二、三级。通过对ETCS的研究，从中得到以下几点启示。3-总体规划我们在充分借鉴欧洲发展ETCS成功经验的基础上，经过充分调查研究和专家论证，已对CTCS作出了总体规划。中国发展CTCS技术既要兼顾既有设备的现状，也要充分考虑未来的发展，避免造成人力物力的浪费和制式的混乱。4-系统设计ATP是由地面信号设备和车载设备共同组成的闭环高安全系统，是地面联锁向车载设备的延伸，在此基础实现了以车载设备为主的行车方式。各国铁路在实施ATP过程中，都是以故障安全作为最重要的技术条件，将地面和车载设备按一个系统统一设计，同步进行技术更新或强化改造的，这样才能保证整个系统的高安全、高可靠。铁道部2002年开始立项对ETCS技术规范进行研究，提出发展CTCS的战略目标。2004年铁道部发布了“CTCS技术规范总则”、“CTCS-2技术条件”等规范文件。文件描述了CTCS的基本概念、目标、框架结构、分级和各级间的兼容关系，是CTCS系统设计、设备研制的强制性规范。5-系统需求速度目标值：满足300km/h，预留350km/h扩展条件。控制模式：目标－距离模式。驾驶模式：司机制动优先模式或设备制动优先模式两种。信息传输媒介：控车信息由轨道电路+应答器设备提供。系统兼容性：不同速度等级线路的列车可互联互通。6-基本功能在不干扰机车乘务员正常驾驶的前提下有效地保证列车运行安全在任何情况下防止列车无行车许可运行防止列车超速运行，包括：防止列车超过进路允许速度；防止列车超过线路结构规定的速度；防止列车超过机车车辆构造速度；防止列车超过临时限速及紧急限速；防止列车超过铁路有关运行设备的限速；防止机车超过规定速度进行调车作业；防止列车超过规定速度引导进站；防止列车溜逸。7-CTCS-2级列控系统总体结构8-地面设备简图CS发展背景9-车载设备简图10-CTCS-2列控系统基本原理速度控制模式车载控制模式车载设备操作方式“机控”与“人控”优先CTCS级间转换11-速度－距离模式目标－距离（Distancetogo）控制曲线，也称一次制动模式速度控制曲线。列控系统车载设备通过对列车行车许可、线路参数、列车信息的综合处理，生成目标距离模式曲线，监控列车安全运行应答器提供的信息包括：线路长度（以闭塞分区为单位提供）；线路坡度；线路固定限速；临时限速；列车定位等信息12-车载设备控制模式完全监控模式部分监控模式目视行车模式调车模式隔离模式待机模式13-完全监控模式当车载设备具备列控所需的基本数据（轨道电路信息、应答器信息、列车数据）时，ATP车载设备生成目标距离模式曲线，并能通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等，控制列车安全运行。列车反向运行，采用自动站间闭塞，ATP车载设备采用完全监控模式，目标距离通过应答器提供14-部分监控模式（应答器丢失）连续两组及以上应答器的线路数据丢失，列车在ATP车载设备已查询到的线路数据末端前触发常用制动，当列车运行速度低于120km/h后，提供允许缓解提示，司机缓解后，ATP车载设备根据线路最不利条件，产生监控速度曲线（最高限制速度120km/h），控制列车运行。15-部分监控模式（侧线发车）侧线发车，ATP车载设备根据股道轨道电路信息（根据道岔限速发送UU码或UUS码），形成并保持固定限制速度（至出站口），控制列车运行16-部分监控模式（引导接车）引导接车，ATP车载设备收到接近区段的轨道电路信息（HB码），形成并保持固定限制速度，监控列车运行17-目视行车模式当地面设备出现故障或者别的原因导致列车在禁止信号前停车后，根据行车管理办法和有关手续，司机对列控车载设备进行特殊操作后，由列控车载设备生成固定限制速度为20km/h的速度模式，监控列车运行。这种模式下，由于地面不能给出行车许可，车载设备仅负责监控列车的最高运行速度，无距离监督，行车安全由司机保障。列车在ATP监控下运行，司机对安全负责。每运行一段距离（100-200m）或一段时间，司机应重复按压按钮，否则设备制动停车18-调车模式进行站内调车作业时，由于无轨道电路信息，不能实现完全监控模式运行，车载设备接收司机的操作后转入调车模式，生成固定限速为40km/h（牵引运行时）或30km/h（推进运行时）限速曲线，车载设备仅监控列车的最高运行速度，无距离监督，行车安全由司机保障19-隔离模式车载设备发生故障而无法继续完成监控功能，触发制动停车后，经司机操作，车载设备控制功能停用，进入隔离模式20-待机模式ATP上电时，直接进入该模式。在该模式下，设备只进行各种信息的采集，包括轨道电路信息的接收、应答器信息接收，不产生控制输出，列车运行不受ATP设备的监控21-车载设备操作方式初始化ATP车载设备上电后，设备经初始化进入默认模式。停车在车站股道两端的适当位置设置动车组停车位置标。侧向接车，ATP车载设备根据轨道电路信息和进站有源应答器提供的相应进路信息，形成接车进路终端处速度为0km/h的监控速度曲线。进站信号机外方停车或经道岔直向接车时，ATP车载设备形成出口速度为0km/h的监控速度曲线。手信号引导接车时，根据行车管理办法（含调度命令），转为目视行车模式。区间停车时，ATP车载设备监控的出口速度为0km/h。停车后，若地面设备故障，可转为目视行车模式。发车侧向发车，ATP车载设备进入部分监控模式，在列车进入区间并接收到轨道电路信息和应答器信息后，转入完全监控模式。经道岔直向发车时，ATP车载设备按照完全监控模式运行22-“人控”与“机控”优先ATP车载设备具备设备制动优先（机控优先）与司机制动优先（人控优先）两种模式。两者主要区别：设备制动优先由ATP车载设备控制列车自动减速和缓解（常用制动），但停车仍需司机对位。当列控系统车载设备采用设备制动优先工作模式时，在确保列车运行安全、满足旅客舒适度的前提下，对列车制动与缓解的控制均由设备自动完成。根据需要司机可追加或实施更加强烈的制动控制。当列控系统车载设备采用司机制动优先工作模式时，设备应在不干扰司机正常驾驶的前提下，实时监控列车安全运行。23-“机控”优先控车模式24-“人控”优先控车模式25-CTCS级间转换原则原则上在车站离去区段自动转换（不应在进站信号机处转换），司机应确认。保留手动转换功能。预告点、执行点。控车权的交接以ATP车载设备为主。级间转换时若已触发制动，则应保持制动作用完成26-CTCS2级列控系统主要设备CTCS2级列控系统主要设备车载设备车站列控中心应答器轨道电路27-车载设备28-车载设备组成29-车载设备基本要求总体结构采用硬件冗余结构，关键设备均采用双套，核心设备采2×2取2结构动车组的两端各安装一套独立的ATP车载设备。高安全性和可用性，安全等级达到SIL4级30-车载安全计算机（VC）VC基于两个处理器的实时比较达到SIL4级。为了提高系统可用性采用了第三个处理器。该原则基于两个不同应用处理器同时执行应用软件，并采用故障安全检测器对这些处理器的输出进行比较。如果输出相同，检测器给出相关输出。若存在任何差异，检测器将输出设置为限制状态。31-应答器信息接收单元BTM一个BTM模块包含电源板、接收板、传输板和接口板。BTM是一个采用2取2技术的故障安全模块。接收应答器信息并提供精确定位。32-连续信息接收单元STMSTM模块是安全模块，可接收ZPW2000系列轨道电路及4信息、8信息、18信息等传统移频轨道电路的信息。STM及时传输地面轨道电路信息给安全计算机（VC）和LKJ监控装置。33-司机操作界面DMI配备有按钮的液晶显示器，屏幕尺寸为10英寸。显示单元安装在驾驶室便于设备通风，且避免阳光直射的位置。安全等级为SIL2级。各ATP车载设备均应采用统一的司机操作界面。34-速度传感器ATP车载设备的测速系统要求配置两套速度传感器ATP车载设备的速度传感器需要独立于机车配置，但可以为机车及其它车载设备提供速度通道35-车站列控中心36-基本需求车站列控中心适用于既有线CTCS2级区段。车站列控中心是设于各车站的列控核心安全设备，采用冗余的硬件结构，适用于车站计算机联锁或6502电气集中、CTC或TDCS（原DMIS）。车站列控中心根据调度命令、进路状态、线路参数等产生进路及临时限速等相关控车信息，通过有源应答器发送37-基本功能车站列控中心的主要功能发送接车进路信息报文发送线路临时限速报文进站信号机降级显示黄灯38-LKD1-T列控中心系统结构车站列控中心机柜电源模块主机单元进路采集单元通信接口单元维修工作站状态显示板接线端子39-接口关系（计算机联锁车站）P口：调度命令、临时限速接收；执行情况信息反馈R口：微机监测信息交换Q口：联锁信息接收；进站信号机控制输出S口：LEU控制（4个）40-接口关系（6502电气集中车站）P口：调度命令、临时限速接收；执行情况信息反馈R口：微机监测信息交换Q口：联锁信息采集；进站信号机控制继电器输出S口：LEU控制（4个）41-接口关系（连接图）42-接车进路原理侧线接车进路报文信息内容线路速度用户信息包线路坡度用户信息包轨道区段信息包反向运行信息包正线接车进路报文信息内容除侧线接车进路报文信息外，还包括：应答器链接用户信息包临时限速用户信息包接车进路报文作用提供进路参数，供车载ATP设备生产速度模式曲线根据轨道电路信息，正确锁定接车股道载频对于正线接车进路报文，还提供临时限速信息接车进路报文发送过程接车进路成功建立后，由计算机联锁系统向车站列控中心发送接车进路信息号列控中心选择正确的进路报文，发送给相应应答器接车进路第一个区段解锁（或进路取消）后，停止向LEU发送进路报文。43-临时限速原理－限速参数临时限速区参数限速起点（D_TSR），100m精度限速区长度（L_TSR），8档100m、500m、1000m、1500m2000m、3000m、4000m、6000m限速速度（V_TSR），5档45、60、80、120、160km/h44-命令发送过程临时限速由调度中心集中管理，通过CTC或TDCS向临时限速管辖车站机邻站下达调度命令临时限速调度命令需经车站值班员人工签收、确认后，方可由CTC或TDCS车站设备传至列控中心列控中心根据临时限速命令，选择相应报文向应答器发送两站一区间范围内只允许设置一处区间或站内临时限速；若遇到两处以上限速，调度中心将其视为一处连续的限速，并按最低限速值下达调度命令临时限速方案满足列车正向和反向运行要求45-应答器临时限速管辖范围应答器临时限速管辖范围46-临时限速归档47-临时限速报文冗余48-应答器状态转换49-进站信号机降级显示办理