01( 郑)列车运行控制系统原理

列车运行控制系统原理一、列车运行控制系统的组成及分类1.定义:列车运行控制系统是将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号容于一体的行车指挥、控制、管理自动化系统。2.名称问题:1)日本新干线ATC（AutomaticTrainControl）列车自动控制系统）2)法国TGV的TVM系统；（地面-机车信息传输系统）3)英国及瑞典的ATP；（AutomaticTrainProtection））4)德国LZB；（ATP增加了表示“连续式”的5）地铁ATP系统；等等。这些系统名称不同，但有一个共同点，即自动监控列车运行速度，通过车内信号显示指示列车应遵守运行速度，为了便于讨论，将轨道交通的列车超速防护系统称为列车运行控制系统。列车运行控制系统原理3.组成1）车载设备（列车运行监控模块、测速/定位模块、显示器模块、牵引制动接口、运行记录器模块）.2）地面设备（轨旁设备、列控中心、地面通信网络设备）3）地车信息传输设备（地面信息传输设备、车载信息传输设备、地面信息传输网络、车载信息传输网络）4.分类1）按功能、人机分工和自动化程度分：ATP系统、ATC系统2）按控制模式分：阶梯控制模式：出口检查方式、入口检查方式速度—距离模式曲线控制方式3）按照闭塞方式：固定闭塞、移动闭塞4）按地车信息传输方式：点式列车运行自动控制系统连续式列车运行自动控制系统点连式列车运行自动控制系统列车运行控制系统原理阶梯控制方式，在一个闭塞分区内只控制一个速度等级，不需要距离信息，只要在最高速度与停车信号间增加若干个速度信号，列车从最高速度停车分段降速，直至停车。分为出口检查方式和入口检查方式。.阶梯控制方式列车运行控制系统原理分段速度-距离控制方式列车运行控制系统原理速度-距离模式曲线是根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线。反映各点允许速度值。速度—距离控制模式方式跳转到第一页分段速度—距离控制模式基本原理分段速度控制模式Ｓ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）＊ｎSS3S1+S2S4制动性能差的车制动性能好的车设备监督曲线测速和定位的精度从根本上制约着列车运行自动控制系统的控制精度。列车运行自动控制系统要求列车随时知道当时的速度和位置，才能保证列车的安全运行和准点达到。二、测速和定位技术列车运行控制系统原理测速方式的分类和基本原理1.利用轮轴旋转信息的测速方法（在轴承上安装有数字或按模拟原理工作的发生器。车轮每转一周，发生器输出多至200个脉冲或波信号，对发生器拨信号进行计数，即可得到距离，测出出现的频率即可得出速度）。优点：简单、经济、小型化缺点：车轮空转或打滑产生误差多普勒雷达测量列车速度不受列车空转打滑影响脉冲速度传感器测量列车速度测速电机方式：测速电机包括—个齿轮和两组带有永久磁铁的线圈。齿轮固定在机车轮轴上，随车轮转动。线圈固定在轴箱上。轮轴转动，带动齿轮切割磁力线，在线圈上产生感生电动势，其频率与列车速度（齿轮的转速）成正比。这样列车的速度信息就包含在感应电动势的频率特征里。经过频率一电压变化后，把列车实际运行的速度变换为电压值，通过测量电压的幅度得到速度值。-------低速列车使用脉冲转速传感器方式：脉冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转动一周，传感器输出一定数目的脉冲，这样脉冲的频率就与轮轴的转速成正比。输出脉冲经过隔离和整形后，直接输入到微处理器进行频率测量并换算成速度和走行距离。------数字化处理，精度高，列车运行控制系统原理脉冲转速传感器隔离限幅整形频率测量和计算速度、距离参数2.利用无线方式，直接检测列车的速度。列车运行控制系统原理无线测速定位方式抛开轮轴旋转产生的速度信息，利用外加信号直接测量车体的速度和位置，因此又称为外部信号法。目前提出的有雷达测速方式和卫星定位方式等。由于这类方法不由轮轮旋转获得信息，因此能有效地避免车轮空转、滑行等产生的误差，但精度受到无线电波的传播特性等素的影响。这一类方法尽管目前正得到推广应用，预计在设备小型化、可靠性、适用性和价格等方面取得更大突破后，将逐渐取代传统方式而成为未来列车测速定位方式的主流。这一类方法包括雷达测速方式、GPS测速定位方式等。1）雷达测速：利用多普勒效应，在车车上安装雷达，它始终向轨面发射电磁波，由于机车和轨面之间有相对运动，因此，在发射波和反射波之间产生频率，通过策频计算出速度。-------目前在铁路上处于试验阶段。列车运行控制系统原理2）GPS测速定位方式：GPS（全球定位系统）是美军70年代在子午仪（Transit）系统上发展起来的全球性卫星导航系统，它是目前技术上最成熟且已真正实用的一种卫星导航和定位系统，能在全球范围内，在任意时刻、任意气候条件下为用户提供连续不断的高精度的三维位置、速度和时间信息。测速和定位技术全球定位系统（GPS）卫星定位和时间GPS天线司机GSM-R天线GPS卫星GPS接收机车载计算机各种传感器（如查询应答器、惯性传感器等）通信控制接口人机接口GPS卫星列车运行控制系统原理GPS测速定位的原理是：卫星连续地发送可跟踪的唯一编码序列，用户接收机调出卫星到接收天线的传播时间，乘上电波传播速度，可以算出卫星到用户的距离。若接收到4颗卫星的信号，即可实现3维定位（经度、纬度和高度），进而求出速度。GPS采用两类码型：C／A码又称明码，提供民用定位，其精度较差，定位精度大约在50米之内；P码为保密码，不对民用开放，它用于精度较高的测距，其三维空间定位精度优于10米。小结：从目前应用情况看，测速电机方式还存在，但由于其不可避免的缺陷，正处于被逐步淘汰的过程中，而以轮轴脉冲转速传感器方式作为主流产品。无线方式测速目前还存在一些价格、适用等方面的问题，但该方式也将是未来的测速首选方式。列车运行控制系统原理三、列车运行控制系统的发展方向1.系统化。向集调度指挥、运行控制及自动驾驶为一体的功能完善、层次分明的综合自动化系统方向发展。2.网络化。地面局域网、广域网及车地间的无线通信网将控制中心、车站及列车连成一个有机整体。3.信息化。网络化使各类信息上通下达，准确获得各类实时信息，在保证安全、高效运营的同时，大大提高维护、旅客服务水平智能化。4.智能化。智能化使调度指挥系统根据运输实时情况，借助先进技术及时自动调整，实现列车的无人驾驶。5.标准化和开放化。建国五十年，我国铁路运用的列车运行控制系统经过了只有地面信号、以地面信号为主机车上装备三大件（机车信号、自动停车、无线列调）到以地面信号为主机车上装备通用（或兼容式）机车信号、列车运行监控记录装置、无线列调发展过程。并研制出了列车超速防护系统、列车速度分级控制系统。我国铁路列车运行安全由单纯靠人逐步向依靠先进安全技术装备方向发展，基本满足了我国铁路重载、提速、高密度发展的需要。(一)继续加快路网建设四纵四横客运专线建设规划德国LZB系统：采用轨道环线电缆传送列控信息；日本DS-ATC系统：采用有绝缘的数字轨道电路传送列控信息；法国UM2000+TVM430系统：采用无绝缘数字轨道电路传送列控信息（分级控制）；以上三种高速列控系统均采用大量专有技术，相互间不兼容，技术平台不开放。欧洲ETCS系统：为实现欧洲铁路互联互通，欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系，技术平台开放；基于GSM-R无线传输方式的ETCS2系统，技术先进，并已投入商业运营；欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS列控系统，是未来高速列车控制系统的发展方向。代表世界先进水平的高速铁路列控系统有：ERTMS/ETCS等级ERTMS/ETCS等级（0，STM，1，2，3）–ERTMS/ETCS等级0——装备了ERTMS/ETCS的列车可以在没有装备ERTMS/ETCS地面设备或者无本国信号系统的线路上运行，或者在试运行中的ERTMS/ETCS线路上运行。–ERTMS/ETCS等级STM——装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备了本国信号系统的线路上运行。它们之间通过STM进行接口。–ERTMS/ETCS等级1——装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备有点式传输设备欧洲应答器Eurobalise的线路上运行，线路上可以安装欧洲环线或者无线注入单元。–ERTMS/ETCS等级2——装备了ERTMS/ETCS的列车，在由无线闭塞中心控制的、并且装备了Eurobalise和Euroradio的线路上运行。由地面设备提供列车定位功能和列车完整性检查。–ERTMS/ETCS等级3——与等级2相同，但是列车定位和列车完整性检测由车载设备实现。