高速铁路信号系统介绍

高速铁路信号系统集成技术介绍中铁电气化局集团有限公司第一部分CTCS-3列控系统介绍高速铁路信号名词术语CTCS（ChineseTrainControlSystem），中国列车运行控制系统规范，包括地面子系统和车载子系统。CTCS-2级：中国列车控制系统2级CTCS-3级：中国列车控制系统3级CTC：CentralizedTrafficControl列车调度集中系统TDCS：TrainOperationDispatchingCommandSystem列车调度指挥系统TSRS：临时限速服务器CSM（CentralizedSignalingMonitoring）：信号集中监测LEU：LandElectronicUnit地面电子单元。SWBalise：SwitchableBalise有源应答器。FXBalise：FixedBalise无源应答器。RBC（RadioBlockCenter），无线闭塞中心。EMC（ElectroMagneticCompatibility），电磁兼容性。高速铁路信号系统构成高速铁路信号系统是一个以调度集中为龙头、车站设备为基础、通信网络为骨架，集行车调度指挥、列车运行控制、设备监测、灾害防护和信息管理等功能于一体的综合控制系统。信号系统总体结构示意图一、列控系统概述二、CTCS-0级列控系统四、CTCS-3D级列控系统五、CTCS-3级列控系统列控系统几个重要发展阶段内容提纲三、CTCS-2级列控系统一、列控系统概述ZPW-2000无绝缘轨道电路相当总长7.5km相当总长7.5km调谐单元调谐单元空芯线圈接收匹配变压器电缆模拟网络ZCO3电缆发送室内室外调谐区主轨道电路调谐区100m补偿电容GJ匹配变压器电缆模拟网络ZCO3电缆调谐单元调谐单元空芯线圈轨道电路码序4LL2码3LL码2LULU码1UU码0HUHU码5LL3码6LL3码轨道空闲信号显示信息名称LL2码LL码LULU码U2U2码UUUU码LL3码LL3码信号显示信息名称LL2码LL码LULU码U2SU2S码UUSUUS码LL3码LL3码信号显示信息名称应答器载频：车→地：27.095MHz±5KHz地→车：4.234MHz±200KHz信息量：报文码长：1023bit可用码长：830bit应答器应答器分两种：无源应答器（固定信息应答器）；有源应答器（可变信息应答器）。应答器可提供的信息线路参数；临时限速；行车许可；级间转换；线路里程；等列控系统是确保行车安全的信号系统。利用地面提供的线路信息、前车(目标)距离和进路状态，列控车载设备自动生成列车允许速度控制模式曲线，并实时与列车运行速度进行比较，超速后及时进行控制。列控系统构成CTC/TDCS车站分机调度中心CTC车站联锁列控中心轨道电路调度中心下达运行图至车站CTC分机应答器信号机道岔运行图联锁进路命令临时限速信息轨道电路编码进路信息应答器报文控制计算机联锁按照CTC下达进路的命令，控制道岔、信号机，排列进路。CTC分机实时:向车站联锁联锁下发进路命令向列控中心下达临时限速信息车站联锁采集轨道电路的列车占用信息、道岔位置并进行处理。计算机联锁将进路信息发送给列控中心列控中心根据进路信息和临时限速信息:生成轨道电路编码和临时限速报文轨道电路编码发送给轨道电路;临时限速报文发送给应答器。车载设备接收到轨道电路码序和应答器报文信息后，计算生成控制模式曲线，监控列车安全运行。101011101速度曲线车载系统列车模拟运行二、CTCS-0级列控系统CTCS-0级是既有线现状，地面为自动闭塞或半自动闭塞，车载设备由列车运行监控记录装置LKJ和通用式机车信号组成。LKJ设备通过车载存储线路数据，通过IC卡由司机输入临时限速和其他信息，通过机车信号信息提供行车许可，LKJ自动生成监控曲线。三、CTCS-2级列控系统CTCS-2级系统结构CTCS-2级是基于轨道电路和应答器传输列车行车许可信息并采用目标距离连续速度控制模式监控列车安全运行的列控系统。列控中心车站联锁调度中心CTC轨道电路应答器道岔信号机车载设备包括:轨道电路、应答器列控中心、车载设备等CTCS-2级系统结构实现列车占用检查轨道电路功能：线路允许速度和闭塞分区长度等提供临时限速和进路信息应答器功能：提供行车许可及闭塞分区数量综合轨道电路、应答器信息和动车组参数，自动生成连续速度控制模式曲线，实时监控列车安全运行车载设备功能：HUULULL2L3L4L5轨道电路为CTCS-2提供连续的行车许可速度曲线1010111011200120013001250135012501300m1300m码序L5L4L3L2LLUUHU空闲分区数量76543210C2生成行车许可核心工作原理1350m1300m1350m1300m1350m1300m1250m1300m=1250+1300+1350+1300+1350+1300+1350=9250m应答器提供闭塞分区长度和线路允许速度。速度曲线空闲数量：目标距离：当前码序：----m--------9250m7L5轨道电路以码序形式提供空闲闭塞分区数量。车载设备综合计算出目标距离，生成速度曲线。C2的运行许可工作原理1350m1300m1350m1300m1350m1300m1250m1300m1250+1300+1350+1300+1350+1300+1350HUULULL2L3L4L59200空闲区段：77950空闲区段：66650空闲区段：55300空闲区段：44000空闲区段：32650空闲区段：21350空闲区段：1速度曲线0空闲区段：0目标距离:CTCS2级临时限速设置流程调度中心车站列控中心ZPW2000轨道电路可变应答器可变应答器限速范围限制速度调度中心向车站下达临时限速调度命令1车站值班员签认调度命令2向车站列控中心传送临时限速3列控中心生成限速报文向应答器传送并向调度中心回执4CTC(TDCS)车站分机ATP正向预告点切换执行点反向预告点CTCS-2区域CTCS车载控车CTCS-0区域LKJ控车应答器应答器ZPW-2000轨道电路ZPW-2000轨道电路CTCS-2区段和CTCS-0区段的切换速度限制曲线时速(km/h)目标停车点CTCS-2区段追踪运行模拟四、CTCS-3D级列控系统根据京津城际工期紧、GSM-R清频困难、采用GSM-R进行车地连续信息传输存在较大风险的实际情况，采用以下技术原则构建了CTCS-3D系统方案：1.技术方案选择的原因背景原则一：在CTCS-2级的基础上原则二：以基于应答器的ETCS-1级点式系统为原型原则三：创造性的补充了轨道电路连续信息原则四：集成ETCS和CTCS应答器信息CTCS-2CTCS-3D轨道电路连续信息ETCS-1原型应答器信息集成五、CTCS-3级列控系统CTCS-3级系统结构CTCS-3级系统是基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，并具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。包括：无线闭塞中心RBC、GSM-R网络、轨道电路、应答器、列控中心、车载设备等。调度中心CTC车站联锁道岔信号机轨道电路列控中心应答器车载设备无线闭塞中心RBCGSM-R室内设备无线闭塞中心RBCGSM-R室内设备C3级列控与C2级列控的比较(1)地面设备增加无线闭塞中心RBC、GSM-R无线通信网络；(2)车载设备增加GSM-R无线通信单元及天线；(3)车载设备根据RBC的行车许可，生成连续速度控制模式曲线，实时监控列车安全运行。调度中心CTC车站联锁轨道电路列控中心应答器道岔信号机RBC为CTCS-3提供行车许可速度曲线GSM-R无线通信模块及天线车载设备CTCS-3级各部分功能根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可无线闭塞中心RBC应答器通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS-3级车载设备通过GSM-R无线通信系统接受车载设备发送的位置和列车数据等信息向车载设备传输定位和等级转换信息向车载设备传送线路参数和临时限速等信息，满足后备系统的需要用于实现车载设备与地面设备的双向通信GSM-R核心网包括移动交换子系统、GPRS子系统、智能网接口GSM-R网络采用冗余交叉覆盖的方式进行布置，提高了车地通信的可靠性根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和列车参数，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车的安全运行车载安全计算机轨道电路实现列车占用检查发送行车许可信息，满足后备系统的需要调度集中显示投影车站联锁无线闭塞中心（RBC）行调指挥中心（CTC）列车位置、速度信息限速信息进路信息轨道电路占用信息行车许可速度曲线列车位置、速度信息C3系统控车原理速度限制曲线时速(km/h)目标停车点CTCS-3区段追踪运行模拟（1）基于GSM-R实现大容量的连续信息传输，可以提供最远32km的目标距离、线路允许速度等信息，满足跨线运营；（2）CTCS-3级列控系统满足跨线运行的运营要求，C3系统通过在应答器里集成C2报文，满足200~250km，C2同时作为C3的后备系统。（3）车地双向信息传输，地面可以实时掌握列车、速度、位置、速度状态等，并可在CTC系统上实时显示。（4）临时限速的灵活设置，可以实现任意长度，任意速度，任意数量的临时限速设置。主要特点列控车载设备9种主要工作模式休眠模式(SL)完全监控模式(FS)部分监控模式(PS)目视行车模式(OS)引导模式(CO)调车模式(SH)待机模式(SB)隔离模式(IS)机车信号模式(CS)主要工作模式（1）完全监控模式（FS）C3系统的正常工作模式。当车载设备具备列控所需的全部基本数据（包括列车数据、行车许可和线路数据等）时，列控车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线，监控列车安全运行；并通过人机界面显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等信息。目标距离连续速度控制模式曲线速度（km/h）350HUULULL2L3L4L5（2）目视行车模式（OS）轨道电路故障时的非正常行车模式。列控车载设备显示禁止信号、列车停车后又需继续运行时，根据行车管理办法（含调度命令），经司机操作并确认后，列控车载设备按固定限制速度40km/h监控列车运行，司机每确认一次，列车可运行一定距离(200m)或一定时间(60s)。40轨道电路故障OS模式OS模式速度（km/h）（3）引导模式（CO）车站不能正常办理接发车时的非正常行车模式当锁闭进路中存在不能检查列车占用的轨道区段时，车载设备根据地面设备提供的行车许可生成目标距离连续速度控制模式曲线，并通过人机界面显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等，列控车载设备按最高允许速度40km/h监控列车运行，司机负责在列车运行时检查轨道占用情况。CO模式引导信号40速度（km/h）注册与启动进出动车段级间转换行车许可自动过分相人工解锁进路调车作业降级情况临时限速重联与摘解注销RBC切换灾害防护特殊进路主要场景场景：级间转换正常的级间转换在转换区域自动进行；级间转换区域内的转换命令由RBC/应答器提供。在转换点设置应答器组、在转换点前方适当距离设置预告应答器组。典型场景介绍列车通过等级转换预告应答器后，车载设备从RBC/应答器接收到转换预告信息，做好CTCS-2级控车准备；1列车前端通过分界处的切换应答器后，车载设备切换到CTCS-2级方式控车，并终止与RBC的通信会话。2预告应答器切换应答器等级转换预告信息立即执行等级转换CTCS-2级车载设备控车CTCS-3级车载设备控车C3进入C2演示CTCS-3级区段CTCS-2级区段列控车载设备从应答器接收到呼叫RBC命令，与RBC建立通信会话，并从RBC接收CTCS-3级区段的行车许可等信息；1列车前端通过分界处的切换应答器后，车载设备切换到CTCS-3级方式控车。2预告应答器切换应答器等级转换预告信息立即执行等级转换CTCS-3级车载设备控车CTCS-2级车载设备控车C2进入C3演示CTCS-