列车运行自动控制系统(第一章)

列车运行自动控制系统华容上海应用技术学院2011.4（第1章）背景传统铁路信号只能在列车一般速度运行条件下保证安全，随着科学技术的发展和列车速度的提高，发展列车超速防护系统和其它列车速度控制，才能进一步提高运输效率，保证行车安全。定义：由列控中心、闭塞设备、地面信号设备、地车信息传输设备、车载速度控制设备构成的用于控制列车运行速度保证行车安全和提高运输能力的控制系统。地面人工信号地面自动信号机车信号自动停车ATC速度自动防护ATC运行控制系统发展历程背景传统铁路信号只能在列车一般速度运行条件下保证安全，随着科学技术的发展和列车速度的提高，发展列车超速防护系统和其它列车速度控制，才能进一步提高运输效率，保证行车安全。定义：由列控中心、闭塞设备、地面信号设备、地车信息传输设备、车载速度控制设备构成的用于控制列车运行速度保证行车安全和提高运输能力的控制系统。地面人工信号地面自动信号机车信号自动停车ATC速度自动防护ATC运行控制系统发展历程系统的组成与功能控制中心列控中心联锁系统轨道电路应答器编程VCC1DTVCC1I/OVCC1DTVCC1I/O应答器无线闭塞控制中心VCC1DTVCC1I/OVCC1I/O机车信号天线车速点式信息无线制动输出VCC1DTVCC1DTVCC1I/O系统主要功能线路的空闲状态检测；列车完整性检测列车运行授权；指示列车安全运行速度；监控列车安全运行列控系统分类（1）按照地车信息传输方式分①连续式列控系统：车载设备可连续接收到地面列控设备的车-地通信信息，是列控技术发展的主流。连续式列控系统可细分为阶梯速度控制方式和曲线速度控制方式。②点式列控系统：接收地面信息不连续，但对列车运行与司机操纵的监督并不间断。如：瑞典EBICAB系统。③点一连式列车运行控制系统，如：CTCS2级，轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息。点式信息设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息。（2）控制模式分①阶梯控制方式出口速度检查方式，入口速度检查方式，②速度—距离模式曲线控制方式速度-距离模式，德国LZB系统，日本新干线数字ATC系统（3）按照人机关系：①设备优先控制的方式。如：日本新干线ATC系统。②司机优先控制方式，如：法国TVM300／430系统、德国LZB系统（4）按照闭塞方式：固定闭塞、移动闭塞（5）按照功能、人机分工和自动化程度分：列车自动停车（AutomaticTrainStop简称ATS）系统；列车超速防护（AutomaticTrainProtection简称ATP）系统；列车自动控制（AutomaticTrainControl简称ATC）系统；列车自动运行（AutomaticTrainOperation简称ATO）系统。第一章区间闭塞基础1.1闭塞的基本概念和分类自铁路开始运营，就产生了如何控制列车运行间隔以确保列车运行安全的问题。由于列车在线路上运行，不能以相互避让的方法避免迎面相撞，加之列车速度快、质量大，从开始制动到停车需要行走较长的距离，这就产生了后继列车追撞前行列车的可能。为了确保列车在区间内的运行安全，我们把确保列车在线路上运行安全的技术措施和设备，称之为“安全列车间隔控制系统”。闭塞设备是保证列车在区间内行车安全的设备，而列车在车站的行车安全则是由“车站联锁装置”来保证的。1.1闭塞的基本概念和分类车站区间联锁闭塞调度所行车指挥列控系统铁路线路以车站（线路所）为分界点划分为若干区间，区间的界限在单线上以两个车站的进站信号机柱的中心线为车站与区间的分界线。在双线或多线上，分别以各线路的进站信号机柱或站界标的中心线为车站与区间的分界线。为了提高线路通过能力，在自动闭塞区段又将一个区间划分为若干个闭塞分区，以同方向两架通过信号机柱为闭塞分区的分界线。为了确保列车在区间内的运行安全，列车由车站向区间发车时必须确认区间（分区）内没有列车并需遵循一定的规律组织行车，以免发生列车正面冲突或追尾等事故。闭塞的基本概念闭塞的基本概念闭塞就是用信号或凭证，保证列车按照前行列车和追踪列车之间必须保持一定距离（空间间隔制）运行的技术方法。要完成上述闭塞在我国目前还不能由列车司机直接完成，而要由车站值班员来完成。对司机来说，必须由车站值班员给出行车凭证后才能占用区间。在我国，列车占用区间的凭证通常为车站出站信号机和区间通过信号机的准许显示。在用信号的准许显示作为凭证时，首先必须保证区间空闲，其次要办理闭塞手续和发出凭证。当列车进入区间后出站信号机自动关闭准许显示。只有证实列车完全出清区间并再次办理闭塞时，才能再一次开放准许显示。组织列车在区间内行车的方法，一般有以下两种：⒈时间间隔法列车按照事先规定好的时间由车站发车，使前行列车和追踪列车之间必须保持一定时间间隔的行车方法．这种行车方法因追踪列车不能确切地得到前行列车的运行位置，所以不能确保列车在区间内的运行安全，我国已不再使用此种行车方法。⒉空间间隔法把铁路线路划分为若干个段落（区间或闭塞分区），在每个区段内同时只准许一列列车运行，这样使前行列车和追踪列车之间必须保持一定距离的行车方法，这种行车方法能严格地把列车分隔在两个空间，可以有效地防止列车追尾和正面冲突事故的发生，确保列车运行安全。这种行车方法是我国目前所采用的闭塞方法，我们所说的闭塞就是指空间间隔法。区间闭塞方法的分类区间闭塞方法的分类目前，闭塞可分为以下几类：站间闭塞以地面信号为主的自动闭塞带有列控系统的自动闭塞基于通信的列控系统的自动闭塞等几类。1.站间闭塞站间闭塞就是两站间只能运行一列车，其列车的空间间隔为一个站间。按技术手段和闭塞方法又可分为：电话闭塞、半自动闭塞和自动站间闭塞。(1)其中半自动闭塞就是人工办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，发车站出站信号机自动关闭。在没有设备检测区间是否留有车辆时，还必须由接车站的值班员确认列车的完全到达和人工恢复闭塞。这种方法因为既要人工操纵，又要依赖列车运行自动关闭信号，所以称做半自动闭塞。其特征为：站间或所间只准走行一列车。(2)自动站间闭塞就是在有区间占用检查的条件下，自动办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，出站信号机自动关闭的闭塞方法。其特征为：有区间占用检查设备；站间或所间区间只准走行一列车；办理发车进路时自动办理闭塞手续；自动确认列车到达和自动恢复闭塞。自动闭塞就是根据列车运行及有关闭塞分区状态自动变换信号显示，而司机凭信号行车的闭塞方法。其特征为：把站间划分为若干闭塞分区，有分区占用检查设备，可以凭通过信号机的显示行车，也可凭机车信号或列车运行控制的车载信息行车；站间能实现列车追踪；办理发车进路时自动办理闭塞手续，自动变换信号显示。2.以地面信号为主的自动闭塞当列车最高运行速度在l60km/h及以下时，通常采用以地面信号为主的的自动闭塞系统。该系统一般设有地面通过信号机，机车装备机车信号及自动停车装置，来保证列车按照空间间隔制运行。目前，以地面信号为主的自动闭塞可分为：三显示自动闭塞和四显示自动闭塞。当列车最高运行速度为120km/h时，我国铁路一般采用三显示自动闭塞。就是通过信号机具有三种显示能预告列车前方两个闭塞分区的状态；分二个速度等级，一个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离。当列车最高运行速度达到160km/h时，我国铁路一般采用四显示自动闭塞。四显示自动闭塞就是通过信号机具有四种显示能预告列车前方三个闭塞分区的状态：分三个速度等级，二个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离。多于四显示时，则以机车信号为主。2.以地面信号为主的自动闭塞目前铁路信号显示制度主要有进路制和速差制信号两种显示方式。进路制信号以指示列车进入不同进路为原则的信号显示制度，速差制信号是每一种信号显示均表示不同行车速度的信号显示制度。我国铁路既有的信号显示基本属于进路式简易速差信号显示方式，其速差速度含义主要体现在进站信号机(含接车进路信号机)的显示上。世界各国铁路的信号显示方式随着列车运行速度的提高正在向速差制信号显示方式转变，随着我国铁路提速，其信号显示方式中的速差含义也正在逐步增强。如属于限速运行的信息有双半黄色灯光显示(限速45km／h)、双半黄色灯闪光显示(限速80km／h)以及红黄灯闪光显示(限速20km／h)。属于速差信号信息的有四显示及特殊区段的黄灯、黄2、黄2闪、黄3、绿黄2等信息。它们都明确提出要减速到规定的速度等级，通过接近的地面信号机。属于预告要减速的信息有三显示的黄灯、四显示的绿黄灯信息。主要闭塞类型—自动闭塞前列车位置限制速度四显示三显示四显示追踪位置三显示追踪位置四显示追踪三显示追踪3.带有列控系统的自动闭塞列车运行自动控制系统(简称列控系统)是靠控制列车运行速度的方式来实现列车按照空间间隔制运行的技术方法。运行列车间必须保持的空间间隔首先是满足制动距离的需要，还要考虑适当的安全余量和确认信号时间内的运行距离。所以根据列控系统采取的不同控制模式会产生不同的闭塞制式。列车间的追踪运行间隔越小，运输能力就越大。从闭塞制式的角度来看，装备列车运行控制自动的自动闭塞可分为三类：(1)固定闭塞(2)准移动闭塞(含虚拟闭塞)(2)移动闭塞3.带有列控系统的自动闭塞(1)固定闭塞：列控系统采取分级速度控制模式时，采用固定闭塞方式。运行列车间的空间间隔是若干个闭塞分区，闭塞分区数依划分的速度级别而定。一般情况下，闭塞分区是用轨道电路或计轴装置来划分的，它具有列车定位和占用轨道的检查功能。固定闭塞的追踪目标点为前行列车所占用闭塞分区的始端，后行列车从最高速开始制动的计算点为要求开始减速的闭塞分区的始端，这两个点都是固定的，空间间隔的长度也是固定的，所以称为固定闭塞。对于固定闭塞采用的列控技术通常是如下图所示的分级速度控制方式。(1)台阶式分级速度模式曲线(1)小曲线分级速度模式曲线固定闭塞特点：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区；一个分区只能被一列车占用；列车间隔以闭塞分区为单位，而与列车在分区内的实际位置无关；3.带有列控系统的自动闭塞(2)准移动闭塞：准移动闭塞方式的列控系统采取目标距离控制模式(又称连续式一次速度控制)。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，当然会留有一定的安全距离，而后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点相对固定，在同一闭塞分区内不依前行列车的走行而变化，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，由于要与移动闭塞相区别，所以称为准移动闭塞。显然其追踪运行间隔要比固定闭塞小一些。一般情况下，闭塞分区是用轨道电路或计轴装置来划分的，它具有列车定位和占用轨道的检查功能。追踪目标点是前行车所占用闭塞分区的始端3.带有列控系统的自动闭塞(3)虚拟闭塞：是准移动闭塞的一种特殊方式，它不设轨道占用检查设备，采取无线定位方式来实现列车定位和占用轨道的检查功能，闭塞分区是以计算机技术虚拟设定的。如下图所示。3.带有列控系统的自动闭塞(4)移动闭塞：移动闭塞方式的列控系统也采取目标距离控制模式(又称连续式一次速度控制)。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，采用一次制动方式。移动闭塞的追踪目标点是前行列车的尾部，当然会留有一定的安全距离，后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点是前行列车的尾部，与前行列车的走行和速度有关，是随时变化的，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，所以称为移动闭塞。其追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。移动闭塞一般采用无线通信和无线定位技术来实现。追踪目标点是前行列车尾部特点：列车间的间隔是动态的、并随前一列车的移动而移动线路没有被固定划分的闭塞分区后续列