ATC列车运行控制系统-丁太生

列车自动控制系统丁太生老师--收集讲授内容n列车运行的基本概念与术语n列车运行的自动控制系统概述n列车运行自动控制系统基本工作原理n地—车信息传输技术和有关主要设备n线路及信号机图第一章基本概念与术语（1）n固定闭塞（FixedBlock）：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，闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计，列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，列车位置的分辨率为一个闭塞分区（一般为几百米），制动的起点和终点总是某一分区的边界，对列车的控制一般采用速度码台阶式制动曲线方式，该系统要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多。n移动闭塞(MovingBlock)：线路没有被固定划分的闭塞分区，列车间的间隔是动态的、并随前一列车的移动而移动，列车位置的分辨率一般为10米范围内，该间隔是按后续列车在当前速度下的所需制动距离、加上安全裕量计算和控制的，确保不追尾，制动的起始和终点是动态的，对列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式，轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大。第一章基本概念与术语（2）n准移动闭塞(Distance-To-Go)：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，闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计，列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，列车位置的分辨率也为一个闭塞分区（一般为几十米—几百米），制动的起点可以延伸，但终点总是某一分区的边界，对列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式，要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多。第一章基本概念与术语（3）n虚拟/逻辑闭塞(Virtual/LogicalBlock))：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，在一个原固定闭塞分区可以被分为几个虚拟分区，闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计，列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，列车位置的分辨率也为一个虚拟分区（一般为几十米），制动的起点可以延伸，但终点总是某一虚拟分区的边界，对列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式，要求运行间隔越短，分区数也越多，但设备基本不增加。第一章基本概念与术语（4）第一章基本概念与术语（5）nATC系统n列车自动防护（ATP）系统n列车自动监督（ATS）系统n列车自动驾驶（ATO）系统n紧急制动n最大常用制动n线路速度限制第一章基本概念与术语（6）n基于通信的列车控制（CBTC）n站停时间n故障-安全n间隔n联锁n移动授权n冗余第二章绪论2.1概述n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。n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2.1列车运行控制技术发展简史概述n列车运行控制技术的发展经过地面人工信号地面自动信号出现机车信号自动停车速度码的ATP基于轨道电路的速度-距离曲线控制的ATP基于通信的列控系统第二章绪论2.1.1地面人工信号铁路运营的开始，就产生了如何控制列车间隔以保证行车安全的问题，从而产生了行车闭塞法。在铁路上“闭塞”是指有列车运行的线路区段封闭起来，不准许其他列车驶入，以防止列车相撞。这个阶段，主要是依靠信号工的眼睛观测（传感器），通过人控制的信号给司机传递行车命令（传输），然后，由司机控制列车运行。而列车间隔调整依靠人工闭塞。第二章绪论2.1.2人工闭塞系统第二章绪论2.1.3基于轨道电路的闭塞系统采用轨道继电器的吸起和落下来检测轨道区段的空闲，根据列车在该轨道区段的占用与出清来点亮轨旁设置的信号机，见图1-2。列车将根据轨旁的信号机显示来行车，信号机的显示定义是带有速度含义的，列车上的司机必须根据信号机的显示来控制列车，在这期间，出现了三显示和四显示的固定闭塞系统。第二章绪论轨道电路原理第二章绪论三显示自动闭塞第二章绪论四显示自动闭塞第二章绪论2.1.4机车信号地面信号只是向司机提供视觉信号，由司机解释信号显示意义从而驾驶列车。信号显示仅仅指明安全运行条件，而列车的安危在很大程度上在司机手中。受到自然环境（如雾、风沙、大雨等）的影响以及地形的限制，司机往往不能在规定的距离上及时了望前方的信号机的信号显示，因而有产生冒进信号的危险。发明了机车信号设备，将地面的视觉信号变成通过技术手段引入司机室，大大改善了司机了望条件。这样司机就能够在任何条件下从容地驾驶列车和前方信号为禁止信号时及时采取制动措施，提高了列车运行的效率和安全程度。第二章绪论2.1.5自动停车装置第二章绪论2.1.6速度码控制（SpeedCode）的列控系统第二章绪论2.1.7基于速度-距离曲线控制（DistanceToGo）的列控系统第二章绪论2.1.8基于虚拟/逻辑控制的列控系统第二章绪论2.1.9基于CBTC控制的移动闭塞系统第二章绪论基于CBTC控制的移动闭塞系统的列车追踪原理第二章绪论基于交叉环线的CBTC系统第二章绪论基于波导管的CBTC系统用户信号漏泻波导原理示意图漏泻波导管车载接收发送器轨旁接收发送器(轨旁ATP,-图象数据用户信号第二章绪论基于自由波传输的CBTC系统第二章绪论2.1.10ATO第二章绪论2.1.11FAOATS系统SCADA系统综合监控系统（供电、信号、通信、车辆、防灾、车辆段、停车场等）车站ATS综合维护轨旁ATP/ATO联锁设备站台安全控制公共义务PISCCTV应急通信多服务的冗余骨干网络定位轨旁无线接收/发送地车信息传输介质车载无线接收/发送车载ATP制动车载ATS车载ATO牵引控制公共义务PISCCTV应急通信定位控制中心轨旁信号控制系统轨旁通信系统车载通信系统车载信号控制系统第二章绪论2.2列车运行自动控制系统组成及分类n定义:基于控制技术、通信技术、计算机技术及铁路信号的行车指挥、控制及管理自动化系统n名称问题:日本新干线ATC；法国TGV的TVM系统；德国LZB；英国及瑞典的ATP；地铁ATP系统；等等。n系统组成地面设备车载设备信息传输通道第二章绪论第二章绪论列车运行自动控制系统组成第二章绪论-车载系统结构“三取二”安全车载计算机接收天线Antennafortrackcircuit~FTGS-917轨道电路Trackcircuit轨道环线Lloop司机室显示PTI车载天线PTIVehicleAntennaATO单元n系统分类按功能、人机分工和自动化程度分：ATP系统、ATC系统按人—机关系分：设备优先、司机操作优先按控制模式分n阶梯控制模式n速度—距离模式曲线控制方式按照闭塞方式：固定闭塞、移动闭塞按地车信息传输方式n点式列车运行自动控制系统n连续式列车运行自动控制系统n点连式列车运行自动控制系统第二章绪论点式列控系统连续式列控系统-轨道电路方式连续式列控系统-轨道电缆方式连续式列控系统-无线方式点连续式列控系统-轨道电路+点式应答器第三章列控系统基本工作原理n概述n基本功能n间隔控制n速度控制n基本原理：地面信息——传输通道——车载设备n根据传输通道不同分为n点式列车运行自动控制系统n连续式列车运行自动控制系统第三章列控系统基本工作原理1、点式列车运行自动控制系统n特点n采用点式传输信息，用车载计算机进行信息处理，最后达到列车超速防护的目的n优点n采用无源、高信息量地面应答器，结构简单，安装灵活，可靠性高，价格明显低于连续式列车运行自动控制系统1.1点式列车运行自动控制系统基本结构n组成n地面应答器n轨旁电子单元（LEU）n车载设备车载设备信号机或联锁设备中央处理单元天线应答器LEU速度传感器地面设备第三章列控系统基本工作原理第三章列控系统基本工作原理vsv=v(s)ETCS联锁轨道占用现场单元控制占用轨道区段的末端欧洲应答器欧洲应答器轨旁电子单元TD-SP-MAvsv=v(s)ETCS联锁轨道占用现场单元控制占用轨道区段的末端欧洲应答器欧洲应答器轨旁电子单元TD-SP-MAn地面应答器RUROBALISEn与地面信号机设备相连n存放固定数据n地车传输采用FSK方式第三章列控系统基本工作原理n轨旁电子单元（LEU）nLEU是地面应答器与信号机的接口n将不同的信号转换为约定的数码LEU电流含义CoutCout1I1I2I3I4I5I2I3I4I5I绿灯灯丝电流黄灯灯丝电流双黄灯丝电流红灯灯丝电流白灯灯丝电流1111111011101110010010010第三章列控系统基本工作原理n车载设备n车载应答器n测速传感器n车载安全型计算机n驾驶台上的显示、操作和记录n制动输出第三章列控系统基本工作原理n车载设备结构图第三章列控系统基本工作原理1.2点式列车运行自动控制系统基本工作原理车载中央控制单元根据地面应答器传至车上的信息（目标点的距离、目标速度、线路坡度等）以及列车的制动率，计算出两个信号机之间的速度控制曲线n车载计算曲线的数学公式221bttvSbtvvzzc22czvbSvbSvz2第三章列控系统基本工作原理n地车信息的电码结构n起始同步码：识别一组码的开始，车载、地面实现同步n信息码：以电码组合的方式传输控制信息，可达到上千位信息n安全监视码：增加电码传输的安全、可靠性n终止码：识别一组电码的结束第三章列控系统基本工作原理2、连续式列车运行自动控制系统n适用于高速干线和高密度的地铁、轻轨n其技术基础为飞速发展的信息传输技术n按照地车信息传输的媒体分n有线n轨道电缆n数字编码音频轨道电路n无线第三章列控系统基本工作原理2.1、采用轨道电缆的列车运行自动控制系统n工作原理n组成：地面控制中心、轨道传输电缆、车载设备n地面控制中心根据地面存储的各种信息，结合联锁设备的信息实时计算列车的最大允许速度，通过轨道电缆传输给车载设备，实现速度控制n优点n由于控制中心“管全局”，统一指挥在其管辖范围内的列车，对于一些交通繁忙的枢纽是非常有利的，在一旦发生行车误点或其他行车障碍时，可以迅速地将行车命令传送到列车。n缺点n一旦控制中心的设备故障即会引起全线交通瘫痪第三章列控系统基本工作原理n采用轨道电缆的列车运行自动控制系统原理图控制中心maxvvs允许v允许v列车信息列车信息BA允许v第三章列控系统基本工作原理n系统结构n控制中心与中继器相连n一个中继器最多与128个轨道环路相连联锁信息中继器中继器中继器控制中心轨道电缆......第三章列控系统基本工作原理n轨道电缆作为该系统的唯一信息通道，为了抗牵引电流的干扰以及实现列车定位，轨道电缆每间隔一定距离做一交叉。n这样一个中继器最多可控制128个轨道电缆回路，则最大控制距离为Lcmax=128×25=3200m第三章列控系统基本工作原理2.2、采用数字编码轨道电路的列车运行自动控制系统n与前面方式的比较n点式列控系统存在点式信息传输的不连续性n轨道电缆传输价格高，铁路养护麻烦n在权衡性能、价格、安全可靠与可用性等方面的情况下，用音频轨道电路构成的连续式列车运行控制系统在城市轨道交通中得到了广泛的应用。n特点n轨道电路被用作双重通道：当轨道电路区段上无车时，轨道电路发送的是轨道电路检测信号或检测码；当列车一驶入轨道电路区段，立即转发速度信号或者有关数据电码。第三章列控系统基本工作原理n系统概貌第三章列控系统基本工作原理n地-车信息n车站停车点（用以构成列车停站开启车门的一个条件）n列车运行方向n开启哪一侧车门n下一区段入口允许速度n区间最大速度n下一区段的坡度n至限速区间起始点的距离n限速区间的允许速度n限速区间的允许速度n目标距离：指列车所在轨道电路区段的始点至目标点的距离n目标速度：目标点的允许速度，如目标点为停车点，则目标速度为零nATP系统的开始与结束n列车所在轨道电路经编号确认n列车所在轨道电路的长度n下一段轨道电路