CTCS2列控系统

既有线时速200公里电务新技术培训教材CTCS2列车控制系统简介地面应答器CTC或TDCS站机车站列控中心车站联锁轨道电路LEU车务终端车站信号楼调度中心地面应答器CTC或TDCS站机车站列控中心车站联锁轨道电路LEU车务终端车站信号楼地面应答器CTC或TDCS站机车站列控中心车站联锁ZPW2000轨道电路LEU车务终端车站信号楼调度中心CTC既有线200km/h动车组CTCS2列控系统由地面和车载设备两部分组成。地面设备由列控中心、K5B计算机联锁、CTC、ZPW-2000A轨道电路和应答器等设备组成。车载设备安装在动车组上，ATP车载设备由车载安全计算机、轨道信息接收单元（STM）、应答器信息接收单元（BTM）、制动接口单元、记录单元、人机界面（DMI）、速度传感器、轨道信息接收天线、应答器信息接收天线等组成。ATP车载设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数据，生成控制速度和目标距离模式曲线，控制列车运行。同时，记录单元对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录。CTCS2列控系统设备构成见下图。从上图可以看出，CTCS2级区段地面信号系统中除了通过轨道电路向列车传输连续信息外，还要通过应答器把地面的一些线路静态数据、临时限速以及进路参数等发送到机车上，以保障列车安全行驶。第一章列控系统地面设备列控系统地面设备主要由车站列控中心、应答器设备、ZPW-2000轨道电路等组成。第一节车站列控中心（TCC）车站列控中心设置在各车站机械室，是一套二乘二取二安全计算机系统，它与K5B计算机联锁、CTC车站自律机接口，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，通过安装在进、出PSQCTC车站自律机车站列控中心（TCC）K5B计算机联锁LEU有源应答器无源应答器微机监测ZPW-2000A轨道电路ATP车载设备BTMSTMCTCS2列控系统设备构成图ATP地面设备RCTC调度中心车务终端站口的有源应答器传送给列车。CTC调度中心的调度员向车站自律机发送临时限速命令（包括操作员姓名、命令号、限速起点、限速终点、限速级别、线路号和预计限速时间长度等相关内容），经车站值班员签收确认后，将限速命令发送给列控中心；列控中心通过P口与自律机通信，接收来自CTC的限速命令，并对收到的数据进行有效性检查；同时通过Q口与计算机联锁系统通信，获取进路信息、股道信息、区间运行方向信息，根据这些信息和限速命令在报文存储器内检索到相应报文，通过S口发送给LEU；LEU装设在列控中心机柜内，实时接收列控中心传送的数据报文并通过应答器数据传输电缆，送给对应室外有源应答器，实时更新有源应答器的数据，实现应答器对变化数据的发送。装有ATP车载设备的列车经过应答器时，收到临时限速命令报文，控制列车按限速要求运行。列控中心同时将限速命令的执行情况及时反馈给CTC。在车站发车进路、离去区段有临时限速时，列控中心向联锁系统输出进站信号机点黄灯、接近区段轨道电路发黄码控制条件。列控中心还通过R口与微机监测系统联接，自动向车站微机监测传送列控中心设备自检信息、LEU自检信息、通信状态等监测信息。第二节应答器应答器是一种高速数据传输设备，负责向动车组ATP车载设备提供控车信息（报文）。应答器分有源应答器和无源应答器。有源应答器设置在进站口和出站口，向列车发送自LEU来的信息，当电缆断线时发送自身预存信息（默认报文）。无源应答器设置在进站口、出站口和区间，负责向列车传送地面固定信息。应答器和车载设备之间的数据传输通过空气中磁场耦合完成。车载天线向地面发送27.095MHz的连续波，为地面应答器提供产生电源的磁场。当车载天线接近应答器时，应答器天线环感应到能量，通过电磁耦合转换成电能，应答器被激活，向车载设备循环发送报文，直至能量消失。1应答器的布置在车站进站口和出站口处分别设置一台有源应答器和一台无源应答器。安装位置如下图所示，靠近站舍的为有源应答器，两个应答器相距5米。在进站信号机开放时，列控中心控制LEU向进站口有源应答器发送报文，直至列车完全越过进站信号机。进站口有源应答器提供正向接车进路参数，具有直股发车进路的股道，同时提供直股发车进路及前方一定距离内的线路参数和临时限速信息；反向运行时提供反向站间区间临时限速、反向运行等信息，反向站间区间的线路固定信息则由进站口无源应答器提供。出站口有源应答器提供正向站间区间临时限速，提供反向接车进路参数，具有直股发车进路的股道，同时提供直股发车进路及前方一定距离内的线路参数和临时限速信息。出站口无源应答器提供正向区间一定距离内的线路参数。区间无源应答器一般按每三个闭塞分区设一台设计，提供正向运行前方一定距离的线路参数（包括应答器链接、线路坡度、静态速度曲线、轨道区段），反向运行只提供应答器链接信息。安装位置如下图所示，应答器距调谐单元15米。区间无源应答器安装示意图按照现行的应答器报文编制规则，应答器的有效信息容量只能满足4个坡度段的信息要求，而在一个应答器报文所覆盖的9-10个闭塞分区内，实际坡道数量为8-14个，报文长度超出应答器的数据容量（最大830位）。为了解决这个问题提出两种方案：1．缩短应答器的设置间距，相应地将大量增加应答器的数量。2．简化线路坡道。根据运输局基础部的指导性意见和通号公司设计院提出的对有关规则的修改原则，按以下原则修改：1．改变应答器报文填写规则，线路固定限速信息在出站口应答器组中填写。2．改变坡度合并规则，采用铁标TB/T1407-1998《牵引计算规则》的坡度合并规则，化简坡道。按以上修改原则，一台应答器的有效信息容量可以满足8个坡度段的信息要求，这样一般应答器都能满足信息量的要求。2级间转换动车组同时装备ATP车载设备与列车运行监控记录装置（简称LKJ）。在CTCS2级区段，由ATP车载设备控车；在CTCS0级、1级区段或在2级区段ATP车载设备特定故障下，LKJ结合ATP车载设备提供的机车信号或主体机车信号功能，控制列车运行，最高速度不超过160km/h。正常情况下，两种控车模式通过特殊应答器自动转换（无需停车转换）；故障情况下，停车手动转换。两种控车模式的转换通过ATP车载设备实现。上述两种控车模式下，LKJ通过ATP车载设备接收或记录有关列控状态数据（含进路参数、列车位置等）及其对应的操作状态信息。举例：假如级间转换的转换点设置在上行3接近信号点。级间转换区段设预告点应答器组、执行点应答器组和反向预告点应答器组。安装位置如下图所示。级间转换应答器组安装示意图第三节ZPW-2000A轨道电路ZPW-2000轨道电路的制式符合CTCS2级区段要求，但CTCS2系统对车站正线电码化有特殊要求：接车进路和发车进路采用不同的载频（以下行正线正方向为例，若接车进路为1700HZ，则发车进路应为2300HZ）；进站信号机前方轨道电路和接车进路电码化宜采用不同的载频；反向运行时，发车进路发27.9HZ检测码,且载频与反向接车进路不同。电码化频率调整。下行正线正、反向接车载频为1700Hz（上行线为2000Hz），发车为2300Hz（上行线为2600Hz）。由于正方向离去区段的载频可能是同方向两个载频中的任一个，因此反方向运行时不一定满足进站信号机前后载频不同的要求。第二章列控系统车载设备CTCS2－200H型车载列控系统，是在日本数字ATC系统的基础之上，根据我国CTCS技术标准的要求，引进开发的新一代列车控制系统。CTCS2－200H型车载列控系统的引进开发，对实现我国列控技术与国际接轨，加快预告点执行点反向预告点发展我国CTCS建设具有重大意义。第一节ATP车载系统的主要设备车载列控系统由车载安全计算机、轨道信息接收单元（STM）、应答器信息接收单元（BTM）、制动接口单元、记录单元、人机界面（DMI）、速度传感器、轨道信息接收天线、应答器信息接收天线等组成。一安全计算机安全计算机是ATP装置的核心部分，负责从ATP各个模块搜集信息，依据轨道电路信息、列车制动力、线路坡度、列车运行速度和列车编组等信息，按照列车牵引计算模型的要求，生成制动模式曲线并把列车运行速度与模式曲线相比较，必要时通过故障安全电路向列车输出制动信息，控制列车安全运行。安全计算机由功能完全相同的2个系统（第1系统、第2系统）构成。各个系统包含两个功能相同的CPU（A系、B系），每个CPU的处理结果与另一CPU的处理结构校准。如果A系、B系两个CPU的处理结果不一致，则会作为故障处理。以保证列车控制的安全性和设备的冗余性。安全计算机的核心安全逻辑由FS-LSI（故障安全LSI）实现。FS-LSI对两个CPU的运算结果（制动指令条件等）输出进行校核，如果校核不一致就立即进行故障检测，确保故障安全。二轨道信息接收单元STMSTM又称为轨道信息接收单元，该单元通过STM天线(感应器)接收轨道电路信号，解调轨道电路上传的信号信息，并将解调的信息传递给安全计算机，为安全计算机生成制动模式曲线提供依据。STM可以接收最多16种载频，包括国产移频以及ZPW-2000(UM)系列轨道电路信息。STM可根据应答器信息、轨道电路载频锁定信息、司机操作锁定可接收的载频，以防止邻线干扰。为提高系统的可靠性和安全性，STM采用2×2取2结构，即STM由功能完全相同的2个系统，每个STM系统与一个安全计算机配合，组成一系控制系统。两系STM完全独立工作。三BTM和BTM天线BTM单元通过BTM天线，接收来自地面应答器线路数据，经校核后，将正确的信息传输至安全计算机，为安全计算机生成制动曲线提供数据。来自应答器的数据包括线路参数信息、进路信息、临时限速信息以及级间切换等信息。四DRU记录单元系统的DRU模块通过记录ATP装置的动作、状态、司机的操作等信息，可将行车及系统自身运行状况的关键数据记录到PCMCIA卡上，并可通过读卡器可将数据下载至地面分析管理微机，进行设备运行状况分析。五制动接口单元RLU制动接口单元核对车载安全计算机各系统输出的制动指令，对两套车载安全计算机输出的制动指令进行“或”操作后，作为系统的最终输出。当各系统制动指令输出不相同时，选择输出大制动力的进行输出。双系统中单系统故障时，该系统的常用、紧急输出短路，制动接口单元不再核对双系统的输出。此时，正常系统的制动指令输出将作为系统的最终输出。两系统均故障时，则认为系统停机，最终输出紧急制动。六人机界面DMICTCS2－200H型车载列控系统的DMI（人机界面）由下列部分组成：1.屏幕，输出显示；2.开关或按键，供司机向车载设备输入数据/命令。3.音响发生器，用于提供声音信息；DMI提供车载子系统与司机之间的接口，该接口通过声音、图象等方式将ATP车载装置的状态通知司机。司机可以通过DMI上的按键来切换ATP装置的运行模式或是输入必要的信息。具体来说，人机接口的主要功能包括以下几个方面：向司机显示下列信息：1.列车实际速度；2.目标速度；3.最大允许速度；4.目标距离；5.车载工作方式等；接受司机的数据七测速测距模块测速测距模块由速度传感器、测量通道和测速测距板构成，为双机冗余结构，正常工作情况下，双机同时从速度传感器采集信号并进行处理。该模块除了进行正常的列车速度、加速度、走行距离的检测外，还具有防滑和防空转功能。除以上主要模块外，车载系统还预留了GSM-R的接口，为将来向300km/h扩展预留了接口。第二节ATP车载系统主要功能一载频切换功能在CTCS-2级区段，车载设备可以通过应答器信息得到轨道电路的载频信息，通过ATP主机与STM的通信，可准确获得前方轨道电路的载频配置情况。在CTCS-1级区段，由于无应答器信息，载频自动切换与锁定的信息只能来自于基于25.7Hz的信息。第二种载频切换手段是，动车组司机通过设置在DMI上的操作按钮手动选择载频。ZPW-2000载频切换与锁定信息和司机的手动设置具有相同的优先级，以后收到者为准。在CTCS-0级区段，由于无应答器信息，也无基于25.7Hz的载频自动切换与锁定的信息，载