列车运行自动控制系统(第一章).ppt

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1、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。,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

2、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。,运行控制系统发展历程,系统的组成与功能,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。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。点一连式列车运行控制系统，如：CTCS2级，轨道电路

3、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）控制模式分阶梯控制方式出口速度检查方式，入口速度检查方式，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：设备优先控制的方式。如：日本新干线ATC系统。司机优先控制方式，如：法国TVM300430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（Automatic Train Stop 简称ATS）系统；列车超速防护（Automatic Train Prote

4、ction 简称 ATP）系统；列车自动控制（Automatic Train Control 简称ATC）系统；列车自动运行（Automatic Train Operation 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

5、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,联锁,闭塞,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

6、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：时间间隔法 列车

7、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。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：

8、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

9、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，

10、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

11、,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45kmh)、双半黄色灯闪光显示(限速80kmh)以及红黄灯闪光显示(限速20kmh)。属于速差信号信息的有四显示及特殊区

12、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

13、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

14、下图所示的分级速度控制方式。,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；,三显示自动闭塞,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

15、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。,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

16、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。,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车以前行列车

17、尾部为追踪的目标点前后列车的最小间隔等于后行列车的制动距离+安全距离,移动闭塞,阶梯控制模式,特点前后车均以闭塞分区单位进行定位；在闭塞分区内，车载设备以一个允许速度防护列车；闭塞分区长度按最差列车制动性能设计,速度距离控制模式,采用制动初速与制动距离模型控制列车速度的控制方式。,特点：考虑坡道、弯道、限速等线路参数；考虑列车载重、车长及制动特性等；保证行车安全提高运行效率,速度距离控制模式方式,每一段区间的速度代码,1.2 区间闭塞的发展历史、现状及发展趋势,实现区间闭塞的设备也是随着铁路运输的发展而发展，闭塞设备技术对提高列车运行密度和运输效率具有重要的作用。在闭塞设备发展的历史中经历了早

18、期的人工闭塞设备；半自动闭塞设备、以地面信号为主的自动闭塞设备以及带有列车运行控制系统的自动闭塞，以下分别叙这些设备的发展过程。,1.人工闭塞设备早期的人工闭塞设备是用电报和电话闭塞方式，经过一段时间的使用后，又先后发明了电气路签机和电气路牌机，实现了路签和路牌闭塞方式。由于这种闭塞方式的效率低下，且安全性较差，因此逐渐被其他闭塞设备所取代。但电话闭塞的方式被保留。在“十五”期间人工闭塞（包含电话和路签（牌）装备率为0.1%。2.半自动闭塞设备半自动闭塞是用人工来办理闭塞及开放出站信号机，而由出发列车自动关闭出站信号机，并实现区间闭塞的一种闭塞方式。继电半自动闭塞是以继电电路的逻辑关系来完成两

19、站间闭塞作用的闭塞方式。我国的单线铁路，采用的是64D型继电半自动闭塞。与人工闭塞设备相比，半自动闭塞设备在确保行车安全和提高行车效率方面，都有明显的提高。,3.以地面信号为主的自动闭塞设备半自动闭塞由人工办理闭塞手续，列车凭出站信号机的允许信号显示出发，出站信号机在列车出发后自动关闭，列车到达接车站经人工确认整列到达后办理到达复原，解除闭塞。半自动闭塞利用车站来隔离列车，即两站间的区间同时只允许一列列车运行。而且由于区间没有空闲检查设备，须由人工确认列车的整列到达，而事故复原的安全操作得不到保证，所以行车安全程度不高，并影响运输效率。以地面信号为主的自动闭塞设备是根据列车运行及有关闭塞分区状

20、态，自动变换通过信号机显示而司机凭信号行车的闭塞方法，它适用于列车最高运行速度在160km/h的情况。自动闭塞是在列车运行过程中自动完成闭塞作用的。自动闭塞将一个区间划分为若干闭塞分区，在每个闭塞分区的起点都装设通过信号机用以防护其后方的闭塞分区。每个闭塞分区内都装设轨道电路(或计轴器等列车检测设备)，通过轨道电路将列车和通过信号机的显示联系起来，根据列车运行及有关闭塞分区的状态使通过信号机的显示自动变换。因为闭塞作用的完成不需要人工操纵，故称为自动闭塞。目前大量使用的典型的自动闭塞设备如ZPW-2000A。,以地面信号显示为主的铁路信号系统只是向司机提供视觉信号，由司机解释信号显示意义并驾驶

21、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由司机控制。由于地面信号显示系统有时受到自然环境(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显示，因而有产生冒进信号的危险。为将列车运行前方所接近信号机的显示情况及时通告司机,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，改善了司机了望条件。但在司机疲劳或疏忽大意以及出现操作不当等人为因素时，仍会使机车信号失去作用而发生机车冒进信号的事故。这就要求在机车上加装自动停车装置，以辅助司机确认信号。当司机疏忽大意时，自动停车装置立即发出音响报警，以提醒司机，并在司机未采取有效措施

22、时，强迫列车停车，以防止列车冒进信号事故的发生。因此，在以以地面信号为主的自动闭塞中，加入机车信号和自动停车装置，有效的提高了列车运行的效率和安全程度。,4.带有列车运行控制系统的自动闭塞随着高速铁路的发展，列车运行自动控制设备的水平也在不断提高，由列车超速防护提高到列车自动限速和列车自动运行等新技术。机车信号和列车超速防护系统的行车命令目前还是来自地面自动闭塞的轨道中传递的信息。随着数字化、无线传输技术、漏泄电缆及卫星定位技术的发展，依靠这些技术实现列车和地面控制中心、列车和列车之间的信息传输，就不需要将区间划分为固定的若干分区，来调整列车之间的追踪间隔，而是两个列车通过数据传输，自动的计算

23、出实时的列车追踪的安全间隔，使两列车之间的间隔最小，从而提高了行车密度和区间通过能力。,5.基于通信的列控系统的自动闭塞目前,信号技术的最新变革方向就是基于通信的列车控制系统(CBTC Communication Based Train Control system）。CBTC能使列车在更短的间隔内运行，并保证对列车的安全间隔。CBTC系统不依靠轨道电路或计轴设备来确定列车的位置,通过轨旁设备和列车实现双向通信,从而实现了对列车速度的闭环控制和监督。CBTC系统将轨道划分成若干逻辑闭塞分区，并在计算机的安全数据库里对之进行定义。这一方法的主要好处就是系统设计能够划分可能多的闭塞分区，而无须太大的成本。闭塞分区的改变主要时数据库的改动，这一改动不涉及物理局限或设备成本。另外，CBTC系统不再依靠地面轨道电路设备判别列车的定位,突破了固定闭塞的局限性,为实现移动闭塞提供可能。在CBTC 系统中充分利用先进的通信传输手段,实时地或定时地进行列车与地面之间的双向通信联络，使得后续列车可以及时了解前方列车运行实际间隔距离，通过计算后续列车即可给出最佳制动曲线，既提高了区间通行能力，减少了频繁减速制动操作，改善了旅客乘车舒适度。由于车地间可通信信息量的加大，地面可以实时地向车载信号设备传递车辆运行前方线路限速情况，指导列车按限速命令运行,提高了列车运行安全性。,