第八讲 列控车载设备(1)
列控车载设备知识串讲汇总资料
列控车载设备知识串讲汇总CTCS3-300T车载设备组成、功能、使用及维护介绍（简明版）1．300T车载设备系统组成（1）300T车载设备硬件采用哪种结构设计？这种结构的优点是什么？答：300T车载设备硬件采用分布式结构设计，各模块功能相对独立，通过总线（MVB总线、Profibus总线）连接起来组成完整的车载系统。
这种分布式结构可以将模块分散放置，充分利用动车车头内有限的空间，安装方式更加灵活。
每个模块都单独封装在金属盒内，可以提高电磁屏蔽性能，降低各模块之间工作时的电磁干扰。
（2）300T车载设备双系如何工作？在软件设计上是如保障安全的？答：300T车载设备双系（A\B系）冷备，工作时只有一系上电，当工作系出现故障无法正常运行时，停车后可手动通过冗余切换开关切换到另一系再重启系统。
为了保障安全，300T车载设备采用“单硬件双软件”的设计结构，即核心控制模块（ATPCU模块、C2CU模块等）同时运行两套软件（A/B代码），这两套软件独立采集原始数据和进行运算处理，然后对运算结果进行比较，只有运算结果一致时，才作为有效输出，否则会导向安全侧，制动停车。
（3）ATPCU模块的主要功能是什么？答：ATPCU是CTCS-3核心计算控制单元，当工作在C3等级时，它接收RBC传送的线路描述及行车许可并结合地面应答器确定的列车位置计算模式控制曲线（含静态MRSP曲线及动态MA曲线），根据模式曲线监控列车的实际速度和位置，在列车超速时进行相关干预。
当工作在C2 等级时，它负责向C2CU提供访问列车接口、制动接口、测距单元及DMI资源的通道，并监管C2CU的工作状态。
（4）C2CU模块的主要功能是什么？答：C2CU是CTCS-2核心计算控制单元，它接收地面应答器传送的线路描述并结合轨道电路信息及列车位置计算模式控制曲线，根据模式曲线监控列车的实际速度和位置，在列车超速时进行相关干预。
（5）速度距离处理单元SDP模块的主要功能是什么？答：SDP单元接收从测速测距单元（SDU）传来的原始脉冲记数，经过平滑、滤波等运算处理得到当前列车的运行方向及速度、距离数据，再将这些数据发给CTCS-3主机控制单元（ATPCU）和CTCS-2主机控制单元(C2CU)。
铁路行车规章第八章
2、调度集中
CTC系统具备列车进路及调车进路的控制、列车运行监视、车次号 追踪、列车运行计划调整和临时限速设置等功能。 （1）CTC系统具备分散自律控制和非常站控两种模式。分散 自律控制模式可提供自动和人工两种控制与操作方式。非常站 控模式是当CTC设备故障、发生危及行车安全的情况或行车设 备施工、维修需要时，转换为车站控制的模式。 （2） 在调度终端、车站控制终端上设置CTC系统控制模式状 态表示灯： 1．红灯亮：表示非常站控模式； 2．绿灯亮：表示分散自律控制模式； 3．黄灯亮：表示允许转回分散自律控制模式。
（3）分散自律控制模式可无条件转向非常站控模 式，并向列车调度员进行提示报警；非常站控模式 转回分散自律控制模式应符合以下条件： 1．CTC设备正常； 2．非常站控模式下没有正在执行的按钮操作。 （4）CTC/TDCS与无线通信系统结合，实现行车 凭证、调度命令、接车进路预告信息、调车作业通 知单等向司机的书面可靠传送，并能通过无线通信 系统获取车次号校核、调车请求及签收回执等信息。
跨东湖穿京广客运专线桥梁效果图
（2）桥梁墩台基础的沉降量，静定结构的 工后沉降量不大于下列允许值：200km/h 区段轨道墩台均匀沉降量为50mm，相邻墩 台沉降量之差为20mm。250km/h区段有 砟轨道墩台均匀沉降量为30mm，相邻墩台 沉降量之差为15mm；无砟轨道墩台均匀沉 降量为20mm，相邻墩台沉降量之差为 5mm。
京张铁路客运专线
京张铁路客运专线该段新建铁路全长约174公里， 投资估算总额为311.76亿元。它的建成使用将使 京张两地的客运时间由目前最快3个多小时缩短为 1小时左右，对完善北京、河北及内蒙古地区铁路 网结构，扩大旅客运输能力起到重要作用。 据了解，新建京张铁路客运专线自北京北站，经海 淀、昌平、延庆，河北省怀来、宣化至张家口。旅 客列车速度目标值为250公里/小时。
高速铁路信号系统-第四章 CTCS-2级列控系统
4.3 系统构成
CTCS-2 列控系统分为车载设备和地面设备两部分，地面设备又分为轨旁和室内设 备两部分
图4.1 CTCS-2系统构成图
4.3 系统构成
1．地面设备 列控中心的硬件设备结构要求与车站计算机联锁相同，采用联锁列控一体 化结构，根据列车占用情况及进路状态，通过对轨道电路及可变应答器信 息的控制产生行车许可信息和进路相关的线路静态速度曲线，并传送给列 车。 轨道电路采用ZPW-2000系列，完成列车占用检测及列车完整性检查，连 续向列车传送允许移动的控制信息。
4.4 技术规范
1．总体要求 （4）系统采用目标距离模式曲线监控列车安全运行。生成监控曲线所需的行车 许可、线路参数、限速等信息由轨道电路和应答器提供。 （5）列控车载设备具有设备制动优先和司机制动优先两种控车模式，一般应采 用设备制动优先控车模式。 （6）系统设备的可靠性、可用性、可维护性和安全性（RAMS）应符合EN50126 的有关规定。
4.4 技术规范
3．车站列控中心技术要求 （1）车站设置车站列控中心，主要用于实现对有源应答器报文的存储与控制。 报文存储器应至少有 20% 的余量。 （2）当车站联锁建立列车进路后，车站列控中心通过控制进站端处有源应答器 为列车提供车站进路信息和车站及区间的限速信息，车站进路信息报文包括：应 答器链接、线路速度、线路坡度、限速、轨道区段等信息；车站列控中心通过控 制出站端处有源应答器为列车提供限速信息，根据需要还可提供区间线路参数、 应答器链统
1 4.1 概述
2 4.2 技术条件
3 4.3 系统构成
4
4.4 技术规范
4.1 概 述
根据《CTCS技术规范总则》的描述，CTCS-2级列车控制系统是基于轨道电路和点式设备传 输信息的列车运行控制系统。它面向客运专线、提速干线，适用于各种限速区段，机车乘 务员凭车载信号行车。CTCS-2是结合中国实际情况，具有中国特色的列车控制系统，具有 以下特点： （1）基于轨道电路和应答器进行车地间信息传输。 （2）采用目标距离的控制模式，实现一次连续制动的控制方式。 （3）能在既有提速线路上叠加，实现在同一线路上与既有信号系统的兼容。 （4）采用了具有自主知识产权的ZPW-2000A型无绝缘轨道电路，采用国内已有厂家试制 成功的欧标应答器，这就意味着地面设备已能国产化。车载信号设备已通过引进设备实现 技术引进，最终实现国产化。
列控车载设备概述
第一章概述１第一章概述本书介绍的是基于轨道进行信息传输的点连式列控车载设备CTCS2-200H型，主要针对CTCS-2级列控系统，并适用于控制动车组的运行。
第一节车载设备的系统构成一、列车运行控制系统与CTCS-2列车运行控制系统（train control system ）是以技术手段对列车运行方向、运行间隔和运行速度进行控制，使列车能够安全运行并且提高运行效率的系统，简称列控系统。
（一）、列车运行控制系统背景列车运行控制系统是随着列车技术的发展以及列车与地面信息传输系统发展而发展的轨道交通信号系统，将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术溶为一体的行车指挥、控制、管理自动化系统，是保证行车安全、提高运输效率的核心。
高速铁路信号设备的发展离不开列车运行控制系统的发展。
列控系统作为一种铁路行车安全控制设备，车载信号属于主体信号，即做为行车凭证，直接给司机指示列车应遵守的安全速度，自动监控列车运行速度，可靠地防止由于司机失去警惕或错误操作可能酿成超速运行、列车颠覆、冒进信号或列车追尾等事故。
高速铁路的信号与控制设备，是以电子器件或微电子器件为主的集中管理、分散控制为主的所谓集散式控制方式，分为行车指挥自动化与列车运行自动化两大部分。
信号显示应以机车自动信号为主，车站与区间的地面信号为辅。
由于列车行车速度高，列车密度大，因此区间行车采用四显示——红、黄、绿黄、绿。
各国铁路对列车运行控制系统发展理由看法都比较一致。
各国都认为：在最高运营速度为160km/h以下的铁路采用列车自动停车装置或有简单速度检查功能的列车自动停车装置。
在提速线路（如最高运营速度提高到200km/h的线路）列车速度自动监督系统是必须装备的安全设备。
在高速铁路则必须安装列车自动控制系统，一些国家的铁路部门（如日本和德国的铁路）也在提速线路和繁忙的普通线路上安装列车自动控制系统。
这是与人的视距小于列车制动距离和操作所需要的时间（司机视觉能力对信号作出判断最少时间为3秒到5秒）有关。
300S型列控车载设备介绍
BTS
OTE
BTS
OTE
BTS
OTE
地 面 设 备
车站 联锁
轨旁 电子单元
ZPW-2000 轨道电路
CTC车站 自律分机
车站 列控中心
微机 监测
CTC
行调台
其他 调度台
综合 维修台
临时限速 操作终端
维修 中心
通信 服务器
数据库 服务器
应用 服务器
接口 服务器
临时限速服务器
轨旁 电子单元
中继站 列控中心
单元
PUC PUC 轨道电路接收天线
PUC PUC 轨道电路接收天线
C2 控制单元
C3 控制单元
应答器信息 接收模块
列列车车 接接口口 管管理理 单单元元
CAU 应答器天线
输出 接口
输入 接口
PG
PG
速度传速感度器传感器
动车组
车载设备在列控系统中的位置
车载设备
车载 设备
CAU
PUC
BTS
OTE
BTS
300S 型列控车载系统
列控车载设备概述
列控车载设备是列车控制系统中对列车 进行操纵和控制的主体，担负着保证列车运 行安全的责任，是CTCS-3级列控系统中保证 行车安全的关键设备。它采用故障安全设计， 根据接收的地面信息及无线信息生成列车速 度控制曲线，并与列车实际速度进行比较， 监督列车运行，实现超速防护，人机界面等 功能。
列控车载设备的结构
GSM-R 电台
RS485
DMI-1
DMI-2
Profibus总线
C3 控制单元
无线无传线输传单输元单元
C2 控制单元
应答器信息 接收模块
CTCS系统原理车载设备介绍
CTCS2系统原理
C T 总体描述 C 系统构成-地面设备 S
系统构成-车载设备 2
列控系统框图 系 统 ATP控车范围 原 理
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3
1、总体描述
BEIJING HOLLSYS CO.,LTD.
CTCS-2是基于点式应答器、轨道电路传输列车运行控制信息的点-
C
连式系统。
T 地面设备由轨道电路、车站电码化传输连续列控信息，由点式应
BEIJING HOLLSYS CO.,LTD.
CTCS2系统及车载设备
武汉电务段武广客专车间 2010年8月
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1
主 CTCS2系统原理
要
CTCS2车载设备
内 容
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BEIJING HOLLSYS CO.,LTD.
2
BEIJING HOLLSYS CO.,LTD.
S
2
列车参数－－存储或用户输入；
车
载
列车速度－－来自测速测距单元 ；
设
备
列车接口－－来自动车组接口。
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C T C S
2 车 载 设 备
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列控车载设备（ATP）总体结构
EMU
司机
LKJ
DMI
RLU
DRU
ATP 车载设备
GSM-R车 载电台
地面应答器
列控系统设备结构图
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5、ATP控车范围
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动车组同时装备ATP车载设备与列车运行监控记录装置。
C
在CTCS2级区段，由ATP车载设备控车。
200kmh动车组列控系统车载设备ATP控车原理教学文稿
主
障提示，司机经特殊操作，ATP车载设备控制功 能停用，在该模式下司机按调度命令行车。若仅
要
BTM失效，ATP车载设备提供机车信号，可人工转
控
换为LKJ控制列车。
制
模
式
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7. 机车信号模式
在LKJ控车时，列控车载设备工作在机车信号状态 ，向LKJ提供机车信号信息，不输出制动
运行在CTCS2 以外区段的模式。另外，虽然运行 在CTCS2区段，但ATP 车载装置不输出制动，安全 全靠其它装置，或者是靠司机来确保。 ATP 车载 设备在这个模式下， STM 或者BTM具有接收信息 、位置识别功能等作用，所以具备向CTCS2 区间 移动的准备动作。
处
理
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制ZPW2000轨道电路的区间，在该区间的终
应 答
点限制速度为0km/h，这将会导致列车停车， 因此不存在安全问题。停车后，由司机按下 级间按键即可进行级间切换。
器
故
4. 出站有源应答器丢失
障
由于出站有源应答器主要发送至下一车 站进站信号机之前的整个区间的临时限速信
息。该信息丢失后，ATP装置只能将区间限
故
为隔离模式。
障
2. STM故障 当STM故障后，应该在已有的行车许可范围
处
内适当的位置触发常用制动或紧急制动，确保列
理
车在行车许可范围的末端前停车，由司机操作将 ATP设备转为隔离模式。司机将根据调度命令行
车，由司机保证安全。
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3. DMI故障
设
当DMI出现故障时，此时无法通过ATP装置 进行运行，应由司机操作将ATP转入隔离模式。
列控车载设备概述
第一章概述１第一章概述本书介绍的是基于轨道进行信息传输的点连式列控车载设备CTCS2-200H型，主要针对CTCS-2级列控系统，并适用于控制动车组的运行。
第一节车载设备的系统构成一、列车运行控制系统与CTCS-2列车运行控制系统（train control system ）是以技术手段对列车运行方向、运行间隔和运行速度进行控制，使列车能够安全运行并且提高运行效率的系统，简称列控系统。
（一）、列车运行控制系统背景列车运行控制系统是随着列车技术的发展以及列车与地面信息传输系统发展而发展的轨道交通信号系统，将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术溶为一体的行车指挥、控制、管理自动化系统，是保证行车安全、提高运输效率的核心。
高速铁路信号设备的发展离不开列车运行控制系统的发展。
列控系统作为一种铁路行车安全控制设备，车载信号属于主体信号，即做为行车凭证，直接给司机指示列车应遵守的安全速度，自动监控列车运行速度，可靠地防止由于司机失去警惕或错误操作可能酿成超速运行、列车颠覆、冒进信号或列车追尾等事故。
高速铁路的信号与控制设备，是以电子器件或微电子器件为主的集中管理、分散控制为主的所谓集散式控制方式，分为行车指挥自动化与列车运行自动化两大部分。
信号显示应以机车自动信号为主，车站与区间的地面信号为辅。
由于列车行车速度高，列车密度大，因此区间行车采用四显示——红、黄、绿黄、绿。
各国铁路对列车运行控制系统发展理由看法都比较一致。
各国都认为：在最高运营速度为160km/h以下的铁路采用列车自动停车装置或有简单速度检查功能的列车自动停车装置。
在提速线路（如最高运营速度提高到200km/h的线路）列车速度自动监督系统是必须装备的安全设备。
在高速铁路则必须安装列车自动控制系统，一些国家的铁路部门（如日本和德国的铁路）也在提速线路和繁忙的普通线路上安装列车自动控制系统。
这是与人的视距小于列车制动距离和操作所需要的时间（司机视觉能力对信号作出判断最少时间为3秒到5秒）有关。
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雷达 速度传感器
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STATE KEY LAB OF RAIL TRAFFIC CONTROL & SAFETY
车载设备基本功能
列车接口
速度检测 记录器 列车接口 人机界面
车 载 安 全 计 算 机
速度监控 测速功能 安全 制动 模型 计算 制动输出 显示功能
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列车运行控制系统
第八讲列控车载设备（1） 速度测量与列车定位
唐涛 教授
2010/10/27 1
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STATE KEY LAB OF RAIL TRAFFIC CONTROL & SAFETY
二、列车测速与定位
列车位置描述：列车方向对应的机车前端位置距LRBG的距离。
列车经过LRBG后，进行定位
列车估计前端位置至LRBG的距离 与该距离对应的置信区间，从而确
LRBG 方向 orientation 反向 正向
模式控制
显示输出
记录功能
定位功能
其他安全防护
特有功能
应答器
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轨道电路
无线闭塞中心
地面设备接口
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二、列车测速与定位
速度和位置是描述列车运动状态的重要信息 为防止列车超速且与前行列车保持安全距离，必须可靠、精确地确定列车 的速度和位置
应答器定位修正
在线路上每隔一定距离的固定位置铺设应答器，该应答器组称为最近相关 应答器组（LRBG），从而对列车的绝对位置进行校正； 应答器安装的间隔距离取决于系统能够容忍的定位误差极限，当需要定位 误差减小时可以增加应答器的数量，但随之带来的是成本的提高。
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轨道交通控制与安全
静态曲线 列车数据
列车运行防护
最低值 动态曲线 比较
制动实施
车载设备
车地信息传输
行车许可
线路数据 行车许可 生成 进路信息
空气间隙
轨道占用检测
传送
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列控系统基本组成
tk ve (tk ) ve (t0 ) ae dt t0 tk vn (tk ) vn (t0 ) an dt t0 tk v (t ) v (t ) a dt u 0 u u k t0
tk ve dt 0 ( h N ) cos t0 tk vn dt 0 M h t0 tk h h v dt 0 u t 0
d) 相对于 LRBG 的列车方向
反向 正向 激活驾驶台
c)
LRBG 标识号
a)
估计的运行距离
定欠读误差/过读误差
LRBG标识号 相对于LRBG朝向的列车朝向 相对于LRBG的列车前端的位置 列车速度 列车完整性信息 相对于LRBG朝向的列车运行方向
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c) LRBG 标识号 a)
加速度计
光纤陀螺仪
速度信息
2010/10/27
位置信息
惯性测量单元
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基于轮轴测速+应答器的测速定位系统原理
测速定位误差主要来自于两个方面：
1、计数误差：主要由车轮空转、滑行、蠕滑等造成；
典型测速定位传感器
脉冲速度传感器：即随着列车运行，传感器输出脉冲信号，通过
传感器输出脉冲计数可以计算车轮的转速，进而确定列车运行速 度及位置。
V= π×D×φ=Δn× π×D÷N
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主要内容
车载设备基本组成
列 控 系 统 车 载 设 备
测速与定位
速度监控基本原理
人机界面
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列控系统关键功能模块
列车占用检查 行车许可生成 地车信息传输
G F’ F θ
前进方向
车轮蠕滑
由于轮轨的接触为弹性接触，所以列 车在运行时可能出现轮对的蠕滑现象，尤 其是在曲线线路上。由于蠕滑率非常低， 实践证明，与影响测量精度的其它因素相 比，蠕滑所产生的误差可以忽略不计。
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当车轮的角加速度小于 列车打滑
amax R
时，
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典型测速定位传感器
应答器： 利用车载天线通过应答器时
接收场强信号变化，产生的Attention 信号，提供准确定位置信号。
Valid Distance 1m Antenna
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估计的运行距离 LRBG 方向 正向 反向
b)置
信区间
过读 误差
欠读 误差
d)
相对于 LRBG 的列车方向 正向 反向 激活驾驶台
b) 置信
区间
过读 误差
欠读 误差
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列车速度实际就是 列车沿轨道经向运行 的线速度； 列车沿轨道的一维 线速度的积分即为列
车走行的距离。
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二、列车测速与定位
位置坐标系
以应答器作为系统中描述位置参考坐标系 每个应答器组的坐标原点由应答器组内编 号为1的应答器（称为位置参考点）给出 将组内应答器编号增加的方向定义为每个 应答器组的正向 列车、限速点等均以应答器坐标系为进行 位置描述
列车运行防护 测速定位 其他防护功能
列控 车载 设备 地车 信 息 传 输
地车信息传输（车载）
其他列车信息 列车位置信息 行车许可信息 其他地面信息
地车信息传输（地面） 列车占用检查 行车许可生成 其他地面设备
列控 地面 设备
其他功能
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典型测速定位传感器
轮轴速度传感器：利用车轮的周长作为“尺子”测量列车的走行距
离，根据测量得到的列车走行距离测算出列车运行速度
V= π×D×φ
D为车轮直径
φ为车轮转速
列车速度测量转换为检测 车轮转速和列车轮径。
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典型测速定位传感器 列车轮径检测： 随着列车走行，列车轮径会逐渐磨耗，且会定期铣轮； 轮径修正方法： （1）人工输入法
（2）设置标准长度的轮径校准点
D= d÷V
d
DW1
DW2
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由此测量得到的列车速度应当包含如下三个部分：
V VR VP VD
VR
VP
VD
为列车真实运行速度，
因空转或滑行造成的轮对运行的速度误差，空转时为正，滑行时为负，
车轮轮径误差对速度测量造成的影响。
一、列控车载设备组成
车载安全计算机、
连续信息通信模块 如无线通信单元、
无线电 台
车载设备
DMI
记录器
轨道电路信息接收器、
点式信息通信模块 测速测距单元 列车接口单元 人机界面 记录单元
无线通信模块
车载安全计算机
列车接口
列车
应答器传输 模块
轨道电路信息 读取器
测速测距 单元1
应答器天线
轨道电路接收天线
R
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