CTCS-2中国铁路列车控制系统

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• 开发策略:引进和自主研发并举、在消化吸收国外先进 技术的同时,对引进设备国产化,研究具有自主知识产 权的新一代列车超速防护系统
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铁路运输管理层
网络传输层
地面设备层Leabharlann Baidu
车载设备层
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CTCS根据系统配置按功能划分为5级
设备\等级
通用机车信号 主体机车信号 运行监控记录装置
CTCS2
X X X

√信息传输主体 X √ √ X
X
√(X) 面向提速干线和高 速新线
CTCS3
X X X

√ X √ √ √

X(√) 面向提速干线、高 速新线或特殊线路
CTCS4
X X X

X √ √ √ √

X 面向高速新线或特 殊线路
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CTCS总体结构
列车
机车乘务员
输入模块
测速模块入模 块
点式信息接收 模块
输出模块
车载安全计算机
连续信息接收 模块
人机界面 jiemian 口
运行管理 记录单元
设备维护 记录单元
无线通信模块
车载设备
点式 设备
轨道 电路
无线通信模 块
列控中心
联锁设备 调度集中系统
地面设备
GSM-R 维护管理中心
相邻列控中心
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CTCS-2 总体描述
(1) 原则上在车站离去区段自动转换(不应在进站信号机处 转换),司机应确认。保留手动转换功能。
(2) 预告点、执行点。 (3) 控车权的交接以ATP车载设备为主。 (4) 级间转换时若已触发制动,则应保持制动作用完成。
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一、既有线车站列控中心
CTC或TDCS
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与车站联锁系统联接(Q口)
➢获得车站进路和相关实时信息,包括进站、出站、通过、进路、股道号、信号机 开放等;
➢根据需要,输出进站或进路信号机点黄灯、接近区段轨道电路发黄码控制条件, 由联锁完成控制及驱动;
➢对于站型简单、在保证安全控车的前提下,Q口可考虑简化处理。对进站能区分 进站信号机、正线通过、道岔直向或侧向接车,对出站能区分是正向还是反向发 车。
➢车站出站口处设置无源应答器和有源应答器。无源应答器提供前方一定距离内的 线路参数等信息;有源应答器提供前方一定距离内的临时限速等信息。
➢区间间隔2.8km成对设置无源应答器分别提供正向、反向前方一定距离内的线路 参数及定位信息,原则上设置在闭塞分区分界处。
➢根据需要可设置特殊用途的无源应答器(如CTCS级间转换等)。
车务终端
车站分机
P口
计算机联锁 Q口 车站列控中心
进站信号机 接近区段发码
S口 LEU
微机监测
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R口
应答器
软件测试端口
车载ATP
BTM STM
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点式应答器
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LEU
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车站列控中心结构
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技术要求
➢系统设备、与安全有关的接口和通道必须符合故障安全原则 。 ➢系统采用2×2取2安全冗余结构。 ➢系统外部通信接口及通道应进行冗余配置,采用标准统一的接口方式、协议。 系统与LEU的接口形式为RS-485,基本配置为4个,根据需要可扩展至6或8个; 与CTC或TDCS、联锁、微机监测的接口形式为RS-422,皆为1个。 ➢系统可靠性、可用性、可维护性和安全性,以及安全防护、安全通信等符合 EN-50126 、EN-50128、 ENV-50129、 EN-50159-1相关标准。 ➢LEU与有源应答器之间通过应答器专用电缆连接,采用基带信息传输方式。
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CTCS体系的建立
• 目前国内系统虽大大降低了铁路行车重大、大事故发生 率和险性事故发生率,但尚不能满足铁路跨越式发展的 需求。
• 为确保列车运行安全和提高运输效率,迫切需要装备性 能先进、安全可靠的列车运行控制系统。
• 铁道部战略决策:研究ERTMS/ETCS体系,结合中国 特点,创立CTCS体系
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CTCS-2级间转换原则
1. CTCS级间转换原则上在区间自动转换,并给司机提供相应的声光警示,由司机按 压确认按钮,解除警示。自动转换失效时,司机根据ATP车载设备或LKJ的相应警 示信息,手动转换。
2. CTCS级间转换应分别设置具有预告、执行功能的固定信息应答器。各应答器内应 同时提供前方一定距离内的线路数据,且各应答器位置信息应提供给列车运行监 控记录装置。
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点式应答器功能
➢进站信号机处设置有源应答器,以提供接车进路参数及临时限速信息。接车进路 建立后,进站应答器发送相应的接车进路信息;当列车通过车站时,应同时提供发 车进路及前方一定距离(离去区段)内的线路参数和临时限速信息。各有源应答器 应有缺省报文,缺省值应按照该进站口所有接车进路范围内的最低道岔限速和最短 进路长度等最不利条件设置。
➢临时限速调度命令,在调度中心以“表格形式”体现(包括界面、输入、回执), 在车站车务终端采用与调度中心基本相同的形式,无线调度命令向列车发送时自动 转换成既有的文本形式。调度命令由调度中心传输至车站的时机及准确性应能满足 列车运行控制的需要。
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主要逻辑
➢保证调度命令、进路、地面电子单元(LEU)、列车的对应关系; ➢根据控制指令、进路及信号机等信息,产生对应应答器的报文地址并向LEU传 送 ➢在信号开放后应连续控制LEU向应答器发送报文,进路解锁后停止; ➢在办理通过进路且离去区段有临时限速时,根据列车制动需要,进站或进路信 号机显示黄灯,对应接近区段轨道电路发黄码。
➢ 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-连式系统。 ➢ 地面设备由轨道电路、车站电码化传输连续列控信息,由点式应答器、车站
列控中心传输点式列控信息。 ➢ 动车组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。 ➢ 适用于ZPW-2000(UM)系列自动闭塞,车站计算机联锁,行车指挥CTC或TDCS 调度区段。
提供进路参数、临速信息
区间线路参数
提供临速信息、反向进路参数 约4km
正向线路参数 反向线路参数
A站
B站
正向线路参数
反向线路参数
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点式应答器的安装
➢应答器应安装在轨枕中央,其表面应低于钢轨表面93~190mm。 ➢应答器间最小安装距离应满足:s≤180km/h时, d=2.3m; 180km/h < s≤300km/h时, d=3.0m ; 300km/h < s≤500km/h时, d=5.0m 。 ➢应答器可成组安装,每组最多8个,同一组中两相邻应答器的间距不得大于12 m 。 ➢应答器应尽量安装在最小曲线半径大于300m的线路上。 ➢应答器的具体安装位置应综合其作用、车载天线位置、信号机等因素统筹考虑。 ➢有源应答器地面电子单元(LEU)应集中设置在信号楼, LEU与有源应答器采用专 用应答器电缆连接,电缆最大长度应不小于5km 。 ➢车载应答器天线安装在车底中心线位置,距离轨面156~279mm,两相邻天线间距至 少应为 2m 。
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主要功能
➢车站列控中心与车站计算机联锁、CTC或TDCS(原DMIS)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,通过有源应答器及轨 道电路传送给列车。
➢车站列控中心设于各车站,原则上区间不设列控中心和有源应答器。当站间距离 过大、总出站口设置一个有源应答器不能满足需求时,可增设有源应答器。
中国列车控制系统(CTCS)
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主要内容
• CTCS与ETCS • CTCS体系结构 • 既有线200KM/H区段CTCS-2级
系统
• 临时限速命令的设置流程
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ERTMS/ETCS历史
• ERTMS/ETCS出现之前欧洲列控设备有六大供 应商提供的13种型号的系统,互不兼容
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应答器报文组成
➢ 点式应答器报文码长1024bit,有效码长830bit,另包括校验、修正、扰码等;
➢ 无源应答器的报文采用特定的写入设备写入并固化在应答器中,信息是固定的;
➢ 有源应答器的报文固化在列控中心中,可存多条,列控中心根据需要选择具体条 目,在适当时机控制LEU向应答器传送;
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与TDCS、CTC站机联接(P口)
➢从TDCS、CTC中获得调度命令,主要包括临时限速信息(起点里程、长度、速 度、车次、起止时间等)等; ➢临时限速信息也可由值班员在列控中心人—机界面人工输入,通过TDCS、CTC 站机向列控中心传送; ➢对于TDCS方式,控制指令需经车站值班员人工确认后方可执行; ➢应能自动反馈执行结果,出现问题及时报警。
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应答器信息编码
1. 部已制定了点式应答器编码规则,包括信息包定义、报文设计原则 、应答器用户报文构成等。
➢ 考虑应答器信息涉及故障安全,无源应答器的报文是重叠覆盖的,有源应答器平 时有“缺省报文”并能进行监测;
➢ 应答器报文内容包括:应答器编号、链接关系、线路参数、线路里程、进路信息 、轨道电路或电码化载频、临时限速等等,报文按确定的编码规则进行编制;应 答器报文以信息包为单位,信息包有对应标识,一帧报文中可包含多个信息包 。
• 为解决这一问题,1990年国际铁路联盟开始组 织专题研究与信号和列车控制有关的问题 。
• 历时15年(2019年),形成ERTMS/ETCS 体 系
• ERTMS /ETCS体系是关于运输管理和列车控制 的一系列最新标准规范
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ERTMS/ETCS特点及优势
• 实现了互联互通 • 最高适用于500 公里/小时高速铁路 • 具备超速防护功能 (ATP) • 可实现更小的运行间隔 • 可最终实现移动闭塞 • 更高的安全保证 • 更低的成本
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与车站微机监测系统联接(R口)
列控中心应具有自检、自诊、监测功能,含有源应答器 的监测、接口与通道监测、值班员操作过程实时记录, 并向车站微机监测系统传送相关信息。
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与地面电子单元(LEU)联接(S口)
➢ LEU实时将来自STCC报文向有源应答器传送; ➢ 未办理进路或LEU与应答器通信中断时,应答器应有保证行车安全的缺省报
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CTCS-2 控车方式
➢ 动车组同时装备ATP车载设备与列车运行监控记录装置。 ➢ 在CTCS2级以上区段,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CTCS级间转换应答器自动转换(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,LKJ通过ATP车载设备接收或 记录有关列控状态数据及其对应的操作状态信息。
3. 级间转换执行点应答器可与区间应答器合用。
4. 在级间转换时,应保证控车权可靠平稳交接。控车权的交接以ATP车载设备为主 。
5. 级间转换时若已触发制动,则应保持制动作用完成,停车或发出缓解指令后,由
手动转换。
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CTCS-2级(ATP) UU码
CTCS-0级(LKJ)
正向预告点 执行点 反向预告点
文; ➢ 报文按应答器编码规则编制,各报文均固化在STCC中,内容包括编号、链
接关系、临时限速(至限速始点距离、限速区长度、限速速度)、进路长度 、电码化及线路载频、线路固定信息等。
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二、点式应答器
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点式应答器设置原则
➢车站进站口处:设置1个有源应答器和1个无源应答器; ➢车站出站口处:设置1个有源应答器和1个无源应答器; ➢区间间隔2.8km(2个闭塞分区)根据需要单个或成对设置 无源应答器; ➢设置特殊用途的无源应答器组,如CTCS级间转换。
模式曲线速度控制
轨道电路 GPS定位 点式设备 列控中心 无线闭塞中心(RBC)
无线通信(GSM-R)
地面信号
适用范围
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CTCS0
√ X √
X √信息传输主体 X X X X
X √ 既有线现状
CTCS1
X √ √
X
√信息传输主体 X √ X X
X
√(X) 面向160km/h以下的 区段
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