列車運行控制系統(tǒng)第2周第1次課件

1、河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy交通學院交通學院河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy第二節(jié) ATP概述一、一、ATPATP的基本概念的基本概念 ATP(automatic train protection)即列車運行超速防護，對列車運行速度進行實時控制的技術(shù)。 目前，隨著鐵路行車密度和速度的提高必須加裝超速防護系統(tǒng)，是高鐵系統(tǒng)中保證行車安全的最重要的技術(shù)支持手段。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy ATP不僅保證行車安全，還用于受曲線等線路條件、通過道岔、慢行區(qū)間 ATP的限速等級

2、根據(jù)后續(xù)列車和先行列車之間的距離、線路條件等決定的。通過人機界面DMI傳遞運行速度、允許速度、目標速度、目標距離，保證列車不超速、不冒進。 ATP對速度進行監(jiān)督，實際速度超過允許速度值時，控制列車進行常用全制動或緊急制動。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy 地面列控信息主要根據(jù)進路、線路條件和前后列車的運行位置，產(chǎn)生目標距離、目標速度、允許速度等信息。ATP車載設備依據(jù)接收到的信息，根據(jù)列車構(gòu)造速度、制動性能曲線、對列車是否遵守信號（速度）指令進行實際運行速度的監(jiān)控。 列車運行速度在運行線以下，ATP設備相當于“機車信號”，速度超過允許值時，車載設備報警、

3、制動，起到“兩冒一超”作用。 只要ATP設備正常就不會發(fā)生“兩冒一超”。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy ATP系統(tǒng)是由地面信號設備(含列車占用檢查、運行位置定位、信息傳輸?shù)?和車載信號設備共同構(gòu)成的。 在列車占用檢查和運行位置定位上一般采用軌道電路、應答器等設備；在信息傳輸上一般采用軌道電路、應答器以及GSM-R無線通信設備。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy 車載設備采用以車載安全型計算機為核心的多系冗余系統(tǒng)。 ATP系統(tǒng)主要用于提速區(qū)段和高速鐵路，駕駛操作任由司機完成，防止兩冒一超則由系統(tǒng)自動完成。 河 北 東

4、 方 學 院Hebei Oriental Universtiy二、ATP的功能1、安全防護在任何情況下防止列車無行車許可地運行；防止列車超速運行。（1）防止列車超過進路允許速度。（2）防止列車超過線路結(jié)構(gòu)規(guī)定的速度。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy（3）防止列車超過動車組構(gòu)造速度。（4）防止列車超過臨時限速、緊急限速和有關(guān)設備限速。（5）防止列車溜逸。2 2、人機交互人機交互（1）能夠以字符、數(shù)字及圖形等方式顯示列車運行速度、允許速度、目標速度和目標距離。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy（2）能夠?qū)崟r給出列車超速、

5、制定、運行緩解等表示以及設備故障狀態(tài)報警。（3）具有標準的列車數(shù)據(jù)輸入界面，根據(jù)運營和安全控制要求對輸入數(shù)據(jù)進行有效性檢查。（4）為司機提供必需的顯示、數(shù)據(jù)輸入及操作裝置。（5）司機輸入裝置配備必要的開關(guān)、按鈕和有關(guān)數(shù)據(jù)輸入裝置。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy3 3、設備制動優(yōu)先設備制動優(yōu)先（1）列車減速時，在閉塞分區(qū)入口處，設備自動實施制動，低于目標速度后自動緩解。（2）列車速度超過緊急制動曲線時，則實施緊急制動。（3）列車減速制動完全由列車運行控制系統(tǒng)自動完成。 通過設備制動優(yōu)先可以適當縮短列車運行間隔、保證列車按照時刻表運行。河 北 東 方 學

6、院Hebei Oriental Universtiy4 4、自動檢測自動檢測（1）具有開機自檢和動態(tài)檢查功能。（2）具有關(guān)鍵數(shù)據(jù)和關(guān)鍵動作的記錄功能及監(jiān)測接口。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy三、三、列車制動控制模式列車制動控制模式發(fā)展發(fā)展 列車制動控制模式經(jīng)歷了分級制動和一次制動模式。1 1、分級制動模式分級制動模式 分級制動模式也稱為速度碼階梯控制方式，它以閉塞分區(qū)為單元，在每個閉塞分區(qū)內(nèi)只設一個速度等級，根據(jù)與前行列車的運行距離調(diào)整列車速度。分級制動模式又分為階梯型和曲線型。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy階

7、梯階梯分級制動模式分級制動模式 它將一個列車的全制動距離劃分為3-4個閉塞分區(qū)，每一個閉塞分區(qū)根據(jù)與前行列車距離確定限速值。也就是說每個閉塞分區(qū)設計為一個目標速度。 在一個閉塞分區(qū)中無論列車在何處都只按照固定速度判定列車是否超速，如超速列車制動。 階梯控制又分為出口速度檢查和入口速度檢查兩種方式。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy出口速度檢查控制方式 該方法要求列車在閉塞分區(qū)內(nèi)將列車速度降低到目標速度。設備在閉塞分區(qū)出口進行檢查，如果列車實際速度未達到目標速度以下則設備自動進行制動。該

8、方法要求停車信號后方要有一段安全防護區(qū)。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy入口速度檢查控制方式 列車在閉塞分區(qū)入口處接收到目標速度信號后立即以此速度進行檢查， 一旦列車超速， 則進行制動使列車速度降低到目標速度以下。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy階梯控制特點階梯控制特點 前后車均以閉塞分區(qū)單位進行定位； 在閉塞分區(qū)內(nèi)車載設備以一個允許速度防護列車； 閉塞分區(qū)長度按最差列車制

9、動性能設計。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy階梯型分級制動模式速度曲線河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy分級曲線控制方式分級曲線控制方式 分級曲線控制方式即分段速度-距離模式曲線控制方式。 該方式要求每個閉塞分區(qū)入口速度 (上一個閉塞分區(qū)的目標速度)和出口速度(本閉塞分區(qū)目標速度) 用曲線連接起來， 形成一段連續(xù)的控制曲線， 曲線控制方式和階梯控制方式一樣，每一個閉塞分區(qū)只給定一個目標速度。 控制曲線把閉塞分區(qū)允許速度的變化連續(xù)起來。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy 在分級曲線

10、控制方式下，列車在一個閉塞分區(qū)中運行時,列控設備判定列車超速的目標速度不再是一個常數(shù)，而是隨著列車行駛不斷變化，即是距離的函數(shù)河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy2、一次制動模式 一次制動模式按照目標距離連續(xù)控制制動的，也稱一次目標距離連續(xù)速度控制模式。 速度-距離模式曲線控制不再對每一個閉塞分區(qū)規(guī)定一個目標速度，而是向列車傳送目標速度、 列車距目標的距離、線路條件等信息，列車實行一次制動控制方式。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy 列車追蹤間隔可以根據(jù)列車制動性能、 車速、 線路條件調(diào)整， 可以提高混跑線路的通過能力。

11、 這種方式稱為目標速度-目標距離方式(DISTANCE TO GO)。采用該方式進行連續(xù)制動， 縮短了運行間隔， 提高了運輸效率， 增加了旅行舒適度， 是一種更理想的運行控制模式。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy四、列車四、列車測速測速、測距測距和定位和定位1 1、列車、列車測速測速 要實現(xiàn)列車間隔與速度的安全控制，首先要及時獲取列車運行的速度與列車目前的位置，因此列車的測速與定位是列控系統(tǒng)的河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy關(guān)鍵技術(shù)之一，測速和

12、定位的精度從根本上制約著列車運行自動控制系統(tǒng)的控制精度，測速測距的精度太低，不僅會增加行車的不安全因素，而且會造成系統(tǒng)預留的安全防護距離過大，從而影響運輸效率。 測速有車載設備自測和系統(tǒng)測量。車載設備自測有測速發(fā)電機、速度傳感器等。系統(tǒng)測量有衛(wèi)星測速和雷達測速等。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy（1）測速方式 脈沖轉(zhuǎn)速傳感器方式 ：脈沖轉(zhuǎn)速傳感器安裝在輪軸上，輪軸每轉(zhuǎn)動一周，傳感器輸出一定數(shù)目的脈沖，這樣脈沖的頻率就與輪軸的轉(zhuǎn)速成正比。輸出脈沖經(jīng)過隔離和整形后，直接輸入到微處理器進行頻率測量并換算成速度和走行距離。 河 北 東 方 學 院Hebei Or

13、iental Universtiy 測速電機方式：包括一個齒輪和兩組帶有永久磁鐵的線圈。齒輪固定在機車輪軸上，隨車輪轉(zhuǎn)動。線圈固定在軸箱上。輪軸轉(zhuǎn)動，帶動齒輪切割磁力線，在線圈上產(chǎn)生感生電動勢，其頻率與列車速度（齒輪的轉(zhuǎn)速）成正比。這樣列車的速度信息就包含在感應電動勢的頻率特征里。經(jīng)過頻率電壓變化后，把列車實際運行的速度變換為電壓值，通過測量電壓的幅度得到速度值。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy（2）雷達測速（無線測速方式 ） 雷達測速是利用多普勒效應原理實現(xiàn)的。向移動體上發(fā)射一定頻

14、率的電磁波，反射波與入射波之間會產(chǎn)生頻差，這個頻差與移動體的速度成正比，這就是多普勒效應。通過頻差值計算出物體與雷達的相對速度。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy2 2、測距測距 測距是通過測速與輪徑完成的，必須不斷地對輪徑進行修正。五、列車定位列車定位的方法包括： GPS全球定位、 軌道電路絕緣節(jié)定位、計軸器定位、查詢應答器定位和軌道環(huán)線定位等。（1）測速測距從一個基點開始，根據(jù)計算列車的走形距離對列車進行定位。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy（2）應答器定位 應答器安裝于線路上，可以反映出線路的絕對位置，列車根據(jù)

15、接收到的應答器信息進行定位。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy 軌道電路絕緣節(jié)定位方法：軌道電路絕緣節(jié)是閉塞分區(qū)的分界點，絕緣節(jié)的位置在線路上是固定的，絕緣節(jié)兩邊傳輸?shù)男畔⒉煌?，列車可以通過接收信息的變化了解過絕緣節(jié)的時機，把絕緣節(jié)的物理位置作為絕對信標可以獲得列車位置信息。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy 計軸器定位方法 ：軌道絕緣節(jié)設置相同，計軸傳感器安放也是固定的，通過計軸器檢測列車占用或者出清對應計軸區(qū)段也可以獲得列車位置信息。輪 軸 檢測設 備ZP 43(雙 輪 軸 檢測器和 TCB， 包括電纜 )T

16、CB運 算 計算 機從輪 軸 檢測設 備的 信 息產(chǎn)生 計軸 數(shù) 據(jù) ,比 較計軸 結(jié) 果并輸 出一 個出清 或占 用 表示 。TCBTCB = 軌 旁 連 接 箱TVDS = 軌 道 空 閑檢測區(qū)TVDS輪 軸 檢測設 備ZP43（雙 輪 軸 檢測器和 TCB， 包括電纜 ）河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy查詢應答器方法：查詢應答器不僅物理安裝位置固定，它還可以直接向通過的列車發(fā)送本應答器所處的公里坐標。軌道環(huán)線定位方法：軌道感應環(huán)線的兩根電纜每隔一個軌道長度（100m）要相互交叉一次，交叉回線將交變電信號送到沿鋼軌線路鋪設的交叉回線上，在回線上產(chǎn)生交

17、變電磁河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy場，車載設備在經(jīng)過每個交叉時能夠檢測到信號相位的變化,當列車駛過一個交叉點時，利用信號相位的變化引發(fā)地址碼加1，由車載計算機根據(jù)地址碼計算出列車的地理位置，這樣就可以用絕對地址信息對機車里程計產(chǎn)生的定位記錄進行誤差修正，減少由于車輪滑行及空轉(zhuǎn)造成的位置誤差。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy六、六、緊急制動和常用制動緊急制動和常用制動（1）緊急制動 將壓縮空氣排入大氣，使副缸內(nèi)壓縮空氣快速推動活塞，施行制動。（2）常用制動 直接控制列車主管壓力使機車制動與緩解，不影響原有列車制動

18、系統(tǒng)功能。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy七、人七、人控優(yōu)先和機控優(yōu)先控優(yōu)先和機控優(yōu)先 ATP設備可通過開關(guān)選擇實現(xiàn)人控優(yōu)先和機控優(yōu)先。（1）人控優(yōu)先 指司機按模式曲線控制列車運行。（2）機控優(yōu)先 指設備能夠按照曲線模式自動控制列車。 我國高速鐵路列車控制均采用機控優(yōu)先。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy 在我國高速鐵路信號系統(tǒng)中，CTCS以分級形式（即CTCS-0、CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3、CTCS-4級系統(tǒng)）滿足不同線路運輸需求。在不干擾司機正常駕駛情況下，充分發(fā)揮ATP功能。 在我國高速鐵路信號

19、系統(tǒng)中，CTCS的主要功能是完成高速列車的間隔控制和速度控制，其核心是保證列車行車安全和最大限度的提高行車效率。 河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy 高速鐵路列車間隔必須采用以目標點為間隔，不設閉塞分區(qū)速度等級，采用一次目標-距離連續(xù)速度控制曲線去控制列車。 列車速度控制保證與前行列車有一定的安全間隔外，還要防止列車超過進路允許速度、線路允許速度，機車車輛構(gòu)造速度及因施工規(guī)定的臨時限速。河 北 東 方 學 院Hebei Oriental Universtiy CTCS列控系統(tǒng)由地面設備、車載設備和傳輸設備構(gòu)成。 CTCS地面設備包括臨時限速服務器、列控中心、無線閉塞中心、軌道電路、應答器以及GSM-R無線地-車傳輸通道等。 CTCS車載設備包括軌道電路接收模塊、應答器接收模塊、GSM-R接收模塊、車載安全計算機、測速單元