铁路信号概论

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1、铁路信号概论 铁路信号是通过技术手段控制列车进路 ，为列车提供行车凭证的安全保障设备 。 随着铁路的出现而产生、发展。早期： 臂板信号由人工操作，设备简陋，功能 单一， 对列车只能控制其运行与禁止。第一节 铁路信号系统的发展概况 随着铁路运输的复杂化与多样化，在科 学技术发展的推动下，特别是通信、计 算机、网络和自动控制技术在铁路信号 中的应用，铁路信号的功能和内涵发生 了巨大的变化，铁路信号已发展成保障 列车行车安全，缩短列车追踪间隔，提 高运输效率，提供列车运行信息，改善 铁路作业人员劳动强度的铁路基础设备 ，成为铁路的关键技术装备之一。 铁路信号系统包括车站连锁系统，列车 运行控制系统（

2、CTC），调度集中系统 和信号集中监测系统（CSM）等。一、区间闭塞系统的发展闭塞：是用信号或者凭证，保证列车按 照空间间隔安全运行的技术方法，即在 一个闭塞分区，同一时间只允许一列列 车占用。区间闭塞系统防止列车冲突的传统做法 是将铁路划分成许多线段区间：车站之间的线段 进路：车站内的线段 区间信号的防护原则：检查前方区间内 确实无车存在，即在空闲状态，防护该 区间的信号才能开放。 列车一旦根据信号显示进入区间后，该 信号立即关闭。这就保证在一个区间内 只有一列列车运行，防止了列车冲突的 发生，这种保证列车在区间安全运行的 信号系统称作区间闭塞系统。 区间闭塞的设备：轨道电路闭塞设备和计轴闭

3、 塞设备 轨道电路发展阶段： （1）直流式轨道电路：直流轨道电路和直流 脉冲式轨道电路。 （2）交流连续式轨道电路：交直流轨道电路 、驼峰轨道电路、阀式轨道电路、25Hz轨道电 路、相敏轨道电路。 （3）交流计数电码。 （4）移频轨道电路。 （5）数字编码轨道电路。UM2000轨道电路构成图轨道电路的等效电路法国UM71轨道电路的频率分割方案谐振式电气绝缘节的原理框图S棒电气隔离式轨道电路结构图 按照有无机械绝缘：有绝缘轨道电路和 无绝缘轨道电路。轨道电路经历了模拟 信号到数字编码阶段，提高了信息的传 输数量与信息传输可靠性，从有绝缘轨 道电路和无绝缘轨道电路的转变，适应 了高速铁路的需要。二

4、、车站联锁系统 车站进路入口设信号来防护进路。信号 开放原则：进路空闲、道岔正确、与其 他进路无冲突。 联锁的定义：为了保证行车安全，信号 、道岔与进路之间必须以技术手段保持 一定的制约关系和操作顺序， 称这种制 约关系和操作顺序为联锁。联锁系统发展阶段 （1）机械联锁。 （2）继电联锁（电气联锁）。 （3）计算机联锁。 联锁系统实现了以继电设备控制为主向 计算机控制为主的转变，提高了可靠性 ，减少设备占用空间，缩短了设备开通 时间，有利于向区域联锁发展。三、列车运行控制系统 列车运行控制系统是利用技术手段对列 车运行方向、运行间隔和运行速度进行 控制，保证列车能安全运行，提高运行 效率的系统

5、，简称列控系统。 列控系统 包括列控地面子系统与列控车载子系统 。列控系统发展阶段 （1）地面人工信号； （2）地面自动信号； （3）自动报警装置； （4）机车信号； （5）自动停车装置； （6）列车超速防护系统； （7）基于通信的列车运行控制系统。四、调度指挥系统 我国铁路运输调度指挥管理是以行车调 度为核心、以站和段为基础、实行铁路 局和铁道部二级调度管理的体制。目前 ，铁路行车调度指挥应用的系统主要包 括列车调度指挥系统（TDCS）及分散自 律调度集中系统（CTC）。 TDCS系统将铁道部调度中心、铁路局调 度所和覆盖全路车站的TDCS设备，连结 成一个实时、可靠、安全的TDCS网络，

6、并在保证网络安全的前提下，与相关系 统结合，信息共享。 TDCS改变了我国铁路调度指挥传统的人 工绘制运行图、人工报点和手工填写行 车日志的作业方式，实现了自动采集列 车运行时刻、自动绘制列车实际运行图 、列车车次号的自动采集和跟踪、无线 车次号校核、阶段计划自动调整、自动 生成车站行车日志、站间透明、向车站 和机车下达阶段计划和调度命令等功能 。它是实时过程控制、信息处理、高可 靠的信息化系统。 我国铁路的CTC系统是在TDCS平台基础 上建立的、集调度指挥管理与控制于一 体的调度指挥。由调度中心、车站和调 度中心及车站之间的网络三部分组成。 调度指挥系统的发展和应用，使“调度员- 车站值班

7、员-司机”三级管理的传统列车运 行调度指挥发展成为由调度员直接控制 移动体（列车）的先进管理方式，实现 了列车运行由以人为主确认信号和操作 向车载设备智能化的转变。五 信号集中监测系统（CSM） 铁路信号设备的正常工作是提高铁路运输效率, 保证铁路行车安全的前提。信号设备工作状态 的监测和管理是一项非常重要的工作。传统的 铁路信号设备由于不具备实时自诊断设备电气 特性是否满足标准的能力，只能采用人工巡回 检查.观测和记录的方式，不仅耗时耗力，而且 还可能存在漏检的风险。这种人工监测只能做 到故障检修。 电子技术特别是计算机技术在铁路信号 设备中的应用，不仅提高了信号设备的 智能化，而且是信号设

8、备具有自诊断能 力.状态信息记录能力；另外，信息传输 技术和网络技术的发展，为对分散设备 的集中监测和管理提供了技术手段。 信号集中监测系统是先进的计算机技术 、网络技术信息传输技术与铁路信号设 备相结合的新一代铁路信号监测系统。 他改进、完善了已有的维修测试方式， 是保证铁路行车安全、提高运输效率的 重要辅助设备，是减少维修对运输的干 扰，逐步实现预防性状态修，使信号设 备处于可靠运行和全面受控状态的监视 系统。它还具有一定程度的诊断能力 。 信号集中监测系统能够对信号设备的电 气特性、设备运用过程、设备运用状态 、操作人员的操作过程、设备发生故障 或非正常情况等信息进行实时监测、记 录及回

9、放，并对监测的超标.故障进行报 警。 设备维修人员可通过信号集中监测系统 对信号设备进行远程的单项和全面的测 试.分析，根据报警信息对信号设备进行 预防性检修，保证设备始终处于良好的 运用状态。同时，它为信号设备的故障 分析乃至行车事故的分析判断，提供了 直观和可靠的第一手材料。第二节 现代铁路信号系统的组成 现代铁路的特点，一是要有足够发达的铁路网 ，消除铁路对国民经济的瓶颈制约；二是大力 发展和建设电气化铁路，提高电气化铁路的比 重；三是建设高速铁路网并在繁忙线路实现客 货分运；四是货运铁路重栽通道化；五是探索 城市轨道交通发展的途径。实现旅客运输高速 化、舒适化、快捷化；货运运输重载化、

10、专业 化、便捷化；全面满足铁路运输对国民经济的 需求。2008起中国铁路进入高速铁路时代，通 信信号是高速铁路四大核心技术的重要组成部 分，直接关系到高速铁路的建设和安全运行。 铁路的需求决定了铁路通信信号的发展 方向。铁路的大力发展对铁路信号系统 提出了挑战，为铁路信号系统的发展带 来了良好的机遇。随着高速铁路的兴起 ，对铁路通信信号在安全上和功能上提 出了新的更高的要求。铁路信号技术通 过广泛采用3C（计算机、通信、控制） 技术，实现了以下五个转变。1、由面向地面信号显示的控制到面向移动列车 的直接控制的转变。 2、由只是对信号显示控制而不能控制列车执行 与否的开环控制到列车必须按要求执行

11、信号命 令的闭环控制的转变。 3、由车站分散控制到调度集中统一指挥控制的 转变。 4、由调度单一指挥行车到行车指挥、进路控制 和临时限速等综合控制的转变。 5、由广播式简单通信到点对点和点对多点的多 功能通信转变。 作为列车运行指挥和控制的中枢，铁路 信号包括调度集中系统（CTC）、车站 计算机联锁系统、列车运行控制系统和 信号集中监测（CSM）。 其中，列车运行控制系统简称列控系统 ，由无线闭塞中心（RBC）/列控中心（ TCC）、轨道电路、应答器、车载设备 等。 基于GSM-R无线通信实现列控信息 车地之间传输的铁路信号系统构成如 图所示。 铁路信号系统的各个组成部分通过通信 和网络技术等

12、互相有机融合，实现地面 控制与车上控制结合、本地控制与中央 控制结合，构成一个以安全设备为基础 ，集行车指挥、运行调整、列车运行速 度自动控制、集中监测等功能为一体的 集中指挥、分散控制的综合性、闭环控 制系统。 调度集中系统（CTC）是由调度中心与 所辖区段沿路信号室的CTC站机共同组 成的系统。调度集中根据列车运行、沿 线行车设备状态、维修作业情况的实时 信息，按照列车运行计划统一指挥全区 段的列车运行。 早期的调度集中的主要特征是由中心行 车值班员执行的行车集中控制，现在正 在向集行车指挥、安全监控、运营与维 修管理和旅客信息服务于一体的综合自 动化方向发展，调度中心的装备不仅集 成了先

13、进的计算机技术、通信技术控制 技术，而且是铁路现代化运输手段和运 营管理自动化水平的重要标志。 计算机联锁系统是保证列车行车安全的 基础设备，主要任务是按一定程序和条 件控制道岔、信号，建立行车或调车进 路，实现与列车运行和行车指挥等系统 的结合，实现进路的人工或自动控制， 显示区段占用和进路状态，信号开放和 道岔状态、遥控和站控等各种表示和声 光报警。 列控系统是整个信号系统的核心。它确 保与安全相关的所有功能，包括列车运 行、乘客与员工的安全。无线闭塞（ RBC）根据联锁办理进路信息、轨道电 路的状态信息和列车的位置信息等生成 行车许可（MA），通过地车信息传输 系统将MA、线路参数和限速

14、信息等传输 给车载设备； 列控中心（TCC）控制轨道电路编码和 有源应答器发送报文； 轨道电路实现列车占用检查，并向车载 设备传送轨道电路信息； 应答器向车载设备传送线路参数和限速 等信息； 车载设备根据接收到的MA、线路参数和 限速信息计算连续速度距离曲线，实 时对列车进行控制，从而保证行车安全 。 信号集中监测（CSM）系统设置在综合 维修工区，通过远程网络对分散在调度 中心、车站和轨旁的信号设备的电气特 性、工作状态、操作过程等信息进行实 时监测、记录及回放，并对监测的超标 、故障等信息进行报警。 基于CTCS-3级列控系统的铁路信号系统 信息交互如图12所示。铁路信号系统中通信的特点(

15、1)数据通信，各自系统/设备之间交换的信息 均为数据类型； (2)网络通信，控制中心的设备、车站设备、 轨旁设备、车载设备通过网络通到交换信息 。第三节 通信技术在铁路信号中的应用形式铁路信号系统中，各个设备/子系统之 间传输控制命令、参数或者状态等信息 ，这些信息通过数据电路实现数据传输 、交换、存储和处理。目前，在铁路信 号系统中使用了以下几种通信手段。1、通用异步串行通信技术 通用异步串行通信技术主要在单个设备 内部的两个模块之间通信，或者两个设 备之间近距离通信，常用的物理接口RS 422、RS485、RS232C；在数据 链路控制的功能方面，采用面向字符的 数据链路控制协议，以简化接

16、口的复杂 性。 采用通用异步串行通信技术的列控车载 设备的结构如图所示，车载安全计算机 使用RS422通信技术分别与轨道电路 信息接收单元（TCR）、应答器传输模 块（BTM）、人机界面（DMI）、记录 单元（JRU） 2、现场总线技术 现场总线技术主要用在单个设备内部 的多个模块之间的互联通信、或者多个 设备之间的近距离通信，常用的有CAN 总线与ProfiBus总线技术。采用现场总线技术的列控车载设备的结 构如图所示，车载安全计算机使用 ProfiBus总线技术分别与轨道电路信息接 收单元（TCR）、应答器传输模块（ BTM）、人机界面（DMI）、无线传输 模块（RTM）连接，使用MVB总线技术 与记录单元（JRU）连接。3、网络通信技术 铁路信号系统中使用的网络技术包括局域网、 广域网 。在图11所示的铁路信号系统构成途中： （1）调度中心的行调台、系统维护台、数据库服务器