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1、现代铁路信号控制系统现代铁路信号控制系统学习资料铁路通信信号系统是铁路运输的基础设施，是实现铁路统一指挥调度，保证列车运行安全、提高运输效率和质量的关键技术设备，也是铁路信息化技术的重要技术领域。现代信息类技术的迅速发展。对铁路信号、通信产品和服务产生了重要影响。铁路通信和信号技术，以及现代铁路信息化系统之间的关系和作用变得密不可分。车站、区间和列车控制的一体化，铁路通信信号技术的相互融合，以及行车调度指挥自动化等技术，冲破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路通信信号技术向数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展。在列车运行控制技术方面，计算机、通信、控制技术与信号
2、技术集成为一个自动化水平很高的列车运行自动控制系统（简称列控系统）。列控系统不仅在行车安全方面提供了根本保障，而且在行车自动化控制、运营效率的提高及管理自动化等方面，提供了完善的功能，并向着运输综合自动化的方向发展。列控系统技术是现代化铁路的重要标志之一。随着列车速度的提高，列车的运行安全除了以进路保证外，还必须以专用的安全设备，监督、强迫列车(司机)执行。这些安全设备从初级的列车自动停车装置、自动告警装置、列车速度自动监督系统(或列车速度自动检查装置)发展到列车速度自动控制系统。列车自动控制系统(ATC)般指系统设备（包括地面设备和车载设备），同时也是一种闭塞方式，主要包括：1以调度集中系统
3、CTC为核心，综合集成为调度指挥控制中心。2以车站计算机联锁系统为核心，综合集成为车站控制中心。3以列车速度防护与控制为核心，综合集成为列车（车载）运行控制系统。4、以移动通信（例如GSM-R）平台，构建通信信号一体化的总成系统（例如CTCS）。列车自动控制系统(ATC)的主要功能有四项：检查列车在线路上的位置(列车检测)。形成速度信号(调整列车间隔)。向列车发送速度信号或目标距离信号(信号传输)。按速度或目标距离信号控制列车制动(制动控制)。上述一至三项功能由地面没备完成，第四项功能由车载设备完成。本章主要内容为200km/h动车组司机驾驶所需要的列控ATP技术和GSM-R系统中的无线列调功
4、能。第一节列控ATP系统技术原理一列控ATP系统的组成与功能列控ATP是列车超速防护和机车信号系统的一体化系统，列控ATP系统主要由车载设备及地面设备两大部分组成，地面设备与车载设备一起才能完成列车运行控制的功能。图1.1.1是列车运行控制系统地面设备原理框图。图1.1.1 列车运行控制系统地面设备原理框图地面控制中心通过电缆与铁路线上的轨道电路、信号机、应答器等设备相连。主要完成列车位置检测、形成速度信号及目的距离等信号，并将此信号传递给列车，车载设备将按照速度信号控制列车制动。列控ATP系统车载设备原理框图见图1.1.2。图1.1.2列控系统车载设备原理框图车载设备主要由天线、信号接收单元
5、、制动控制单元、司机显示器、速度传感器等组成。机车头部的天线接收到地面的速度命令及目的距离等信号，经过信号接收单元放大、滤波、解调后，将此命令的数据送到司机显示器和制动控制单元。制动控制单元收到速度传感器传送的信号，测量出列车的实际速度，将实际速度与信号命令比较，如果判断列车需要制动，则产生制动信号，直接控制列车制动系统。列车就会自动减速或停车。列控ATP系统主要功能是：1防止列车冒进关闭的信号机；2防止列车错误出发；3防止列车退行；4防止列车超速通过道岔；5防止列车超过线路允许的最大速度；6监督列车通过临时限速区段；7在出入库无信号区段限制列车速度。为保证列车运行控制系统不间断地工作和加强设
6、备的维修与管理，在列车运行控制系统的地面和车上都安装有监视设备。地面监视系统可以检测信号机、轨道电路、地面控制中心的接收和发送设备等。检测结果可以在维修工区显示及储存，也可以通过通信网送往维修基地和调度中心。设备异常前数小时内信号设备动作情况可以保存下来，供故障分析用。车上监视设备可以将列车运行过程中速度信号、制动装置动作以及列车实际速度和司机操作等状态保存下来。一般可保存1272 h有关运行安全的资料。二列控ATP系统技术原理国外铁路采用的列控系统主要有：日本新干线ATC系统，法国TGV铁路和韩国高速铁路的TVM300及TVM430系统，德国及西班牙铁路采用的LZB系统，及瑞典铁路的EBIC
7、A900系统等。各国的列车自动控制系统都具有自己的特点，有不同的技术条件和适应范围。1列控ATP系统技术的分类（1）按照地面向机车传送信号的连续性来分类，分为两种类型：连续式列控系统，如：德国LZB系统、法国TVM系统、日本数字ATC系统。连续式列控系统的车载设备可连续接收到地面列控设备的车-地通信信息，是列控技术应用及发展的主流。采用连续式列车速度控制的日本新干线列车追踪间隔为5 min，法国TGV北部线区间能力甚至达到3 min。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，如：瑞典EBICAB系统。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
8、间断，因此也有很好的安全防护效能。（2）按照列车速度防护方式，分为两种类型：阶梯控制方式出口速度检查方式，如：法国TVM300系统入口速度检查方式，如：日本新干线传统ATC系统曲线控制方式分级曲线模式，如：法国TVM430系统、速度-距离模式，如：德国LZB系统，日本新干线数字ATC系统（3）按照人机关系来分类，分为两种类型：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2阶梯控制方式技术原理每个闭塞分区设计为一个目标速度。在一个闭塞分区中无论列车在何处都只按照固定的速度判定列车是否超速。阶梯控制方式可不需要距离信息，只要在停车信
9、号与最高速度间增加若干中间速度信号，即可实现阶梯控制方式。因此轨道信息量较少，设备相对比较简单，这种传统的控制方式是目前高速铁路最普遍采用的控制方式。阶梯控制又分为出口速度检查和人口速度检查两种方式。（1）出口速度检查控制方式法国TGV300系统采用了这种方式，该方式要求列车在闭塞分区内将列车速度降低到目标速度，设备在闭塞分区出口进行检查。如果列车实际速度未达到目标速度以下则设备自动进行制动。阶梯控制出口速度检查方式示意图见图1-1-3。图1-1-3阶梯控制出口速度检查方式示意图TVM300系统是其早期产品，系统构成简单，由于受当时技术条件限制，地对车信息传输容量仅有18个，因此它的速度监控是
10、阶梯式的(见图4 1)，它只检查列车进入轨道区段的人口速度，不检查出口速度，因此为保证安全，它需要有一个保护区段，这对线路的通过能力有一定的影响，同时这种阶梯监控分段制动的方式也不符合一般列车的连续制动模式。TVM300系统的速度监督模式曲线如图7-1-4所示。图1-1-4法国TVM300系统阶梯控制出口速度检查方式示意图TVM300车载设备系统结构如图1-1-5所示。图1-1-5 TVM300车载设备系统框图TVM300车载设备主要包括连续式信号传感器及接收机、点式信息传感器及接收机、速度传感器及处理单元及速度显示器、音响报警器、制动阀转换开关、辅助表示灯等。连续式机车信号接收机接收地面连续
11、信息，通过处理给出目标速度和监督速度，同时把来自测速单元的列车实际速度和监督速度进行比较，如果列车实际速度超过监督速度，则控制列车实施制动。连续式机车信号是车载设备的核心，采用了主备方式的双重结构。连续式机车信号的接收其主备两套设备完全相同，从感应器、接收机到显示器都是分开的，两套同时工作接收地面信息。两套设备正常工作时，主备两机的速度控制继电器以并联方式控制制动继电器使之得电，主显示器和主机接通工作，各显示器备机电路断开备用，报警电路只接入主机，当主机或备机发生故障时，不会导致制动继电器失电而自动停车。但这种概率很小，当主机发生故障时，通过自动转换电路，把备显示器接人备机，报警电路也由主机转
12、到备机；如果备机故障，主机原来的工作状态，主备机均有故障报警；仅主显示器故障时，自动转换电路还在工作，由司机用转换开关手动接通辅助显示器。测速设备由测速电机和测速单元组成，只采用一个测速电机，但是测速单元为两路，只选择一路输出至机车信号接收器。设有两路检查工作情况的电路，如果测速电路故障，两路速度相差很大，则发出灯光报警，司机通过开关选择速度较高一路作为安全输出。法国TGV地面信号传输设备为UM71(或UM2021)型轨道电路。地面不设信号机，只在闭塞分区分界点处设停车标。司机驾驶列车完全根据机车信号的速度显示，视机车信号为主体信号。TVM300每一个闭塞分区内只按照一个允许速度进行控制。列车
13、的允许速度为本区段的人口速度，即上一区段的目标速度。机车信号显示器给出的是目标速度，要求列车在区段的出口处必须保持或降低到此速度。如果司机按照机车显示给出的目标速度运行，速度监督设备不于预司机操作。当列车速度超过规定的允许速度时，速度监督设备则自动实施制动。TVM300型设备包括连续式机车信号、点式信息接收设备以及列车速度监督设备。速度监督设备分为两部分，一部分是测速单元，另一部分为列车制动控制电路。TVM300型车上设备与UM71轨道电路、地面点式环线系统构成完整的列车运行间隔调整系统，对高速列车运行进行安全防护。地面发送设备具有18个低频信号(TBF)。法国TGV实际只使用了14个TBF信
14、号。此外地面还配有环线点式发送设备，具有14个单频信号，向机车传递“列车进入上行线”、“列车进入下行线”、“绝对停车”、“驶出TVM300控制区段”等信息。为发挥乘务员责任感及驾驶技巧，法国铁路采用了人控为主，设备起监督作用的控制方式。出口速度检查方式由于要在列车到达停车信号处(目标速度为零)才检查列车速度是否为零，如果列车速度不是零，设备才进行制动。由于制动后列车要走行一段距离才能停车，因此停车信号后方要有一段安全防护区。（2）入口速度检查控制方式日本新干线传统ATC系统采用这种方式，新干线采用速度分级，人口制动，自动缓解的控制方式。该方式要求列车在闭塞分区人口处接收到目标速度信号后立即以此
15、速度进行检查，一旦列车超速，则进行制动使列车速度降低到目标速度以下。新干线ATC列车检测采用了有绝缘音频轨道电路。新干线ATC车载设备与我国普通机车信号不同，它不向司机预告前方地面信号的灯光显示而是给出列车所在区间列车的目标速度。采用ATC设备后，司机按照机车上的ATC速度信号行车，普通自动闭塞采用的地面信机就不设了。列车经过的正线、到发线、咽喉区都发送相应的速度信号。司机按照机车上的速度信号进出车站。阶梯控制入口速度检查方式示意图见图1-1-6。图1-1-6日本新干线传统ATC系统阶梯控制入口速度检查方式原理示意图列车的允许速度为本区段的人口速度，即上一区段的目标速度。机车信号显示器给出的是目标速度，要求列车在区段的出口处必须保持或降低到此速度。如果司机按照机车显示给出的目标速度运行，速度监督设备不于预司机操作。当列车速度超过规定的允许速度时，速度监督设备则自动实施制动。日本新干线传统ATC系统阶梯控制入口速度检查方式原理示意图见图1-1-7（a）新干线区间速度控制方式（b）新干线进站停车速度控制方式图1-1-7日本新干线传统ATC系统阶梯控制入口速度检查方式原理示意图这种方式在遇上前方停车信号时，列车在闭塞分区人口处立即制动，对许多列车来说会过早地停车，为防止列车冒进信号，ATC系统除靠轨道电路连续传送速度信号外还设有一些辅助信号，日本新干线采用了停车信号前
