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1、南京铁道职业技术学院2014-09,任课教师：李彬,列车运行控制系统(CTCS)维护,南京铁道职业技术学院,自我介绍Self-introduction,通信信号学院铁道信号专任教师-李彬,1. 基本信息,姓名：李彬籍贯：湖南怀化出身年份：1989本科：北京交通大学-自动化硕士：北京交通大学-交通信息工程及控制,2. 生活爱好,3. 联系方式,手机：18652064749QQ（微信）：1595995375邮箱：办公室：天佑B302,列车运行控制系统(CTCS)维护,为何开设？从中所学？,课程性质,1.铁道通信信号专业的一门专业核心课程，是集电子技术、计算机控制技术、信号传输技术、通信技术等为一体
2、的综合化学科。2.车载信号控制设备和车站信号控制设备相互 联系的基础、信息传输的桥梁。3.列车运行控制系统已成为铁路系统综合化、 智能化、信息化建设的重要组成部分，列车 运行控制系统的应用为信号设备维修、管理 的综合化提供了理论基础。,课程目标,通过讲授、讨论、演示、实作，使学生能熟悉铁路机车信号、LKJ、列控车载和地面设备的组成、技术参数，理解机车信号、LKJ、列控车载和地面设备的基本原理、技术指标，熟练掌握列车运行控制系统施工、维护、检测、数据下载与分析等关键技术。,理论层次,技能层次,态度层次,课程内容安排,项目一：CTCS系统认知项目二：机车信号维护项目三：LKJ维护项目四：CTCS系
3、统地面设备维护项目五：CTCS系统车载设备维护,教学评价,学期总成绩（100%）=平时成绩（60%）+ 期末考试成绩（40%）平时成绩：课堂提问、学生作业、平时测验、项目评价、技能 目标考核。期末考试成绩：综合答辩、素质考核。主要包括基本概念、基 本理论、工 程绘图、设备的安装、调试、软件下载与分析、故障处理等。,课堂纪律,1.勿迟到2.勿旷课3.勿喧哗4.勿瞌睡5.要点名,内容提要,1.列控系统（CTCS）概述2.CTCS系统组成与功能3.CTCS系统基本原理4.CTCS-3系统工作模式,列车运行控制系统(CTCS)维护项目一:CTCS系统认知,工务工程、动车组和列控系统是客专/高铁系统的三
4、大核心技术。 列控系统是保证高速列车运行安全、有序、高效的关键。,1.列控系统概述,定义 CTCS是为了保证列车安全运行，并以分级形式满足不同线路运输需求的列车运行控制系统。,1.列控系统概述,基本功能(1) 安全防护在任何情况下防止列车无行车许可运行。防止列车超速运行。防止列车超过进路允许速度。防止列车超过线路结构规定的速度。防止列车超过机车车辆构造速度。防止列车超过临时限速及紧急限速。防止列车超过铁路有关运行设备的限速。防止列车溜逸。测速环节应保证，一定范围内的车轮滑行和空转不影响ATP的功能，并具有轮径修正能力。,1.列控系统概述,(2)人机界面 能够以字符、数字及图形等方式显示列车运行
5、速度、允许速度、目标速度和目标距离。能够实时给出列车超速、制动、允许缓解等表示以及设备故障状态的报警。机车乘务员输入装置应配置必要的开关、按钮和有关数据输入装置。具有标准的列车数据输入界面，可根据运营和安全控制要求对输入数据进行有效性检查。,1.列控系统概述,(3) 检测功能具有开机自检和动态检查功能。具有关键数据和关键动作的记录功能及监测接口。(4) 可靠性和安全性按照信号故障导向安全原则进行系统设计。采用冗余结构。满足电磁兼容性相关标准。,1.列控系统概述,相关名词： CTCS-2 Chinese Train Control System Level 2 中国列车控制系统2级 ATP( A
6、utomatic Train Protection )列车自动防护 ETCS European Train Control System 欧洲列车控制系统 ATO（Automatic Train Operation）列车自动驾驶系统 ATS（Automatic Train Supervision）列车自动监控系统 CTC （Centralized Traffic Control）调度集中 LEU（Line side Electronic Unit）轨旁电子单元 ATC(Automatic Train Control) 列车自动控制系统 GSM-R（GSM for Railway）铁路专用全球移
7、动通信系统 LKJ 列车运行监控装置,一、系统背景列控系统,1.列控系统概述,CTCS-0,CTCS-1,CTCS-2,CTCS-3,CTCS-4,基于无线信息传输，机车乘务员凭车载信号行车 。用于300-350km/h线路。,基于应答器和轨道电路信息传输，机车乘务员凭车载信号行车。已应用于200-250km/h线路。,由主体机车信号和安全型运行监控记录装置组成。面向160Km/h以下既有线 。,基于无线通信传输平台，取消轨道电路，实现虚拟闭塞或移动闭塞。未来发展方向。,由通用机车信号和运行监控记录装置构成。面向120Km/h既有线 。,CTCS等级,1.列控系统概述,机车信号,1.列控系统概
8、述,中国列车运行控制系统发展历程,1.列控系统概述,1.列控系统概述,1.列控系统概述,当前国内现状,秦沈客专第六次提速京津城际合宁、合武、石太、广珠、达成、温福、甬台温、福厦、海南东环、昌九、成灌、武康、武九等武广、郑西、广深港、沪宁、沪杭、哈大、宁杭、杭甬等京沪、广深等,1.列控系统概述,2.1 CTCS体系结构,按运输管理层、网络传输层、地面设备层和车载设备层配置。,2.CTCS系统组成与功能,运输管理层 运输管理系统是行车指挥中心，以CTCS为行车安全保障基础，通过通信网络实现对列车运行的控制和管理。网络传输层 CTCS网络分布在系统的各个层面，通过有线和无线通信方式实现数据传输。,2
9、.1 CTCS体系结构,地面设备层 地面设备层主要包括列控中心、轨道电路和点式设备、接口单元、无线通信模块等。通过安全逻辑运算，产生控车命令，实现对运行列车的控制。车载设备层主要包括车载安全计算机、连续信息接收模块、点式信息接收模块、无线通信模块、测速模块、人机界面和记录单元等。,2.1 CTCS体系结构,CTCS-2系统设备结构图,2.2 CTCS-2系统组成与功能,C2车载设备,31,(1)列控地面子系统列控中心（TCC)：根据列车占用情况及进路状态计算行车许可及静态列车速度曲线并传送给列车。地面电子单元（LEU)：轨道电路（ZPW2000，UM2000）：应答器（有源、无源应答器）：(2
10、)地面信息传输通道(3)列控车载子系统,2.2 CTCS-2系统组成与功能,连续信息接收模块：完成轨道电路信息的接收与处理。点式信息接收模块：完成点式信息的接收与处理。测速模块：实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。诊断维护记录单元：对接收信息、系统状态和控制动作进行记录。车载安全计算机：对列车运行控制信息进行综合处理，生成控制速度与目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。人机界面：车载设备与机车乘务员交互的设备。司法记录单元：规范机车乘务员驾驶，记录与运行管理相关的数据。预留无线通信接口。,2.2 CTCS-2系统组成与功能,CTCS-3级列控系统是基于GSM-R无线通信实现车地信息双向传输
11、，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，同时具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。,2.3 CTCS-3级组成与功能,车载安全计算机（VC）、GSM-R无线通信模块（RTM）、轨道电路信息接收单元（TCR）、应答器信息接收模块（BTM）、记录器（JRU）、人机界面（DMI）、列车接口单元（TIU）等组成。,C3车载设备,2.3 CTCS-3级组成与功能,(1) 地面子系统组成a.无线闭塞中心（RBC） 使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统。它根据列车占用情况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息。所使用的安全数据通道不能用于话音通信。b.无线通信（GSM-R）地面设备 作为系统信
12、息传输平台完成地车间大容量的信息交换。c.点式设备 主要提供列车定位信息。d.轨道电路 主要用于列车占用检测及列车完整性检查。,(2) 车载子系统组成a.无线通信（GSM-R）车载设备：完成车地间大容量的信息交换。b.点式信息接收模块：完成点式信息的接收与处理c.测速模块：实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。d.维护记录单元：接收信息、系统状态和记录控制动作。e.车载安全计算机 ：对列车运行控制信息进行综合处理，生成目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。f.人机接口：车载设备与机车乘务员交互的接口。g.运行管理记录单元：规范机车乘务员驾驶，记录与运行管理相关的数据。,2.3 CTCS-3级
13、组成与功能,列控维护终端操作界面,通信接口单元（依次分别是CTC通信、LEU通信、轨道电路通信）,列控维护机,24V电源，列控机柜冗余供电,列控主机控制层（A、B双系）,输入输出接口（继电器状态采集和驱动）,列控主机层,电源开关,CF卡,CPU板,光纤通信扩展板,CAN通信扩展板,以太网通信板,电源板,CPU板调试接口,列控中心主机（背面）,一系输入输出板，驱动继电器和回采集继电器状态,二系输入输出板，驱动继电器和回采集继电器状态,一系LINE板，与列控主机A系光纤接口板FIO7连接,二系LINE板，与列控主机A系光纤接口板FIO7连接,列控输入输出ET层,列控监测维护终端,与CTC通信板,与
14、LEU通信板,与轨道电路通信板,安全数据网终端防火墙A,安全数据网终端防火墙B,安全数据网终端路由器,列控安全数据网终端防火墙,列控主机与通信接口层CAN通信,与ET架（输入输出单元）、监测终端光纤通信,列控主机与通信接口层CAN通信,列控主机与ET架（输入输出单元）、监测终端光纤通信,列控中心主机背面配线,列控系统构成,轨道电路,调度中心下达运行图至车站CTC分机,应答器,运行图,联锁进路命令,临时限速信息,轨道电路编码,进路信息,应答器报文,控 制,计算机联锁按照CTC下达进路的命令，控制道岔、信号机，排列进路。,CTC分机实时:向车站联锁联锁下发进路命令向列控中心下达临时限速信息,车站联
15、锁采集轨道电路的列车占用信息、道岔位置并进行处理。,计算机联锁将进路信息发送给列控中心列控中心根据进路信息和临时限速信息:生成轨道电路编码和临时限速报文,轨道电路编码发送给轨道电路;,临时限速报文发送给应答器。,车载设备接收到轨道电路码序和应答器报文信息后，计算生成控制模式曲线，监控列车安全运行。,3.CTCS-2列控系统基本原理,CTCS-2级系统结构,CTCS-2级是基于轨道电路和应答器传输列车行车许可信息并采用目标距离连续速度控制模式监控列车安全运行的列控系统。,列控中心,车站联锁,调度中心CTC,轨道电路,应答器,道岔,信号机,车载设备,包括:轨道电路、应答器 列控中心、车载设备等,3
16、.CTCS-2列控系统基本原理,CTCS-2级系统结构,实现列车占用检查,轨道电路功能：,线路允许速度和闭塞分区长度等,提供临时限速和进路信息,应答器功能：,提供行车许可及闭塞分区数量,综合轨道电路、应答器信息和动车组参数，自动生成连续速度控制模式曲线，实时监控列车安全运行,车载设备功能：,轨道电路为CTCS-2提供连续的行车许可,3.CTCS-2列控系统基本原理,C2生成行车许可核心工作原理,应答器提供闭塞分区长度和线路允许速度。,速度曲线,-m,-,-,9250m,7,L5,轨道电路以码序形式提供空闲闭塞分区数量。,车载设备综合计算出目标距离，生成速度曲线。,3.CTCS-2列控系统基本原
17、理,C2的运行许可工作原理,1250 +1300 + 1350 +1300 +1350 +1300 +1350,9200 空闲区段：7,7950 空闲区段：6,6650 空闲区段：5,5300 空闲区段：4,4000 空闲区段：3,2650 空闲区段：2,1350 空闲区段：1,速度曲线,0 空闲区段：0,目标距离:,3.CTCS-2列控系统基本原理,车载系统,车载ATP,3.CTCS-2列控系统基本原理,列车模拟运行,3.CTCS-2列控系统基本原理,正向预告点,切换执行点,反向预告点,CTCS-2区段和CTCS-0/1区段的切换,3.CTCS-2列控系统基本原理,速度限制曲线,时速(km/
18、h),目标停车点,CTCS-2区段追踪运行模拟,3.CTCS-2列控系统基本原理,（1）基于GSM-R实现大容量的连续信息传输，可以提供最远32km的目 标距离、线路允许速度等信息，满足跨线运营；（2）CTCS-3级列控系统满足跨线运行的运营要求 ，C3系统通过在应答器里集成C2报文，满足200250km，C2同时作为C3的后备系统。（3）车地双向信息传输，CTC系统可以显示列车的实际速度、状态等；（4）通过大容量信息传输，地面可以实时掌握列车、速度、位置、速度状态等，并可在CTC系统上实时显示。（5）临时限速的灵活设置，可以实现任意长度，任意数量的临时限速设置。,C3主要特点,4.CTCS-
19、3列控系统基本原理,CTCS-3级系统结构,CTCS-3级系统是基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，并具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。,包括：无线闭塞中心RBC、GSM-R网络、轨道电路、应答器、列控中心、车载设备等 。,调度中心CTC,车站联锁,道岔,信号机,4.CTCS-3列控系统基本原理,C3级列控与C2级列控的比较,地面设备增加无线闭塞中心RBC、GSM-R无线通信网络；车载设备增加GSM-R无线通信单元及天线；车载设备根据RBC的行车许可，生成连续速度控制模式曲线，实时监控列车安全运
20、行。,调度中心CTC,车站联锁,轨道电路,列控中心,应答器,道岔,信号机,RBC为CTCS-3提供行车许可,车载设备,4.CTCS-3列控系统结构与原理,CTCS-3级各部分功能,根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可,无线闭塞中心RBC,应答器,通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS-3级车载设备,通过GSM-R无线通信系统接受车载设备发送的位置和列车数据等信息,向车载设备传输定位和等级转换信息,向车载设备传送线路参数和临时限速等信息，满足后备系统的需要,用于实现车载设备与地面设备的双向通信,GSM-R核心网包括移动交换子系统、GPRS子系统、智能网接口,G
21、SM-R网络,采用冗余交叉覆盖的方式进行布置，提高了车地通信的可靠性,根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和列车参数，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车的安全运行,车载安全计算机,轨道电路,实现列车占用检查,发送行车许可信息，满足后备系统的需要,4.CTCS-3列控系统基本原理,调度集中显示投影,车站联锁,无线闭塞中心（RBC）,行调指挥中心（CTC）,C3系统控车原理,4.CTCS-3列控系统基本原理,速度限制曲线,时速(km/h),目标停车点,CTCS-3区段追踪运行模拟,4.CTCS-3列控系统基本原理,分界点,预告应答器,切换应答器,等级转换预告信息
22、,立即执行等级转换,C3进入C2动画演示,C3与C2边界的无线电场强覆盖,返回,4.CTCS-3列控系统基本原理,C2进入C3动画演示,分界点,预告应答器,切换应答器,等级转换预告信息,立即执行等级转换,C3与C2边界的无线电场强覆盖,返回,4.CTCS-3列控系统基本原理,(1) 列车受到RBC1控制，根据RBC1提供的行车许可运行；(2) RBC1从RBC2获得进路信息，生成延伸到RBC2管辖范围的行车许可， 同时RBC1命令另一个GSM-R车载电台呼叫RBC2，与RBC2建立通信；(3) 列车尾部通过切换应答器后，列车受到RBC2的控制，终止与RBC1的通信，完成RBC切换；(4) 列车
23、根据RBC2提供的行车许可运行。,RBC切换演示,4.CTCS-3列控系统基本原理,（1）GSM-R采用单网交织的冗余覆盖方案；（2）只要不是相邻的基站同时故障，就不会影响GSM-R网络场强覆盖。 例如：当2号基站故障后， 1号基站和3号基站的无线电场强的重叠区仍能满足CTCS-3级列控系统车地通信的要求。,GSM-R无线通信网络,4.CTCS-3列控系统基本原理,4.CTCS-3列控系统工作模式,（1）完全监控模式（FS）,当车载设备具备列控所需的全部基本数据（包括列车数据、行车许可和线路数据等）时，列控车载设备生成目标距离连续速度模式曲线，监控列车安全运行；并通过人机界面（DMI）显示列车
24、运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等信息。,（2）部分监控模式（PS）,CTCS-2级后备系统使用的模式。当车载设备接收到轨道电路允许行车信息，而缺少应答器提供的线路数据时，列控车载设备产生一定范围内的固定限制速度，监控列车安全运行。,（3）目视行车模式（OS）,列控车载设备显示禁止信号、列车停车后又需继续运行时，根据行车管理办法（含调度命令），经司机操作并确认后，列控车载设备按固定限制速度40km/h监控列车运行，司机每确认一次列车可运行一定距离（300m）或一定时间（60s）。,（4）调车模式（SH）,调车作业时，牵引运行限制速度40km/h。 车载设备可采用自动转换或人工转换方式进入
25、调车模式。 自动转换方式：车站联锁办理调车进路，无线闭塞中心（RBC）向车载设备提供行车许可，车载设备按调车限制速度控车；人工转换方式：司机选择调车模式，车载设备按调车限制速度控车。,（5）引导模式（CO）,当锁闭进路中存在不能检查列车占用的轨道区段时，车载设备根据地面设备提供的行车许可生成目标距离连续速度模式曲线，并通过人机界面（DMI）显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等，监控列车运行，司机负责在列车运行时检查轨道占用情况。,（6）待机模式（SB）,当列控车载设备上电/唤醒时，执行自检和外部设备测试正确后自动处于待机模式，设备监控列车不允许移动。 当司机开启驾驶台时，处于待机模
26、式的列控车载设备可通过人机界面（DMI）、GSM-R无线通信、轨道电路、应答器传送列控信息。,（7）隔离模式（IS）,在停车情况下，经操作使列控车载设备制动功能停用，在该模式下，车载设备不承担任何行车安全责任。列控车载设备正常工作时应能够监测隔离开关状态。,（8）机车信号模式（CS）,当列车运行到地面未安装CTCS-3级/CTCS-2级列控系统设备的区段时，根据行车管理办法（含调度命令），经司机操作后，列控车载设备生成固定限制速度80km/h，并显示机车信号。,（9）休眠模式（SL）,非本务车载设备的工作模式。在模式下，车载设备不负责列车安全防护功能，但执行列车定位、级间转换、测速测距等功能。,课后作业,1.描述CTCS-2系统基本工作过程。2.描述CTCS-3系统基本工作过程。PS:请同学们用咱们南铁的作业本完成作业，若没有， 则至少是个本子哦。,
