鐵路自動(dòng)化控制

軌道交通自動(dòng)化應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展，鐵路自動(dòng)化信號(hào)控制隧道監(jiān)控系統(tǒng)鐵路自動(dòng)化主要包含信號(hào)控制系統(tǒng)、隧道監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)車車輛、電力監(jiān)控系統(tǒng)、站控系統(tǒng)、線路設(shè)備監(jiān)控、鋪路/養(yǎng)路機(jī)械等七個(gè)子系統(tǒng)。信號(hào)控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)主要包括車站聯(lián)鎖設(shè)備、區(qū)間閉塞設(shè)備、編組站駝峰控制系統(tǒng)、行車調(diào)度控制系統(tǒng)和改造以及由機(jī)車信號(hào)和超速防護(hù)系統(tǒng)組成的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)組成。隨著列車速度的不斷提高，傳統(tǒng)信號(hào)控制系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖已經(jīng)逐漸取代繼電器聯(lián)鎖，成為車站聯(lián)鎖設(shè)備發(fā)展的方向。技術(shù)引進(jìn)使得各種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)廣泛應(yīng)用，比如Siemens的SICAS聯(lián)鎖、Alcatel的VCC聯(lián)鎖、Alstom的VPI聯(lián)鎖、USSI的MICROLOCK聯(lián)鎖、Westinghouse的SESTRACE聯(lián)鎖、Bombardier的EBILOCK聯(lián)鎖技術(shù)。一批系統(tǒng)集成商也迅速成長(zhǎng)，比如中國(guó)通號(hào)集團(tuán)、北京交大微聯(lián)科技有限公司、合肥工大高科信息技術(shù)有限責(zé)任公司、卡斯柯信號(hào)有限公司、北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司、北京唐吉森自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)公司等。區(qū)間閉塞設(shè)備從最原始的路簽閉塞已經(jīng)發(fā)展到無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞°ZPW-2000A自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的應(yīng)用加快了鐵路自動(dòng)閉塞制式的統(tǒng)一，大幅度減少了調(diào)諧區(qū)死區(qū)長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)調(diào)諧單元的斷線檢查和對(duì)拍頻信號(hào)干擾的保護(hù)，大大提高了傳輸?shù)陌踩?。在控制設(shè)備上，用單片微機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理芯片代替晶體管分立元件和小規(guī)模集成電路，提高了發(fā)送移頻信號(hào)頻率的精度和接收移頻信號(hào)的抗干擾能力。新型的ZPW-2000R型無(wú)絕緣自動(dòng)閉塞系統(tǒng)采用了DSP技術(shù)，使系統(tǒng)調(diào)諧區(qū)檢查的問(wèn)題得到較好的解決。編組站駝峰控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了路網(wǎng)性編組站駝峰自動(dòng)化。目前，駝峰信號(hào)控制系統(tǒng)正向綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展，其控制技術(shù)包括車輛溜放進(jìn)路、溜放速度及機(jī)車推峰速度等的自動(dòng)控制。在編組站采用駝峰解體作業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)、駝峰調(diào)車場(chǎng)尾部平面調(diào)車計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、編組站各車場(chǎng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、編組站車輛信息管理系統(tǒng)、樞紐調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)、編組站車輛實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)、編組站實(shí)時(shí)信息網(wǎng)、站內(nèi)調(diào)車無(wú)線指揮系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)編組站調(diào)度、管理、作業(yè)的全盤(pán)綜合自動(dòng)化。行車調(diào)度控制系統(tǒng)（CTC）也由原來(lái)的繼電系統(tǒng)、半導(dǎo)體分立元件、集成電路時(shí)代發(fā)展到現(xiàn)在以計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)為基礎(chǔ)的微機(jī)自動(dòng)化時(shí)代。高速鐵路由于速度快、發(fā)車間隔小等特點(diǎn)，普遍采用新型的分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)技術(shù)，分為網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)和調(diào)度命令無(wú)線傳輸系統(tǒng)兩個(gè)方面，無(wú)線設(shè)備得到快速應(yīng)用。列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS）已由列車自動(dòng)停車時(shí)期發(fā)展到了列車超速防護(hù)時(shí)期，這一問(wèn)題在高速鐵路系統(tǒng)中尤為重要，鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)正向真正意義上的數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化、現(xiàn)代化方向邁進(jìn)。隧道監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)前隧道監(jiān)控模式主要分為兩種：一種是適用于短隧道的集散式控制模式，一種是適用于長(zhǎng)隧道的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式。前者布線復(fù)雜，造價(jià)較高，由中控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施進(jìn)行控制與管理；后者施工方便，不但造價(jià)較低，而且可靠性較高，其又可分為全分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制和集中式現(xiàn)場(chǎng)總線控制。全分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式，中控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施不直接進(jìn)行控制，由現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)施的控制器進(jìn)行控制。分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成來(lái)看，一般分3個(gè)層次：上層為中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即本地控制中心，中間是由各區(qū)域控制器組成的控制層，下層為各種檢測(cè)設(shè)備和控制及誘導(dǎo)設(shè)備組成的設(shè)備層。鐵路隧道監(jiān)控系統(tǒng)一般由中心站、隧道外控制室、隧道內(nèi)系統(tǒng)分站和傳感器等四部分組成。系統(tǒng)中心站實(shí)行雙機(jī)熱備，全天候監(jiān)控。隧道內(nèi)由系統(tǒng)分站、電源箱、傳感器、風(fēng)速及列車檢測(cè)器組成。目前隧道監(jiān)控系統(tǒng)是典型的傳統(tǒng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。根據(jù)隧道長(zhǎng)度的不同，所構(gòu)成的系統(tǒng)規(guī)模也有較大差異：在特長(zhǎng)隧道以及隧道變電站中一般需要選用高性能雙機(jī)熱備冗余的PLC，如Omron的CS1D系列、Schneider的Quantum系列、RockwellAutomation的ControlLogix系列和Siemens的S7-400417系列；而在短隧道以及現(xiàn)場(chǎng)條件較好的工況下，往往是用經(jīng)濟(jì)型的PLC做主控，比如Omron的CS1系列、Siemens的S7-300系列等。隧道監(jiān)控系統(tǒng)中主要自動(dòng)化系統(tǒng)品牌控制系統(tǒng)信息層網(wǎng)塔iF二I設(shè)備層網(wǎng)垢OmronCS1兒CS1EthenetProfibu2DPSiemesns57-400^300EthenetProfibu2DPSchneiderQuantmnEthenetMcidEjsRockwellCentroILogis.'9Ethenet"'DeviceNetCS1D雙CPU系統(tǒng)機(jī)車車輛雖然電氣化鐵路的建設(shè)成本很高，但是由于電力動(dòng)車組和電力機(jī)車的運(yùn)作成本比內(nèi)燃機(jī)車低，而且電氣化列車的加速性能及再生制動(dòng)能力都比較好，因此十分適合在乘客密集的客運(yùn)線上使用。絕大部分的高速鐵路都是以電力推動(dòng)，因?yàn)樗鼈兯枰拇髣?dòng)能很難完全由放在車上的發(fā)動(dòng)機(jī)直接產(chǎn)生。電力機(jī)車的供電電壓很高，可以減少饋線用銅量。隨著接觸網(wǎng)供電電壓的升高和人們對(duì)節(jié)能的要求逐步升高，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展，目前，先進(jìn)的VVVF技術(shù)已經(jīng)廣泛用在電力機(jī)車電機(jī)上。由于鐵路機(jī)車及車輛由專門(mén)機(jī)車車輛廠提供，自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)這些OEM廠商進(jìn)入市場(chǎng)，中國(guó)目前發(fā)展的高速鐵路機(jī)車車輛技術(shù)主要為龐巴迪、西門(mén)子和阿爾斯通體系，生產(chǎn)企業(yè)則主要是南、北車集團(tuán)旗下的制造廠。電力監(jiān)控系統(tǒng)作為電氣化鐵路發(fā)展的新趨勢(shì)，高速鐵路對(duì)電力系統(tǒng)提出了新的要求，主變電站、牽引供電系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)的SCADA成為保障列車安全運(yùn)行的必要條件。站控系統(tǒng)車站監(jiān)控系統(tǒng)主要包括對(duì)車站、區(qū)間的通風(fēng)、空調(diào)、給排水、照明以及自動(dòng)扶梯等設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控和管理，以確保鐵路環(huán)境的安全和舒適。其主要組成部分有：（1）中央控制室：進(jìn)行全線的環(huán)境狀況和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，必要的時(shí)候給車站控制室發(fā)布控制命令；（2）車站控制室：進(jìn)行本站所轄環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)，并對(duì)本站所轄設(shè)備進(jìn)行控制；（3）就地（現(xiàn)場(chǎng)）控制設(shè)備：部署在設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)的可以直接進(jìn)行操控的設(shè)備。車站監(jiān)控主要包括：MCS（主控系統(tǒng)）、EMCS（環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)）、MCC/IMCC（馬達(dá)控制中心/智能化的馬達(dá)控制中心）線路設(shè)備監(jiān)控高速鐵路的運(yùn)行速度快，隨之而來(lái)的安全問(wèn)題也越來(lái)越突出，這就需要一套相對(duì)完善的系統(tǒng)對(duì)鐵路沿線的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，包括環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、DCC數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、公安信號(hào)、視頻、安防監(jiān)控設(shè)備、消防系統(tǒng)等等，完成這些繁雜子系統(tǒng)需要高速率、高可靠性、高穩(wěn)定性的通信網(wǎng)絡(luò)。鋪裝、養(yǎng)路機(jī)械鋪裝和養(yǎng)護(hù)機(jī)械主要包括鋪軌機(jī)、架橋機(jī)、軌排生產(chǎn)線、機(jī)械化養(yǎng)路車、焊軌機(jī)等種類。這些機(jī)械現(xiàn)在越來(lái)越向大型化、自動(dòng)化程度更高的方向發(fā)展。列車自動(dòng)控制系統(tǒng)摘要:為了在確保安全的前提下實(shí)現(xiàn)列車快速和高密度運(yùn)行，必須縮短列車運(yùn)行時(shí)間的間隔，將自動(dòng)運(yùn)行和運(yùn)行管理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步提高運(yùn)輸能力和服務(wù)質(zhì)量，其關(guān)鍵就是發(fā)展列車自動(dòng)控制技術(shù)。本文主要講述了列車自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，它由列車自動(dòng)防護(hù)，列車自動(dòng)監(jiān)控，列車自動(dòng)運(yùn)行三個(gè)子系統(tǒng)組成，并分別介紹了各個(gè)子系統(tǒng)的功能及其在控制列車運(yùn)行中起的作用，特別介紹了中國(guó)列車控制系統(tǒng)的組成及應(yīng)用等級(jí)分類。關(guān)鍵詞：列車自動(dòng)控制系統(tǒng)功能中國(guó)列車控制系統(tǒng)應(yīng)用等級(jí)一、列車自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（AutomaticTrainControlSystem,簡(jiǎn)稱ATCS）是根據(jù)列車在鐵路線路上運(yùn)行的客觀條件和實(shí)際情況，對(duì)列車運(yùn)行速度及制動(dòng)方式等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督、控制和調(diào)整的技術(shù)裝備，主要用于高速動(dòng)車組，可以實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛，列車自動(dòng)跟蹤和列車自動(dòng)調(diào)度。它可以分為地面設(shè)備和車載部分。地面設(shè)備可以產(chǎn)生出列車控制所需要的全部基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；車載部分可以通過(guò)媒體將地面?zhèn)鱽?lái)的信號(hào)進(jìn)行信息處理，形成列車速度控制數(shù)據(jù)及列車制動(dòng)模式，用來(lái)監(jiān)督或控制列車安全運(yùn)行。列車自動(dòng)控制系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成：列車自動(dòng)防護(hù)（AutomaticTrainProtection，簡(jiǎn)稱ATP）；列車自動(dòng)監(jiān)控（AutomaticTrainSupervision,簡(jiǎn)稱ATS），列車自動(dòng)運(yùn)行（AutomaticTrainOperation,簡(jiǎn)稱ATO）,另外列車自動(dòng)控制系統(tǒng)有兩種，點(diǎn)式列車自動(dòng)控制系統(tǒng)和連續(xù)列車自動(dòng)控制系統(tǒng)。1.1列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（ATP）ATP子系統(tǒng)的主要功能是通過(guò)車載ATP系統(tǒng)和地面設(shè)備間的信息傳輸，來(lái)實(shí)現(xiàn)列車的安全間隔控制、超速防護(hù)及車門(mén)控制，保證行車安全。ATP系統(tǒng)的工作原理是自動(dòng)檢測(cè)列車實(shí)際運(yùn)行位置，自動(dòng)確定列車最大安全運(yùn)行速度，連續(xù)不間斷地實(shí)行速度監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)超速防護(hù)，自動(dòng)檢測(cè)列車運(yùn)行間隔，以保證實(shí)現(xiàn)規(guī)定地行車間隔和足夠的安全距離避免車輛追尾等事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)列車在鐵軌上行駛時(shí)的自我防護(hù)1.2列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）ATS子系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)控列車運(yùn)行狀態(tài)，采用軟件方法實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)、通信及列車運(yùn)行管理自動(dòng)化。它是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)組織和控制行車的一套完整的行車指揮系統(tǒng)。列車控制中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)計(jì)劃運(yùn)行圖及列車實(shí)際運(yùn)行情況實(shí)時(shí)控制、指揮列車運(yùn)行。各車站的計(jì)算機(jī)直接控制信號(hào)、道岔以及排列列車的進(jìn)路°ATS系統(tǒng)可根據(jù)需要修改列車運(yùn)行圖，合理調(diào)整列車運(yùn)行。列車的實(shí)際運(yùn)行情況，是由中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，繪制實(shí)際運(yùn)行圖并可完成各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、打印、編制報(bào)表等功能。1.3列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)（ATO）ATO子系統(tǒng)主要完成站間自動(dòng)運(yùn)行、列車速度調(diào)節(jié)和進(jìn)站定點(diǎn)停車，并能接受控制中心的運(yùn)行調(diào)度命令實(shí)現(xiàn)列車的運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整。ATO系統(tǒng)工作原理：接受來(lái)自ATP系統(tǒng)的信息，包括ATP系統(tǒng)速度指令，列車實(shí)際速度和列車走行距離；從ATS系統(tǒng)和地面標(biāo)志線圈接收列車運(yùn)行等級(jí)等信息；根據(jù)以上信息，ATO系統(tǒng)通過(guò)牽引/制動(dòng)線控制列車，使其維持在一個(gè)參考速度上運(yùn)行，并在站臺(tái)準(zhǔn)確停車。1.4點(diǎn)式列車自動(dòng)控制系統(tǒng)點(diǎn)式自動(dòng)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)由地面應(yīng)答器，道旁電子單元LEU（信號(hào)接口），車載設(shè)備三部分組成。在歐洲的干線鐵路及城市軌道交通中應(yīng)用十分廣泛。其主要優(yōu)點(diǎn)是采用無(wú)源、高信息容量的地面應(yīng)答器，結(jié)果簡(jiǎn)單。安裝靈活，可靠性高。1.5連續(xù)式自動(dòng)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)連續(xù)式自動(dòng)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)適應(yīng)高速干線與高行車密度的軌道交通。根據(jù)傳輸媒介可分為有線與無(wú)線兩大類。連續(xù)式自動(dòng)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)主要由3部分組成：地面控制中心，傳輸媒介以及車載設(shè)備。二、CTCS（ChineseTrainControlSystem簡(jiǎn)介為確保列車運(yùn)行安全、提高運(yùn)輸效率，結(jié)合我國(guó)鐵路的特點(diǎn)研究制定中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS的技術(shù)規(guī)范。CTCS由地面子系統(tǒng)和車載子系統(tǒng)組成。地面子系統(tǒng)包括應(yīng)答器，軌道電路，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（GSM-R），列車控制中心（TCT）/無(wú)線閉塞中心（RBC）。車載子系統(tǒng)包括CTCS車載設(shè)備，無(wú)線系統(tǒng)車載模塊。三、CTCS的提出3.12002年12月，在我國(guó)召開(kāi)的國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC）大會(huì)上，鐵道部向世界宣布發(fā)展中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS）的規(guī)劃。即：（1）CTCS0一機(jī)車信號(hào)+監(jiān)控裝置（目前全路機(jī)車既有裝備現(xiàn)狀）;（2）CTCS1—由主體機(jī)車信號(hào)+安全型運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置組成，點(diǎn)式信息作為連續(xù)信息的補(bǔ)充，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)連式超速防護(hù)功能；（3）CTCS2一基于軌道傳輸信息并采用車-地一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)行指-聯(lián)鎖-列控一體化、區(qū)間-車站一體化、通信-信號(hào)一體化和機(jī)電一體化；（4）CTCS3一基于無(wú)線傳輸信息并采用軌道電路等方式檢查列車占用的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。點(diǎn)式設(shè)備主要傳送定位信息；（5）CTCS4—完全基于無(wú)線傳輸信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。地面可取消軌道電路，由RBC和車載驗(yàn)證系統(tǒng)共同完成列車定位和完整性檢查，實(shí)現(xiàn)虛擬閉塞或移動(dòng)閉塞。3.22003年，鐵道部向國(guó)家申報(bào)立項(xiàng)發(fā)展CTCS規(guī)劃的專題研究，2004年，《CTCS技術(shù)規(guī)范總則及CTCS2ATP技術(shù)條件》通過(guò)鐵道部審查，2005年通過(guò)科技部驗(yàn)收，為CTCS的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。3.3經(jīng)過(guò)幾年的研究和實(shí)踐，CTCS各級(jí)系統(tǒng)的構(gòu)成方案基本形成，CTCS是結(jié)合我國(guó)既有地面和車載設(shè)備，特別是在已有統(tǒng)一的自動(dòng)閉塞設(shè)備制式基礎(chǔ)上，充分借鑒了歐洲逐步成熟的EuropeTrainControlSystem（歐洲列車控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱ETCS）有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備和建設(shè)思路形成的。目前CTCS的技術(shù)框架已經(jīng)得到世界鐵路信號(hào)界同行的認(rèn)可。四、總結(jié)列車自動(dòng)控制系統(tǒng)是通過(guò)其三個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)合作來(lái)完成對(duì)列車運(yùn)行的控制。它由ATS系統(tǒng)基于現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)與ATP和ATO子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，完成對(duì)高密度軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的自動(dòng)化管理和全自動(dòng)行車調(diào)度指揮控制。提高列車運(yùn)行速度是鐵路技術(shù)發(fā)展的重要目標(biāo)，保證列車運(yùn)行安全是實(shí)現(xiàn)我國(guó)提速戰(zhàn)略的重要保證，而列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)這一重要保證的主要技術(shù)支持手段