鐵路自動化控制

軌道交通自動化應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展，鐵路自動化信號控制隧道監(jiān)控系統(tǒng)鐵路自動化主要包含信號控制系統(tǒng)、隧道監(jiān)控系統(tǒng)、機車車輛、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)路機械等七個子系統(tǒng)。信號控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的鐵路信號控制系統(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)和改造以及由機車信號和超速防護(hù)系統(tǒng)組成的列車運行控制系統(tǒng)組成。隨著列車速度的不斷提高，傳統(tǒng)信號控制系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，計算機聯(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)的計算機聯(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，比如中國通號集團(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、卡斯柯信號有限公司、北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司、北京唐吉森自動化設(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)展到無絕緣移頻自動閉塞°ZPW-2000A自動閉塞系統(tǒng)的應(yīng)用加快了鐵路自動閉塞制式的統(tǒng)一，大幅度減少了調(diào)諧區(qū)死區(qū)長度，實現(xiàn)了對調(diào)諧單元的斷線檢查和對拍頻信號干擾的保護(hù)，大大提高了傳輸?shù)陌踩浴Ｔ诳刂圃O(shè)備上，用單片微機和數(shù)字信號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)送移頻信號頻率的精度和接收移頻信號的抗干擾能力。新型的ZPW-2000R型無絕緣自動閉塞系統(tǒng)采用了DSP技術(shù)，使系統(tǒng)調(diào)諧區(qū)檢查的問題得到較好的解決。編組站駝峰控制系統(tǒng)實現(xiàn)了路網(wǎng)性編組站駝峰自動化。目前，駝峰信號控制系統(tǒng)正向綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展，其控制技術(shù)包括車輛溜放進(jìn)路、溜放速度及機車推峰速度等的自動控制。在編組站采用駝峰解體作業(yè)過程控制系統(tǒng)、駝峰調(diào)車場尾部平面調(diào)車計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)、編組站各車場計算機聯(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)、編組站車輛實時跟蹤系統(tǒng)、編組站實時信息網(wǎng)、站內(nèi)調(diào)車無線指揮系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，可實現(xiàn)編組站調(diào)度、管理、作業(yè)的全盤綜合自動化。行車調(diào)度控制系統(tǒng)（CTC）也由原來的繼電系統(tǒng)、半導(dǎo)體分立元件、集成電路時代發(fā)展到現(xiàn)在以計算機技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)為基礎(chǔ)的微機自動化時代。高速鐵路由于速度快、發(fā)車間隔小等特點，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)度命令無線傳輸系統(tǒng)兩個方面，無線設(shè)備得到快速應(yīng)用。列車運行控制系統(tǒng)（CTCS）已由列車自動停車時期發(fā)展到了列車超速防護(hù)時期，這一問題在高速鐵路系統(tǒng)中尤為重要，鐵路信號控制系統(tǒng)正向真正意義上的數(shù)字化、信息化、自動化、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，一種是適用于長隧道的分布式現(xiàn)場總線控制模式。前者布線復(fù)雜，造價較高，由中控室對現(xiàn)場設(shè)施進(jìn)行控制與管理；后者施工方便，不但造價較低，而且可靠性較高，其又可分為全分布式現(xiàn)場總線控制和集中式現(xiàn)場總線控制。全分布式現(xiàn)場總線控制模式，中控室對現(xiàn)場設(shè)施不直接進(jìn)行控制，由現(xiàn)場各種設(shè)施的控制器進(jìn)行控制。分布式現(xiàn)場總線控制模式從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成來看，一般分3個層次：上層為中央計算機系統(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)中心站實行雙機熱備，全天候監(jiān)控。隧道內(nèi)由系統(tǒng)分站、電源箱、傳感器、風(fēng)速及列車檢測器組成。目前隧道監(jiān)控系統(tǒng)是典型的傳統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)。根據(jù)隧道長度的不同，所構(gòu)成的系統(tǒng)規(guī)模也有較大差異：在特長隧道以及隧道變電站中一般需要選用高性能雙機熱備冗余的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，但是由于電力動車組和電力機車的運作成本比內(nèi)燃機車低，而且電氣化列車的加速性能及再生制動能力都比較好，因此十分適合在乘客密集的客運線上使用。絕大部分的高速鐵路都是以電力推動，因為它們所需要的大動能很難完全由放在車上的發(fā)動機直接產(chǎn)生。電力機車的供電電壓很高，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節(jié)能的要求逐步升高，電動機的調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展，目前，先進(jìn)的VVVF技術(shù)已經(jīng)廣泛用在電力機車電機上。由于鐵路機車及車輛由專門機車車輛廠提供，自動化系統(tǒng)通過這些OEM廠商進(jìn)入市場，中國目前發(fā)展的高速鐵路機車車輛技術(shù)主要為龐巴迪、西門子和阿爾斯通體系，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，高速鐵路對電力系統(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行的必要條件。站控系統(tǒng)車站監(jiān)控系統(tǒng)主要包括對車站、區(qū)間的通風(fēng)、空調(diào)、給排水、照明以及自動扶梯等設(shè)備進(jìn)行自動化監(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)備運行狀態(tài)的監(jiān)控，必要的時候給車站控制室發(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)備運行狀況的監(jiān)測，并對本站所轄設(shè)備進(jìn)行控制；（3）就地（現(xiàn)場）控制設(shè)備：部署在設(shè)備機房內(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)控高速鐵路的運行速度快，隨之而來的安全問題也越來越突出，這就需要一套相對完善的系統(tǒng)對鐵路沿線的相關(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、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)路機械鋪裝和養(yǎng)護(hù)機械主要包括鋪軌機、架橋機、軌排生產(chǎn)線、機械化養(yǎng)路車、焊軌機等種類。這些機械現(xiàn)在越來越向大型化、自動化程度更高的方向發(fā)展。列車自動控制系統(tǒng)摘要:為了在確保安全的前提下實現(xiàn)列車快速和高密度運行，必須縮短列車運行時間的間隔，將自動運行和運行管理有機地結(jié)合起來，進(jìn)一步提高運輸能力和服務(wù)質(zhì)量，其關(guān)鍵就是發(fā)展列車自動控制技術(shù)。本文主要講述了列車自動控制系統(tǒng)組成，它由列車自動防護(hù)，列車自動監(jiān)控，列車自動運行三個子系統(tǒng)組成，并分別介紹了各個子系統(tǒng)的功能及其在控制列車運行中起的作用，特別介紹了中國列車控制系統(tǒng)的組成及應(yīng)用等級分類。關(guān)鍵詞：列車自動控制系統(tǒng)功能中國列車控制系統(tǒng)應(yīng)用等級一、列車自動控制系統(tǒng)簡介列車自動控制系統(tǒng)（AutomaticTrainControlSystem,簡稱ATCS）是根據(jù)列車在鐵路線路上運行的客觀條件和實際情況，對列車運行速度及制動方式等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督、控制和調(diào)整的技術(shù)裝備，主要用于高速動車組，可以實現(xiàn)列車自動駕駛，列車自動跟蹤和列車自動調(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)；車載部分可以通過媒體將地面?zhèn)鱽淼男盘栠M(jìn)行信息處理，形成列車速度控制數(shù)據(jù)及列車制動模式，用來監(jiān)督或控制列車安全運行。列車自動控制系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)組成：列車自動防護(hù)（AutomaticTrainProtection，簡稱ATP）；列車自動監(jiān)控（AutomaticTrainSupervision,簡稱ATS），列車自動運行（AutomaticTrainOperation,簡稱ATO）,另外列車自動控制系統(tǒng)有兩種，點式列車自動控制系統(tǒng)和連續(xù)列車自動控制系統(tǒng)。1.1列車自動防護(hù)系統(tǒng)（ATP）ATP子系統(tǒng)的主要功能是通過車載ATP系統(tǒng)和地面設(shè)備間的信息傳輸，來實現(xiàn)列車的安全間隔控制、超速防護(hù)及車門控制，保證行車安全。ATP系統(tǒng)的工作原理是自動檢測列車實際運行位置，自動確定列車最大安全運行速度，連續(xù)不間斷地實行速度監(jiān)督，實現(xiàn)超速防護(hù)，自動檢測列車運行間隔，以保證實現(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，實現(xiàn)列車在鐵軌上行駛時的自我防護(hù)1.2列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）ATS子系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)控列車運行狀態(tài)，采用軟件方法實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)、通信及列車運行管理自動化。它是通過計算機來組織和控制行車的一套完整的行車指揮系統(tǒng)。列車控制中心計算機系統(tǒng)根據(jù)計劃運行圖及列車實際運行情況實時控制、指揮列車運行。各車站的計算機直接控制信號、道岔以及排列列車的進(jìn)路°ATS系統(tǒng)可根據(jù)需要修改列車運行圖，合理調(diào)整列車運行。列車的實際運行情況，是由中心計算機進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集，繪制實際運行圖并可完成各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、打印、編制報表等功能。1.3列車自動運行系統(tǒng)（ATO）ATO子系統(tǒng)主要完成站間自動運行、列車速度調(diào)節(jié)和進(jìn)站定點停車，并能接受控制中心的運行調(diào)度命令實現(xiàn)列車的運行自動調(diào)整。ATO系統(tǒng)工作原理：接受來自ATP系統(tǒng)的信息，包括ATP系統(tǒng)速度指令，列車實際速度和列車走行距離；從ATS系統(tǒng)和地面標(biāo)志線圈接收列車運行等級等信息；根據(jù)以上信息，ATO系統(tǒng)通過牽引/制動線控制列車，使其維持在一個參考速度上運行，并在站臺準(zhǔn)確停車。1.4點式列車自動控制系統(tǒng)點式自動列車運行控制系統(tǒng)由地面應(yīng)答器，道旁電子單元LEU（信號接口），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)點是采用無源、高信息容量的地面應(yīng)答器，結(jié)果簡單。安裝靈活，可靠性高。1.5連續(xù)式自動列車運行控制系統(tǒng)連續(xù)式自動列車運行控制系統(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線兩大類。連續(xù)式自動列車運行控制系統(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簡介為確保列車運行安全、提高運輸效率，結(jié)合我國鐵路的特點研究制定中國列車運行控制系統(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，無線通信網(wǎng)絡(luò)（GSM-R），列車控制中心（TCT）/無線閉塞中心（RBC）。車載子系統(tǒng)包括CTCS車載設(shè)備，無線系統(tǒng)車載模塊。三、CTCS的提出3.12002年12月，在我國召開的國際鐵路聯(lián)盟（UIC）大會上，鐵道部向世界宣布發(fā)展中國列車運行控制系統(tǒng)（CTCS）的規(guī)劃。即：（1）CTCS0一機車信號+監(jiān)控裝置（目前全路機車既有裝備現(xiàn)狀）;（2）CTCS1—由主體機車信號+安全型運行監(jiān)控記錄裝置組成，點式信息作為連續(xù)信息的補充，可實現(xiàn)點連式超速防護(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)計的列車運行控制系統(tǒng)?？蓪崿F(xiàn)行指-聯(lián)鎖-列控一體化、區(qū)間-車站一體化、通信-信號一體化和機電一體化；（4）CTCS3一基于無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行控制系統(tǒng)。點式設(shè)備主要傳送定位信息；（5）CTCS4—完全基于無線傳輸信息的列車運行控制系統(tǒng)。地面可取消軌道電路，由RBC和車載驗證系統(tǒng)共同完成列車定位和完整性檢查，實現(xiàn)虛擬閉塞或移動閉塞。3.22003年，鐵道部向國家申報立項發(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》通過鐵道部審查，2005年通過科技部驗收，為CTCS的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。3.3經(jīng)過幾年的研究和實踐，CTCS各級系統(tǒng)的構(gòu)成方案基本形成，CTCS是結(jié)合我國既有地面和車載設(shè)備，特別是在已有統(tǒng)一的自動閉塞設(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)得到世界鐵路信號界同行的認(rèn)可。四、總結(jié)列車自動控制系統(tǒng)是通過其三個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)合作來完成對列車運行的控制。它由ATS系統(tǒng)基于現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信和計算機網(wǎng)絡(luò)的分布式實時計算機控制系統(tǒng)通過與ATP和ATO子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，完成對高密度軌道交通信號系統(tǒng)的自動化管理和全自動行車調(diào)度指揮控制。提高列車運行速度是鐵路技術(shù)發(fā)展的重要目標(biāo)，保證列車運行安全是實現(xiàn)我國提速戰(zhàn)略的重要保證，而列車運行控制系統(tǒng)是實現(xiàn)這一重要保證的主要技術(shù)支持手段