《高速鐵路動車組駕駛與運用（第2版）》課件 第4章 高速鐵路信號、通信設備

動車組運用高速鐵路動車組駕駛與運用1目錄AGENDA01

動車組運用與管理02行車安全03普速鐵路行車信號04高速鐵路行車信號05編組列車06行車閉塞07列車運行08非正常行車09

動車組司機一次乘務作業(yè)過程24PART高速鐵路行車信號4

高速鐵路信號與控制系統(tǒng)概述

任務一6信號控制系統(tǒng)作為整個鐵路的“人腦與神經(jīng)”，控制中心通過信息技術，在車站、區(qū)間、車輛段中，無縫、實時地實現(xiàn)對車輛的控制的技術。信號與控制系統(tǒng)的主要功能是保證行車安全，提高運輸效率。高速鐵路信號與控制系統(tǒng)是集計算機技術、通信技術和控制技術的綜合為體的行車指揮、列車運行控制和管理自動化系統(tǒng)。一、高速鐵路信號與控制系統(tǒng)的基本概念

高速鐵路信號與控制系統(tǒng)概述

任務一7二、高速鐵路信號與控制系統(tǒng)的構成（包括功能和設備兩個層次）

從功能上分，高速鐵路信號系統(tǒng)主要由三個部分組成：列車運行控制子系統(tǒng)（用于控制列車區(qū)間)

列車運行控制系統(tǒng)根據(jù)車站進路、前行列車的位置、安全追蹤間隔等向后續(xù)列車提供行車許可、速度目標值等信息，由車載列控設備對列車運行速度實施監(jiān)督和控制;車站聯(lián)鎖子系統(tǒng)(用于控制進路)

車站聯(lián)鎖系統(tǒng)根據(jù)計劃實時建立各列車安全進路，為列車提供進、出站及站內(nèi)行車的安全進路;調(diào)度集中子系統(tǒng)（用于指揮行車)

調(diào)度集中系統(tǒng)根據(jù)列車基本運行圖所制定的日、班計劃和列車運行正、晚點情況，編制各階段計劃，并下達給各個車站聯(lián)鎖系統(tǒng)。

從設備上講，高速鐵路信號與控制系統(tǒng)主要包括信號機、軌道電路、應答器、轉轍機、控制臺等，這些設備要布置在調(diào)度中心、車站、區(qū)間、線路旁和動車組內(nèi)。

高速鐵路信號與控制系統(tǒng)概述

任務一8三、高速鐵路信號系統(tǒng)的特點（1）采用列車運行自動控制(ATC)系統(tǒng)高速鐵路列車速度達到200km/h以上，其緊急制動距離達到或超過4000m。通常的地面信號為主體信號的自動閉塞制式已不能確保列車安全，因此已建成的高速鐵路無一例外地全都采用了列車運行自動控制系統(tǒng)完成閉塞功能。特點：以車載信號作為行車憑證；直接向司機提供速度命令；信號直接控制列車制動。（2）為了提高行車效率，降低運營成本，高速鐵路都建有調(diào)度中心。由調(diào)度員統(tǒng)一指揮全線列車運行。調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)遠距離控制全線信號、轉轍機和列車進路,正常行車不需要車站本地控制。注意：如果說需要車站本地控制的話則需要進入非常站控模式。（3）在各車站及區(qū)間信號室附近設置車次號核查等列車-地面信息傳遞設備(TIPB)，對列車實際位置進行確認。這是由調(diào)度中心指揮列運行所必需的基礎設備。

高速鐵路信號與控制系統(tǒng)概述

任務一9（4）車站采用計算機聯(lián)鎖(CI)和大號碼道岔，道岔轉換采用多臺轉轍機（放視頻）多點牽引。（5）重視安全防護。配備了熱軸探測，限界檢查，自然災害報警等監(jiān)測點并與調(diào)度中心聯(lián)網(wǎng)，防患于未然。（6）通信信號一體化在高速鐵路得到充分體現(xiàn)。專用通信系統(tǒng)承載業(yè)務以數(shù)據(jù)為主，輔以語音和圖像。信息傳遞的實時性、安全性、可靠性要求更高。車站和調(diào)度中心人都采用局域網(wǎng)(LAN)。（7）為保證安全，高速列車運行中不允許線路進行施工及維修作業(yè)，因此高速鐵路對信號系統(tǒng)可靠性，可用性要求更高。應盡可能采用設備冗余，故障監(jiān)測記錄，遠程診斷等先進技術手段保證設備不間斷使用。三、高速鐵路信號系統(tǒng)的特點

列車運行控制系統(tǒng)

任務二10一、概念

列車運行自動控制系統(tǒng)就是對列車運行全過程或一部分作業(yè)實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)。列車運行控制系統(tǒng)自動控制列車運行，用來保證行車安全，并以最佳運行速度駕駛列車?！骰竟δ荛g隔控制―確保追蹤列車與前行列車之間必須保持一定的安全距離速度防護一確保列車的運行速度在許可范圍內(nèi)安全防護―防止列車無行車許可運行、防止列車溜逸（放視頻）、防止列車冒進（放視頻）。

列車運行控制系統(tǒng)

任務二11二、構成列車運行控制系統(tǒng)般以下由地面設備、車載設備和地車信息傳輸設備三部分組成。（1）地面設備地面設備包括：軌道電路、軌旁設備、列控中心和地面通信設備。（2）車載設備車載設備包括：地面信息接收模塊、車載安全計算機、人機界面、列車運行監(jiān)控裝置或ATP車載設備等。（3）地車信息傳輸通道地車信息傳輸通道包括：地面信息傳輸設備、車載信息傳輸設備、地面信息傳輸網(wǎng)絡和車載信息傳輸網(wǎng)絡。

列車運行控制系統(tǒng)

任務二12三、列控系統(tǒng)的基本原理

列控中心產(chǎn)生列控車載系統(tǒng)所需要的全部地面信息。

地面信息傳輸通道將信息編碼，通過地面?zhèn)鬏斖ǖ腊l(fā)送給列車上的車載設備。列控車載設備接收信息，實時計算并生成速度控制曲線，并在司機室顯示器顯示，同時檢測列車當前運行速度顯示司機室顯示器上

當列車的實際速度超過允許速度，列控車載設備自動控制制動裝置進行減速制動。司機根據(jù)顯示器上的目標速度、目標距離、允許速度和實際速度控制列車的運行。

列車運行控制系統(tǒng)

任務二13四、列控系統(tǒng)的發(fā)展

列車運行控制系統(tǒng)

任務二14（1）地面人工信號

1832年美國設置信號機，在信號機上掛果物籠狀東西，外面用黑白布包，掛在10米高的柱子上，把球掛在柱子上不同位置代表不同的含義，相鄰站用航海望眼鏡觀察，閉塞靠人工來保證，由信號工控制列車間隔，由列車完全由自己駕駛。

這個階段，完全由司機（或人工）控制列車，兩站間的閉塞關系靠人工而不是設備保證。（依靠信號工的眼睛）

列車運行控制系統(tǒng)任務二15（2）地面自動信號

1872年，美國人魯濱遜發(fā)明軌道電路，利用軌道電路檢查到列車占用軌道的狀態(tài)信息控制信號顯示。只有當線路空閑時，信號開放才是安全的。地面信號顯示僅僅指明列車前方線路狀態(tài)，列車完全由司機駕駛，安全掌握在司機手里。

這一階段列車的控制采用半自動閉塞或自動閉塞。半自動閉塞人工辦理閉塞手續(xù)，列車憑信號顯示發(fā)車后，出站信號機自動關閉的閉塞方式，自動閉塞則是列車根據(jù)運行及有關閉塞分區(qū)的狀態(tài)，自動變換，通過信號機的顯示，司機憑信號顯示行車的閉塞方式。

列車運行控制系統(tǒng)任務二16（3）機車信號

地面信號顯示受到自然環(huán)境的影響以及地形的限制，司機往往不能在規(guī)定的距離內(nèi)及時瞭望前方的信號機的信號顯示，因而有冒進信號的危險。為將前方所接近的信號機的顯示情況及時通告司機，發(fā)明了機車信號設備，將地面信號通過技術手段引入司機室，改善瞭望條件。

目前已經(jīng)發(fā)展到主體化的機車信號，司機行車以機車信號為主，地面信號為輔。

列車運行控制系統(tǒng)任務二17（4）列車自動停車裝置

當列車運行前方地面信號顯示紅燈，機車信號顯示禁止信號時，在司機室內(nèi)構成音響報警，司機在規(guī)定的時間內(nèi)通過按壓警惕按鈕做出反應。

如果司機失去警惕、精神不集中，未按壓報警按鈕和采取有效制動措施，當報警時間超過規(guī)定時間后，自動停車裝置將打開列車制動系統(tǒng)內(nèi)的放風閥，強迫列車自動停車。

列車運行控制系統(tǒng)任務二18（5）列車運行監(jiān)控記錄裝置

列車運行控制系統(tǒng)任務二194·28特大事故

列車運行控制系統(tǒng)

任務二20（6）列車超速防護系統(tǒng)

速度自動防護系統(tǒng)(ATP):車載設備根據(jù)地面設備傳輸?shù)男畔ⅲ瑢崟r計算動態(tài)速度曲線，確保列車在允許的速度范圍內(nèi)運行。

ATP防止列車“兩冒一超”：防止冒進進站信號，冒進出站信號，防止超速。

列車運行控制系統(tǒng)任務二21CTCS-4基于無線通信平臺，取消軌道電路,實現(xiàn)虛擬移動閉塞。未來發(fā)展方向。CTCS-3基于無線通信平臺，機車乘務員憑車載信號行車。用于300-350km/h線路，動車組的追蹤間隔縮短至3分鐘。CTCS-2基于應答器和軌道電路傳輸，機車乘務員憑車載信號行車。已用于200-250km/h線路，動車組的迫蹤間隔縮短至5分鐘。CTCS-1由主體機車信號和安全型運行監(jiān)控記錄裝置組成。

CTCS-0由通用機車信號和運行監(jiān)控記錄裝置構成。既有線現(xiàn)狀。五、中國列車運行控制系統(tǒng)（CTCS，ChinaTrainControlSystem）（向下兼容）

列車運行控制系統(tǒng)任務二22△CTCS-2級列控系統(tǒng)一般結構CTCS2級是基于軌道電路和應答器傳輸列車行車許可信息并采用目標距離連續(xù)速度控制模式監(jiān)控列車安全運行的列控系統(tǒng)。包括:軌道電路、應答器、列控中心、車載設備車載設備

列車運行控制系統(tǒng)任務二23車載設備

列車運行控制系統(tǒng)任務二241、調(diào)度中心下達運行圖至車站CTC分機2、CTC分機實時:向車站聯(lián)鎖下發(fā)進路命令；向列控中心下達臨時限速信息3、車站聯(lián)鎖采集軌道電路的列車占用信息、道岔位置并進行處理。4、計算機聯(lián)鎖按照CTC下達進路的命令，控制道岔、信號機，排列進路。5、計算機聯(lián)鎖將進路信息發(fā)送給列控中心，列控中心根據(jù)進路信息和臨時限速信息:生成軌道電路編碼和臨時限速報文6、車載設備接收到軌道電路碼序和應答器報文信息后，計算生成速度控制模式曲線，監(jiān)控列車安全運行。

列車運行控制系統(tǒng)任務二25

列車運行控制系統(tǒng)任務二26△列控車載設備的工作模式列控車載設備9種主要工作模式完全監(jiān)控模式(FS)睡眠模式(SL)C3專有目視行車模式(OS)調(diào)車模式(SH)引導模式(CO)

隔離模式(IS)待機模式(SB)部分監(jiān)控模式(PS)C2專有機車信號模式(CS)C2專有

列車運行控制系統(tǒng)任務二27完全監(jiān)控模式(FS)當車載設備具備列控所需的全部基本數(shù)據(jù)（包括列車數(shù)據(jù)、行車許可和線路數(shù)據(jù)等）時，列控車載設備生成目標距離連續(xù)速度控制模式曲線，并通過人機界面（DMI）顯示列車運行速度、允許速度、目標速度和目標距離等信息，監(jiān)控列車安全運行。適用于C3車載和C2車載

列車運行控制系統(tǒng)任務二28休眠模式

(SL)該模式用于非本務端列控車載設備。在該模式下，列控車載設備仍執(zhí)行列車定位、測速測距、記錄等級轉換及RBC切換信息等功能。列車立即折返，非本務端升為本務端后，車載設備可自動進入正常工作狀態(tài)。適用于C3車載

列車運行控制系統(tǒng)任務二29目視行車模式(OS)當?shù)孛嬖O備故障、列控車載設備顯示禁止信號且列車停車后需繼續(xù)運行時，根據(jù)行車管理辦法，經(jīng)司機操作，列控車載設備按固定限制速度40km/h監(jiān)控列車運行，列車每運行一定距離（300米）或一定時間（60秒）司機需確認一次。目視行車模式是司機控車的固定限速模式，限速值為40km/h。列控車載設備顯示停車信號或位置不確定時，在停車狀態(tài)下司機按規(guī)定操作轉入目視行車模式。適用于C3車載和C2車載

列車運行控制系統(tǒng)任務二30調(diào)車模式

(SH)

當調(diào)車作業(yè)時，司機按壓調(diào)車按鈕，列控車載設備按固定限制速度40km/h（頂棚）監(jiān)控車列前進或折返運行。司機按壓專用按鈕使列控車載設備轉入調(diào)車模式。只有在列車停車時，司機才可以選擇進入或退出調(diào)車模式。CTCS-3級控車時，只能在車站內(nèi)轉入調(diào)車模式。適用于C3車載和C2車載

列車運行控制系統(tǒng)任務二31隔離模式(IS)

當列控車載設備停用時，需在停車情況下，經(jīng)操作隔離列控車載設備的制動功能。在該模式下，車載設備不具備安全監(jiān)控功能。適用于C3車載和C2車載適用于C3車載和C2車載待機模式(SB)

當列控車載設備上電時，執(zhí)行自檢和外部設備測試正確后自動處于待機模式，車載設備禁止列車移動。

待機模式是列控車載設備上電后的默認模式。列控車載設備自檢和外部設備測試后，自動處于待機模式。在待機模式下，列控車載設備正常接收軌道電路及應答器信息。

列車運行控制系統(tǒng)任務二32引導模式(CO)引導模式是在進站或出站建立引導進路后，列控車載設備按照最高限速40km/h控車的模式。適用于C3車載和C2車載部分監(jiān)控模式(PS)

該模式僅用于CTCS-2級控車。在C2等級時，當車載設備接收到軌道電路允許行車信息，而缺少應答器提供的線路數(shù)據(jù)時，列控車載設備產(chǎn)生一定范圍內(nèi)的固定限制速度，監(jiān)控列車運行。部分監(jiān)控模式下，限速值為45km/h。

僅適用于C2車載

列車運行控制系統(tǒng)任務二33機車信號模式(CS)該模式僅用于CTCS-2級控車。當列車運行到地面設備配置未裝備CTCS-3/CTCS-2級列控系統(tǒng)的區(qū)段時，根據(jù)行車管理辦法（含調(diào)度命令），經(jīng)司機操作后，列控車載設備按固定限制速度（最高限速80km/h）監(jiān)控列車運行，并顯示機車信號。當列車越過禁止信號時觸發(fā)緊急制動。僅適用于C2車載

列車運行控制系統(tǒng)任務二34GSM-R無線網(wǎng)絡地面應答器軌道電路LEU地面應答器軌道電路LEU地面應答器列控中心車站聯(lián)鎖ZPW2000軌道電路LEU無線閉塞中心RBC調(diào)度中心CTC

在CTCS-2級列控系統(tǒng)的基礎上，地面增加RBC設備，車載設備增加GSM-R無線電臺和信息接收模塊，實現(xiàn)基于GSM-R無線網(wǎng)絡的雙向信息傳輸，構成CTCS-3級列控系統(tǒng)。

列車運行控制系統(tǒng)任務二35△CTCS-3轉換為CTCS-2

列車通過等級轉換預告應答器后，車載設備從RBC/應答器接收到轉換預告信息，做好CTCS-2級控車準備；一旦列車前端通過分界處的切換應答器，車載設備則切換到CTCS-2級方式控車，并終止與RBC的通信會話。△CTCS-2轉換為CTCS-3

列控車載設備從應答器接收到呼叫RBC命令，與RBC建立通信會話，并從RBC接收CTCS-3級區(qū)段的行車許可等信息；一旦列車前端通過分界處的切換應答器，則車載設備切換到CTCS-3級方式控車。

列車運行控制系統(tǒng)任務二36

△CTCS-2與CTCS-3的比較

CTCS-3的行車許可由地面設備RBC生成，行車命令由GSM-R網(wǎng)絡傳輸，軌道電路只實現(xiàn)列車的區(qū)間占用檢查和發(fā)送空閑閉塞分區(qū)信息功能，應答器只實現(xiàn)列車定位和列控等級轉換的功能。

而在CTCS-2中，軌道電路還需承擔向車載設備發(fā)送行車許可的功能，應答器還需承擔發(fā)送進路信息、臨時限速和線路參數(shù)的功能。

即是說，從CTCS-2到CTCS-3，軌道電路和應答器所承載的功能越來越少。

在CTCS-4中，取消了軌道電路，其功能將全部交由RBC和車載設備等實現(xiàn)，這是未來列控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。

列車運行控制系統(tǒng)任務二37

△CTCS-2與CTCS-3的比較

CTCS-3的行車許可由地面設備RBC生成，行車命令由GSM-R網(wǎng)絡傳輸，軌道電路只實現(xiàn)列車的區(qū)間占用檢查和發(fā)送空閑閉塞分區(qū)信息功能，應答器只實現(xiàn)列車定位和列控等級轉換的功能。

而在CTCS-2中，軌道電路還需承擔向車載設備發(fā)送行車許可的功能，應答器還需承擔發(fā)送進路信息、臨時限速和線路參數(shù)的功能。

即是說，從CTCS-2到CTCS-3，軌道電路和應答器所承載的功能越來越少。

在CTCS-4中，取消了軌道電路，其功能將全部交由RBC和車載設備等實現(xiàn)，這是未來列控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。

聯(lián)鎖（Interlocking)任務三38一、什么是連鎖？

基本概念：車站（平時主要作用是客貨運作業(yè)和旅客的上下車）是列車交會和避讓的場所，在車站內(nèi)有許多線路，這些線路由道岔連接著。根據(jù)道岔的不同位置而形成不同的進路，進路用信號機來防護。為了保證行車安全，就必須使信號機、道岔和進路三者之間有著一定相制約關系，這種關系稱為聯(lián)鎖。

聯(lián)鎖技術是車站信號自動控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容。

聯(lián)鎖（Interlocking)任務三39二、聯(lián)鎖設備的種類非集中聯(lián)鎖:信號和道岔由不同人員操縱。集中聯(lián)鎖(繼電聯(lián)鎖、計算機聯(lián)鎖):所有道岔和信號機都由車站值班員集中操縱

聯(lián)鎖（Interlocking)任務三40繼電聯(lián)鎖（電氣集中連鎖）：核心設備是繼電器軌道電路空閑時:1.電流從軌道電路電源正極→鋼軌軌道繼電器→另鋼軌電源負極2.軌道繼電器中有電，銜鐵吸起，后接點斷開，前接點閉合，點亮綠色燈光電路，則綠燈亮軌道電路區(qū)間有車占用時:1.電流從軌道電路電源正極→鋼軌輪對→另鋼軌電源負極2.軌道繼電器中無電，銜鐵釋放，前接點斷開,后接點閉合，點亮紅色燈光電路，則紅燈亮

聯(lián)鎖（Interlocking)任務三41計算機聯(lián)鎖的概念：

隨著電子技術的飛速發(fā)展，20世紀60年代，人們開始嘗試采用電子器件取代繼電器來構成鐵路信號電子聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。（原因是：繼電器體積龐大、維修不便且占用空間）

計算機聯(lián)鎖是―種運用計算機對車站值班員的操作命令及現(xiàn)場表示信息進行邏輯運算，從而實現(xiàn)對車站信號機和道岔進行集中控制的聯(lián)鎖設備。計算機聯(lián)鎖的功能:(1)顯示功能：站場基本圖形顯示；信號設備狀態(tài)顯示，值班員按壓按鈕動作確認顯示；聯(lián)鎖系統(tǒng)工作狀態(tài)、故障報警顯示；時鐘顯示等；(2)控制功能：進路控制，信號開放、鎖閉；道岔單獨操作、鎖閉解鎖;(3)記錄存儲和故障檢測與診斷功能：記錄值班員按鈕操作的情況、現(xiàn)場設備動作，作業(yè)情況;邊=進路存儲和辦理;檢測與報警；(4)數(shù)據(jù)交換功能：與其他現(xiàn)代化信息處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。

聯(lián)鎖（Interlocking)任務三42計算機聯(lián)鎖的優(yōu)點性能方面:①與繼電聯(lián)鎖相比，計算機聯(lián)鎖的設計、施工工