CTCS2列控系统.docx
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CTCS2列控系统
既有线时速200公里电务新技术培训教材
CTCS2列车控制系统简介
既有线200km/h动车组CTCS2列控系统由地面和车载设备两部分组成。
地面设备由列控中心、K5B计算机联锁、CTC、ZPW-2000A轨道电路和应答器等设备组成。
车载设备安装在动车组上，ATP车载设备由车载安全计算机、轨道信息接收单元（STM）、应答器信息接收单元（BTM）、制动接口单元、记录单元、人机界面（DMI）、速度传感器、轨道信息接收天线、应答器信息接收天线等组成。
ATP车载设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数据，生成控制速度和目标距离模式曲线，控制列车运行。
同时，记录单元对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录。
CTCS2列控系统设备构成见下图。
从上图可以看出，CTCS2级区段地面信号系统中除了通过轨道电路向列车传输连续信息外，还要通过应答器把地面的一些线路静态数据、临时限速以及进路参数等发送到机车上，以保障列车安全行驶。
第一章 列控系统地面设备
列控系统地面设备主要由车站列控中心、应答器设备、ZPW-2000轨道电路等组成。
第一节 车站列控中心（TCC）
车站列控中心设置在各车站机械室，是一套二乘二取二安全计算机系统，它与K5B计算机联锁、CTC车站自律机接口，根据调度命令、进路状态、线路参数等产生进路及临时限速等相关控车信息，通过安装在进、出站口的有源应答器传送给列车。
CTC调度中心的调度员向车站自律机发送临时限速命令（包括操作员姓名、命令号、限速起点、限速终点、限速级别、线路号和预计限速时间长度等相关内容），经车站值班员签收确认后，将限速命令发送给列控中心；列控中心通过P口与自律机通信，接收来自CTC的限速命令，并对收到的数据进行有效性检查；同时通过Q口与计算机联锁系统通信，获取进路信息、股道信息、区间运行方向信息，根据这些信息和限速命令在报文存储器内检索到相应报文，通过S口发送给LEU；LEU装设在列控中心机柜内，实时接收列控中心传送的数据报文并通过应答器数据传输电缆，送给对应室外有源应答器，实时更新有源应答器的数据，实现应答器对变化数据的发送。
装有ATP车载设备的列车经过应答器时，收到临时限速命令报文，控制列车按限速要求运行。
列控中心同时将限速命令的执行情况及时反馈给CTC。
在车站发车进路、离去区段有临时限速时，列控中心向联锁系统输出进站信号机点黄灯、接近区段轨道电路发黄码控制条件。
列控中心还通过R口与微机监测系统联接，自动向车站微机监测传送列控中心设备自检信息、LEU自检信息、通信状态等监测信息。
第二节 应答器
应答器是一种高速数据传输设备，负责向动车组ATP车载设备提供控车信息（报文）。
应答器分有源应答器和无源应答器。
有源应答器设置在进站口和出站口，向列车发送自LEU来的信息，当电缆断线时发送自身预存信息（默认报文）。
无源应答器设置在进站口、出站口和区间，负责向列车传送地面固定信息。
应答器和车载设备之间的数据传输通过空气中磁场耦合完成。
车载天线向地面发送27.095MHz的连续波，为地面应答器提供产生电源的磁场。
当车载天线接近应答器时，应答器天线环感应到能量，通过电磁耦合转换成电能，应答器被激活，向车载设备循环发送报文，直至能量消失。
1 应答器的布置
在车站进站口和出站口处分别设置一台有源应答器和一台无源应答器。
安装位置如下图所示，靠近站舍的为有源应答器，两个应答器相距5米。
在进站信号机开放时，列控中心控制LEU向进站口有源应答器发送报文，直至列车完全越过进站信号机。
进站口有源应答器提供正向接车进路参数，具有直股发车进路的股道，同时提供直股发车进路及前方一定距离内的线路参数和临时限速信息；反向运行时提供反向站间区间临时限速、反向运行等信息，反向站间区间的线路固定信息则由进站口无源应答器提供。
出站口有源应答器提供正向站间区间临时限速，提供反向接车进路参数，具有直股发车进路的股道，同时提供直股发车进路及前方一定距离内的线路参数和临时限速信息。
出站口无源应答器提供正向区间一定距离内的线路参数。
区间无源应答器一般按每三个闭塞分区设一台设计，提供正向运行前方一定距离的线路参数（包括应答器链接、线路坡度、静态速度曲线、轨道区段），反向运行只提供应答器链接信息。
安装位置如下图所示，应答器距调谐单元15米。
区间无源应答器安装示意图
按照现行的应答器报文编制规则，应答器的有效信息容量只能满足4个坡度段的信息要求，而在一个应答器报文所覆盖的9-10个闭塞分区内，实际坡道数量为8-14个，报文长度超出应答器的数据容量（最大830位）。
为了解决这个问题提出两种方案：
1．缩短应答器的设置间距，相应地将大量增加应答器的数量。
2．简化线路坡道。
根据运输局基础部的指导性意见和通号公司设计院提出的对有关规则的修改原则，按以下原则修改：
1．改变应答器报文填写规则，线路固定限速信息在出站口应答器组中填写。
2．改变坡度合并规则，采用铁标TB/T1407-1998《牵引计算规则》的坡度合并规则，化简坡道。
按以上修改原则，一台应答器的有效信息容量可以满足8个坡度段的信息要求，这样一般应答器都能满足信息量的要求。
2级间转换
动车组同时装备ATP车载设备与列车运行监控记录装置（简称LKJ）。
在CTCS2级区段，由ATP车载设备控车；在CTCS0级、1级区段或在2级区段ATP车载设备特定故障下，LKJ结合ATP车载设备提供的机车信号或主体机车信号功能，控制列车运行，最高速度不超过160km/h。
正常情况下，两种控车模式通过特殊应答器自动转换（无需停车转换）；故障情况下，停车手动转换。
两种控车模式的转换通过ATP车载设备实现。
上述两种控车模式下，LKJ通过ATP车载设备接收或记录有关列控状态数据（含进路参数、列车位置等）及其对应的操作状态信息。
举例：
假如级间转换的转换点设置在上行3接近信号点。
级间转换区段设预告点应答器组、执行点应答器组和反向预告点应答器组。
安装位置如下图所示。
级间转换应答器组安装示意图
第三节 ZPW-2000A轨道电路
ZPW-2000轨道电路的制式符合CTCS2级区段要求，但CTCS2系统对车站正线电码化有特殊要求：
接车进路和发车进路采用不同的载频（以下行正线正方向为例，若接车进路为1700HZ，则发车进路应为2300HZ）；进站信号机前方轨道电路和接车进路电码化宜采用不同的载频；反向运行时，发车进路发27.9HZ检测码,且载频与反向接车进路不同。
电码化频率调整。
下行正线正、反向接车载频为1700Hz（上行线为2000Hz），发车为2300Hz（上行线为2600Hz）。
由于正方向离去区段的载频可能是同方向两个载频中的任一个，因此反方向运行时不一定满足进站信号机前后载频不同的要求。
第二章 列控系统车载设备
CTCS2－200H型车载列控系统，是在日本数字ATC系统的基础之上，根据我国CTCS技术标准的要求，引进开发的新一代列车控制系统。
CTCS2－200H型车载列控系统的引进开发，对实现我国列控技术与国际接轨，加快发展我国CTCS建设具有重大意义。
第一节 ATP车载系统的主要设备
车载列控系统由车载安全计算机、轨道信息接收单元（STM）、应答器信息接收单元（BTM）、制动接口单元、记录单元、人机界面（DMI）、速度传感器、轨道信息接收天线、应答器信息接收天线等组成。
一 安全计算机
安全计算机是ATP装置的核心部分，负责从ATP各个模块搜集信息，依据轨道电路信息、列车制动力、线路坡度、列车运行速度和列车编组等信息，按照列车牵引计算模型的要求，生成制动模式曲线并把列车运行速度与模式曲线相比较，必要时通过故障安全电路向列车输出制动信息，控制列车安全运行。
安全计算机由功能完全相同的2个系统（第1系统、第2系统）构成。
各个系统包含两个功能相同的CPU（A系、B系），每个CPU的处理结果与另一CPU的处理结构校准。
如果A系、B系两个CPU的处理结果不一致，则会作为故障处理。
以保证列车控制的安全性和设备的冗余性。
安全计算机的核心安全逻辑由FS-LSI（故障安全LSI）实现。
FS-LSI对两个CPU的运算结果（制动指令条件等）输出进行校核，如果校核不一致就立即进行故障检测，确保故障安全。
二 轨道信息接收单元STM
STM又称为轨道信息接收单元，该单元通过STM天线（感应器）接收轨道电路信号，解调轨道电路上传的信号信息，并将解调的信息传递给安全计算机，为安全计算机生成制动模式曲线提供依据。
STM可以接收最多16种载频，包括国产移频以及ZPW-2000（UM）系列轨道电路信息。
STM可根据应答器信息、轨道电路载频锁定信息、司机操作锁定可接收的载频，以防止邻线干扰。
为提高系统的可靠性和安全性，STM采用2×2取2结构，即STM由功能完全相同的2个系统，每个STM系统与一个安全计算机配合，组成一系控制系统。
两系STM完全独立工作。
三 BTM和BTM天线
BTM单元通过BTM天线，接收来自地面应答器线路数据，经校核后，将正确的信息传输至安全计算机，为安全计算机生成制动曲线提供数据。
来自应答器的数据包括线路参数信息、进路信息、临时限速信息以及级间切换等信息。
四 DRU记录单元
系统的DRU模块通过记录ATP装置的动作、状态、司机的操作等信息，可将行车及系统自身运行状况的关键数据记录到PCMCIA卡上，并可通过读卡器可将数据下载至地面分析管理微机，进行设备运行状况分析。
五 制动接口单元RLU
制动接口单元核对车载安全计算机各系统输出的制动指令，对两套车载安全计算机输出的制动指令进行“或”操作后，作为系统的最终输出。
当各系统制动指令输出不相同时，选择输出大制动力的进行输出。
双系统中单系统故障时，该系统的常用、紧急输出短路，制动接口单元不再核对双系统的输出。
此时，正常系统的制动指令输出将作为系统的最终输出。
两系统均故障时，则认为系统停机，最终输出紧急制动。
六 人机界面DMI
CTCS2－200H型车载列控系统的DMI（人机界面）由下列部分组成：
1.屏幕，输出显示；
2.开关或按键，供司机向车载设备输入数据/命令。
3.音响发生器，用于提供声音信息；
DMI提供车载子系统与司机之间的接口，该接口通过声音、图象等方式将ATP车载装置的状态通知司机。
司机可以通过DMI上的按键来切换ATP装置的运行模式或是输入必要的信息。
具体来说，人机接口的主要功能包括以下几个方面：
∙向司机显示下列信息：
1.列车实际速度；
2.目标速度；
3.最大允许速度；
4.目标距离；
5.车载工作方式等；
∙接受司机的数据
七 测速测距模块测速测距模块
测速测距模块由速度传感器、测量通道和测速测距板构成，为双机冗余结构，正常工作情况下，双机同时从速度传感器采集信号并进行处理。
该模块除了进行正常的列车速度、加速度、走行距离的检测外，还具有防滑和防空转功能。
除以上主要模块外，车载系统还预留了GSM-R的接口，为将来向300km/h扩展预留了接口。
第二节ATP车载系统主要功能
一 载频切换功能
在CTCS-2级区段，车载设备可以通过应答器信息得到轨道电路的载频信息，通过ATP主机与STM的通信，可准确获得前方轨道电路的载频配置情况。
在CTCS-1级区段，由于无应答器信息，载频自动切换与锁定的信息只能来自于基于25.7Hz的信息。
第二种载频切换手段是，动车组司机通过设置在DMI上的操作按钮手动选择载频。
ZPW-2000载频切换与锁定信息和司机的手动设置具有相同的优先级，以后收到者为准。
在CTCS-0级区段，由于无应答器信息，也无基于25.7Hz的载频自动切换与锁定的信息，载频切换手段只有一种：
司机手动切换。
二 速度、距离计算及防滑防空转
（1）速度传感器：
系统采用AG43型速度传感器进行速度和距离的测量；
（2）防滑防空转：
系统采用速度传感器检测列车速度，检测到异常加速度时，判断为出现空转或滑行现象，进行校正处理，列车速度回到合理范围时，结束校正。
（3）轮径补偿：
系统可通过主机的开关进行轮径补偿系数的设定。
（4）距离测量：
系统根据速度传感器的脉冲和轮径补偿系数计算实际运行距离。
（5）距离校正：
系统根据轨道电路载频变化，和来自地面应答器的信息进行距离校正。
三 数据记录
（1）详细数据记录
为了能在事故发生时进行原因分析，系统可采用连续记录的方式对信息进行记录，最少可以连续记录24小时。
关于记录的内容，建议按照以下内容进行数据的纪录，具体的记录内容通过设计联络确定。
No.
大分类
小分类
字节数
备注
1
轨道电路信息
信号状态
1
2
显示
3
3
载波
1
4
欧式应答器信息
欧式应答器接收内容
117max
5
控制信息
常用制动模式速度
2
6
紧急制动模式速度
2
7
实际速度
2
累积距离
4
8
位置（区段内距离）
2
9
剩余区段数
1
10
制动指令
1
11
整体
办理开关位置
2
12
故障信息
2
13
时间
8
关于纪录的周期，建议采用300ms。
但是，对于欧式应答器信息，只有在通过地面欧式应答器时才进行记录。
所有数据域记录满后，用新数据覆盖旧数据。
（2）一般设备状态记录
作为一般设备记录，记录ATP装置主要状态，并保证记录容量达到30日以上。
关于记录的内容，建议采用与前项1相同的方式。
系统只有检测出故障时，才进行一般设备状态记录。
特定时间指：
检测出故障的时间。
此时指在前项记录的每300ms记录的1记录单位。
所有数据域记录满后，用新数据覆盖旧数据。
四 位置校正
车载列控系统依据应答器的信息自动地对列车的位置进行检查。
对于两个应答器之间的位置校正，车载列控系统通过检测轨道电路的边界来实现。
五 应答器信息接收与处理
设备通过应答器信息接收天线和应答器信息接收单元（BTM）从地面应答器获取的地面信息，使列控车载设备能：
（1）获取前方线路信息；
（2）确定列车位置；
（3）确定列车的运行方向；
（4）获得进路信息；
（5）获得临时限速信息。
六 与乘务员进行信息交互
通过DMI设备，可以接受乘务员的信息输入，部分非安全信息也可通过运行监控记录装置提供，并向乘务员提供以下信息：
（1）列车实际速度；
（2）目标速度；
（3）限制速度；
（4）目标距离；
（5）机车信号；
（6）车载工作方式；
七 设备制动优先和司机制动优先
ATP车载设备具有两种模式。
根据用户的要求，允许通过列控车载设备内部设置（机柜内跳线）选择其中一种模式。
设备优先带来了高安全性和高运行效率，即：
●实现了运输的均一化
●缩短了行车时间
●具有良好乘车舒适度的控制
●具有高度的安全性
●充分考虑了人机界面的问题
八 防溜功能
设备在列车停车的状态下，会对列车的不恰当移动进行防护。
如果列车在停车状态下发生了非预期的前后移动，设备会启动制动。
九 目标距离控制曲线
根据来自STM的轨道电路信息、来自BTM的线路描述数据以及列车的特性，ATP车载设备生成一次制动的连续控制曲线。
十 超速运行防护
设备的超速运行防护功能监控列车允许的速度，具体包括：
1.动车组构造速度；
2.线路允许速度；
3.进路允许速度；
4.临时限速和紧急限速；
5.其它。
●如果列车速度同允许速度之间的差距超过报警门限，设备提供相应报警信息；
●如果列车速度同允许速度之间的差距超过常用制动门限（分三级），设备会产生常用制动；
●如果列车速度同允许速度之间的差距超过紧急制动门限，设备会产生紧急制动，直到列车停车。
十一 CTCS级间切换
十二 与LKJ之间控制权的切换
ATP车载设备在地面应答器的配合下，可以在区间完成与LKJ的自动切换，控车权的交接以ATP车载设备为主；
为保证制动的平稳性和连续性，在人控优先模式下，如果在切换时ATP车载设备或LKJ已经触发制动，则应停车后或司机缓解后手动切换。
十三 机车信号功能
地面配置不具备CTCS2级条件时，设备可以根据条件，具备主体机车信号或通用机车信号功能，并向列车运行监控记录装置输出机车信号信息。
第三节 ATP车载系统主要技术指标
（1）主机系统
●控制主机冗余配置。
●超速防护反应时间小于1.0秒。
●最大功耗电流：
不大于13.5A。
●电磁兼容性：
满足TB/T3034-2002有关规定。
●抗振性能：
满足TB/T3058－2002要求的振动和冲击。
（2）测速传感器
●测速通道：
3。
●输出电压：
负荷1kΩ时，最大28V。
●测速范围：
5~420km/h（轮径870mm情况下）。
●绝缘电阻：
10MΩ以上。
●耐压能力：
AC1200V（1分钟）。
●输出波形：
正弦波。
（3）点式信息接收单元
●供电电压：
DC50.4V~DC137.5V。
●天线发射频率：
27.095MHz±5KHz。
●防护等级：
IP67。
●重量：
7.5公斤。
（4）连续信息接收单元
●信噪比：
3:
1。
●解码时间：
≤1.70±0.1s。
●掉码时间：
4.0s。
（5）其他
●结构和安装尺寸符合200km/h动车组对车载设备的规定。
●设备便于安装、维修、更换。
●设备可通过故障诊断、硬件、软件冗余和数据编码，故障安全电路、安全软件等措施实现列车超速防护功能的安全处理，防止设备错误输出。
●列车测速装置具有断线、防打滑和防空转能力，列车测速综合误差不大于2km/h。
●设备在下列电源条件下能正常工作，直流110V（77V~137V）。
●设备电源内混入非重复性的浪涌电压时能正常工作。
●设备的使用环境，在下列条件下可以连续工作：
●湿度（-25℃）：
≤90%；
●海拔高度：
3000米以下；
●工作温度：
-25℃~+70℃；
第四节 ATP车载系统主要技术特点
速度－距离模式曲线控制方式
速度－距离模式曲线是根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线。
速度－距离模式曲线反映了列车在各点允许的速度值。
列控系统根据速度-距离模式曲线实时给出列车当前的允许速度，当列车超过当前允许速度时，设备自动实施常用制动或紧急制动，保证列车能在停车点前停车。
CTCS2－200H型车载列控系统采用这种控制方式，具有较高的运行效率。
兼容CTCS2级、1级、0级
车载系统具有可自动根据地面设备配置情况确定其运行模式的功能。
当地面设备满足CTCS2级条件时，系统可按照速度－距离模式曲线方式进行控制。
当运行于既有国产或UM71移频轨道电路区段，但不满足CTCS2级的要求，而满足主体化机车信号的要求时，系统具有主体化机车信号功能，为司机提供等同于地面信号安全级别的车载信号显示。
但地面条件仅满足CTCS0级条件时，CTCS2－200H型车载列控系统可以实现通用机车信号的功能，为其他控制设备提供信号。
可兼容多信息移频轨道电路
车载列控装置可以自动识别国产移频4、8、18信息移频轨道电路，ZPW-2000轨道电路，法国UM71系列轨道电路。
在轨道电路信号满足系统技术要求的前提下，可以在1.7s之内完成从轨道电路接收列控信息的解调，获得行车控制命令，为系统进行列车控制提供可靠依据。
具有自检测、自诊断功能
各子系统分别具有自检测和自诊断功能，当有故障发生时，系统通过静态和动态方式可以及时发现故障位置并切除故障的模块，保证系统不产生危险侧输出和尽量减小故障影响；发生严重故障时，系统具有降级能力，极端情况下系统可以进行自我完全切除，保证列车运行安全。
复习题
一 填空题：
1 CTCS2列控系统由车载及地面两部分组成。
（车载设备）安装在动车组上。
地面设备由CTC调度集中、K5B计算机联锁、ZPW-2000A轨道电路、车站列控中心、LEU地面电子单元和应答器等设备组成。
2 CTCS2级列控系统地面信号系统中除了通过轨道电路向列车传输连续信息外，还要通过（应答器）把地面的一些线路静态数据、临时限速以及进路参数等发送到机车上，以保障列车安全行驶。
车站列控中心、LEU和应答器就是实现该功能的关键设备。
3 车站列控中心设置在各车站机械室，是一套二乘二取二安全计算机系统，它与K5B计算机联锁、CTC车站自律机接口，根据调度命令、进路状态、线路参数等产生进路及临时限速等相关控车信息，通过安装在进、出站口的（有源应答器）传送给列车。
4 临时限速命令包括操作员姓名、命令号、限速起点、（限速终点）、（限速级别）、线路号和预计限速时间长度等相关内容
5 LEU装设在列控中心机柜内，实时接收列控中心传送的数据报文并通过应答器数据传输电缆，送给对应室外有源应答器，实时更新有源应答器的数据，实现应答器对变化数据的发送。
6 在车站发车进路、离去区段有临时限速时，列控中心向（联锁系统）输出进站信号机点黄灯、接近区段轨道电路发黄码控制条件。
7 应答器是一种（高速数据传输）设备，负责向动车组ATP车载设备提供控车信息，俗称报文。
8 应答器分有源应答器和无源应答器。
有源应答器设置在进站口和出站口，向列车发送自LEU来的信息，当（电缆断线）时发送自身预存信息，即默认报文。
9 无源应答器设置在进站口、出站口和区间，负责向列车传送地面（固定）信息。
10 线路静态数据、临时限速以及进路参数等数据是以报文的形式存储在应答器和列控中心的（报文存储器）内。
二 判断题（1-8全对）
1 装有ATP车载设备的列车经过应答器时，收到临时限速命令报文，控制列车按限速要求运行。
2 在车站进站口和出站口处分别设置一台有源应答器和一台无源应答器。
靠近进站信号机的为有源应答器，两个应答器相距5米。
3 在进站信号机开放时，列控中心控制LEU向进站口有源应答器发送报文，直至列车完全越过进站信号机。
4 进站口有源应答器提供正向接车进路参数，具有直股发车进路的股道，同时提供直股发车进路及前方一定距离内的线路参数和临时限速信息
5 进站口有源应答器在反向运行时提供反向站间区间临时限速、反向运行等信息，反向站间区间的线路固定信息则由进站口无源应答器提供。
6 出站口有源应答器提供正向站间区间临时限速，提供反向接车进路参数，具有直股发车进路的股道，同时提供直股发车进路及前方一定距离内的线路参数和临时限速信息。
7 出站口无源应答器提供正向区间一定距离内的线路参数
8 区间应答器一般按每三个闭塞分区设一台设计，提供正向运行前方一定距离的线路参数（包括应答器链接、线路坡度、静态速度曲线、轨道区段），反向运行只提供应答器链接信息。
三 简答题：
1 车站列控中心现场的调试工作主要包括内容？
答：
车站列控中心现场的调试工作主要包括与CTC、K5B、LEU、微机监测系统接口调试以及系统的联调。
调试前对应答器数据传输电缆的测试是非常重要的。
所有的列控中心的控车信息都是LEU通过应答器数据传输电缆传送给有源应答器，因此对数据传输电缆的要求比较高。
电缆的性能直接影响数据传输的准确性。
2 CTCS2-200H型车载列控系统由哪些部分组成？
该系统VC采用什么硬件结构？
答：
CTCS2－200H型车载列控系统由车载安全计算机（VC）、轨道信息接收单元（STM）、应答器信
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