CTCS2级列控系统常见故障分析Word下载.docx
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InstituteofTechnology.
EastChinaJiaotongUniversity
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GraduationDesign（Thesis）
（20—20年）
题目CTCS-2级列控系统常见故障分析
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摘要
我国铁路近年来得到迅速发展，在铁路行业的方方面面中计算机和通信等高新方面的技术得到了较为宽泛地应用，为保障我国铁路运营行车安全、提高行车效率将列车运行控制系统作为重要手段，并在大量引进国外先进设备、技术的基础上实行了诸多创新技术。
CTCS-2级列车运行控制系统作用是保证铁路的行车安全，所以其自身必须具备相当高的可靠性。
本学位论文首先介绍列控系统的概念与发展、再从其结构和与功能，特别介绍ATP车载设备与控车基本工作原理的。
文章最后重点对CTCS-2级系统的安全影响因素进行分析并提出改进办法。
关键词：
CTCS-2，列控，安全，防护
ABSTRACT
Railwayinourcountryinrecentyearstherapiddevelopmentofcomputerandcommunicationinallaspectsoftherailwayindustry,suchashighandnewtechnologyhadbeenusedmorebroadly,inordertoensurethesecurityofrailwaytrafficinourcountry,willimprovetheefficiencyofthedrivingtrainoperationcontrolsystemasanimportantmeans,andinalotonthebasisoftheintroductionofforeignadvancedequipment,technologyhasintroducedmanyinnovativetechnologies.CTCS-2levelsoftrainoperationcontrolsystemfunctionistoensurethesafetyofrailwaytraffic,soitsmusthaveveryhighreliability.Thisdissertationfirstintroducestheconceptanddevelopmentofthetraincontrolsystem,andfromitsstructureandfunction,especiallyintroducetheATPon-boardequipmentandbasicworkingprincipleofthecar.FinallykeyfactorsaffectingthesafetyoftheCTCS-level2systemisanalyzedandputforwardimprovementmeasures.
Keywords:
CTCS-2,traincontrol,safetyandprotection
第1章CTCS列控系统概述与发展
1.1CTCS列控系统简介
列控系统是列车运行控制系统的简称，它是根据铁路线路列车运行情况对列车运行的速度和制动方式等进行监督和调控的技术设备。
它包括车载设备子系统和地面设备子系统，地面设备子系统主要完成对速度和线路信息的传递，而车载设备子系统完成对这些信息的接收处理，形成速度控制的数据，实时监控列车速度，当列车速度超过限制速度时将进行有效的制动控制，以保证列车在线路中安全运行。
由以下部分结构组合成了地面子系统：
轨道电路、应答器、无线通信网络（GSM-R）、列车控制中心（TCC）/无线闭塞中心（RBC）。
其中GSM-R不属于CTCS设备，但是重要组成部分。
应答器作用是一种传输设备，向车载子系统传送报文信息。
既能传输一定的信息，同样也能向连接轨旁单元传送可变信息。
轨道电路拥有检查轨道是否占用、始终沿轨道传送地车消息模块功能，则采取UM系列轨道电路或数字轨道电路。
无线通信网络（GSM-R）架设于列车控制中心和车载子系统用于信息的双向车地通信系统传输。
列车控制中心为安全控制系统架于计算机系统安全中，工作时据外界地面信息传输或地面子系统信息，例如在联锁状态、列车轨道占用时等发生列车行车命令许可，同时利用车地信息传输系统传送给车载子系统，保障列车控制中心内管辖的列车运作行驶安全。
由一下各部分模块构成车载子系统：
CTCS车载设备、无线系统车载模块。
CTCS车载设备为安全控制系统架设于计算机系统安全中，利用与内外界地面子系统相互传输信息以控制列车运作，保障安全。
无线系统车载模块通过利用双向信息互换，来达到车载子系统和列车控制中心双方面信息成功传输。
TDCS是铁路管理调度信息用来指挥的系统，主要功能模块目标为：
管理调整指挥信息的记载、整理、核对列车车次号、报点自动化、正晚点时间统计、自动绘制运行图、调度计划及下达命令、行车日志自动生成等功能。
换句话来说，以前由列车行车工作人员，如车站值班员等在工作期间要完成记录的行车笔记现可由TDCS自动完成。
图1-1CTCS-2级列控系统总体结构
参考欧洲ETCS规范，中国逐步形成了自己的CTCS（ChineseTrainControlSystem）标准体系。
现在要深入的研究CTCS并根据我国实际国情、规范吸收使用CTCS，据此加深灵活应用创新技术是我们要探究的课题。
运输业特别是铁路系属于我国国民经济的主体大动脉，是要高速发展经济与中国特色社会先驱支柱，是大众社会人民的基本设施，我国很重视国民经济，然而作为发展国民经济，铁路运输部门是一个很重要部门，我国很多要运输的国民经济各种物资都是由此部门负担着重任，由此可见此举会对我国特色社会主义建设工程事业的发展起到较为举足轻重的作用。
根据目前国民在运输行业对着铁路有着很大的要求，在进入二十一世纪阶段后，我国铁路部门在建设各项工作中有着骄人的巨大成绩，比如说铁路部门专治于客运专线的建设和高速铁路的架设开运。
根据当前大发展的大要求环境下，为满足铁运专线的运输、客运专线的惠民、高速铁路发展的安全保证等需求，铁道部有关部门研制成功了“CTCS系统”（即：
铁路列车控制系统，是ChineseTrainControlSystem的缩写“CTCS”）
1.2CTCS列控系统发展简介
随着高节奏的生活列车行运速度不断提升，以往光是靠地面传输行车指令等信号已不足来保障列车在行驶中的安全问题，所以据技术的推进，目前对列车行运运用控制则由车载信号设备来完成，在行车安全保障中ATP已成为不可缺少的重要技术装备。
欧洲早期的铁路列车运行受于控制的系统种类很多，而且世界上各个国家实行的信号控制制度相对来说较为复杂，设备大部分不相互兼容。
因为各种列车在行运控制中的信息制度不相互兼容等问题，为有效解决各种列车控制系统之间的兼容性问题，欧洲铁路运输相关责任部长会议于1982年12月做出决定，就欧洲大陆铁路问题寻找解决方案，来解决各大陆互联互通中的技术问题。
保障欧洲铁路在高速行驶中实现网内跨线行运、运行中与跨越国界，并达到行车安全。
郑武线采取新技术引进来思想于80年代末期引进了法国U-T系统，于是中国开始使用装配了ATP系统，从此之后ATP在中国的发展开拓了思路，但是在使用中有较多的因素等未能在预期中达到使用目的，但在本国为日后的工作研发，开拓了其研发工作。
中国铁道科学院于1995年研发开展了LSK分级速度控制系统，并在95年于广深线行运160～200km/h的列车上投入使用，试用状况报告良好。
1998年在京九线进行了由北方交大研发开展的LCF模式曲线超速防护系统控制试验，可是并没有取得推广应用。
可是此时获得推广人们普及的是在既有线，“既有机车信号+运行监控装置”的控车模式。
因为此控车模式可以与机车司机的管理联系紧密，在“两冒一超”列车运行中起到了关键作用，所以在机车相关部门中受到普遍欢迎。
可以它的缺点也是显而易见的，信息源头和非系统化设计不是安全稳定的，因而会使控制系统在稳定上与安全上并不是很可靠，不符合系统故障安全原则，需要改造和升级。
欧洲铁路快速发展，随之而来的是欧盟各国都面临着如何处理列车运行中实现ATP的跨国兼容问题。
据此，为了解决此问题欧洲各个铁路信号公司于20世纪90年代中期，经历几年，共同规范了ETCS技术制度。
日前，欧盟各国铁路实施强制规范，使ETCS已通过欧盟立法，完成各制度设立。
并在装备形式上主要分为ETCS一、二、三级。
在此其中对ETCS的研讨中，可以在其中获得以下几点启示。
2001年欧盟通过立法形式确定ETCS（EuropeanTrainControlSystem）为强制性技术规范。
规范设立ETCS的最主要的目的是互相通用、成本有所下降、开拓市场、提高了安全防护，欧洲在各主要列车控制系统模块上进行了规范设，完成了一种较为完整的互联互通的接口。
在欧洲同盟各国铁路公司和商户供货商中认知使用中ETCS系统目前已经较为娴熟，得到了他们广泛的认知认可。
中国城市化迅猛发展，然而我国人口基数大、人员居住密集，资源有限。
铁路行业目前一直处于发展的道路中，在铁路运输量和运作能中始终有着较为明显的矛盾。
时至今日国民经济发展的高速提升始终要依靠着铁路运输，但是在我国国民经济发展中铁路运输仍是的一个单薄环节。
根据此铁路部门为使铁路上的运输压力得到缓解降低，在此实施了先后六次大提速。
同时同步，快速发展的高速铁路，信号系统为铁路的中枢神经，相应的对信号控制系统提出了新的高标准要求。
可是由于我国铁路中有着较多历史及技术等遗留问题等原因，在中国铁路存在各式各样的信号系统，对了运输有着较为严重的影响。
所以，统一信号技术标准迫在眉睫，铁路信号系统应需要建立统一的技术标准，明确发展方向、研发标准、确立数字化、网络化、智能化、一体化等高新技术，尤其是国产高速铁路列车运行制定严格的信息化标准控制系统刻不容缓。
针对现状实现高铁战略，铁道部相关部门组织相关专家开始制定符合我国国情的中国列车控制系统CTCS（ChineseTrainControlSystem）。
在系统配置中根据在CTCS技术规范分功能划分，可以将CTCS可划分为5级。
为达到架设高速铁路与客运专线建设目标，利用对ETCS标准化的学习、理解、运用，实际应用到列车CTCS-2级列车运营行驶经验中，结合控制系统的建设总结，构建我国拥有自主知识产权的CTCS-3级列控系统标准。
在我国铁路中现代化装配和铁路技术体系化核心组装部分中，CTCS-3级列车运行控制系统是重要的基于GSM-R无线通信的技术装备，是保障行驶高速列车运行高速、性能高效、安全可靠的重要技术之一。
在研究调查论证与相关专家实际研讨，对借鉴欧洲发展ETCS技术成果的分析中，我们可以在合理的学习他们的成功经验，适合的对CTCS规划作出一定的研究规划。
针对我国未来铁路事业的发展，在考虑别人成功经验中，对发展CTCS技术同时要兼顾到现有设备的现状，也要有自己我们队未来的规划考虑，减少对人力物力的不合理浪费和制式的紊乱。
第2章CTCS的功能和系统结构
2.1中国列控CTCS系统
CTCS是以分级形式保证不同线路运输安全的列车控制系统，CTCS是借鉴欧洲ETCS系统分级标准，并从我国铁路运营的实际情况而发展起来的。
将列控系统按功能戈d分为五级，分别为CTCS-0,CTCS-1,CTCS-2,CTCS-3,CTCS-4级，不仅能够满足我国既有线铁路的需要，且也能满足高速铁路发展的需求，如表所示。
表2-1CTCS系统分级比对
技术内容
CTCS-0
CTCS-1
CTCS-2
CTCS4
完整性检查
轨道电路
列车自身
信息传输方式
自动闭塞
车载感应接收
列车定位
测速测距
应答器
进路
存储数据
+应答器
+RBC
RBC
线路、限速、过分相
——
移动授权
通信方向
地—车
车—地
传输通道
速度模式
分级式
连续式目标
速度—距离
移动闭塞
CTCS系统的主要功能有：
1）安全防护。
在出现任何情况的时候，都要保证列车按行车许可运行，防止列车超速运行。
2）人机界面。
在机车提供给人员必要的信息、数据输入及操作装置。
3）检测功能。
具有开机自检和动态检测功能；
关键数据和动作的记录功能。
4）可靠性和安全性。
按照故障导向安全侧来进行系统的设计；
采用冗余结构。
2.2CTCS-2级列控系统各部分结构及功能
2.2.1CTCS-2级列控系统总体结构
CTCS-2级列控系统是基于轨道电路和点式应答器的，根据轨道电路和点式应答器信息对列车运行进行控制，并采用目标一距离曲线对列车运行进行监督，保证列车安全运行的控制系统。
系统主要由地面设备子系统和车载设备子系统等构成。
其总体结构如图所示。
图2-1CTCS-2级系统结构图
2.2.2CTCS-2级列控系统的功能结构分析
由图3.2可以看出地面子系统包括车站列控中心、LEU（LinesideElectronicU你it，地面电子单元）、点式应答器、ZPW-2000（UM）系列轨道电路等。
（1）列控中心
列控中心适用于客运专线的联锁车站、中继站或无岔站，列控中心与ZPW-2000系列轨道电路、车站联锁、临时限速服务器、相邻列控中心、地面电子单元、集中监测都有通信配置接口。
列控中心的硬件结构由A系和B系组成。
在设备正常时，一系工作，另一系备用。
机采用二乘二取二可靠性和安全性冗余结构。
列控中心主要由列控中心主机、维护终端和电源部分组成。
列控中心的主要功能有：
控制对轨道电路编码、控制对应答器报文、控制区间信号机、控制区间运行方向及闭塞等，在此上功能的模块中会有所重复影响，因此分析功能故障的时候，会在选择控制的两个核心模块来阐述开展：
轨道电路编码控制和应答器报文的控制。
各部件途径与列控中心结构如表所示。
表2-2列控中心结构及部件功能一览表
单元名称
主要用途
电源单元
提供列控中心内部冗余直流供电电源
维修终端
提供列控中心的维修诊断、故障状态记录，与集中报警系统通信功能
采集驱动单元
提供开关量的状态采集驱动功能
LEU通信接口单元
提供列控中心对LEU等外部设备的通信接口功能
轨道电路通
信接口单元
提供列控中心对轨道电路的通信接口功能
主机单元
提供列控中心的数据通信、逻辑运算和输出控制功能
主备机切换单元
提供手动切换主备机及状态显示功能
以太网交换机
提供列控中心站间通信
LEU电子单元
提供列控中心报文的输出驱动及状态检测功能
LEU切换单元
提供自动切换LEU输出功能
（2）LEU
LEU实现相连是利用串行通信接口与列控中心设备相通，向车载设备发送可变信息功能的实现依赖于列控中心向有源应答器发送实时有效的信息报文。
LEU构成模块主要由发码主备板、电源板、功放板，选择采用二乘二取二冗余模式。
（3）应答器设备
无源应答器和有源应答器构成了地面应答器设备。
无源应答器内部存储有着固定信息而不依靠连接外部电源，其向车载设备循环发送固定报文主要依靠于列车经过无源应答器上方时，无源应答器由车载应答器天线激活，实现列车的精准定位。
在一定范围内的线路参数、自动过分相、级间转换等信息提供给列控系统。
有源应答器除此之外可接收LEL〕中的数据向车载提供线路参数信息及临时限速信息相对于具备有无源应答器的全部功能。
它可实时发送LEU传送的数据报文依靠与LEL通过专门电缆连接来实现。
（4）zpw-2000A轨道电路
采用ZPW-2000A系列轨道电路向列车发送允许移动控制信息来实现轨道占用和列车完整性检测。
发送器、接收器、通信接口板、衰耗器、调谐匹配单元、空心线圈、匹配变压器等构成组装了轨道电路。
ZPW-2000A各部件用途和轨道电路结构如表所示。
表2-3ZPW-200轨道电路结构及部件功能一览表
发送器
轨道电路信号发送
接收器
轨道电路信号接收
电缆模拟网络
雷电防护、补偿电缆长度
调谐单元
连接发送器与接收器
空心线圈
用来平衡两根钢轨间的不平衡牵引回流
匹配变压器
实现轨道和电缆的阻抗匹配
补偿电容
为了抵消钢轨的感性，保证轨道电路的传输距离和机车信号的可靠工作，分段加补偿电容
车载子系统主要由VC（VitalComputer，安全计算机）、BTM（BaliseTransmissionModule，应答器信息接收模块）、STM（SpecificTransmissionModule，轨道电路信息接收模块）、TIU（TrainInterfaceUnit，列车接口单元）、DRU（DataRecordUnit，运行记录单元）、DMI（DriverMachineInterfaceUnit，人机界面）、速度传感器、轨道电路信息接收天线、应答器信息接收天线等部件组成。
（5）VC
VC是自动生成制动模式曲线依靠各个模块所采集的线路和速度信息来绘制，是最重要的设备在整个车载子系统。
列车安全运行保障是由列车运行速度超过制动曲线时制动提供。
VC采用冗余结构由VC1,VC2双系统组成整体，分为二乘二取二，在其整体正常工作中，即使某一系统出现故障都可以正常进行。
相同的功能两个CPU组成每一个系统。
用于接收速度传感器、轨道电路信息的OPRS-6A板、用于接收应答器和DMI信息的FSCS-6A板、故障一安全信号输出电路、车体信息采集板、PCB转换板、电源等模块构成了VC。
（6）BTM及天线
利用BTM天线接收应答器报文并将其信息传输给安全计算机来完成应答器信息接收模块，安全计算机生成制动模式曲线中由安全计算机提供正确的线路信息。
包括有数据有线路参数信息、进路信息、临时限速信息及级间切换等。
在应答器信息的错误校对中，据BTM的结构为二取二结构完成，。
传送地面电信号给BTM模块依靠BTM天线安装在列车头部，车体底部的横向中心线上的基本模式实现。
BTM所包含电路板及电路板的作用如表所示。
表2-4BTM所包含电路板及其功能表
主要用途
电源板
将DC110V转换为BTM工作所需要的DC24V,DCSV以及DC3.3V
产生27.095Hz的能量信号并经由天线电缆传送给电缆；
接收天线从地面应答器接收到的FSK信号并将该信号传送给接收器；
产生BTM主机工作所需的时钟信号
在特殊情况下，如天线切换或系统自检时，控制发送端的工作；
接受由发送器传过来的地面应答器FSK信号，并从该信号中解调出数字信号；
将解调出的信号发送给解码板；
BTM主机工作状态的指示
解码板
对接收到的应答器报文进行解码处理，并判断报文的有效性。
通信板
通过接口与列车控制计算机通信二接受VC发送的查询命令；
发送有效的应答器报文或系统状态信息在VC计算机；
系统诊断、检测功能依赖于诊断和检测接口实现
（6）STM及天线
STM结构是二乘二取二，，用于接收轨道电路信息依靠每个STM与一个安全计算机配合实施完全工作独立的运作，并通过模拟量输入板传输给解码板，解码板进行解调后通过VC1,VC2进行发送。
BTM所包含电路板及电路板的作用如表所示。
表2-5STM模块包含的电路板及电路板的作用
电路板名称
用于板卡的供电
与VC通信用来解读轨道电路关于STM天线的信息
模拟量输入
与VC的通信接口用来对来自STM天线的轨道电路信号分配给解码板
记录板
记录STM的动作状态、故障信息等在CF卡中
测试板
输出轨道电路的载频信息，对STM天线进行检测
（7）TIU
“或”操作的制动指令是TIU对车载vc各个系统的进行实施，并输出。
TIU单元各电路板名称及作用如表所示。
表2-6TIU单元各电路板的名称及作用
RLYB-15A
安装车载设备制动指令的最终输出继电器
RLYB-17A
安装输入车体的DC110V所用的继电器
RLYB-18A
安装检测系统故障继电器
RLYB-19A
安装备用继电器和定时器电路
RLYB-20A
RLYB-21A
安装LKJ的接口继电器
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