列車運行控制系統(tǒng)結課論文報告

1、列車運行控制系統(tǒng)課程設計學院 ：交通運輸學院指導老師 ：張喜姓學班名 ：。 號 ：。 級 ：。磁懸浮列車運行控制系統(tǒng)技術方案設想摘要 ：高速磁懸浮列車作為一種新型交通工具，具有快捷、安全、舒適、無磨擦、 低噪聲、低能耗易維護、無污染 等優(yōu)點 . 高速磁懸浮運行控制系統(tǒng)就如同人的 大腦，負責安排整個交通系統(tǒng)安全可靠有效的運轉，使磁懸浮列車的特點充分展 現(xiàn)出來 . 目前，僅日德對高速磁懸浮運行控制系統(tǒng)的研究 技術比較成熟，分別 建立了山梨試驗線 (y am anashi) 和埃姆斯蘭特 (enslard) ( 簡稱 t v e ) 試驗線， 并取得了試驗成功. 在國內，隨著上海磁懸浮試驗線的建立，

2、對高速磁懸浮 o cs 的研究則剛剛起步。本文僅對列車運行控制系統(tǒng)的設計方面進行簡單的研究。關鍵詞：磁懸浮列車、列車運行控制、速度防護、車地傳輸技術、測速定位技術 1. 磁懸浮列車的特點由于磁懸浮列車具有快速、低耗、環(huán)保、安全等優(yōu)點，因此前景十分廣闊。 常導磁懸浮列車可達 400 至 500 公里/小時，超導磁懸浮列車可達 500 至 600 公 里/小時。它的高速度使其在 1000 至 1500 公里之間的旅行距離中比乘坐飛機更 優(yōu)越。由于沒有輪子、無摩擦等因素，它比最先進的高速火車省電 30%。在 500 公里/小時速度下，每座位/公里的能耗僅為飛機的 1/3 至 1/2，比汽車也少耗能

3、30%。因無輪軌接觸，震動小、舒適性好，對車輛和路軌的維修費用也大大減少。 磁懸浮列車在運行時不與軌道發(fā)生摩擦，發(fā)出的噪音很低。它的磁場強度非常低， 與地球磁場相當，遠低于家用電器。由于采用電力驅動，避免了燒煤燒油給沿途 帶來的污染。磁懸浮列車一般以 4.5 米以上的高架通過平地或翻越山丘，從而避 免了開山挖溝對生態(tài)環(huán)境造成的破壞。磁懸浮列車在路軌上運行，按飛機的防火 標準實行配置。它的車廂下端像伸出了兩排彎曲的胳膊，將路軌緊緊摟住，絕對 不可能出軌。列車運行的動力來自固定在路軌兩側的電磁流，同一區(qū)域內的電磁 流強度相同，不可能出現(xiàn)幾輛列車速度不同或相向而動的現(xiàn)象，從而排除了列車 追尾或相撞的

4、可能。磁懸浮列車雖然具有這么多的好處，但到為止，世界上只有上海浦東磁懸浮 鐵路真正投入商業(yè)運營。盡管日本和德國已經(jīng)有了實驗路線，盡管 2005 年上海 浦東機場到市區(qū) 30 公里長的線路將投入正式運營，但磁懸浮列車還是不能普及 到日常生活中來。由于磁懸浮系統(tǒng)必須輔之以電磁力完成懸浮、導向和驅動，因 此在斷電情況下列車的安全就不能不是一個要考慮的問題。此外，在高速狀態(tài)下 運行時，列車的穩(wěn)定性和可靠性也需要長期的實際檢驗。還有，則是建造時的技 術難題。由于列車在運行時需要以特定高度懸浮，因此對線路的平整度、路基下 沉量等的要求都很高。而且，如何避免強磁場對人體及環(huán)境的影響也一定要考慮 到。基于磁懸

5、浮列車的特點，磁浮列車運行控制系統(tǒng)的基本功能應該包括：操作 與顯示、自動操縱列車、駕駛序列控制、列車防護、進路防護、道彷防護、列車 安全定位、速度曲線監(jiān)控和牽引安全切斷等功能。以德國為例，德國的高速磁浮 列車系統(tǒng)可分為線路、牽引、車輛和運行控制四大系統(tǒng)。運行控制系統(tǒng)采用了 3列車運行控制系統(tǒng)技術方案設想層結構：位于控制中心的中央運行控制系統(tǒng)；位于牽引變電站和軌道旁的分區(qū)運 行控制系統(tǒng)；位于列車的車載運行控制系統(tǒng)。這 3 個系統(tǒng)之間的連接和數(shù)據(jù)傳輸 是通過一個通信網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)的，包括地面的光纖網(wǎng)，地面和列車之間的無線通 信系統(tǒng)。2. 磁懸浮列車運行控制系統(tǒng)及速度防護方式2.1 列車運行控制系統(tǒng)的

6、類型ctcs 是(chinese train control system) 的英文縮寫，中文意為中國列車運行 控制系統(tǒng)。ctcs 系統(tǒng)有兩個子系統(tǒng)，即車載子系統(tǒng)和地面子系統(tǒng)。ctcs 列控 系統(tǒng)是為了保證列車安全運行，并以分級形式滿足不同線路運輸需求的列車運行 控制系統(tǒng)。ctcs 系統(tǒng)包括地面設備和車載設備，根據(jù)系統(tǒng)配置按功能劃分為以 下 5 級：1、 ctcs 0 級為既有線的現(xiàn)狀，由通用機車信號和運行監(jiān)控記錄裝置構 成。2、 ctcs1 級由主體機車信號+安全型運行監(jiān)控記錄裝置組成，面向 160 km/h 以下的區(qū)段，在既有設備基礎上強化改造，達到機車信號主體化要求，增 加點式設備，實現(xiàn)

7、列車運行安全監(jiān)控功能。3、 ctcs2 級是基于軌道傳輸信息的列車運行控制系統(tǒng)，ctcs2 級面 向提速干線和高速新線，采用車地一體化計 ,ctcs 2 級適用于各種限速區(qū) 段，地面可不設通過信號機，機車乘務員憑車載信號行車。4、 ctcs 3 級是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)； ctcs 3 級面向提速干線、高速新線或特殊線路，基于 無線通信的固定閉塞或虛擬自動閉塞， ctcs 3 級適用于各種限速區(qū)段，地面 可不設通過信號機，機車乘務員憑車載信號行車。5、 ctcs4 級是基于無線傳輸信息的列車運行控制系統(tǒng)，ctcs4 級面 向高速新線或特殊線路，基

8、于無線通信傳輸平臺，可實現(xiàn)虛擬閉塞或移動閉塞， ctcs 4 級由 rbc 和車載驗證系統(tǒng)共同完成列車定位和列車完整性檢查， ctcs4 級地面不設通過信號機，機車乘務員憑車載信號行車。中國新建 200 km/h250 km/h，客運專線采用 ctcs 2 級列控系統(tǒng)，300 km/h350 km/h。2.2 列車運行控制系統(tǒng)的速度防護方式列控系統(tǒng)按照系統(tǒng)控制模式分成速度碼階梯控制方式和速度 -距離模式曲線控制 方式。（1）速度碼階梯控制方式速度碼階梯控制方式，在一個閉塞分區(qū)內只控制一個速度等級。在一個閉塞 分區(qū)中只按照一種速度判斷列車是否超速。階梯控制方式又可分為：出口檢查方 式（滯后式控制

9、）；入口檢查方式（提前式控制）出口檢查方式要求司機在閉塞分區(qū)內將列車運行降低到目標速度，atp 車載設備 在閉塞分區(qū)出口檢查列車運行。如果司機按照允許速度操縱列車，atp 設備不干 預司機正常操作，當司機違章操作或列車運行超過允許速度時，列控設備將自動 實施制動。在每個閉塞區(qū)段的速度含義中存在允許速度 /目標速度的意義，本區(qū) 段的允許速度為該區(qū)段的入口速度，本區(qū)段的出口速度就是下個閉塞分區(qū)的允許速度，這種控制模式屬于滯后控制，列車制動后需要走行一段距離才能減速（或 停車），因此，在禁止信號后方需要設置一段防護區(qū)段用著過走防護。法國 tvm300 就采用這種控制方式。入口檢查方式就是列車在閉塞分

10、區(qū)入口處接收到允許速度后立即依此速度進行 檢查，沒有目標速度指示，一旦列車速度超過允許速度，則列控設備自動實施制 動使列車運行降低到目標速度以下。入口檢查方式中本區(qū)段的入口速度就是本區(qū) 段的允許速度。日本新干線 atc 就用這種方式。在該種控制方式下，需要在列 車停車前設置一個地面環(huán)線或應答器設備，用于防止列車冒進信號，該點式設備 的布置要求列車以 30km/h 的速度緊急停車后能在危險點停車。這種控制方式較 滯后式控制方式間隔能力將提高不少。速度碼階梯控制方式的系統(tǒng)主要優(yōu)點是簡單，需要地車傳輸?shù)男畔⒘啃?，不?要知道列車的準確位置，只需要知道列車占用哪個區(qū)段即可。但是缺點也是明顯 的，鐵路運

11、輸系統(tǒng)的行車能力受到了限制。（2）速度-距離模式曲線控制方式為了縮短列車間的間隔距離，采用速度距離模式曲線方式實現(xiàn)列車間的安全速 度和間隔控制。速度-距離模式曲線控制是根據(jù)目標速度、線路參數(shù)、列車參數(shù)、 制動性能等確定的反映列車允許速度與目標距離間關系的曲線，速度距離模式 曲線反映了列車在各點允許運行的速度值。列控系統(tǒng)根據(jù)速度距離模式曲線實時 給出列車當前的允許速度，當列車超過當前允許速度時，設備自動實施常用制動 或緊急制動，保證列車能在停車地點前停車。因此，采用這種控制方式的列控系 統(tǒng)不需要設置安全防護區(qū)段。在這樣的控制系統(tǒng)中又分成以下兩種方式： 分段 速度-距離模式曲線控制；一次速度-距離

12、模式曲線控制分段速度控制模式是將軌道區(qū)段按照制動性能最差列車安全制動距離要求，以一 定的速度等級將其劃分成若干固定區(qū)段。一旦這種劃分完成，每一列車無論其制 動性能如何，其與前行列車的最小追蹤距離只與其運行速度、區(qū)段劃分有關，這 對于制動性能好的列車其線路通過能力將受到影響，tvm430 就采用這種控制方 式。分段速度控制模式列車最大安全制動距離為：（） （）其中： 列車最大安全制動距離車載設備接收地面列控信號反映時間距離列車制動響應時間距離列車制動距離過走防護距離 列車從最高速度停車制動所需分區(qū)數(shù)；速度 -距離模式曲線控制的制動模式是根據(jù)目標距離、目標速度的方式確定的速 度距離模式曲線，該方式

13、不設定每個閉塞分區(qū)速度等級，采用一次制動。以前 方列車占用閉塞分區(qū)入口為目標點，通過地車信息傳輸系統(tǒng)向列車傳送目標速 度、目標距離等信息。該方式能減少閉塞分區(qū)長度對列車運行間隔時分的影響。 一次連續(xù)速度距離模式曲線方式更適于高中速混跑的線路。一次連續(xù)速度控制模式列車最大安全制動距離為： 列車運行控制系統(tǒng)技術方案設想 （） 列車最大安全制動距離車載設備接收地面列控信號反映時間距離列車制動響應時間距離列車制動距離過走防護距離 列車從最高速度停車制動所需分區(qū)數(shù)；式（）中，、與式（）基本相同，在計算一次連 續(xù)速度模式最大安全制動中由于為一次制動，因此在制動過程中它們只考慮一 次。而在分段模式中由于在整

14、個制動過程中要多次制動、緩解，這三個參數(shù)要考 慮次。另外，連續(xù)速度控制模式列車最大安全制動距離采用的是每一列車 的實際最大安全制動距離，列車制動性能好的列車的數(shù)值小，性能差則 的數(shù)值就大。因此，在連續(xù)速度控制模式中，列車的運行間隔距離，各盡其能， 有助于提高運行效率。同時其所具有的一次性制動的性能也與列車實際制動方式 相吻合。一次連續(xù)速度距離模式是各國鐵路尤其是高速鐵路列車運行控制系統(tǒng)的 發(fā)展主流。2.3 磁懸浮列車運行控制系統(tǒng)選擇磁懸浮列車速度快，制動性強，整體性能好，對列車運行控制系統(tǒng)要求很高， 屬于 ctcs4 級列車運行控制系統(tǒng)。在速度防護方式上，采用速度距離模式曲 線控制方式。3 磁

15、懸浮列車運行控制系統(tǒng)的關鍵技術與設備3.1 列車運行控制系統(tǒng)的車地傳輸技術地面信息傳遞到車上的方式目前有兩大類，一類是點式傳遞方式，另一類是 連續(xù)式傳遞信息方式。點式傳輸方式常用的有查詢應答器和點式感應環(huán)線；連續(xù) 式傳輸方式常用的有軌道電路、軌道電纜以及無線傳輸?shù)确绞健?.點式傳遞方式點式傳遞方式是在地面某些固定點，如閉塞分區(qū)分界點處，從地面向車上 傳遞信息。點式傳遞方式常采用查詢 / 應答器來實現(xiàn)或點式環(huán)線兩種方法。其中 查詢/應答器應用較為廣泛。2.連續(xù)式信息傳輸方式2.1 軌道電路軌道電路是信號的關鍵基礎設備之一，借助它可以監(jiān)督列車在線路上的運行 情況，并利用它可以連續(xù)傳遞與行車有關的各

16、種信息，是一種傳統(tǒng)的地車信息 傳輸方式。在列車運行控制系統(tǒng)中應用較廣泛。法國、日本列車運行控制系統(tǒng)都 采用軌道電路來傳遞行車信息。2.2 軌道電纜德國 lzb 系統(tǒng)采用軌道電纜實現(xiàn)列車地面信息的雙向傳輸。lzb 系統(tǒng)由地 面控制中心、軌道傳輸電纜、車載設備 3 部分組成。地面控制中心根據(jù)地面存儲 的各種信息，結合聯(lián)鎖設備的信息實時計算列車的最大允許速度，通過軌道電纜 傳輸給車載設備，實現(xiàn)列車速度的控制。2.3 無線移動通信基于 gsm phase2+標準的 gsm-r 技術，是國際鐵路聯(lián)盟（uic）和歐洲電 信標準化協(xié)會（ etsi ）為歐洲新一代鐵路通信設計的無線移動通信系統(tǒng)。 uic 通過

17、歐洲綜合鐵路無線增強網(wǎng)絡（eirene）對各種數(shù)字移動通信系統(tǒng)進行了較， 最后決定 gsm-r 為新一代歐洲鐵路無線移動通信基本制式。歐洲列車運行控系 統(tǒng) etcs 2 級及 etcs 3 級技術標準明確確定利用 gsm-r 無線系統(tǒng)進行列控信息 車-地雙向傳輸。3.2 列車運行控制系統(tǒng)的測速定位技術列車自動控制 atc 系統(tǒng)的一般原理是，檢測列車的位置、速度等信息，并 將這些信息匯集到控制中心；控制中心根據(jù)線路上列車流的情況，生成對車流中 各個列車和地面設備的控制命令；地面設備接受到控制命令后實現(xiàn)動作；列車根 據(jù)控制命令，結合自身列車的位置信息、速度信息及線路情況、列車狀況等信息， 對列車各

18、種設備實施具體的控制。目前，列車自動控制 atc 系統(tǒng)存在多種列車 定位、測速技術方法。一、脈沖轉速傳感器方式（里程計）脈沖轉速傳感器安裝在輪軸上，輪軸每轉動一周，傳感器輸出一定數(shù)目的脈 沖，這樣脈沖的頻率就與輪軸的轉速成正比。輸出脈沖經(jīng)過隔離和整形后，直接輸入到微處理器進行頻率測量并換算成速度和 走行距離。二、無線測速方式無線測速定位方式拋開輪軸旋轉產(chǎn)生的速度信息，利用外加信號直接測量車 體的速度和位置，因此又稱為外部信號法。目前提出的有雷達測速方式和衛(wèi)星定 位方式等。由于這類方法不由輪旋轉獲得信息，因此能有效地避免車輪空轉、滑 行等產(chǎn)生的誤差，但精度受到無線電波的傳播特性等素的影響。這一類方法包括 雷達測速方式、gps 測速定位方式等。三、交叉感應回線(loop)定位在軌道鋪設的感應電纜，通過車載感應線圈和感應電纜的電磁偶合完成信號 和數(shù)據(jù)的傳輸，地面控制中心系統(tǒng)通過軌道電纜與車載列控設備聯(lián)系，可以實現(xiàn) 列車的閉環(huán)控制。通常采用的方法是將軌間電纜每隔一