高速铁路信号系统

项目6高速铁路信号系统第一节（1）了解铁路信号系统的结构。（2）熟悉计算机联锁系统的结构和功能。（3）掌握列车运行控制系统的类别及CTCS2、CTCS3级列车运行控制系统的结构。项目6高速铁路信号系统学习目标目录6.1高速铁路信号系统基础知识6.2计算机联锁系统6.3列车运行控制系统6.4分散自律调度集中系统项目6高速铁路信号系统6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构铁路信号是保证行车安全、提高区间和车站通过能力，以及编组站编解能力的自动控制及远程控制技术的总称。其主要功能是保证行车安全，提高运输效率。铁路信号设计的基本思想为故障—安全原则，即信号系统发生故障时要导向安全，故障后不允许出现危及行车安全的结果，并且故障应能及时被发现或最迟应于下一次使用过程中被发现，这已成为铁路信号领域不可动摇的原则，凡涉及行车安全的器械、部件和系统都必须具有故障—安全性能。6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构信号设备信号系统第一节信号设备主要有继电器、信号机、轨道电路、转辙机、控制台和电源屏等。第一节信号系统一般是对指挥列车运行，控制列车运行速度和追踪方式，传递列车相关控制信息，监督列车运行及各种作业情况的总称。铁路信号第一节铁路信号系统主要包括车站联锁系统、区间闭塞系统、列车运行控制系统、行车调度指挥控制系统、驼峰调车控制系统、道口信号系统、信号微机监测系统等子系统。6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构路车站基本是以建立进路的方式实现对列车和车列运行的控制。进路是由相关道岔和轨道区段组成，有信号机指示和防护的特定经路。为了保证行车安全，在进路建立之前，对车站内的信号、道岔、轨道电路等基本信号设备必须按照一定的条件和程序严格操作，我们称这些条件和程序为联锁，而实现联锁的技术称为联锁技术。联锁设备是铁路车站保证列车和车列正常、安全运行必不可少的核心基础设备。目前，联锁系统主要有继电集中联锁和计算机联锁。1.车站联锁系统6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构继电集中联锁是通过电磁继电器及其电路来实现车站联锁逻辑控制功能的控制系统。目前，我国铁路继电集中联锁主要使用的是6502电气集中联锁系统。计算机联锁是用计算机和其他一些电子、继电器件组成具有故障—安全性能的实时控制系统。计算机联锁的全部联锁关系是通过计算机程序实现的。它与继电集中联锁相比具有十分明显的技术经济优势，它是车站联锁设备的发展方向。1.车站联锁系统6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构区间一般是指两个车站（或者线路所）之间的铁路线路。为保证区间行车安全，要求按照一定的方法组织列车在区间的运行，称为行车闭塞法，简称闭塞。（1）闭塞制度。闭塞制度包括时间间隔法和空间间隔法。时间间隔法是控制前行列车和追踪列车之间保持一定时间间隔的行车方法，空间间隔法是控制前行列车和追踪列车之间保持一定距离的行车方法。如今的闭塞就是指用信号或凭证保证列车按照空间间隔制运行的技术方法。2.区间闭塞系统6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构（2）闭塞设备2.区间闭塞系统①半自动闭塞②自动闭塞③移动闭塞6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构列车运行控制系统由地面设备和车载设备构成。该系统用于控制列车运行速度，保证列车安全、高效运行。列车运行控制系统根据列车的走行情况（包括进路状态、轨道占用情况、线路状况及调度命令等）计算生成对应列车的行车许可，并通过地面设备或无线通信将行车许可发送至车载设备，车载计算机根据行车许可计算出列车的允许速度曲线，当列车的实际速度超过允许速度时自动实施制动，保证行车安全。3.列车运行控制系统6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构铁道部于2002年确定构建了中国列车运行控制系统（Chinesetraincontrolsystem，CTCS）。以地面设备为基础，车载与地面设备统一设计为原则，按系统的结构和功能将CTCS划分为0级、1级、2级、3级和4级。CTCS0级由通用机车信号和列车运行监控装置组成。CTCS1级由主体机车信号机和安全型列车运行监控装置组成，面向160km/h以下区段。3.列车运行控制系统6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构CTCS2级是基于轨道电路和点式信息设备传输信息的点连式列车运行控制系统。CTCS2级面向提速干线和高速铁路，地面可不设通过信号机。CTCS3级是基于无线通信的列车运行控制系统。CTCS3级列车运行控制系统主要面向高速铁路，地面不设通过信号机。CTCS4级是完全基于无线通信的列车运行控制系统。CTCS各级系统的车载设备应向下兼容，在系统故障条件下应允许降级使用。级间转换应自动完成，且级间转换应不影响列车正常运行。3.列车运行控制系统6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构行车调度指挥控制系统包括列车调度指挥系统（trainoperationdispatchingcommandsystem，TDCS）和调度集中（centralizedtrafficcontrol，CTC）系统，行车调度指挥控制系统在信息处理、信息交换、实时控制及调度决策等方面的功能日趋完善，对提高运输生产效率有显著作用。TDCS由铁路总公司调度指挥中心局域网、铁路局调度指挥中心局域网、基层网3层网络结构组成，为调度人员提供及时的、可靠的、丰富的信息和决策依据。TDCS具有先进性、开放性、互操作性、可扩展性等特点。CTC系统基本覆盖了TDCS的所有功能，除此之外还实现了遥控功能，即值班人员能在调度所远距离集中控制信号设备及进路的建立和开放。4.行车调度指挥控制系统6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构编组站装备有现代化铁路信号设备，能够办理大量货物列车的解体和编组作业，其中驼峰调车控制系统是编组站的重要技术设备，其主要包括驼峰推峰机车速度自动控制、驼峰溜放进路自动控制和驼峰溜放速度自动控制等子系统。驼峰调车控制系统对于提高编组站的解编能力效果显著。5.驼峰调车控制系统6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构道口信号系统采集列车接近与否的信息，通过逻辑部件对采集信息进行分析和判断，最终得出是否向道口下达警示命令的结果。道口信号包括听觉信号和视觉信号，当道口无人看守时，道口信号系统向道路方面显示能否通过道口的信号；当道口有人看守时，道口信号系统向道口看守员发出声、光报警信号，由道口看守员负责清理道口。6.道口信号系统6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.1铁路信号系统的结构信号微机监测系统是电务安全的“黑匣子”，是保证行车安全、加强信号设备管理、监测铁路信号设备运用质量的重要行车设备。信号微机监测系统能够反映信号设备的主要运行状态，并具有数据逻辑判断能力，当设备出现故障时能及时报警。7.信号微机监测系统6.1高速铁路信号系统基础知识6.1.2各种信号系统和设备的关系行车调度指挥控制系统和列车运行控制系统在上述所有的信号子系统中是处于最关键、最重要的位置，行车调度指挥控制系统负责列车运行的总体调度安排，而列车运行控制系统直接与列车运行速度相关。车站联锁和区间闭塞是这两个系统的基础设备，为其提供相应的行车相关信息，列车运行控制系统根据数据信息发送行车许可凭证，通过车站联锁完成遥控功能。信号微机监测系统则对各种信号设备进行检测，保证设备的运用质量。6.1高速铁路信号系统基础知识图6-1各种信号系统和设备的关系6.2计算机联锁系统1989年，计算机联锁系统在郑州北编组站开通使用，这是我国计算机联锁系统首次应用于国有铁路。如今，计算机联锁系统已处于实用阶段，其性能得到不断的提高，已被2500多个车站使用。6.2计算机联锁系统6.2.1计算机联锁系统的结构和功能计算机联锁系统是以计算机技术为核心，综合采用通信、控制、容错、故障—安全等技术来实现车站联锁逻辑控制功能的，具有较高可靠性和故障—安全性要求的实时控制系统。计算机联锁系统的硬件部分一般采用分层结构形式，根据功能和设置位置的不同，分为人机对话层、联锁运算层和执行表示层。图6-2计算机联锁系统的硬件结构6.2计算机联锁系统6.2.1计算机联锁系统的结构和功能人机对话层的功能是接收车站值班员下达的进路操作命令，并将该操作命令传送到联锁运算层，接收联锁运算层输出的反映信号设备工作状态和行车作业情况的表示信息，进行车站站场的动态实时显示；并且对车站联锁设备的运行情况和故障情况进行显示、记录和回放，以便车站维修人员能够对发生故障的设备进行及时的维修。人机对话层由上位机、电务维修机与车站值班员室、车站维修值班室内的显示、操作终端构成。1.人机对话层6.2计算机联锁系统6.2.1计算机联锁系统的结构和功能联锁主机是计算机联锁系统的主要执行设备，它接收从上位机下发的操作命令，根据从采集板接收到的反映室外设备状态的继电器信息来执行联锁逻辑运算。联锁运算层主要完成联锁逻辑运算功能，通过与上位机和执行表示层实时通信接收到的信息，执行联锁逻辑运算。联锁运算层负责进路的处理；负责站场中单个设备的处理；负责对一些特殊联锁及联系电路的处理。2.联锁运算层6.2计算机联锁系统6.2.1计算机联锁系统的结构和功能执行表示层位于联锁运算层和室外设备之间，用于两者之间进行信息交换，并起到硬件电路的转换等作用。执行表示层一般由具有采集驱动功能的电路板和继电器接口电路两部分硬件构成。具有采集驱动功能的采集板通过从联锁主机实时接收信号开放/关闭、道岔操纵等命令来驱动继电器电路工作，继电器电路工作后将接通/断开室外信号机、转辙机等的控制电路。采集板周期性地采集继电器电路中各个继电器接点信息，以反映室外信号设备的当前状态，并将该信息发送至联锁主机。采集板的采集周期一般应不大于250ms。3.执行表示层6.2计算机联锁系统6.2.2计算机联锁系统软件第一节计算机联锁系统软件是实现进路、信号机和道岔相互制约的核心部分，实现与人机对话层通信、与执行表示层通信、联锁逻辑运算和冗余管理等功能。计算机联锁系统软件软件由两部分组成：一是参与联锁运算的数据（联锁数据）；二是进行联锁逻辑运算，完成联锁功能的应用程序。6.2计算机联锁系统6.2.2计算机联锁系统软件（1）静态数据。静态数据在配置初始值之后，在整个联锁处理过程中均不发生变化。静态数据主要包括基本信号设备对应的静态数据和进路静态数据。①基本信号设备对应的静态数据。为了便于统一管理和方便联锁程序的处理，一般情况下将同一个信号设备的静态数据都集中于同一个数据块中。1.联锁数据联锁数据根据其在联锁处理过程中是否发生变化，可以分为静态数据和动态数据。6.2计算机联锁系统6.2.2计算机联锁系统软件②进路静态数据。车站所包含的进路数目是固定的，每条进路的进路性质、进路方向、该进路中所包括的具体信号设备（如信号机、道岔、轨道电路等）也都是确定的，这些都属于进路静态数据。对于这些进路静态信息，可以采用和信号设备相同的组织方式。（2）动态数据。计算机联锁系统中涉及的动态数据非常多，其中，参与进路控制的动态数据主要包括操作命令、驱动信息、采集的继电器信息、联锁中间信息和故障信息等。1.联锁数据6.2计算机联锁系统6.2.2计算机联锁系统软件应用程序由多个程序模块组成：系统管理程序模块时钟中断管理程序模块表示信息采集及信息处理程序模块操作命令输入及分析程序模块选路及转岔程序模块信号开放程序模块解锁程序模块站场彩色监视器显示程序模块2.应用程序联锁逻辑运算主要包括两个模块：命令处理进路处理6.2计算机联锁系统6.2.3计算机联锁系统的可靠性和安全性计算机联锁系统是保证列车或车列在站内安全运行的一个实时控制系统，因此也是一个安全-关键系统（安全-关键系统是指系统的运行直接涉及安全性，也叫安全--相关系统）。为了保证计算机联锁系统的高度可靠性，必须通过合适的结构方式使系统在计算机故障时处于