高鐵復興時代(14):鐵路技術基本認識(信號系統)│脫苦海

列控系統

高鐵鐵路是龐大復雜的系統工程,單憑信號系統已不足以確保行車安全,因此發展出一整套由計算機控制的監控系統,以保證列車高速、高效、安全運行。列車自動控制系統(Automatic 
Train Control, ATC),簡稱列控系統,是一個深度融合了計算,通信和控制的系統,同時又是安全攸關的系統。它通過3C(Computation,Communication,Control)技術的有機融合與深度協作,實現列車運行過程與信息交互系統的實時感知,動態控制和信息服務。

ATC是控制列車運行方向、運行間隔和運行速度,保證列車能夠安全運行、提高運行效率的系統,可以自動控制列車行駛、確保列車安全和指揮列車駕駛,必須包括列車自動防護系統(ATP),可以包括列車自動監督系統(ATS)和列車自動駕駛系統(ATO)。ATC可以指示列車允許運行的速度,也可以透過自動降速系統使列車減速至停車。

列車自動控制系統圖

列車自動防護系統(Automatic Train Protection, ATP)作為ATC的子系統,通過列車檢測、列車間隔控制和聯鎖等實現對列車相撞、超速和其他危險的故障/安全防護列車自動控制系統,其功能為自動確定列車最大安全運行速度,連續不間斷地實行速度監督,實現超速防護,自動監測列車運行間隔,以保證實現規定地行車間隔。當列車超過規定速度時即自動制動。

列車自動監督系統(ATS-Automatic Train Supervision)作為ATC的子系統,通過計算器來組織和控制行車,ATS將現場的行車信息傳輸到行車指揮中心,中心將行車信息綜合後,適時無誤的向現場下達行車指令,以保證準確、快速、安全、可靠,提供調整服務的數據以盡可能減小列車未正點運行造成的不便。

列車自動駕駛系統(Automatic Train Operation, ATO)是一種完整的死循環自動控制系統,即列車一方面檢測本列車的實際行車速度,另一方面連續獲取地面給予的最大允許車速,經過計算器的解算,並依據其他與行車有關的因素如機車牽引特性、區間坡道、彎道等,求得最佳的行車速度,控制列車加速或減速,甚至制動。ATO輔助ATP工作,接受來自ATP的信息,其中有ATP速度指令、列車實際速度和列車走行距離。此外還從ATS子系統和地面標誌線圈接受到列車運行等級等信息。根據以上信息,ATO通過牽引/制動線控制列車,使其維持在一個參考速度上運行;並在設有屏蔽門地月台準確停車。

中國列車控制系統(China Train Control System, CTCS)是中國鐵路參照歐洲列車控制系統(European Train Control System, ETCS),並結合中國國情構建的技術體系。根據功能要求和設備配置,CTCS分為0-4級:

  • CTCS-0:由通用機車信號和運行監控記錄裝置組成,是既有線提速前採用的標準,不具有嚴格意義上的列控功能。
  • CTCS-1:由主體化機車信號、安全型列車運行監控裝置組,應用於時速低於160公里的普鐵線路。
  • CTCS-2:基於應答器和軌道電路傳輸列車控制信息,信息蒐集能控制8公里,應用於時速200-250公里的提速線路。
  • CTCS-3:基於無線通信平台(GSM-R)傳輸列車控制信息,軌道電路實現列車佔用檢查,信息蒐集能控制32公里,應用於時速300公里以上的高鐵線路,兼容CTCS-2級列控系統,技術上類似於ETCS Level-3。
  • CTCS-4:基於無線通信平台傳輸列車控制信息,取消軌道電路,實現移動閉塞,應用於高速新線或特殊線路,技術上類似於ETCS 
    Level-3。

為確保安全,時速350公里以上的高鐵採用CTCS-2作為備份,當GSM-R出現故障時,ATP會控制列車減速並自動無縫降級至CTCS-2級控車模式繼續行駛,通過軌道電路及應答器發送給ATP生成「目標-距離控製曲線」以控制列車運行。高鐵的計算器上一般重複配置系統的一些部件,當某一部件發生故障或損壞的時候,冗餘配置的部件便會自動介入並承擔故障部件的工作,以減少系統的故障時間。比如在武廣高鐵的動車上,中央處理器(CPU)就有兩個,一個發生故障可以馬上啟動另一個。

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