列车控制讲义总结(孙传增)

1、一、简答列车运行自动控制系统“定义”、 “功能”、 “系统组成”、 “工作原理” 和 “分类”？定义：由中心调度指挥设备、车站安全联锁设备、车载速度控制设备、地车信息传输设备等构成的用于控制列车运行速度控制、保证行车安全和提高运输能力的安全控制系统。功能： 线路的空闲状态检测； 列车完整性检测 ； 列车运行授权；指示列车安全运行速度； 监控列车安全运行基本功能： 间隔控制、 速度控制系统组成：由车载设备、地面设备和地车信息传输设备三部分组成（1）地面设备n 轨旁设备n 列控中心n 地面通信网络设备（2）车载设备包括n 列车运行监控模块；n 测速定位模块；n 显示器模块；n 牵引制动接口；n 运

2、行记录器模块；（3）地车信息传输通道n 地面信息传输设备n 车载信息传输设备n 地面信息传输网络n 车载信息传输网络基本工作原理：地面信息传输通道车载设备通过地面设备、车载设备、信息传输通道等设备，根据车站进路、前行列车的位置、安全追踪间隔等向后续列车提供行车许可、速度目标值等信息，由车载列控设备对列车运行速度实施监督和控制，使列车实际速度限制在安全允许的范围内，从而保证行车安全和提高运输能力。系统分类：n 按人机关系分：设备优先、 司机操作优先n 按控制模式分n 阶梯控制模式：出口检查方式、入口检查方式n 速度距离模式曲线控制方式（分段式和一次式）n 按照闭塞方式：固定闭塞、准移动闭塞、移动

3、闭塞、逻辑/虚拟闭塞n 按地车信息传输方式 点式列车运行自动控制系统 连续式列车运行自动控制系统点连式列车运行自动控制系统二、简叙ATC系统中的控制中心、 ATP、ATO、ATS四部分各自的功能1、控制中心n 控制功能：自动信号控制、变更进路、运行图调整等；n 表示：列车位置显示、模拟盘监视显示；n 列车轨道记录，故障记录；n 编译码控制，局控指示；n 数据发送系统交换接口；2、 ATP 轨旁设备（地面设备）功能n 列车检测、钢轨破损防护；n 列车安全间隔控制、限速指令；n 目的地选择，出入口选择；n 列车门监督；ATP车载设备功能n 接收速度指令；超速防护，防溜、破损防护；n 运行控制，停站

4、校核；车门控制和监督；3、ATO 轨旁设备（地面设备）功能n 车站定点停车；n 屏蔽门控制；ATO车载设备功能n 自动速度控制，随行控制；运行变更控制；n 车站定点控制停车；向地面发送列车信息给ATS4、ATS 轨旁设备（地面设备）功能n 遥控、表示编译码、局控及维护台；n 带有调制、解调器的ATP接口；n 车-地信息交换，发送编码，接收译码；n 局控指令逻辑；n 旅客向导、旅客信息指示；ATS车载设备功能n 接收、存储列车信息；接收运行等级数据及制动指令；n 发送车门关闭和车站停站信息；故障接口、控制台显示等三、简叙列控技术发展经过。n 列车运行控制技术的发展经过n 地面人工信号n 地面自动

5、信号n 出现机车信号n 发明自动停车n 列控系统ATCn 综合自动化系统四、简答固定闭塞、准移动闭塞、移动闭塞概念1、固定闭塞（Fixed Block）：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一列车占用，闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计，列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，列车位置的分辨率为一个闭塞分区（一般为几百米），制动的起点和终点总是某一分区的边界，对列车的控制一般采用速度码台阶式制动曲线方式，该系统要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多。2、准移动闭塞 (Distance-To-Go)：线路被划分为固定位置

6、、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一列车占用，列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，列车位置的分辨率也为一个闭塞分区（一般为几十米几百米），制动的起点可以延伸，但终点总是某一分区的边界，对列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式，要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多。3、 移动闭塞 (Moving Block)：线路没有被固定划分的闭塞分区，列车间的间隔是动态的、并随前一列车的移动而移动，列车位置的分辨率一般为10米范围内，该间隔是按后续列车在当前速度下的所需制动距离、加上安全裕量计算和控制的，确保不追尾，制动的起始和终点是动态的，对列车的控制一般采用一次抛物线制动

7、曲线的方式，轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大。五、简答车地信息的三种传输方式1、点式系统n 点式系统在欧洲的干线铁路及城市轨道交通中应用十分广泛。其主要优点是采用了有源、高信息容量的地面应答器，结构简单，安装灵活，可靠性高，价格低。n 点式系统采用的应答器内部寄存器按协议以数码形式存放实现列车速度监控及其他行车功能所必须的数据。置于信号机旁侧的地面应答器，用以向列车传递信号显示信息，因此需要通过接口与信号机相连。地面应答器内所存储的部分数据受信号显示的控制，此接口即是前面所说的轨旁电子单元LEU。置于线路上的地面应答器通常不需与任何设备相连，所存放的数据往往是固定的。2、连续式系统：采用连

8、续地车信息传输系统实现地车大量信息的系统，而不需要辅助其他地车传输设备来进行信息传输。一般包括：n 数字轨道电路n 漏泻电缆n 交叉轨道环线n 波导管n 无线 3、点连式系统n 由于连续式的轨道电路信息量不够而需要增加应答器来辅助进行地车信息的传输。n 该方式在日本、中国应用比较广泛，中国的具体特点是轨道电路的大面积使用，并且觉得效果还不错，并且形成了相应的CTCS规范。在CTCS1、2级均采用轨道电路ZPW2000进行地车信息的连续传输，CTCS3级后则采用GSM-R作为地车信息传输的媒介。六、列控系统根据传输通道不同可分为？各自优缺点？根据传输通道不同分为n 点式列车运行自动控制系统n 连

9、续式列车运行自动控制系统1、点式列车运行自动控制系统, 组成；地面应答器、轨旁电子单元（LEU）、车载设备 特点： 采用点式传输信息，用车载计算机进行信息处理，最后达到列车超速防护 的目的优点: 采用无源、高信息量地面应答器，结构简单，安装灵活，可靠性高，价格明显低于连续式列车运行自动控制系统2、连续式列车运行自动控制系统适用于高速干线和高密度的地铁、轻轨；其技术基础为飞速发展的信息传输技术七、简答 CBTC 定义 ？ 几种实现方式？各自特点？1、CBTC系统是速度-距离曲线（distance to go)控制，可以是固定闭塞、准移动闭塞、虚拟闭塞或移动闭塞，主要取决于移动授权MA的分辨率；能

10、够双向、大容量地实现地车之间的信息传输。2、三种实现方式: 交叉轨道环线； 波导管； 无线自由波 3、各自特点八、地面应答器EUROBALISE组成 及 工作原理？1、组成: 与地面信号机设备相连 存放固定数据 地车传输采用FSK方式(移频键控)2、工作原理 欧洲应答器EUROBALISE除了可在常规铁路线路上用作超速防护系统的地面应答器外，也常被用作列车定位的基本设备。列车准确定位成了一项关键技术。应答器（EUROBALISE）作为列车定位装置，由地面应答器向列车传送事前贮存的精确位置信息。为了准确定位，就必须大量采用EUROBALISE，在有的欧洲铁路线上，为了准确停车，甚至每35m设置一

11、块EUROBALISE；也可以用EUROBALISE来进行定位校准，即在两个EUROBALISE之间用测速传感器实现定位，列车每驶过一次EUROBALISE，即进行一次定位校准，以期减小定位误差。 九、无线通信GSM-R与基于轨道电路的系统相比有什么优点？GSM-R与基于轨道电路的系统相比有如下优点n 在各种列车混跑的区间，由于轨道电路信息量的局限，无法向列车传递轨道电路长度信息，因此，由轨道电路限定的闭塞分区通常设计成固定长度，从而根据两列车相隔几个闭塞分区获得列车间的距离。而GSM-R的信息量大，足以传送前方列车的距离信息，可以构成随列车速度、线路参数改变的优化列车间隔。n 在使用轨道电路

12、时，闭塞分区的长度与该区段列车的最大运行速度有关。随着列车运行速度的提高或制动性能的改善，固定长度的闭塞分区限制了运输能力的进一步提高。对于无线控制系统来说，列车速度提高或制动性能的改善，对应的仅是程序参数的改变，系统发展、完善十分简单。n 无线列车运行自动控制系统由于无固定的闭塞分区长度，所以对于任何类型的列车都可以提高运行速度。n GSM-R的应用可以进一步取消固定信号机及轨道电路，又可以节省大量的安装、维护费用。十、 UM71 电路载频布置？十一、简答采用轨道电缆列车控制系统优缺点？工作原理n 组成：地面控制中心、轨道传输电缆、车载设备n 地面控制中心根据地面存储的各种信息，结合联锁设备

13、的信息实时计算列车的最大允许速度，通过轨道电缆传输给车载设备，实现速度控制n 优点n 由于控制中心“管全局”，统一指挥在其管辖范围内的列车，对于一些交通繁忙的枢纽是非常有利的，在一旦发生行车误点或其他行车障碍时，可以迅速地将行车命令传送到列车。n 缺点n 一旦控制中心的设备故障即会引起全线交通瘫痪轨道电缆作为该系统的唯一信息通道，为了抗牵引电流的干扰以及实现列车定位，轨道电缆每间隔一定距离做一交叉。十二、简答测速方式的分类和基本原理n 目前存在着多种测速方式，根据速度信息的来源，可以把测速方式分成两大类n 一类是利用轮轴旋转信息的测速方法n 另一类是利用无线方式，直接检测列车的速度。1 轮轴旋

14、转测速方式： a) 测速电机方式：测速电机包括个齿轮和两组带有永久磁铁的线圈。齿轮固定在机车轮轴上，随车轮转动。线圈固定在轴箱上。轮轴转动，带动齿轮切割磁力线，在线圈上产生感生电动势，其频率与列车速度（齿轮的转速）成正比。这样列车的速度信息就包含在感应电动势的频率特征里。经过频率一电压变化后，把列车实际运行的速度变换为电压值，通过测量电压的幅度得到速度值。b) 脉冲转速传感器方式：冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转动一周，传感器输出一定数目的脉冲，这样脉冲的频率就与轮轴的转速成正比。输出脉冲经过隔离和整形后，直接输入到微处理器进行频率测量并换算成速度和走行距离。2 无线测速定位方式n 无线测速

15、定位方式抛开轮轴旋转产生的速度信息，利用外加信号直接测量车体的速度和位置，因此又称为外部信号法。目前提出的有雷达测速方式和卫星定位方式等。由于这类方法不由轮轮旋转获得信息，因此能有效地避免车轮空转、滑行等产生的误差，但精度受到无线电波的传播特性等素的影响。这一类方法尽管目前正得到推广应用，预计在设备小型化、可靠性、适用性和价格等方面取得更大突破后，将逐渐取代传统方式而成为未来列车测速定位方式的主流。这一类方法包括雷达测速方式：它是利用多普勒效应原理实现的。向移动体上发射一定频率的电磁波，反射波与人射波之间会产生频差，这个频差与移动体的速度成正比，这就是多普勒效应。在机车上安装雷达，它始终向轨面

16、发射电磁波，由于机车和轨面之间有相对运动，因此在发射波和反射波之间产生频差，通过测量频差可以计算出机车的运行速度，并累计求出走行距离。GPS测速定位方式等：GPS测速定位的原理是：卫星连续地发送可跟踪的唯一编码序列，用户接收机调出卫星到接收天线的传播时间，乘上电波传播速度，可以算出卫星到用户的距离。若接收到4颗卫星的信号，即可实现3维定位（经度、纬度和高度），进而求出速度。GPS采用两类码型：CA码又称明码，提供民用定位，其精度较差，定位精度大约在50米之内； P码为保密码，不对民用开放，它用于精度较高的测距，其三维空间定位精度优于10米。十三、简答 惯性传感器原理？惯性传感器n 陀螺(Gyr

17、oscopes): 其输出是沿输入轴方向正比于角速度的信号n 加速度计(Accelerometers): 其输出是沿输入轴方向正比于惯性加速度和重力加速度分量的合成信号n 每一个轴加速度计的输出为一正比于所有的加速度在其上分量之和的电压。n 利用惠斯顿电桥的原理，在加速时，作用力使得电桥不平衡，从而产生正比于加速度的电压。十四、简答 城市轨道交通的发展方向：n 由轨道电路向基于通信的方向发展。n 系统化。n 通信信号一体化。n 标准化和开放化。十五、简答CTCS0CTCS4级比较？十六、简答CTCS2 与CTCS3原理与比较？1、CTCS2n CTCS2列控系统通过 ZPW2000轨道电路发送

18、行车许可，列控车载设备根据轨道电路信息码，并结合应答器信息控制列车安全行车。n 中国铁路列控系统CTCS2：n CTCS2列控系统主要用于200250km/h客货混运客运专线,主要设备包括：车载ATP、列控中心、微机联锁、调度集中CTC、应答器、ZPW2000轨道电路，并已基本实现国产化。 n CTCS2列控系统采用轨道电路加点式应答器作为信息传输手段，实现列车运行的安全控制。n 经过改造的既有线也采用CTCS2列控系统，并在时速200公里提速线路上应用。n 通过在时速300公里和200公里跨线列车上装备CTCS2和CTCS3车载系统，实现高速列车的跨线运行。2、CTCS3n CTCS3系统采

19、用GSM-R无线通信传输列控信息，主要由车载ATP、无线闭塞中心RBC、微机联锁、调度集中CTC、应答器、ZPW2000轨道电路构成，在引进消化吸收关键技术的基础上，通过系统集成创新，我们将建立符合中国国情路情的、世界一流水平的高速铁路CTCS3列控技术体系。十七、简单 虚拟轨道电路？n 虚拟/逻辑闭塞 (Virtual/Logical Block)：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，在一个原固定闭塞分区可以被分为几个虚拟分区，列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，列车位置的分辨率也为一个虚拟分区（一般为几十米），制动的起点可以延伸，但终点总是某一虚拟分区的边界，对列

20、车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式，要求运行间隔越短，分区数也越多，但设备基本不增加。 十八、轨道交通信号系统的发展方向？n 系统化。向集调度指挥、运行控制及自动驾驶为一体的功能完善、层次分明的综合自动化系统方向发展。n 网络化。地面局域网、广域网及车地间的无线通信网将控制中心、车站及列车连成一个有机整体。n 信息化。网络化使各类信息上通下达，准确获得各类实时信息，在保证安全、高效运营的同时，大大提高维护、旅客服务水平智能化。n 智能化。智能化使调度指挥系统根据运输实时情况，借助先进技术及时自动调整，实现列车的无人驾驶。n 标准化和开放化。十九、GPS原理及组成？n 共有24颗卫星绕着地

21、球转，它们全天候地昼夜发送高精度的、连续的、实时的定位和定时信息。提供给用户三维坐标、三维速度分量和精确定时。n GPS系统由三部分组成：n 空间部分n 控制部分n 用户部分地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。二十、故障-安全包括？失效：失效是导致错误的主要原因n 系统或系统的部件不能在规定的限制内完成所需的功能；n 一个功能单元执行所要求功能的能力的终结；n 程序操作偏离了程序需求；故障：由于错误造成系统部件或程序或系统丧失必要的功能。 按时间间隔分：永久性故障、瞬时性故障； 按值分为：确定值故障、非确定值故障； 按故障影响的范围分：局部故障、分布式故障。错误：指系统陷入不正常

22、或执行非正常操作。失误：人为的失败或错误。危害：有可能给人类或财产带来不良影响的事件。风险：用来表示危及安全性的事件发生频度以及事件危害程度。容错：指一个系统发生故障后能提供需求的功能的存活属性。二十一、对铁路信号 故障-安全的理解？1、 故障-安全最初源于铁路信号领域； 铁路信号故障-安全技术随铁路控制系统的不断进步而发展起来；n 最初：系统故障时把信号显示变为让列车停止的红灯为安全侧；n 现在：故障-安全的实现是以非对称错误特性的信号继电器和闭路原则为基础，实现信号设备的整体性的故障-安全；n 随着可靠性理论的发展，将揭示出故障-安全应是一个具有概率特性的概念；n 信号设备的故障-安全特性

23、是建立在设备的可靠性基础上。2 铁路信号安全技术的系统化n 设备失效时使能量减少到最小。如信号继电器和道口拦木；n 设备故障时维持现状为安全侧。如道岔控制系统；n 联锁法。使误操作或误判断不致造成危及行车安全的后果；n 安全侧分配法。n 危险侧故障率最小化技术：在某些情况下，采取安全措施达不到故障-安全的要求，但可以使发生危险侧故障的概率降低。如电源双断法、电源隔离法、时间联锁法等。n 防错办技术：即使发生人为错误操作，仍使系统处于安全侧的技术。n 故障弱化技术： 当设备或系统的局部发生故障时，设备或系统的某些功能有所减弱，但在整体上仍能使设备或系统持续执行一定功能的技术。如维持最低功能法、灯

24、光显示转移法、迂回进路法、引导信号法、故障解锁法。n 储备：热备和冷备。n 故障检测和诊断：故障定位；故障查找；n 故障恢复n 多重化技术n 安全余裕技术：参数余裕、时间余裕二十二、 信号设备计算机化的特点1、 从使用的器件来看：现有的信号设备是由具有非对称性错误特性且故障模式可知的器件作为基本故障-安全单元；计算机化信号设备是由具有对称性错误特性的集成芯片组成；2、 从使用的技术来看：现有设备是靠信号继电器的结构设计和继电器电路的合理设计确保故障-安全；计算机化的信号设备是依靠可靠性理论和容错技术，通过对软件和硬件的避错和容错设计；3、 从设备的功能来看：现有信号设备功能少，基本任务是保证行车安全，故障查找困难；计算机化的信号设备功能多，速度快，智能化程度