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利用轨间环线实现连续式列车运行自动控制

发布时间:2019-10-09 23:25:50

  利用轨间环线实现连续式列车运行自动控制

  进入20世纪90年代,世界上已有许多国家开发了各自的列车运行控制系统,在技术上具有代表性且已投入使用的主要有:德国的LZB系统,法国的VM300和TVM430系统,日本新干线的ATC系统等。这些系统的共同特点是:可以实现自动连续监督列车运行速度,可靠地防止人为错误操作所造成的恶性事故的发生,保证列车的高速安全运行。他们之间的主要区别体现在控制方式、制动模式及信息传输等方面。 1列车自动控制系统(ATC)的组成 列车运行控制系统(AutomaticTrainControl,ATC),主要由3部分组成:列车超速防护系统(AutomaticTrainProtection,ATP)、列车自动驾驶系统(AutomaticTrainOperation,ATO)和列车自动监控系统(AutomaticTrainSupervision,ATS)。 西门子的LZB系统是世界上首次实现连续速度控制模式的列车运行控制自动系统,于1965年以前开发,他利用轨道电缆作为车-地间双向信息传输的通道,利用轨道电路来检查列车占用。1965年在慕尼黑-奥斯堡间首次运用,德国已装备了2000km铁路线,1992年开通了西班牙马德里至塞维利亚471km高速线。 LZB列车运行自动控制系统包括:操作控制系统、计算机联锁系统、连续列车自动控制、轨道空闲检测系统、速度监测系统、列车安全间隔系统、紧急制动系统、来往车辆方向监测系统、静止状态的监测系统、车门的释放系统、强制性限速系统、确保列车操作过程中的故障安全系统等。 不论采用何种方式进行列车运行控制,列车运行自动控制系统的关键是车-地信息的传递。车-地信息的传递通道一般有2种:无线传输和有线传输,有线传输可以分为利用钢轨传输、利用在钢轨间敷设的交叉电缆传输和点式设备传输。 2LZB自动列车控制系统的特点 LZB连续式自动列车运行控制系统根据信号命令、列车运行信息、地面线路条件等因素制定机车运行速度曲线,实时传递给机车,机车接收到相关信息后,根据速度运行曲线自动控制列车运行。 轨间环线传递车-地信息的方式是一种既能保证行车安全,又能提高运行效率的准移动闭塞制式,他采用在钢轨中间敷设交叉环线(地铁一般25m交叉一次,大铁路一般100m交叉一次),来实现车-地信息的双向传递,车-地之间传递的是数字编码信息,是一种数字化的信息方式,信息的传输量大,降低了外界气候条件对车-地信息传递的干扰和影响,提高了系统的可靠性。 LZB连续式自动列车运行控制系统的主要特点有列车运行间隔时间比较段,前后车辆时间间隔可以小于120s,列车自动运行准点率比较高,地面信号机数量少,司机以地面信号作为主要的运行控制命令,行车指令连续显示,列车行驶速度连续监控,适用于大容量运输系统。 3LZB系统的结构 LZB自动列车运行控制系统主要由两大部分组成:车载设备和地面设备。 3.1地面设备 地面设备主要由控制中心、轨间感应环线和轨旁单元等组成。 3.1.1控制中心

  控制中心主要是接收和发送相关的列车运行控制信息。 接收信息[HTSS]控制中心通过轨间感应环线等设备接收信号开放条件、线路条件、区间临时限速、列车信息(制动类别、列车长度、制动能力等)、列车动态信息、上一个控制中心传递来的控制权。 发送信息[HTSS]控制中心向列车发送控制命令、向下一个控制中心转移控制权、向调度监督中心报告列车位置列车速度等辅助信息。

  3.1.2轨间感应环线

  车-地信息利用敷设在钢轨中间的交叉感应环线进行,可以避免外界环境的影响和抗牵引电流的干扰,轨间电缆每隔一定距离(例如地铁中一般每隔25m,铁路上可以采用每隔100m)作一个交叉,一个中继器最多可以控制128个电缆环路,所以一个中继器的最大控制距离为:128 25=3200m(以地铁为例)。

  室内、室外设备联系用控制中心和沿线设置的若干个中继器两级控制方式来实现的。中继器是控制中心与轨间电缆的中间环节,他的功能是把控制中心的命令通过轨间电缆传递给机车,将机车信息传输给控制中心,控制中心与轨间电缆之间的信息交换,包括频率变换、电平变换、功率放大等都是通过中继器来完成的。

  列车运行具体未知的确定是通过地址码来实现的,我们用14位电码结构来表示列车的位置信息。其中最高位为列车运行方向码,第11~13位为对应中继器的代码,第4~10位为表示列车处于具体环路的粗地址码,当列车每驶过一个交叉点时,利用信号极性的变化,粗地址码就会加1,第1~3位为细地址码,当列车每驶过25m 1/8,细地址码就会加1。当控制中心接收到地址码后,通过解码就会确定列车的具体位置。 例如:当控制中心接收到的地址码为: 解码:

  (1)列车为下行方向;

  (2)中继器代码为:010(4#中继器);

  (3)粗地址码为:(十进制的11),即列车处于第11环路;

  (4)细地址码为:010(十进制的2),即列车处于11环路的25m 1/8 2=625m处。 最终定位为:

  25 128 4+25 11+625=1308125m

  这个距离就是列车距离控制中心的距离,各个列车的具体位置确定下来以后,车载防护系统根据计算出的或地面控制中心传递的列车最大允许速度来控制列车的运行及防护列车超速。

  3.2车载设备

  车载设备主要由车载计算机单元、感应接收线圈等设备组成,按三取二原理配备。车载计算机控制单元式控制系统的核心,控制单元主要通过车载感应线圈与地面轨道环线之间相互交换信息,从地面接收相关控制信息,同时可以通过感应线圈向地面传递列车的运行速度等信息,实现了地面-列车双方向信息传递。 LZB系统车内设有主体化机车信号,在机车上显示列车实际速度、目标速度、目标距离、应有速度等。 4列车控制的基本原理

  地面控制中心按地理位置存储了各种地面信息(线路坡度、曲线半径、缓行区段的位置与长度等),此外,沿线的信号显示、道岔位置、列车的有关信息(车长、制动率、所在位置、实时速度等)不断地经过轨间电缆传输到地面控制中心。地面控制中心根据线路状况、列车运行的位置和前后列车之间的运行间距计算出列车所允许的最大运行速度,地面控制中心将此信息通过轨间电缆传递给机车,由车载计算机来控制列车的运行,如果列车的运行速度低于最大允许速度,车载防护系统不启动,如果列车的运行速度超过最大允许速度,车载防护系统启动,对列车进行制动,以降低列车运行速度,当然地面控制中心计算出的最大允许速度是根据线路状况、列车运行的位置和前后列车之间的运行间距随时改变的。还有一种方法就是由地面控制中心不对列车的允许运行速度进行计算,而仅仅将线路状况、列车运行的位置和前后列车之间的运行间距等信息通过轨间电缆传递给机车,由车载计算机计算出列车的最大允许速度,并由计算机来控制列车的运行。 5列车运行安全防护距离

  LZB列车运行控制系统属于准移动闭塞方式,列车仍以闭塞分区为最小行车安全间隔,但根据目标速度和目标距离随时调整列车的可行车距离,该种方式后续列车所知道的目标距离是距前车或目标地点所处轨道电路区段边界的距离,不是距前车的实际距离。

  LZB列车运行控制系统的安全防护距离设置一般有2种方式。

  一种是,列车追踪运行的最小安全间隔的最大值为安全保护距离加一个闭塞分区长度;列车最小正常追踪运行间隔为安全保护距离加一个闭塞分区长度再加最高允许速度下使用常用制动直至停车的制动距离。

  另外一种是,列车追踪运行的最小安全间隔的最大值为安全保护距离;列车最小正常追踪运行间隔为安全保护距离加最高允许速度下使用常用制动直至停车的制动距离。

  这种准移动闭塞方式还是以轨道电路分界点来分段确定目标距离的。后续列车所知道的目标距离是距前车或目标地点所处轨道电路区段边界的距离,不是距前车尾部的实际距离,因此,根据目标速度和目标距离随时调整的列车可行车距离是 跳跃式 的,即在列车尾部依次出清各电气绝缘节时 跳跃式 跟随。因此,列车的追踪间隔和列车控制精度除取决于线路特性、停站时分、车辆参数外还与ATP/ATO系统及轨道电路的特性密切相关,如轨道电路的最大和最小长度、传输信息量的内容及大小、轨道电路分界点的位置等。 6结语

  LZB系统由于车-地信息传递采用轨间电缆,数据传输受外界的影响比较小,避免了牵引电流的干扰,数据传输不受隧道、高山、森林和其他通信信号的干扰,但是信息传输要另外敷设轨间电缆,不利于机械化养护,造价成本较高,受防盗及工务线路养护等因素的限制,更加适合在地铁、轻轨运输系统使用。查阅:已获批28个城市的轨道交通线路规划详解图(更新中)查阅:2012年全国各省市城市轨道交通项目概览(更新中)查阅:城市轨道交通中标企业

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