黄玉祥

（武汉铁路局电务处，武汉 430071）

CTCS-0级列控系统改造技术研究

黄玉祥

（武汉铁路局电务处，武汉 430071）

对CTCS-0级列控系统改造的总体技术方案进行阐述，对地面应答器的设置方案，需调整增加的内容，CTCS-2区段的适应性改造，LKJ及附属设备的改造方案进行系统说明。

CTCS-0；列控系统；LKJ；研究

1 既有线列控技术现状

在既有机车上装备的列车运行监控记录装置LKJ2000结合机车信号设备使用,也就是CTCS-0 (简称C0)级列控系统,具有列车速度超速防护功能,在既有线上为保障行车安全,提高运输效率,发挥了重要作用。但C0级列控系统当时的设计是以地面信号为主,用机车信号+监控装置控车,信息源头不可靠,同时也不是安全设计;人工可随时干预,不符合中国列车运行控制系统(CTCS)基本原则,非地车一体化设计,同时现在铁路建设工作异常繁重,涉及的LKJ数据换装施工压力很大。为了提高现有列控设备的安全性,同时又适应我国铁路装备的现实情况,C0级列控系统改造的技术研究迫在眉睫。

2 既有线列控系统需重点解决的问题

一是LKJ基础数据全部下移,车载设备储存方式改为由应答器提供方式,消除频繁更换车载数据的问题 。二是LKJ根据应答器位置及提供的数据校标,以提高列车定位的精度和准确性。三是基本取消司机支线号选择操作和出站对标操作。四是应答器提供反向控车基础数据,满足列车反向运行监控需求。

3 既有线列控系统改造的主要技术原则

一是采用地面应答器设备提供LKJ基础数据。二是维持既有LKJ设备的基本结构,维持LKJ的操作方式、控制模式、显示界面。三是充分利用应答器提供的信息资源,进行LKJ导航显示,实现信息资源利用的最大化。四是充分利用CTCS系统已定义的应答器报文,在列控区段能够使用;新增部分报文,按CTCS系统技术规范进行定义。五是技术方案可适用于分步实施、分阶段实施的要求。六是运营线路基础数据变化时,仅需修改相应的应答器报文。

4 既有线列控系统改造总体技术方案

既有C0区段,在车站附近增设部分无源应答器,用于提供列车运行监控装置(以下简称LKJ)基础数据。车载设备增加应答器传输模块(以下简称BTM),用于接收应答器数据。LKJ进行相应的软硬件改造,实现与控车有关的基础数据下移。临时限速信息仍通过IC卡提供。机车车载设备改造完成后,在C2区段直接使用C2系统应答器提供的基础数据和临时限速信息。运行在尚未改造的C0区段,维持车载存储基础数据方式。

5 C0改列控系统架构

图1 CO改列控系统结构图

系统由JT-C系列机车信号+LKJ设备+应答器等设备构成,如图1所示。地面轨道电路连续提供前方轨道电路闭塞分区空闲信息(4～5个闭塞分区)、以及对车载测距进行校正;应答器用于列车位置修正,并提供线路速度、线路坡度、轨道区段、里程坐标等线路信息;LKJ根据应答器信息和机车信号信息计算目标-距离模式曲线,并监控列车运行。

5.1 地面设备构成

由车站联锁设备对列车进路进行控制。轨道电路编码设备对轨道电路连续信息进行控制。轨道电路设备用于列车占用轨道及列车完整性检查,同时作为地-车间连续信息的传输媒介,连续向列车传送机车信号信息。应答器设备用于传送精确的定位信息、必要的线路基础数据等。

5.2 车载设备构成

机车信号设备用于轨道电路信息的接收与处理。BTM用于应答器信息的接收与处理。LKJ设备对列控车载综合信息处理,监控列车运行。人机接口单元提供车载设备与列车司机进行人机交流的接口。制动接口单元提供车载设备与列车制动系统间的接口。

6 C0改列控系统主要技术难点

C0改列控系统的主要技术难点包括:车载设备LKJ及相关设备的适应性改造,复杂区段的应答器设置及相关报文应用,C2区段的适用性改造等。

6.1 基于LKJ2000列车运行监控装置升级改造的列控车载设备技术方案

基于现用LKJ2000列车运行监控装置技术,借鉴国内外列车自动防护(ATP)及列车自动控制(ATC)的先进技术和经验,新一代列控车载设备的硬件架构如下: 车载系统应包含主机单元、 扩展单元、 人机界面单元、 应答器信息接收处理单元、轨道信息接收处理单元(机车信号)、 压力传感器、速度传感器等。以三取二架构的安全计算机作为列控车载设备的控制核心。增加列车定位和车地信息交互的技术手段,提供与点式应答器的接口。基于主体化机车信号,通过串口与机车信号通信,通过冗余信息和数据的校验,保证信息的正确使用。采用多传感器融合技术,结合光电、雷达、卫星定位测速的优点,通过冗余互补保证测速测距信息的准确性、可靠性和安全性。支持失电制动方式,使用安全型继电器作为系统的控制输出机构。人机界面单元双冗余,在主显示器故障情况下,可以人工切换至备用显示器,维持机车运行。整合现用LAIS设备,用于车载设备质量及行车信息的实时监测,运行记录数据及各功能模块监测数据的远程下载,实现车载控制数据的远程更新,实现C0级区段临时慢行限速数据的远程传输。

6.2 地面应答器报文内容的调整

C0改造区段应答器报文原则上与C3级和C2级列控系统一致,在此基础上增加若干新定义的信息包,主要是区间制式信息包［CTCS-101］:描述区间信号显示制式、区间线路编号、区间线路序号(三线四线)、长链信息;股道信息包［CTCS-102］:描述车站进路限制速度与长度(含直股发车数据和直股线路编号);其他特殊用途信息包,主要提供LKJ基础数据中特殊控制标识。在轨道区段信息包［CTCS-1］中增加移频、25 Hz、50 Hz、75 Hz交流计数等轨道电路类型,用于适应既有线部分信号设备未改造区段的轨道电路特点。在速度信息包［ETCS-27］中增加货运列车类型限速的定义,用于适应客车、货车限速不一致区段的限速控制。

6.3 C2区段兼容性改造方案

C2区段各站须补齐列控中心存储的全部进路数据。正线无源应答器线路速度信息包［ETCS-27］中增加一种货车限制速度信息。在接近区段应答器组中增加里程信息、文本信息。在出站端外方应答器组中增加里程信息、下站最小道岔、正线股道号。LKJ在C2区段直接使用C2系统应答器提供的基础数据和临时限速信息。

6.4 C0区段应答器设置方案

在既有C0区段车站附近设置无源应答器组,无源应答器组集中设置在车站四个端口,正反向进站信号机外方,提供线路基础数据,如图2所示。

图2 CO区段地面应答器设置

在车站二接近区段设置一无源应答器组,实现列车定位并发送股道接车和最不利发车信息。对于少量存在多条支线且可高速(大于80 km/h)通过联络线时,可根据需要设置有源应答器组和LEU设备,并与车站联锁接口。对于枢纽和特殊复杂站场,利用应答器重定位原理设置无源应答器,逐段更新并提供线路基础数据。对于个别特殊需求(货车接车靠标困难,客车接车靠标困难,一离去过短,发车绿灯确认等),补充无源应答器。为了取消司机输入侧线股道号操作,可在每个侧线股道中央增加2个无源应答器构成的应答器组,提供相应股道信息,如图3所示。

图3 侧线股道接车信息范围

在单个联络线道岔入口外方设置无源应答器组,利用股道信息包发送经道岔侧向运行的支线线路数据,如图4所示。当列车在道岔外方区段接收到UU或UUS码后,根据默认股道信息监控列车运行。在道岔后方设置一组无源应答器(重定位)发送支线线路数据,LKJ车载设备根据接收的应答器信息监控列车运行。道岔入口外方设置的无源应答器组发送经道岔侧向列车运行至岔后重定位应答器组再延伸一个制动距离的线路数据。由重定位应答器组发送后续数据。

图4 单个联络线无源应答器组设置一

当存在多条支线且可高速(大于80 km/h)通过的联络线时,可根据需要设置有源应答器组和LEU设备,并与车站联锁接口, 如图5所示。LEU设备根据进路信息选择存储的报文,控制有源应答器发送对应的支线线路数据。

图5 单个联络线无源应答器组设置二

7 结论

本文对既有线列控系统存在的问题,提出了JT-C系列机车信号+LKJ设备+应答器3要素构成的C0列控系统改造的实施方案。本文重点阐述了基于LKJ2000型列车运行监控装置的列控车载设备适应性改造方案,C0区段应答器的设置方案, C2区段的适应性改造方案。

The paper sets forth the overall technical scheme of CTCS-0 train control system reconstruction, and describes systematically the setting scheme of ground balises, newly added contents, applicability reconstruction of CTCS-2 section and reconstruction scheme of LKJ and ancillary equipment.

CTCS-0; train control system; LKJ; research

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.007

2014-04-21）