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CTCS3级车载设备介绍摘要:列控系统是高速铁路的关键技术之一,是铁路运营的安全保障。
CTCS3级列控系统符合CTCS3级标准要求。
文章对CTCS3级列控系统车载设备进行研究,分别介绍了列控系统总体结构和车载设备结构、接口和信息交互。
CTCS3级列控系统车载设备的研究对中国铁路列控系统的技术发展具有深远的意义。
关键词:CTCS;列控系统;车载设备铁路是国民经济的大动脉和发展基础,在综合运输体系中起着重要的作用。
中国铁路决定把发展客运高速作为实现现代化的一个主要方向。
建立中国铁路自己的列控核心技术和关键装备体系,是中国高速铁路建设的关键之一,我们在应用CTCS2级列控系统的基础上进一步开发了全世界最先进的CTCS3级列控系统。
在我国铁路获得高速发展的同时也面临许多挑战,例如高速运行条件下,需要先进的列车运行控制系统来保证列车运行时的安全和效率。
经过第七次大面积提速,目前我国铁路已有时速200km及以上的线路6400多km。
随着列车运行速度、密度的大幅度提高,不同速度等级列车的跨线运行,保障高速条件下铁路运输安全的任务十分艰巨,对列控系统的可靠性、安全性和可维护性提出了更高的要求。
根据铁道部和用户的需求,确立以欧洲铁路标准体系为参考标准,依据《CTCS-3级列控系统功能需求规范(FRS)(V1.0)》编写了CTCS-3级列控系统的系统需求规范。
文章首先介绍了CTCS3列控系统,进而介绍了CTCS3级列控系统车载设备。
1CTCS3级列控系统1.1CTCS3级列控系统概述CTCS3级列控系统基于GSM-R无线通信技术,兼容CTCS2级列控系统,符合CTCS3级标准要求,满足最高运营速度350km/h、列车正向运行追踪时间间隔3min的要求。
CTCS3级列控系统包括车载设备和地面设备两大部分。
车载设备负责接收地面命令,生成速度模式曲线,监控列车运行,保证列车行车安全。
其中,车载安全计算机和RBC是CTCS3级列控系统的关键设备,负责处理大部分的CTCS3级业务。
7 列控车载设备7.1 一般要求7.1.1 列控车载设备应具备以下基本功能：1.在不干扰机车乘务员正常驾驶的前提下有效地保证列车安全运行。
2.在任何情况下防止列车无行车许可运行。
3.防止列车超速运行。
4.防止列车溜逸。
5.具有车尾限速保持功能。
6.规定范围内的车轮打滑和空转不影响车载设备正常工作。
7.人机界面为机车乘务员提供必须的显示、数据输入及操作。
8.在启动时和运行中，可自检设备状态。
9.记录重要的数据和动作状态。
7.1.2 CTCS-2级列控车载设备由车载安全计算机（VC）、轨道电路信息接收模块（STM）、应答器信息传输模块（BTM）、列车接口单元（TIU）、记录单元（DRU）、人机界面（DMI）、速度传感器、轨道电路信息接收天线、应答器信息接收天线等设备组成。
CTCS-3级列控车载设备由车载安全计算机、无线信息接收单元、人机界面单元、轨道信息接收单元（含轨道信息接收天线）、应答器信息接收单元（含应答器信息接收天线）、测速测距单元（含测速传感器/雷达）单元、GSM-R移动台（含GSM-R天线）、制动接口单元、记录单元、隔离开关、动态监测设备（DMS）等构成。
7.1.3列控车载设备应采用目标距离-连续速度控制模式监控列车安全运行。
7.1.4列控车载设备在下列条件下应可靠工作：1.工作环境温度：车辆内部空气温度：-25℃～+45℃；直接邻近电子元器件处的空气温度可在-25℃～+70℃内变化。
2.车外空气温度：-40℃～+70℃。
3.工作电压：额定工作电压：DC 110 V最大工作电压：DC 138 V最小工作电压：DC 77 V4.工作电流：最大功耗电流小于10 A （根据不同设备确定）。
最大脉冲电流小于额定工作电流的5倍。
7.1.5列控车载设备响应时间应满足下列要求：1.在轨道电路信息一直有码的条件下，信息接收应变时间：≤3.5s。
2.轨道电路信息从有码到无码的条件下，信息接收应变时间：≤4.8s。
CRH2型动车组列车运行控制系统车载设备概述列车运行控制系统ATC(AutomaticTrainControl)是铁路运输的基础设施，是保证列车运行安全、提高运输效率、实现铁路统一指挥调度的关键技术设备，也是铁路信息化技术的重要技术领域。
列车运行控制系统ATC(AutomaticTrainControl)包括3个子系统：列车超速防护系统ATP(AutomaticTrainProtection)；列车自动操作系统ATO(AutomaticTrainOperation)；列车自动监控系统ATS(AutomaticTrainSupervision)。
在我国铁路领域中，列车自动操作系统ATO的应用目前尚未提到日程，所以不常提及，目前主要采用列车超速防护系统ATP，以下简称“列控系统”。
(1)CRH2型动车组列控系统的组成列控系统由地面和车载设备构成，见图16.1。
列控ATP的控制中心在地面。
它以地面控制中心的信息作为列车运行指令的信息源，通过轨道电路和应答器设备获取前方运行区段的运行线路参数信息，以应答器等设备自动校核列车走行位置，实现对列车运行速度的安全监控和列车运行实际参数的采集、记录，车载ATP本身具有主体机车信号、通用式机车信号功能。
地面设备由车站列控中心，地面电子单元(LEU)、点式应答器、ZPW-2000A(UM)系列轨道电路、车站闭环电码化、车站计算机联锁等组成。
ATP地面控制中心与CTC或TDCS联网，实现运输指挥中心对列车的直接控制，达到了车地一体化的列车控制能力。
CRH2型动车组车载列控系统同时装备ATP车载设备和列车运行监控装置LKJ2000，如图16.2。
车载设备由车载安全计算机、轨道信息接收单元(STM)、应答器信息接收单元(BTM)、制动接口单元、记录单元、人机界面(DMI)、速度传感器、BTM天线、STM天线等组成。
车载设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数据，生成控制速度和目标距离模式曲线.控制列车运行。
CTCS2-200C型列控车载设备构成及原理分析随着时代和科技的进步，中国的国力日渐强盛，高速铁路呈跨越式发展，中国的高铁也成为我国递给世界的名片。
高速铁路的最大特点和优势就是速度快、列车密度大、载客量达、行车间隔短、乘客舒适感强，因此，高速铁路对行车安全更高，保证行车安全的难度也更大。
这就不得不提列控车载设备。
它不仅是控车运行的设备，它的更大职责是保证列车运行的安全。
本文就是对列控车载设备的一种——CTCS2-200C型列控车载设备的分析。
CTCS是中国列车运行控制系统的英文缩写，它是一种制定规则。
它的前身是ETCS（欧洲列车运行控制系统），我们通过不断的学习、超越，最终制定了我们的标准。
CTCS一共分为五个级别，分别为CTCS0、CTCS1、CTCS2、CTCS3、CTCS4。
CTCS0级为既有线状态，由通用式机车信号+列车运行监控装置构成。
CTCS1级由主体机车信号+安全型运行监控装置组成。
CTCS2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统。
面向提速干线和高速新线，采用车—地一体化设计。
CTCS3级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。
面向提速干线、高速新线或特殊线路，采用基于无线通信的固定闭塞或虚拟闭塞。
CTCS4级是基于无线传输信息的列车运行控制系统。
面向高速新线或特殊线路，基于无线通信传输平台，可实现虚拟闭塞或移动闭塞。
CTCS2-200C型列控车载设备由车载安全计算机、轨道电路信息接收模块、应答器信息接收模块、应答器信息接收天线、速度传感器、人机界面及LKJ接口等部分构成。
其主要完成的功能有（1）轨道电路信息接收功能；（2）载频锁定功能；（3）应答器信息接收功能；（4）速度、距离计算；（5）制动输出功能；（6）防溜逸功能；（7）显示和提示功能；（8）记录功能；（9）LKJ接口功能；（10）与动态监测设备接口功能；（11）EMU的接口功能。
车载设备主机是系统的核心部件，其包括对外连接器、组匣和空气过滤层。
行车设备（ATP）讲义目录第一章200H列控车载信号设备构成 (3)第二章300T列控车载信号设备系统构成 (8)行车设备（ATP）第一章200H列控车载信号设备构成200H列控车载设备由主机、人机界面、速度传感器、应答器信息接收天线、轨道电路信息接收天线等部分组成。
系统构成如图：图2-54 200H列控车载设备系统构成图车体NFB盘：向列控车载设备提供电源，并控制电源开关。
车体司机操作手柄：将车体操作手柄的信号（牵引、制动、零位、向前、向后）传递给列控车载设备。
列车运行监控记录装置（LKJ）：属于车辆监控设备，在CTCS-1/0级之间运行时作为控车设备。
车体制动控制单元：包括车体制动控制配电盘和车辆BCU（制动控制单元）等，将列控车载设备的制动指令传递给制动控制设备。
车辆MON减速器：集中管理车辆运行和搭载车辆设备动作等相关信息。
1．车载设备主机车载安全计算机（VC）、轨道信息接收单元（STM）、应答器信息接收单元（BTM）、制动接口单元（TIU）、记录单元（DRU）等设备组装放在机柜内，称为车载设备主机。
车载设备主机的外观如图2-55 所示。
图2-55车载设备主机外观图（1）安全计算机（VC）①功能VC是列控车载设备的核心部分，负责从车载设备各个模块获取信息，依据轨道电路信息、列车制动力、线路坡度、列车运行速度和列车编组等信息，按照列车牵引计算模型的要求，生成制动模式曲线并把列车运行速度与模式曲线比较，必要时通过故障安全电路向列车输出制动信息，控制列车安全运行。
②组成VC是列控车载设备的运算单元，由功能完全相同的2 个系统（第1 系统，第2 系统）构成。
各个系统有功能相同的2 个CPU（A 系，B 系）。
两系CPU 的处理结果相比较，如果A 系、B 系这2 个CPU 的处理结果不一致，则作为故障处理。
VC是由1个单元构成的（列控车载设备车上装置是1 单元×2 的2 重系统构成）、属于2×2 取 2 结构。
CTCS-2级列控车载设备基础知识1.列控车载设备由哪些部分组成？答：列控车载设备由主机、人机界面（DMI）、STM及其线、BTM 及其天线、速度传感器及其他附属装置（NFB配电盘速度分配器、风扇与风扇逆变器、浪涌吸收器、连接器与电缆组成。
2.列控车载设备主机由哪些部分组成？答：列控车载设备包括安全计算机（VC）、轨道电路信息接收模块（STM）、应答器信息传输模块（BTM）、列车接口单元（DIU）、运行记录单元（DRU）。
3.安全计算机的作用是什么？答：安全计算机（VC）是列控车载设备的核心部分，负责从列控车载设备各个模块搜集信息，生成制动模式曲线，必要时通过故障-安全电路向列车输出制动信息，控制列车安全运行。
安全计算机为二乘二取二结构，以保证列车控制的安全性和设备的冗余性。
安全计算机的核心安全逻辑由FS-LSI实现。
4.轨道电路信息接收模块的作用是什么？答：轨道电路信息接收模块（STM）通过天线接收轨道电路信号，解调轨道电路上传的信号信息，将解调的信息传递给安全计算机。
STM 可以接收最多16种载频，包括国产移频以及ZPW-2000、UM71系列轨道电路信息。
STM可根据应答器信息、轨道电路载频锁定信息、司机操作锁定可接收的载频。
5.应答器信息传输模块的作用是什么？答：应答器信息传输模块（BTM）通过BTM天线，接收符合应答器信息定义标准的信息，经过校核后，将正确的信息传输至安全计算机。
应答器信息包括线路参数信息、进路信息、临时限速信息以及级间切换等信息。
6.列车接口单元的作用是什么？答：列车接口单元的作用是核对车载安全计算机各系统输出的制动指令，对两套车载安全计算机输出的制动指令进行“或”操作后，作为系统的最终输出。
7.列控车载设备运行记录单元的作用是什么？答：运行记录单元（DRU）记录列控车载设备的动作、状态、司机的操作等信息，采用PCMCIA卡作为存储介质，通过读卡器可将数据下载至地面分析管理微机，进行设备运行状况分析。
第13讲CTCS-2级列控系统车载设备一、CTCS2车载设备及其功能主要功能：列控数据采集，静态列车速度曲线计算，动态列车速度曲线的计算，缓解速度的计算，列车定位、速度的计算和表示、运行权限和限速在DMI上的表示。
运行权限和限速的监控，在任何情况下防止列车无行车许可运行，防止列车超速运行，防止列车溜逸。
列车超速时，车载设备的超速防护具备采取声光报警、切除牵引力、动力制动、空气常用制动、紧急制动等措施。
车载设备发生故障时，及时报警提醒机车乘务员并对故障设备进行必要的隔离。
司机行为的监控、反向运行防护、CTCS2信EB, SB图1 列控车载系统组成CTCS 2级车载设备结构如图1所示，动车组的两端各安装一套独立的ATP车载设备；总体结构采用硬件冗余结构，关键设备均采用双套，核心设备采用三取二或者二乘二取二结构;力求达到高安全性和可用性：安全等级达到SIL4级。
车载设备主要包括以下内容。
1）车载安全计算机(VC)：车载安全计算机是ATP装置的核心部分，负责从ATP各个模块搜集信息，生成制动模式曲线，必要时通过故障-安全电路向列车输出制动信息，控制列车安全运行。
为了保证列车控制的安全性和设备的冗余性，安全计算机一般采用二乘二取二或者二取二冗余结构，安全等级达到SIL4级。
2）应答器信息接收模块(BTM)：BTM天线接收来自地面应答器的信号，传输至BTM模块进行信息解调处理。
BTM是一个采用二取二技术的故障-安全模块。
通过一个专用信息接口和安全计算机同步。
同时它还提供通过应答器中点时的确切时间，能够让ATP 车载设备在几厘米的准确范围内进行列车定位校准。
3）连续信息接收模块(STM)：通过STM天线接收轨道电路信号，解调轨道电路上传的信号信息，将解调的信息及时传递给安全计算机和列车运行监控记录装置。
STM 模块是安全模块，可接收ZPW-2000系列轨道电路及4信息、8信息、18信息等传统移频轨道电路的信息。
