中国高速铁路信号系统的发展与应用
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作者: 卢德培
简要介绍中国铁速铁路信号系统的发展,重点介绍高速铁路信号系统的基本组成,高速铁路信号系统的调度控制中心、车站联锁及车载设备间控制原理,状态信息的传送原理等,为从事高速铁路信号工作做些基础准备。
信号;信息控制;系统功能;技术应用
信号系统是铁路运输的核心设备,是铁路运行控制的神经中枢系统,高速铁路信号控制系统在保证高速铁路行车安全、提高运输效率中起着关键性的作用。了解、掌握高速铁路信号控制原理和控制过程,使信号控制系统正常发挥效用,是高速铁路安全、准点运行的重要保障。
1.信号与信息控制技术
进入20世纪60年代,随着电子技术的发展,电子设备和电子器件开始引入铁路信号控制系统。车站联锁由电气集中向电子设备集中转化,区间设备也由半自动闭塞向移频(FSK)自动闭塞、相键(PSK)自动闭塞和调幅(ASK)自动闭塞等制式发展,由于电子系统动作速度加快,可靠性提高,并且信息量大,为高速铁路的信号控制系统的电子化、信息化奠定了基础。
70年代初世界第一代微处理联锁机的问世,使铁路信号控制的微电子控制时代迎来生机,在微机信号控制系统中,显著的特点是信息的容错技术得到了提高,所谓容错控制技术(Fault-Tol-erance Control),是指通过系统设计方式,使得在控制系统元器件、甚至是模块故障情况下,系统通过冗余控制技术,将故障部件信息覆盖或屏蔽,输出正常状态的工作信息,即在局部设备故障的情况下,系统仍能维输出满足需要的工作信息,维持系统的工作效用,保证系统正常工作。
随着信息技术的发展,在信息运用技术、信息自动化、信息优化与信息智能化等四个方面的发展。
信息化技术是把客观的物理概念进行数字化处理,输入到计算机进行数据处理,按照优化技术生成某种预定的技术指标,在一定约束条件下求得最优解;信息智能化是信息处理的最高境界,包括信息的理解、推理、分析、判断等方面。信息智能化的重要标志是信息对知识的表述和应用。
2.高速铁路信号技术的应用
铁路信号控制系统原以继电器为主件的分散控制技术,如电气集中联锁,区间半自动继电器闭塞等,称为信号系统的联锁、闭塞技术。信号联锁和闭塞技术通过信息的逻辑处理,最终以地面信号机给出三种基本颜色——红、黄、绿(进站、出站可以是黄绿组合)的信号显示指挥列车运行。
高速铁路的信号控制技术,是以电子器件或微电子器件的集中处理、分散控制,即所谓集散式控制方法,实现车站、区间信息变换、传递和处理的控制方式,信号控制系统分为行车指挥自动化与列车运行自动化两个方面,控制列车运行的信号显示以车载机车自动信号为主,地面信号为辅的运行方式。由于列车运行速度高、密度大,区间信号机采用——红、黄、黄绿、绿显示,通过数字轨道电路传递列车运行信息,后续列车运行过程中实时了解前行列车的目标距离、目标速度,及安全停车位置信息,并通过列车车载自动控制系统实行列车的正常制动、非常制动,实现列车自动停车控制。
3.高速铁路信号控制系统的特点
分散控制、集中管理的大规模综合列车运行自动控制,信息显示的综合运用系统。
较高的容错控制技术及安全控制能力,调度中心发布控制命令、监督信号系统的运行状态和列车位置信息等,是信号控制和信息管理的上层机构,命令的下达和执行还要通过车站、区间的执行设备才能完成,如果调度中心的计算机故障,可改由人工控制,通过区域信号控制设备实现建立进路、解锁进路、区间闭塞等功能。车站的联锁、闭塞设备通过驱动设备实现就地安全控制。
较强的信息处理能力,较强的系统运用灵活性,能够实现行车调度指挥、运行控制和列车运行信息管理的综合控制。
人机控制,通过调度员输入的控制程序或调度员、车站值班员在控制台的人工控制,运用(带有冗余的)计算机硬件、软件的实现自动、人工逻辑控制。
以上控制特点可以描述为高速铁路列车控制的C4I系统(即计算机、控制、指挥、通信与信息等控制系统)。
4.高速铁路信号系统的组成及功能
世界各国采用的高速铁路信号控制系统都称为列车自动控制系统(ATCS-Automatic Train Conrol System),列车自动控制系统(ATCS)包括行车指挥自动化子系统或称列车自动控制与监视(ATS)子系统、列车自动防护(ATP)子系统和列车自动驾驶(ATO)子系统。
行车指挥自动化(ATS)系统。根据运行图计划及列车控制信息,通过控制中心计算机实行输入列车运行程序,实时控制、调整列车运行状态,指挥列车运行。各站的控制计算机实行车站区域进路排列、道岔转换、信号开放等。根据列车的运行情况,中心计算机实时采集相关数据,在显示屏上集中显示出全线信号设备的运行状态和列车位置信息,列车编号等信息,并将各种数据进行统计、打印,汇成编制报表等。
列车自动防护(ATP)系统。列车自动防护系统是保证列车按照设定速度安全运行,防止列车超速运行,并能防护列车迎面冲突和追尾冲突的系统,系统具有故障一安全技术的特点,主要功能是检测列车当前运行速度和位置信息,并将速度信息实时与区域设定速度比较,决定是否实行制动;通过检测列车位置信息,并发送至控制中心,控制后续列车的运行速度,保证后续列车安全进入指定区域,保证列车安全运行和一定的制动距离。
列车自动驾驶(ATO)系统。通过数字轨道电路或应答器等轨旁设备将调度中心或车站的控制命令传输给车载系统,车载系统接收到控制信息后,经过运算、比较,结合列车自身的控制、制动条件,给出安全、合理的运行速度,列车的运行信息、状态信息、制动性能等技术指标均可在调度中心显示出来,以便对运行的列车实时控制,实现列车的安全、自动驾驶运行。可以设备控制的人工介入,并取得优选择权,实现司机监督、按照设定的速度曲线自动运行,保证进站后定点停车,并可根据调度中心的指令实时调整列车速度,确保列车的最小追踪间隔,提高列车的运行效率。
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