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CTC概述电子教案
CTC概述
新一代调度集中系统(CTC)
一、CTC系统概述
1.1什么是CTC、分散自律CTC
CTC(英文全称:
CentralizedTrafficControl)是铁路局调度中心(调度员)对某一调度区段内的信号设备进行集中控制、对列车运行直接指挥、管理的技术装备。
分散自律调度集中是在TDCS系统基础上,综合了计算机技术、网络通信技术和现代控制技术,采用智能化分散自律设计原则,以列车运行调整计划控制为中心,兼顾列车与调车作业的高度自动化的调度指挥系统。
1.2发展CTC系统的意义
构建我国铁路现代化的调度指挥管理系统,全面推动铁路运输调度指挥管理模式的变革,实现提高运输效率、保证行车安全、减员增效的目标。
二、CTC系统国内外现状
2.1国外CTC概况
日本
日本新干线使用的COMIRAC系统包括运行图生成与变更、车辆与乘务员运用、列车运行控制、列车运行监视、旅客信息等运营管理功能以及电力调度、车辆运用管理、接触网、线路状态检查、灾害监测(地震、风冰、雨、雪、滑坡)等安全功能,是一个功能较为完备的复杂系统。
COSMOS系统集行车控制、电力控制、车辆运用管理、运行图生成及变更、信息系统(灾害信息、旅客信息等)、维修作业管理、车站作业管理等功能于一体,将几乎所有与铁路运营有关的子系统都挂接在中央局域网(LAN)上,使开放运营的铁路系统在信息传输上形成相对的闭环系统,是现代控制技术与计算机技术、网络技术的有机结合。
法国
法国TGV高速线综合调度系统以调度集中为核心,依靠车一地之间可靠的通信将列车、沿线设备和控制中心联系起来。
车载设备包括TVM300或TVM430机车信号、故障监测和诊断装置、车载局域网等;沿线分布了接触网、热轴、风、雨、雪、桥隧落物等各种监测设备;控制中心主要包括行车调度、电力调度和中央维护监督三部分,通过网络传递信息。
德国
德国ICE高速列车通过LZB系统列车一地面问双向通信、险情报警信息系统(包括风、雪、塌方、热轴)、车载无线故障监视诊断系统与地面控制中心和维修中心构成集行车调度指挥、控制、故障监测、维护等功能于一体的系统。
欧洲其他国家
此外,欧洲主要国家铁路都已承诺采用欧洲铁路运输管理系统(ERTMS),该系统本身就是综合调度自动化系统,其核心为欧洲列车控制系统(ETCS)。
美国
美国铁路营业里程为274646km,有9家I级铁路公司经营情况良好,546家区域和支线铁路公司由于与地方政府、农业、工矿业关系密切,运输经营状况比较稳定。
1美国铁路网的概况
美国铁路建设以私人投资为主。
建设初期,在美国政府给予的无偿划拨土地、提供低息贷款等政策的扶持下,美国铁路飞速发展,在有客货运量的地域上,形成了多个独立的、又相互重叠的铁路运输网。
随着时间的推移,铁路公司之间的兼并重组,形成了目前以密西西比河为界、东西各两家主要I级铁路公司的局面。
各铁路公司在一定的地域内仍然相互重叠、又自成系统,同时又与其它铁路公司有机联结。
(1)铁路枢纽。
以芝加哥铁路枢纽为例,有16家铁路公司的线路接入了芝加哥枢纽,枢纽内的16个编组站除一个共同编组站为多家铁路公司进行车流交换外,其余编组站都为各自公司服务。
(2)编组站。
芝加哥最大的编组站是UP公司的普洛维索编组站,与13个铁路公司的线路接轨,共有5个场,到达场有30条线路,编组场有66条分类线。
每天办理车数为2200辆,到达24列,始发24列。
其中开往本公司线路的列车有12列,有4—6列单元列车,每列编组120辆,4台机车重联牵引;与其他铁路公司交换12列;平均中时26.4h,每办理一辆车的清算费用为26.74美元。
2分界点和公司间的车流交换
由于各铁路公司路网建设自成体系,重叠覆盖在美国国土的广大区域内,分界点的形成分3种情况。
(1)一个铁路公司的线路从始端到末端,分界点形成在枢纽内。
(2)短线和地区铁路公司与I级铁路公司的线路联结处形成分界点。
(3)由于I级铁路企业重组,将一段或一部分短线出售,形成新的分界点。
CSX铁路公司与短线和地区铁路公司之间有230个分界点,每日互相交换的车流为1412辆,与I级铁路公司的车流交换量日均过到7598辆。
其中,UP公司3014辆,占40%;BNSF公司1610辆,占21%;NS公司861辆,占11%;CN公司833辆,占11%;CP公司468辆,占6%。
目前,美国各I级铁路公司与其他公司的分界点一般在100多个。
调度联系以运行图规定的时刻和双方调度建立的联系制度为基础。
3运行图
各铁路公司都设有专门的编图部门,自主编制本公司的运行图。
一般是根据货运市场的需求、营销计划和大中型维修施工,每周编一次。
美国铁路客运公司(Amtrak)的客车运行图由客运公司统一编制,有关铁路公司将客车运行图纳入本公司的运行图内。
各铁路公司对客运公司提出的增加运行线的要求,在线路能力允许时,能够给予安排,但线路能力不足时则需根据实际情况进行协商。
4货运营销
由公司一级的营销部门进行市场调查,确定营销政策,稳定长期用户,招揽新的货主。
营销部门有权协商定价。
对货主提出的运输要求,按日历通报调度部门,由调度部门组织落实。
例如CSX铁路公司运输收入的81%,来自10项长期稳定的货源(煤炭、化工、农产品、化肥、粮食、汽车及零部件、集装箱、木材及纸张、钢铁金属、食品及消费品),这些货源基本都是以单元(始发直达)列车的组织方式进行运输。
5日班计划和调度指挥
美国铁路公司以公司集中调度为主,一般设一级调度机构。
调度根据列车运行图、营销计划和各编组站的车流、空车分布状态,制定调度日班计划,落实营销计划,组织按图行车。
UP公司和CSX公司的CTC调度集中控制的里程都在本公司营业里程的50%以上。
6列车编组计划
美国铁路公司的列车组织,以始发站开行单元列车、编组站开行长距离的技术直达列车为主。
整列车流交换是在外公司的终到站,零散车流要编开到外公司的编组站进行车流交换。
7机车运用和乘务员管理
全美铁路共有20256台机车,都是柴油电力单元机车。
始发列车按照牵引总重量、马力的需求安排机车台数。
机车的使用一般是由始发站一直开行到货物的终到站或车流的编组站,途中除因线路需要更换机型外,一般不换机车,只在途中加油。
机车乘务员由铁路公司直接管理,调度中心的机车调度直接派班。
值乘机车无论几台,都是两名乘务员。
列车由始发站到终点站不换机车,只换乘务员,司机一般工作12h后换乘。
例如从芝加哥到洛杉矶的直达列车在途中要更换8次乘务员而不更换机车。
铁路公司的调度用电话、呼机、电脑派班,司机可以通过电脑查询、电话询问接班值乘的安排计划。
除在枢纽交换车流外,司机一般不跨越铁路公司值乘。
三、我国CTC发展史
DD-1和DD-2型调度集中
1958年开始研制使用无接点元件构成的,选控逐验式频率电码化调度集中系统,1961年春在沈阳~铁岭间,1964年冬在锦州~大虎山间进行了试验,该系统定名为DD-1型调度集中。
1969年4月在成都~燕岗间正式开通了DD-1型调度集中,系统运用了十年。
郑商段203公里的单线调度集中直到1979年改建双线时拆除,有着10年以上的运营经验。
我国研制调度集中跨越了世界上发展调度集中的全继电式的阶段,此后,不断改进完善和提高,相继研制出DD-2型和D.4D型调度集中,在全国推广了近1000公里
1963年在宝鸡~凤州间91公里的单线铁路上开通使用,1966年陇海线郑州~开封段72公里开通使用极性频率式调度集中,1974年6月开通开封~商丘段131公里DD-2型CTC。
DD4型和DD5型调度集中
70年代中期至80年代初期我国开始使用中规模集成电路器件和我国自主研制的100系列小型计算机,使用计算机自动控制列车进路和运行图的自动描绘。
1982年在天津~芦台间完成全部功能试验,包括自动监督、记录列车车次号和运行状况、人工摇控办理进路、分区下放、进路储存、自动越行、计算机控制进路等。
奠定了我国发展计算机化调度集中的基础。
90年代我国在引进美国的调度集中的同时,铁科院通号所开始研制适合我国国情的CTC系统。
采用微处理机技术的“D4型调度集中”,同期国家重大技术装备科技攻关项目“D5型调度集中”在大秦线安装调试完毕并开通使用。
DD6型调度集中
1992年铁道部为了探索在双线电化区段使用调度集中的优越性,几经论证后决定在郑州~武昌段引进美国GRS公司的微机化调度集中系统,但是,最终由于系统功能不全,不能适应我国特殊的国情与路情的需求未能开通使用。
1996年我们首次出口调度集中设备,在伊朗德黑兰市郊铁路安装开通了D6型调度集中系统。
2003年10月12日秦沈客运专线D6型调度集中系统开通使用。
这是我国第一条时速200公里的客运专线实施列车控制的新型信号系统。
该系统充分利用了目前最先进的计算机技术、通信技术、网络技术,采用客户机/服务器方式,构成开放式、分布式的计算机网络,系统具有极高可靠性、可维护性、通用性和先进性等特点。
分散自律调度集中
我国铁路客货混合运输、中低速列车共线,大多数车站有调车作业,这是我国不同于世界上其它国家独具的国情与路情,在我国铁路线上实施调度集中控制时,存在着无法解决集中控制与频繁下放车站控制进行调车作业的矛盾;加之部分站场的列车与调车作业没有平行进路,缺少线路隔开设备,既有车站的继电联锁设备与CTC结合复杂,改建困难,既有的运输规章制度既不能适应新的技术设备又难于改动,推广使用CTC系统的需求不够迫切。
这些客观因素使得CTC系统在我国难以顺利推广使用。
其中的关键是我们用了较长的时间和较多的精力放在了站场分区下放的方案研究与实施上,最终导致我国的调度集中徘徊不前。
2003年在经历秦沈线的建设后,铁科院首次提出解决列、调车作业矛盾的“基于分散自律式的调度集中系统”方案。
该方案的核心是“将对列车作业有干扰的调车作业计划,分散纳入列车计划,适时自律实施控制”。
这个方案一经提出即受到有关专家和铁道部高层领导的赞许,2003年6月28日刘部长在铁路跨越式发展研讨会上的报告中正式提出:
积极发展新一代调度集中系统。
至此分散自律调度集中宣告诞生。
为我国调度集中的发展开创了一条展新的途径。
2003年8月18日铁道部领导在全路电务跨越式发展工作会议上的讲话中提出:
“积极发展我国铁路新一代CTC,以DMIS为平台,以CTC为核心,以行车指挥自动化为目标,构建我国铁路现代化的调度指挥管理系统,全面推动铁路运输调度指挥管理模式的变革,实现提高运输效率、保证行车安全、减员增效的目标。
这是铁路跨越式发展的重要内涵之一,也是电务跨越式发展的首要任务。
”这是我国铁路自建国以来从未有过的,对建设调度集中重大作用的高度评价。
世界各国都在采用适合本国国情的调度集中系统,我国铁路经历了几十年的徘徊与探索,历史多次证明引进CTC是不能适合国情的,我们已经拥有了适合于我国路情的新一代调度集中系统,这个系统的出现必将全面推动铁路运输调度指挥管理模式的变革。
四、分散自律CTC系统功能
4.1CTC系统控制范围
对单个车站
–联锁控制台所有按钮均纳入CTC控制范围
对调度台
–管辖范围内可以CTC站与TDCS站共存
4.2分散自律CTC系统工作模式
(1)分散自律模式
分散自律模式是基本模式,是用列车运行调整计划自动控制列车运行进路,用调车计划自动自律交互控制调车进路。
同时在分散自律条件下调度中心具备人工办理列车、调车进路,车站具备人工办理调车进路的功能。
操作权:
-调度中心人员可通过助调台操作各站站场设备;
-有人站车站值班员可通过车务终端操作站场设备(不能做列车进路相关操作,可以调车,单操道岔等);
-联锁控制台上各按钮不能操作(“非常站控”按钮除外)。
列车计划(中心行调台编制)、调车作业通知单(有人站车务值班员编写、无人站中心助调员编写)都下达到自律机,转译成控制命令,再经过合法性检查后,发送给联锁设备执行。
自律机综合收集来自调度中心和车站的列车计划、调车作业单、人工控制命令,统一检查处理,解决了传统调度集中列车与调车要频繁转换控制权的矛盾。
(2)非常站控模式
非常站控模式是指当调度集中设备故障、发生危及行车安全的情况或设备天窗维修、施工需要时,脱离系统控制转为车站传统人工控制的模式
操作权:
-调度中心助调台的站场操作按钮失效
-车务终端界的操作按钮也失效,
-有人站车站值班员(无人站经过授权的职守人员)可通过联锁控制台操作站场设备
-列车计划下达到车务终端,车站人员根据计划通过联锁操作台人工接发列车(同TDCS系统)。
(3)工作模式转换
从分散自律模式转为非常站控模式
–当调度集中设备故障、发生危及行车安全的情况或设备天窗维修、施工需要时,可从分散自律模式转为非常站控模式
–转换方式为车站人员在联锁控制台上直接按下“非常站控”按钮,之前无需他人授权。
但是按钮按下同时,中心行调台和助调台都有告警提示。
从非常站控模式转为分散自律模式:
–设备恢复正常、施工完毕或排除行车安全的情况的故障后可以转换
–车站人员得到中心调度员授权后,按下“请求转换”按钮,系统检查符合下列条件后,发出转换指令,同时调度中心有告警提示。
•联锁控制台没有按钮按下
•自律机正常工作
(4)列车作业流程
传统模式
分散自律CTC下指挥模式
调车作业流程
非正常情况
网络故障:
–调度中心与车站网络中断时,自律机继续执行之前接收到的列车计划,直到所有存储的计划执行完毕。
自律机故障:
–车站值班员按下联锁控制台上的“非常站控”按钮,转为非常站控模式,按TDCS方式指挥行车
无人站设备维护及故障处理
–无人站应设立电务应急抢修中心,配备应急值班员(经过行车培训考核的电务人员或行车人员)和电务维修人员,完成无人车站故障情况下的行车组织和故障处理。
发生设备故障时,应急值班员担当无人车站车务终端的临时值岗工作(具有与车站值班员同等的职责),行车组织须在调度员的集中领导下,负责非常站控模式的转换(需要时)、车站行车工作的统一指挥以及设备检修登销记、试验、开通等工作。
–故障处理完毕后,应将确认的故障现象以及故障原因、处理情况登记在《行车设备检查登记簿》内并及时上报有关站段调度。
五、CTC系统及网络构成
5.1CTC系统总体结构概述
5.2CTC系统总体结构详解
(1)网络子系统
系统广域网
–包含站间广域网和中心间广域网
–系统广域网由路由器、协议转换器等网络通信设备和传输通道构成,
–传输通道采用具有自愈功能的双环形结构
–同一环的首尾两条通道应分别连接入调度中心互为冗余的两台路由器
中心局域网
–调度中心局域网由交换机、网络线和网络终端设备的以太网卡等构成,采用双套局域网的冗余互备机制
车站局域网
–车站局域网由交换机、网络线和网络终端设备的以太网卡等构成,采用双套局域网的冗余互备机制
网络安全
–采用动态口令、身份验证、网络防病毒和防火墙技术保证系统网络的安全性
(2)中心子系统
Ø中心子系统主要设备
–数据库服务器
–应用服务器
–通信服务器
–行调台
–助调台
–综合维修台
–电务维护台
–网管台
–值班主任台
Ø数据库服务器
功能
–用于存储各种数据和操作记录,软件采用Oracle9i数据库系统
配置
–硬件采用IBMP系列小型机
–双机热备
–CPU
•数量≥2
•字长64bit
•主频≥1.5GHz
–内存≥8G
–磁盘阵列盘数≥6
Ø应用服务器
功能
–应用服务器采用双机热备,用于运行图的自动调整和数据存储与数据交换,负责向所有应用工作站提供行车表示信息、列车编组信息、车次号跟踪信息、列车报点信息等,并保存到数据库服务器。
配置
–CPU
•字长32bit
•数量≥2
•主频≥3GHz
–内存≥4GHz
–硬盘
•数量≥2
•单盘容量≥73GB
•转速≥7200rpm
Ø通信前置服务器
功能
–通信前置服务器应设置双套高性能服务器,用于调度中心与车站子系统之间的信息交换;双机采用热备方式工作,可确保硬件系统的稳定运行
配置
–CPU主频≥2.8GHz
–内存≥2GHz
–硬盘
•单盘容量≥73GB
•转速≥7200rpm
Ø行调台工作站
功能
–主要实现监控管辖区段范围内列车运行位置、指挥列车运行的功能(人工编制和调整列车运行计划、调度命令的下达、与相邻区段调度员工作站交换信息)
配置
–CPU
•字长32bit
•数量1
•主频≥1.0GMHz
•L2缓存
–内存容量≥512MB
–系统硬盘
•数量≥1
•单盘容量≥36GB
•转速≥7200rpm
Ø助理调度员工作站
功能
–实现调度中心人工进路操作控制、闭塞办理、非常处理等
–实现无人车站的调车作业计划的编制、调整和指挥等
配置
–同行调台工作站
Ø综合维修工作站
功能
–管理各站施工,编辑和下达调度命令,行车设备登记簿
配置
–同行调台
Ø中心其他工作站
各台功能同TDCS系统中对应工作站
–值班主任工作站
–网管工作站
–电务维护工作站
(3)有人站主要设备
–自律机
–车务终端
–电务维护终端
(4)无人站主要设备
–自律机
–综合维修终端
–电务维护终端
Ø自律机
车站自律机采用故障-安全的工业级计算机系统,采用双机热备的冗余配置方式
配置
–CPU
•字长32bit
•主频≥400MHz
–内存容量≥128M
–对外其他接口RS422、RS232≥8
Ø车务终端
车务终端配置为双机双屏的工业级计算机系统,双机热备保证系统的可靠性和可用性,双屏分别用于邻站透明显示和其他功能的显示操作
配置
–CPU主频≥600MHz
–内存≥256MB
Ø其他车站终端
电务维护终端、综合维修终端
–CPU主频≥600MHz
–内存容量≥256MB
(5)与其他系统的接口
计算机联锁系统接口
依据铁道部运输局运基信号『2006』312号《调度集中车站自律机与计算机联锁接口通信协议V1.1》
列控中心接口
依据《车站列控中心系统通信接口协议v1.1》
GSM-R系统接口
接口服务器设置在调度中心
依据运基通信[2006]185号《GSM-R与CTC/TDCS系统数据传输接口规范(暂行)》
无线系统接口
无GSM-R配套系统时用这些接口代替部分功能
依据《调度命令无线传送系统技术条件(V4.0)》和《无线车次号校核系统传输格式》
微机监测系统接口
CTC可为微机监测系统提供设备工作状态信息
与铁道部TDCS中心接口
通过调度中心的通信服务器与部中心相连,可将列车运行图、调度命令、现在车、小编组等数据发送到部中心
连接方式和数据格式依据《列车调度指挥系统(TDCS)数据通信规程(V2.0)》
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