CTCS-2级列车运行控制系统

有用的。

2010年第6期

2010年11月10日

机 车 电 传 动ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES

№6, 2010Nov. 10, 2010

50周年专栏

摘

CTCS-2级列车运行控制系统

张利芝

（株洲南车时代电气股份有限公司安全装备事业部，湖南株洲

412001）

作者简介：张利芝（1967-），

，现从事列车运行控

重介绍了CTCS-2级列车运行控制系统的组成、总体要求、地面设备构成和功能以及车载设备构成、授级）

要：简要介绍了中国列车运行控制系统（Chinese Train Control System, CTCS）的分级，着女，硕士，高级工程师（教

功能和控制模式。CTCS-2级列车运行控制系统的运用，大大提高了铁路运营效率。

究工作。

关键词：列车运行控制；CTCS；列车控制中心；地面应答器；轨道电路；车载设备；控制模式；安全计算机

中图分类号：U260.4+2 文献标识码：A

文章编号：1000-128X(2010)06-0043-05

制技术领域相关技术的研

The Train Control System of CTCS-2

ZHANG Li-zhi

(Safety Equipment Businiss Unit, Zhuzhou CSR Times Electric Co., Ltd., Zhuzhou, Hunan 412001, China)

Abstract:This paper gave a brief introduction on the grading of Chinese Train Control System(CTCS) and introduced the systemconsists, general requirements, the consists and functions of both ground and onboard equipments, as well as control model of onboardequipments of the train control system of CTCS-2. The application of CTCS-2 vehicle control system improved the efficiency of railwayoperation.

Key words: train control system; CTCS; train control center; ground transponder; track circuit; on board equipment; control model;vital computer

0引言

随着我国铁路运输装备的不断升级，列车运行控

制技术也随之发展，尤其是近年来铁道部通过技术引进和再创新，列控技术上升到了一个新的水平，建立了中国列车运行控制系统规范－CTCS规范。本文简要介绍目前大量运用于提速线路的CTCS-2级列控系统情况。

1CTCS分级

（Chinese Train Control System）—中国列车运CTCS

行控制系统（以下简称列控系统），是为了保证列车安全运行，以分级形式满足不同线路运输需求的技术规范。其基本功能是在不干扰机车/动车组乘务员正常驾驶的前提下有效地保证列车运行安全。

根据系统配置和CTCS包括地面设备和车载设备，

收稿日期：2009-12-14；收修改稿日期：2010-05-11

功能划分为5个等级：

由通用机车信号＋CTCS-0级：为既有线的现状，

运行监控记录装置构成；

增加点式CTCS-1级：在既有线基础上加以改造，

应答器，由主体机车信号＋运行监控记录装置＋点式应答器构成，面向160km/h以下区段；

面向CTCS-2级：基于轨道传输信息的列控系统，

提速干线和高速新线，采用车—地一体化设计，由列控中心＋轨道电路＋应答器＋车载设备（ATP）构成；

CTCS-3级：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控系统，面向提速干线和高速新线或特殊线路，采用车—地一体化设计，由无线闭塞中心＋无线通信地面设备＋轨道电路＋应答器＋车载设备（增加了无线通信模块的ATP）构成；

面向CTCS-4级：基于无线传输信息的列控系统，

提速干线和高速新线或特殊线路，采用车—地一体化设计，由无线闭塞中心＋无线通信地面设备＋

车载设

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备（增加了无线通信模块的ATP）构成。

CTCS规定各级之间车载设备应向下兼容，

系统级间切换自动完成且不影响列车正常运行。

2CTCS-2级列车运行控制系统组成以及总体要求

2.1系统组成

CTCS-2级列车运行控制系统是铁道部第六次提速的主要技术之一，是在既有线的基础上，对地面设备进行改造（增加应答器和列控中心），同时车载设备进行升级（由LKJ升级为ATP）实现的。系统主要由车站列控中心、轨道电路、应答器、车载设备组成，如图1所示。

图1CTCS-2级列控系统组成框图

2.2系统总体要求

①列车最高允许运行速度为250km/h,正向运行时列车最小追踪间隔5min（约20.8km）。

②系统采用自动闭塞，车载设备根据地面设备提供的信息以及列车动态运行信息生成目标距离模式曲线（以目标速度、目标距离、线路条件、列车特性等为基础生成的保证列车安全运行的一次制动模式曲线），监控列车安全运行。

③车载设备具有设备制动优先和司机制动优先两种控车模式。

④系统设备的安全完善度等级（SIL）要求达到IEC61508规定的4级。

⑤系统设备的RAMS要求符合标准EN50126的有关规定。

⑥系统设备的电磁兼容性要求符合标准TB/T-3073、TB/T-3074的有关规定。

3CTCS-2级列控地面设备及其功能

CTCS-2级列控系统的地面设备主要有车站列控中心、点式信息设备（应答器和LEU）、轨道电路。

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3.1车站列控中心

车站列控中心是设于各车站的列控核心安全设备，采用2×2取2的安全冗余硬件结构。列控中心根据来自CTC(调度集中心)的临时限速调度命令、来自微机联锁的进路信息以及线路参数等生成进路信息和临时限速等相关控车信息，通过有源应答器和轨道电路传送给车载列控设备。列控中心关系框图如图2所示。

图2车站列控中心关系

框图

由图2可知，车站列控中心与各相关设备之间采用

冗余的RS422串行通信接口进行数据通信。

①与LEU之间的接口（S口）：实时向LEU发送相关有源应答器报文，包括应答器链接、线路速度、线路坡度、临时限速、轨道电路区段等报文；同时LEU实时向列控中心反馈设备工作状态信息，当通信故障时，相应LEU向其受控的有源应答器发送LEU默认报文。

②与CTC之间的接口（P口）：列控中心从CTC车站分机获得临时限速信息，同时实时向CTC车站分机、调度所总机反馈临时限速的设置结果。当临时限速设置错误、列控中心与相关设备的通信故障时，CTC车站分机、调度所主机都会有故障报警及记录。

③与车站计算机联锁的接口（Q口）：以进路号的形式从计算机联锁获得列车进路信息，当临时限速设置需要进站信号机降级显示时，向车站联锁输出相关控制命令。当通信故障时，列控中心控制进站有源应答器向列车发送列控中心默认报文，并输出进站信号机降级显示的控制命令。

④与微机监测系统接口（R口）：向微机监测系统实时传送列控中心（含LEU）等设备的实时监测信息，包括列控中心和LEU的工作状态信息、从相关设备接收的信息、向相关设备发送的信息等。 3.2点式信息设备（应答器和LEU）

点式设备用于向车载设备传输列车定位信息、进路信息、线路参数、限速和停车信息等。主要由应答器和轨旁电子单元（Lineside Electronic Unit－LEU）组成。

应答器分为固定应答器（无源应答器）和可变应答器（有源应答器）。固定应答器的信息是预先写好的、不变的信息，如线路坡度、静态限速、等级转换、轨道区段等；可变应答器的信息可以根据实际情况由车站列控中心通过LEU写入，如临时限速信息等。

应答器的接口描述如图3所示。

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帧标志描述了应答器的基本信息，包括应答器位置、编号、与相邻应答器的关系等。

用户信息包中包含列控车载设备所需的各种线路信息。用户信息包完全参照欧洲列车运行控制系统（ETCS）的报文定义，对于CTCS特有的信息在【ETCS-包中定义，主要有轨道区段【CTCS-1】包、临时限速44】

【CTCS-2】包、区间反相运行【CTCS-3】包、大号码道岔【CTCS-4】包、绝对停车【CTCS-5】包。3.3轨道电路

图3

应答器接口描述

应答器的工作过程是：当列车高速通过应答器时，车载天线向地面应答器发送频率为27.095MHz的电磁能量，应答器通过电磁耦合转换成电能，建立起自己的工作电源并开始工作，不间断循环向车载天线发送4.234MHz载频的 1023位应答器报文，直至能量消失，车载设备将报文进行解码后作为控车凭据。

应答器设置原则是：在区间间隔3～5km设置无源应答器,提供列车正向运行的线路参数；在进出站口设置无源应答器和一个有源应答器，有源应答器提供接车进路以及临时限速等信息。

轨旁电子单元LEU是应答器系统的组成之一，通过RS422串行接口从列控中心接收报文，并发送给有源应答器，采用安全、透明的传输协议，完成列控中心报文向应答器的传输。每个LEULEU驱动距离可达3.5km，

可以同时向4个有源应答器发送不同数据的报文。应答器报文信息由帧标志、用户信息包和信息结束标志3部分组成，其中帧标志50位，用户信息772位，结束标志8位（8个1），共830位信息位，加上帧头帧尾等共1023位。应答器报文结构（信息帧）如表1（注：对于300km/h以上的应答器报文有长短链之分）。

表1

名称帧标志帧标志帧标志帧标志帧标志帧标志帧标志帧标志帧标志帧标志用户信息包信息结束

变量Q_UPDOWNM_VERSIONQ_MEDIAN_PIGN_TOTALM_DUPM_MCOUNT

NID_CNID_BGQ_LINK

轨道电路采用ZPW-2000(UM)系列无绝缘轨道电路，连续为列车提供运行前方闭塞分区空闲数、道岔侧向进路等信息。

轨道电路信息满足最高250km/h速度列车安全运行的要求，采用标准载频（下行1700Hz/2300Hz；上行

，对低频轨道电路信息进行调2000Hz/2600Hz载频对）

制，车载设备接收到调制信息后进行解调，与应答器

信息以及列车当前运行信息等一起，完成列车运行控制。其信息定义为：

（预留）：22.4Hz，表示运行前方8个及以上闭L6码塞分区空闲；

表示运行前方7个及以上闭塞分区L5码：21.3Hz，空闲；

表示运行前方6个及以上闭塞分区L4码：23.5Hz，

空闲；

表示运行前方5个及以上闭塞分区L3码：10.3Hz，空闲；

表示运行前方4个及以上闭塞分区L2码：12.5Hz，

空闲；

表示运行前方3个及以上闭塞分区L码：11.4Hz，空闲；

表示运行前方2个及LU码：13.6Hz，以上闭塞分区空闲；

表示运行前方2个及LU2码：15.8Hz，以上闭塞分区空闲；

表示运行前方1个及以U码：16.9Hz，上闭塞分区空闲；

要求列车限速运行，U2S码：20.2Hz，预告列车运行前方闭塞分区为UUS码；要求列车限速运行，U2码：14.7Hz，预告列车运行前方闭塞分区为UU码；要求列车限速运行UUS码：19.1Hz，

表示列车运行前方开放18号及(80km/h)，

以上道岔侧向位置进路；

要求列车限速运行UU码：18Hz，

表示列车运行前方开放道岔侧(45km/h)，

向位置进路；

表示列车接近的进站HB码：24.6Hz，

或接车进路信号机开放引导信号或者

通

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应答器报文结构（信息帧）

字节位1713328101417728

备注

信息传送的方向（0=车对地，1=地对车）语言/代码版本编号（0010000=V1.0）信息传输媒介（0=应答器，1=环线）本应答器在应答器组中的位置（000=1,111=8）应答器组中所包含的应答器数量（000=1,

111=8）

本应答器信息与前/后应答器信息的关系（00=不同，01=与后一个相同，10=与前一个相同）

报文计数器（0～255）

地区编号（高7位=大区编号，低3位=分区编号）

应答器标识号（高6位=车站编号，低8位=应答器编号）

应答器组的链接关系（0=不被链接，1=被链接）

用户信息包区

=11111111，表示信息帧结束

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过信号机显示容许信号；

HU码：26.8Hz，

要求及时采取停车措施；H码：29Hz，

要求立即采取紧急停车措施。区间轨道电路信息示意图见图4。

图4区间轨道电路信息示

意

4CTCS-2级列控车载设备功能、组成及其控制模式

4.1车载设备功能

列控车载设备总的功能是根据地面信息以及列车运行的实时速度等信息，进行列车运行控制，防止列车超速运行、无运行许可运行和列车溜逸，确保列车运行安全。主要有以下功能模块：

①实时接收地面应答器信息功能模块；

②实时接收地面轨道电路信息功能模块；③实时进行测速测距；

④根据接收的信息进行动态速度—目标距离模式曲线的计算功能模块，指导列车按要求的曲线运行；

⑤通过DMI实现人机交互功能模块；⑥列车运行信息和故障信息的记录功能模块。4.2车载设备组成

根据列控车载设备的功能要求，车载设备的硬件组成主要有下列部分：

①车载安全计算机：是车载设备的核心部分，有

3取2结构和2×2取2结构，

负责对列车运行控制信息进行综合处理，生成动态速度—目标距离模式曲线，

控制列车按命令运行；

②连续信息接收模块：完成轨道电路信息的接收和处理，将处理后的信息送安全计算机；③点式信息接收模块（BTM和天线）：接收地面应答器信息，进行解码等处理后送安全计算机；④测速测距模块：实时检测列车运行速度并计算列车走行距离，送安全计算机进行控车计算；⑤输入输出模块：完成列车接口信号的输入和输出（制动信号、列车司机手柄位置等信息）；⑥人机交互单元(DMI)：车载设备与机车乘务员交互的接口。实时显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离，以及控制模式、运行线路等级、故障信息等；同时，乘务员通过按键可以进行一些数据的输入和确认。

⑦信息记录单元：记录列车运行过程接收的信息、系统状态和控制动作以及故障信息等，用于设备的维护和故障分析。

目前，CTCS-2级列车车载设备有2种设备组成，一种是从法国CESS公司引进的3取2模式的200C型列控车载设备，另一种是从日立公司引进的2×2取2模式

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的200H型列车车载设备。2种设备的硬件结构不同，但软件控制模式和实现的功能完全相同。图5是200C型列

车车载设备的系统组成框图。

图5

CTCS-200C列控车载设备系统框图

4.3车载设备控制模式

根据接收的地面信息情况，车载设备工作在不同的控制模式下，各控制模式之间在一定条件下可以进行转换。主要有：完全监控模式（FS－Full Supervision）、部分监控模式（PS－Partial Supervision）、引导模式（CO－Calling On）、目视行车模式（OS－On Sight）、调车模式（SH－Shunting）、待机模式（SB－Stand By）、冒进模式（TR－Trip）、冒进后模式（PT－Post Trip）、隔离模式（IS－Isolation）等。

①完全监控模式（FS）：当列控车载设备具备列控所需的全部基础数据（轨道电路信息、应答器信息、列车数据）时，列控车载设备自动进入此模式，此时列控车载设备根据生成的动态速度—目标距离模式曲线监督列车安全运行，同时通过DMI向司机显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离。

②部分监控模式（PS）：当列控车载设备可接收到轨道电路允许行车信息，但线路数据（应答器数据）缺损时，工作在此模式，此时列控车载设备产生固定限制速度（45km/h-UU码以及正线时，或者80km/h-UUS码时）控制列车运行；同时在DMI上显示关系信息（注：

CTCS-200C设备分为PS1/PS2/PS3/PS4，

其中PS1/PS2模式为侧线发车模式，PS3/PS4为应答器信息缺失时的模式）。

③引导接车模式（CO）：当列控车载设备接收到HB码（24.6Hz）时，进入此工作模式，此时列控车载设备监督列车按低于20km/h速度运行。这种情况一般是在车站信号设备故障时发生。

④目视行车模式（OS）：当列控车载设备按显示的禁止信号（H/HU）控制列车停车后，司机根据调度命令，可以选择目视行车模式，驾驶列车越过关闭的信号机或者进入已经被占用的轨道区段运行。在此模式下，列控车载设备监督列车按低于20km/h速度运行，且在规定的时间或者距离内司机必须按压警惕键，列

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车才能继续运行，否则列控车载设备将实施紧急制动。⑤调车模式（SH）：在进行调车作业时，在停车的情况下，司机可以选择调车模式，列控车载设备进入调车作业模式，控制列车在40km/h以下的限速运行。调车作业结束后，必须停车，然后按压“退出调车”键，进入待机模式。

⑥待机模式（SB）：待机模式是列控设备的默认模式，当车载设备上电、执行自检和外部设备测试后，自动进入待机模式。在该模式下，列控车载设备可正常接收轨道电路及应答器信息，同时无条件触发制动。

⑦冒进模式（TR－Trip）：当列车运行越过了移动授权终点时（闯红灯），列控车载设备将进入冒进模式，触发紧急制动，要求司机进行确认方可缓解。⑧冒进后模式（PT－Post Trip）：冒进模式下，在司机确认冒进后即进入此模式。此时车载设备将缓解紧急制动命令，监督列车向后退行一定距离。

⑨隔离模式（IS－Isolation）：停车情况下，操作列控车载设备的隔离开关，将其打到隔离位，此时列控车载设备将不再控制列车运行，不输出制动。正常情况下，列控车载设备工作在完全监控模式和部分监控模式，特殊情况下工作在其他模式。

5结束语

CTCS-2级列控系统是CTCS的一个关键组成部分，

向下可兼容CTCS0/1级功能，向上，通过增加无限传输模块以及地面RBC等设备，可以实现CTCS-3级功能。从2007年4月18日铁路第六次大提速开通运营到目前，

运行正常，各项功能日CTCS-2级列控系统不断完善，

趋成熟，已在各提速线路全面运行，大大提高了铁路运营效率。由此，中国的铁路运营达到了一个新的高度。参考文献：

［1］中国列车运行控制系统－CTCS技术规范总则［S］.［2］［S］ 中国列车运行控制系统－CTCS2技术条件.［3］［S］ 中国列车运行控制系统－功能需求规范.［4］［S］ 中国列车运行控制系统－系统需求规范.

［5］【2007】《既有线CTCS-2级列车运行 科技运43号：关于发布

控制系统技术规范（暂行）》的通知［K］.

［6］【2008】《CTCS-2级应答器报文定义 科技运16号：关于印发

及应用原则（暂行）》的通知［K］.［7］［S］ CTCS2-200C外部设计规范.

动态消息

第一条全地下旅客自动输送系统

开通试运营

2010年11月8日， 广州珠江新城旅客自动输送系统(简称APM系统)开通试运营。这是世界上第1条全地下的旅客自动输送系统。

这一旅客自动输送系统是一个全地下、全封闭、无人驾驶的短线客运系统。从起点站林河西到终点站赤岗塔，线路全程3.94km，最高运行速度为60km/h，日运送旅客能力5万人。目前设两节车厢，设计定员276人，今后视客流量可增加到3节车厢。

这条线路是为缓解CBD地区的人流拥挤，减轻与之平行的地铁3号线的客运压力而建。这段线路上每隔300m左右就有一个车站，在这么短的路程里面要实现启动、加速、减速、停止整个过程，人工控制很难达到所要求的精确标准。经过专家论证最后选择了这套全自动系统。

线路地处广州城中轴线，穿过珠江，连接起广州北部的天河区和南部的海珠区，经过中国第一高塔广州塔，穿越亚运开幕式表演地海心沙公园，从被称为“广州会客厅”的花城广场一直延伸到天河体育中心。线路附近还有广州歌剧院、广州博物馆、科技图书馆、天河区少年宫等，是一条集观光旅游和商务于一体的线路，将满足中央商务区人流短距离出行和区域内休闲客流的需求，充分发挥中央商务区的辐射和集聚作用。 （朱一迪）

我国首条城际轻轨广佛

城际轻轨正式运行

作为广州亚运会的重要配套工程，国内第1条城际轻轨——广州至佛山轻轨于11月3日下午2点正式开通，奔跑于广州与佛山之间的轻轨车辆来自于中国北车长客股份公司。

广佛轻轨车辆采用B型车，4辆编组，共27列108辆车。车辆设计考虑到了人性化理念的体现，突出六大特色。一是外形美工充分融入了岭南特色，列车前端采用流线造型，车身披挂蓝色或红色彩带，内饰主题则为浅陶土色，突出佛山地域特点；二是车内照明采用LED客室灯具，绿色环保，使内室更显宽敞明亮；三是开发了多媒体远程无线传输功能，可将地面的多媒体信息实时下载到列车，保证亚运期间乘客在车上也可欣赏到亚运赛场的精彩实况；四是采用智能化的火警系统、大功率空调系统和人体工程座椅，提高了乘车的舒适性和安全性，空调采用了下送风、下回风方式，制冷效果明显，环保制冷剂与合理的气流组织适合岭南的气候特点，能为乘客提供凉爽安静的乘车环境；五是采用外挂微动塞拉门系统，提高了车辆的密封性和隔音性能；六是每节车厢靠近车门都有轮椅区，设置残疾人扶手及轮椅固定器，保证乘客安全。

广佛轻轨是我国首条城际轻轨，长客股份采用了世界最高水平的牵引和制动系统，设计速度为80km/h，预计45min即可跑完全程。

（朱一迪）

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CTCS-2级列车运行控制系统

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

张利芝， ZHANG Li-zhi

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参考文献(7条)

1.CICS2-200C外部没计规范

2.科技运[2008]16号:关于印发《CTCS-2级应答器报文定义及心用原则(暂行)》的通知 20083.科技运[2007]43号:关于发布《既有线CTCS-2级列车运行控制系统技术规范(暂行)》的通知 20074.中国列车运行控制系统-系统需求规范5.中国列车运行控制系统-功能需求规范6.中国列车运行控制系统-CTCS2技术条件7.中国列车运行控制系统-CTCS技术规范总则

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引证文献(2条)

1.吴卫平.杨玻雅 高速铁路车载设备记录的图形化分析平台[期刊论文]-高速铁路技术 2011(3)2.郭震 CTCS各级系统中临时限速技术运用的探讨[期刊论文]-科技信息 2011(16)

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