动车组自动控制系统发展现状及改进分析

2020-03-08郑志翠

今日自动化 2020年9期

郑志翠

[摘要]在新时期环境下，我国交通運输业得到了迅速发展，越来越多的先进交通工具得到了研发和使用，动车就是一种现代化交通工具，它是目前为止高端交通技术的代表。在动车组的运行中，自动控制系统发挥着重要的作用，对动车组使用效果有着直接影响，因此这就需要不断对此系统实施深入研究。本文主要针对动车组自动控制系统发展现状及改进进行分析，希望对此系统的研究提供帮助。

[关键词]动车组;自动控制系统;发展现状;系统改进

[中图分类号]U266[文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）09–00–03

[Abstract]Under the environment of the new era， my country's transportation industry has developed rapidly， and more and more advanced transportation tools have been developed and used. Motor cars are a modern transportation tool， which is the representative of high-end transportation technology so far. In the operation of the EMU， the automatic control system plays an important role and has a direct impact on the use effect of the EMU. Therefore， it is necessary to continuously implement in-depth research on this system. Below， mainly analyze the development status and improvement of the EMU automatic control system， and hope to provide help in the research of this system.

[Keywords]EMU; automatic control system; development status; system improvement

随着科技水平的不断提高，推动了轨道交通的领域迅速发展，在目前动车组的运行中，自动控制系统得到了广泛的运用，它能够实现对动车组全线运营实时监控与追踪，还能够自动实现运行的调整、防护和自动驾驶等功能，这也标志着列控系统的技术已经得到了显著的成果。但为了确保动车组自动控制系统作用的充分发挥，还需要正视动车组自动控制系统发展现状，并对其存在的不足之处实施改进，从而更好提高轨道交通的水平。

1 列车自动控制系统概述

对于列车自动控制系统（ATC）来说，它是基于机车信号以及列车自动的停车装置上而发展的，在后续列车按照和现行的列车间离以及进路的条件，会在车内对容许速度的信号连续进行显示，并依据此信号对列车的运行实现自动控制效果。在此系统中，对传统地面信号实现了改变，将机车的信号当作主体的信号，来对列车需要按照的速度实施遵守;此系统能够有效避免因驾驶员的失误而发生追尾等安全事故。此系统是具备完整性管理、控制和监督的系统，它通过ATP（自动防护系统）的支持，实现了对列车的运行状态自动化监控，通过ATO（自动驾驶系统）的配合，实现对列车的自动化控制。

在列车自动控制系统中，想要完成预期的工作，需要具备相应工作的原理。在管理级区域ATS的模块（定位系统）往往通过软件法进行联网，对列车的运行实施通信和指挥;ATP的系统对各种行车的命令发送与接收，保证列车能够安全稳定地运行;ATP的设备对轨旁区域ATP的设备所传递信号指令进行接收，通过经校验后再发送到ATO内，实现部分的运行功能完成;轨旁区域设备借助车站数据的传输系统和车站的ATC系统实现连接，而车站内ATC的系统借助ATP的子系统能够发出对列车检测的命令，对有无列车实施检查，且向车上进行ATP的限速命令、停车定位位置的指令和门控指令等发送;最后车内ATC的系统接收ATP的命令数据且实施译码，对列车运行以及制动状态进行控制，完成最终的定位工作。

2 动车组自动控制系统的功能分析

在动车组ATC的系统中，当其车速低于160km/h时选择LKJ（运行监控）的系统，当车速超过200km/h时，选择ATP的系统，此两等级的列控是根据列车实际前进速度的情况互相发生切换的。当CTCS-2ATP的子系统启动后，此时ATP的车载设备能够进行CTCS-2ATP内所有功能的提供，而LKJ仅仅发挥记录器的作用。

ATC就和人类大脑较为相似，而CCU和人类的神经是相似的，大脑的所有行为都是以神经系统实施控制的，本文就将八节编组当作例子进行说明。

在一列八节的编组动车组中，存在中央控制的单元有两个，主要是CCU1＼CCU2和CCU1＼CCU2，它们能够自动实现切换，而MVB的总线是一条主线且从一车一直通到八车，就和人体神经的主动脉差不多。在八节车辆中，MVB的总线分连接在列车的总线上，而车辆总线的MVB和各车辆内空调、边门与转向架等车载的部件控制性电路实施连接。若车处于正常的状态或者故障的状态时，车载部件所有状态都会从车辆的总线向列车的总线传输，后再传输至CCU，且通过数字化的形式在人机界面内得到显示。

若车上存在某个部件的故障，如火警、制动的失效或者转向架的轴温过高等情况，信号会以MVB向CCU传输，而CCU就会下相应的指令停止车组前行;若列车对危机信号接收时，就会对列控系统立即触发。

ATC因为车组的运行危险性会自动运算合理的命令，给车组实施命令的下达，此时中央控制的单元CCU也会对一区的紧急措施或对应技术的处理实施触发。

因此，ATC是动车组的大脑，而CCU是动车组的神经，它们是密不可分的，需要两者相互配合和协作，才能够充分发挥其系统的功能。

3 我国动车组自动控制系统的发展现状

对于动车运行的自动控制系统（ATC）来说，它作为铁路运输中基础性设施，对确保列车能够安全运行、提升运输的效率以及实现铁路的统一调度指挥具有重要的作用，它也是铁路在信息化发展中具有代表性的技术类型。此系统对动车的运行控制发挥重要作用，是现阶段铁路运输和生产中的技术保障，借助此系统能够实现对动车一部分工作和全过程运行的自动化控制效果，提升动车运行的水平。在此系统中，动车能够对地面的信息与命令及时获取，对列车运行实现合理控制，实现和前车之间距离的合理调整，使其和前车保持良好的安全距离。

由于现阶段信息技术和科技技术得到迅猛发展，诸多先进技术在动车运行的控制系统中得到了广泛运用，这也是其系统和现代铁路的各专业与技术间存在密切的关系。由于铁路信号和通信技术互相融合，路线、车辆、牵引、行车、制动、调度和指挥等相关专业技术实现整合，对传统列车控制技术的单一功能、分散控制、独立的通信信号控制等模式实现了打破，不仅对动车安全行驶提供了有效的保障，且对行车的自动控制、自动管理和运营效率提高等方面发挥重要作用，实现了列车功能的不断完善，促进列车运输朝着综合化和自动化方向持续发展。

对列车运行的控制方面，已经实现了铁路信号车站和区间控制的一体化发展，通信技术、计算机技术、智能控制技术和信号技术的集成使用，构建出具备高自动化性能动车运行的自动化控制系统。此系统标志着铁路运输的现代化进程，体现出网络化、数字化和智能化的发展特点。

在动车运行中，铁路技术的发展主要目标是对列车运行的速度实现提升，并确保列车在运行期间具有良好的安全性和稳定性。而列控系统是现阶段铁路运输行业中主要的技术和装备部分，借助此系统能够有效避免列车超出线路所规定允许的运行速度，避免列车冒进对信号机关闭，尤其是在目前对运行密度、有线提速和客运专线的建设中，如何提升既有列控的系统安全性，研究和选用适合我国铁路运输要求的自动控制系统，是现阶段其行业研究中需要重点关注的课题。

4 动车组自动控制系统的实践问题

尽管ATC的系统得到了行业的关注和使用，也是未来交通领域发展的主要方向，但因为此系统具有很强的技术性和复杂性，在目前ATC的系统使用中，仍然发现此系统还存在的一定的问题，而这对此系统的使用效果就会产生很大影响，甚至还会导致一些事故的发生。如在实践使用中，就会因为ATP和CCU两者的端口存在不一致的情况，信息完成CCU的处理后没有准确监测出ATP的端口具体位置，因此CCU不能对列控传输信号的端口准确获取。本文就以下实例為例，对ATP和CCU的并存关系实施说明。

如某车组主要负责005次的运行，此车组先从沈阳站开始动车，它16车是主控端，且一路正常地运行到北京西站点。

在17时40分，此车组自北京西开始发车，其01车是主控端。

在17时45分，此车组运行在北京西和涿州东的区间内，此时司机对随车的HMI机械师通知，报在355401车中出现“自ATP通信故障”情况，代码是6148，在HMI显示出限速100km/h图标类型。

在17时46分，此时随车的机械师至司机室对代码以及限速的图标确认，后立刻向应急的指挥中心进行汇报。

在17时47分，此时随车的机械师对跟车的ATP相关人员通知，实施故障的处理。

在17时50分，相应ATP的人员完成检查且通知其随车的机械师没有查明故障的原因。

在18时24分，此车组在限速了100km/h条件下到涿州东站站点。

在18时53分，此车组又自涿州东站启动继续前进。

在18时57分，此时司机又通知其随车的机械师报出355401车出现“自ATP通信故障”情况。

在18时58分，其随车的机械师和ATP相关人员实施确认。

在19时08分，此车组在限速100km/h条件下到了高碑店的东站站点。

在19时16分，相关ATP人员把ATP内C3的模式进行切除。

在19时34分，此车组自高碑店东站启动后，后续的运行一直保持良好的状态。

对上述案例情况实施分析，发现存在这样的原因。在ATP保持C2的模式条件下，此时CCU并没有对ATP2的端口实施监测，在ATP保持C3的模式条件下，此时CCU就对ATP2的端口信息实施监测，若CCU没有对此端口信息有效监测时，就会认作ATP的系统发生异常。在此车组01端位置ATP从C2转换至C3的控制模式中，此车组主控端的01车内CCU并未对ATP侧的ATP2位置端口信息实现监测，此时就会认作ATP的工作状态是不正常的，会导致车组报出“自ATP通信故障”，且对车组实施100km/h的限速处理。

5 动车组自动控制系统的改进方案

针对ATP和CCU实际端口的协议情况，双方的厂家就实现规范协议的制定，对ATP和CCU的信息渠道明确，制定出双方交换和监测的标准，且对ATP和CCU通信实施修订完善，从而有效降低信息的交换以及监测期间异常情况的发生。同时，还研发出CCU和ATP设备传输的端口，确保CCU可以对ATP信息准确采集和监测。

在改进的方案中，首先在CCU和ATP间进行一辅助设备的设置，对两个端口连接且设计为直通的一体化状态，来对两端口内信号进行识别、搜索和连接的传输。其次，在CCU的旁边进行一ATP和CCU的故障自修复系统设置，来对可能发生的故障实施监测、控制、传输和记录等，从而达到自修复和维护等功能。

6 结束语

综上所述，自动控制系统为动车组的稳定和高效运行提供了支持，但在此系统的使用中往往也会存在各种因素导致其发生问题，为了更好发挥其系统的作用，为交通运输提供自动化和智能化的管控手段，就需要对其系统不断加深研究，对其存在的不足不断改进与完善，这也是交通领域发展中需要重点关注的内容。

参考文献

[1] 曹桂均.编组站综合自动化系统控制技术及其扩展应用的研究[D].中国铁道科学研究院，2013.

[2] 刘凯，龚建伟，陈舒平，等.高速无人驾驶车辆最优运动规划与控制的动力学建模分析[J].机械工程学报，2018，54（14）：141-151.

[3] 徐滨全，王元东，宋程.基于T-S模糊模型的高速动车组网络控制方法研究[J].科技创新与应用，2020（17）：122-125.

[4] 赵泽斌.新一代动车组列车自动运行控制系统[J].现代国企研究，2017（4）：202.

[5] 刘子建，桂武鸣，丁荣军.基于LonWorks技术的动车组计算机网络控制系统[J].工业仪表与自动化装置，2003（6）：55-56.

[6] 李欣，李若琼.具有时延和数据包丢失的动车组网络控制系统建模方法研究[J].自动化与仪器仪表，2012（3）：35-36.

[7] 王月仙.京津高速动车组自动运行控制仿真研究[D].中国铁道科学研究院，2009.

[8] 秦佳颖，陈澍军，刘中华.CRH3系列动车组制动控制系统介绍[J].中国高新技术企业，2016（17）：98-99.