铁路信号基础知识
铁路信号基础知识
C0、C1、C2、C3、C4还没补充完全
基本概念及故障-安全原则
1. 铁路信号定义及作用
狭义：用特定的物体（包括灯）颜色、形状、位置或用仪表和音响设备等向行车人员传达信息。控制的是司机。最常用的是视觉信号--红绿灯，包括地面上的和机车上的。（颜色和外型 形状花纹等）车站联锁、区间闭塞系统都属于狭义的信号系统。
地面信号：
行车信号机、出站信号机（两列 共5个灯 放在水泥墩子上）、调车信号机（一列 两个灯）
机车信号
（火车机车上，曲线运行时由于夹角或遇到恶劣天气等司机可能看不清路上的信号机。司机看到红灯才会停，所以需要设定对应的同步，避免上述情况。）辅助地面信号保证运行安全。
普速（200km/h以下）
列车地面信号机为主，机车信号为辅助。出现不一致以地面为准。
高速（200km/h以上）
机车信号升级为主体信号，地面信号降级成为备用，有的区段甚至取消了地面信号机。因人眼的观察距离不能满足列车安全的运行需要。
广义：铁路运输系统中，保证行车安全、提高区间和车站通过能力以及编解能力的手动控制、自动控制及远程控制能力的总称。 增加了自动控制和远程控制技术的应用。中国CTCS借鉴欧洲ETCS。CTCS系统包括联锁系统、车站列控中心TCC、临时限速服务器TSRS、无线闭塞中心RBC、列车自动防护系统ATP。控制对象由人变成了车，超速时可以直接控车。所以可以直接称为列车运行控制系统。
作用：保安全（防止迎面、侧面冲突、追尾【XX年7月9日，一列慢车在轨道上，让旅客列车走正线，违规操作道岔接反了，直接走了侧线。】和超速【台湾，司机关掉了ATP故过进站弯道超速，列车脱轨；中国XX年4月29日，交际铁路弯道超速脱轨】等事故）；提高效率，最小运行间隔可以到3min（提升效率的关键，货运不重速度重密度），最高速度可以达到350km/h（能耗、成本、列车磨损等多方权衡，客运列车更重视速度）。两类需求之间的矛盾要求二者分开。
2. 信号的基本概念
列车定位设备
国内1和3用的多，国外2用的多。与各国对线路安全点关注的差异有关。轨道电路依靠钢轨传递，钢轨断了之后回路阻断变成红灯，因此采用轨道电路有助于定位断轨故障。国内轨道长（铁道部管辖的和自建的）、里程长，小概率事件次数多。欧洲里程少，人力成本高，电缆贵轨道电路烧钱，计轴点成本更低一些，可靠性高于轨道电路（结构复杂、维护成本高），维护成本也低。我国更多从安全角度理解
轨道电路
（原理：钢轨通电，电能否运送到控制灯的铁片上控制灯的颜色。钢轨是一段一段的，10-20m）蓝色：空闲；红色：有车；白色：办理好了一条进路即将进站，已经被锁闭。【普速铁路的主要定位设备】
计轴
车轮传感器及评估板（安装在钢轨的侧面，靠磁性）车轮经过磁场产生电流，脉冲信号，切割方向感知到车。一个传感器位置称为一个计轴点，将信息传递给评估板进行分析。【每个轮对是一个轴，一个车厢四对轮轴】通过对轮对的监测判断列车是否在某个区间里从而控制信号灯（计轴传感器的技术，有几个轮对过去了？计数差）
应答器
钢轨中间，黄色长方形盒子，大号公交卡（射频感应技术传输信息）。里边存储着坐标信息（里程标）、线路的最高限速、坡度信息（上下坡）、前方线路的曲线半径，列车经过应答器时BTM（天线）激活应答器里边的电路，发送信息。也会通过GSMR网络传递给RBC 调度人员。
不光可以实现定位还可以实现信息传输，可分为无源（不会接收外部信息的更新）和有源应答器（有电缆接到主控室，可以更新信息）
道岔及转辙机
道岔
一条线路分为两条线路（铁路路口）。单开道岔，尖角钢轨位置的变化（由转辙机实现）道岔有自己的编号
辙叉号
岔心夹角的余切值，号越大角越小转换越平缓，曲线半径越大，速度可以更高一些。分界点是18号。大于18，允许速度可以提高到80km/h以上。9号，最高不能超过45km/h。因此采用大号码道岔对提升效率有利，但分开越来越慢，故长度越长，造价越高。且实际设置是受到地理条件限制的。
转辙机
铁路运行方向控制设备（ZD6电动转辙机 普速铁路直流电220V；S700K型电动转辙机 高速铁路交流电380V）转辙机由联锁系统控制。按照驱动方式分为电动、液压（操作慢，重的道岔）、空压（靠空气突然释放，一般用在驼峰场，速度快但需要的力不大）。一组道岔可以由1台也可以多台（3、5、9）
信号显示设备
色灯信号机
进站信号机
共5个灯，2灯为一组，划分为221。颜色的排列顺序是固定的，黄绿红黄白。
一个绿灯：直接通过不停车
一个黄灯：越过该信号机后司机需要开始制动，下一站信号机是红灯
出站信号机
3个灯一组（黄灯在最下面）
高柱信号机：正线的进出站，行车速度高，看得远，保证司机尽快采取措施不出现冒进的情况。一个黄灯允许列车由车站出发，表示前方有一个闭塞分区空闲。
矮柱信号机：看得近
调车信号机
区间信号机
信号显示制式：
三显示
区间信号机，红色停车、黄色注意运行下一个是红灯、绿色可以按照规定速度运行至少还可以看到两个不是红灯的灯。目前运行在线路120km/h以下的。
四显示
红、黄80km/h、绿黄前方有2个闭塞分区空闲速度不能超过120km/h、绿至少有3个闭塞分区空闲速度不能超过160km/h。适用于120km/h-160km/h的线路。【必须留下足够的距离用于减速，平稳制动 保证舒适度】
速度控制曲线
高于160时必须采用自动控制，显示在DMI上（人机显示界面，右上角）这些都存在车载设备电脑里。
闭塞
用信号或凭证（确认任务是否完成，信号系统停用时用路票来控制行车）来保证列车按照空间间隔制（空间上保持间隔，保证两个主体之间不发生接触）运行的技术。任何情况下都保证两列列车之间保持一定的间隔距离。强调的是技术方法，不包括人工
闭塞分区
长度要满足制动距离（从110km/h至0的制动距离，是常规制动，不是紧急制动）的要求，一般为1000m - 1500m。每两架通过信号机之间为一个闭塞分区。Or通过与进站or通过与出站。
闭塞方式分类
站间闭塞
两站之间一列列车。按照技术手段分类：半自动闭塞、自动站间闭塞。有些地方不需要注重效率，因此具体方式的选择需要根据需求来判断。
自动闭塞（se）
根据列车运行及有关闭塞分区状态自动变化信号显示。
三显示自动闭塞
【低速铁路，以人为主】
四显示自动闭塞
【低速铁路，以人为主】
固定闭塞
停车点为前行列车所占用的闭塞分区的起点，后行列车从最高速开始制动的计算点为要求开始减速的闭塞分区的起点。这两个点是固定的，空间间隔的长度也是固定的，因此称为固定闭塞。C2即为固定闭塞。
准移动闭塞
停车点为前行列车所占用的闭塞分区的起点，后行车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的制动性能计算决定的。终点固定，起点不确定，距离不固定。C3即为准移动闭塞。（因为只有一个点是不固定的）
移动闭塞
停车点为前行列车的尾部，后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的制动性能计算决定的。制动的起点和终点都是不断变化的，间隔长度不确定，因此称为移动闭塞。目前我国还没有开发出此类系统。思路与目前汽车行驶类似。
联锁
狭义
通过技术方法，使信号、道岔和进路（给列车划定的一段运行空间，是空间概念）必须按照一定程序病满足一定条件，才能动作或建立起来的相互关系。该概念产生于继电联锁时代。步骤包括办理进路—经过道岔—道岔到达指定位置时控制信号机—现场设备出现问题时要及时向控制室和维修人员反映。目前依靠计算机联锁系统来实现。
广义
不光包含上述组成部分，还需要包含列车。
CTCS及其运行等级
China Train Control System：主要有车载子系统（主机、应答器天线、与无线闭塞中心的通信依靠GSMR天线，属于2G）和地面子系统
等级：
- C0：通用机车信号+列车运行监控装置（LKJ）
- C1：
- C2：
- C3：
- C4：
3. 信号系统的组成
地面：
计算机联锁系统（CBI）
利用计算机实现联锁功能，以前是使用继电器来实现该功能。6502电路是从苏联引进的，直到现在很多要求都是基于这套电路来制定和执行的。
车站列控中心（TCC）
根据其管辖范围内各列车的位置（轨道占用情况）、联锁进路以及线路限速状态（出现特殊状况时可能需要修改限速）等信息，对轨道电路发送编码信息，对车站有源应答器发送进路参数信息，向列车提供其所需的运行许可。（发给机车右上角的那个灯的信号）
临时限速服务器（TSRS）
向正线CTC管辖范围内的RBC、各车站/中继站TCC传递临时限速信息（发送限速范围、具体数值等信息）。一段线路设置一到多个，依据具体线路长度决定。
无线闭塞中心RBC（C3才会有）
控制一个范围内的所有列车。根据ATP、CBI、TCC、TSRS以及信息与列车进行通信（通过GSMR网络）
车载：
车载ATP
C3速度防护。根据信息按照规定的速度控制模式（例如：目标距离连续速度控制模式）生成曲线进行监控。提供显示和操作界面DMI，为司机提供驾驶过程的参考信息。以前用双司机保证。
ATO
京张铁路已经实现
4. 故障-安全原则
TB/T 2615-94 行业标准《铁路信号故障-安全原则》
故障
在规定的时间内和规定的条件下，信号设备规定的功能（部分或全部）受到限制或丧失。
（检修周期：小修、中修和大修不能用了需要全部更换）联锁继电器大修是15年，计算机联锁是10年。
出现故障时，需要做出应对。保证安全，人身和财产不受危害。
安全性：在规定的时间内和规定的条件下，有关设备不发生危险状态的概率。是一个理想状态的计算结果，10e-9/h这种极小的概率是无法验证的。为了确保在有限时间故障不发生。
EN50128 安全规定，SIL等级
故障以后导向安全！FS（Fail Safe）
故障安全原则（具体情况具体分析）
- 从技术上能够实现的，不需要人工执行任何操作和处理。（微波炉、电梯）机械结构和电气结构的设计。
- 在下列情况下信号设备不应导致危机行车安全状态：
一个故障；
一次故障及其二次故障的叠加；
一次故障及其二次故障和过负荷故障；
一个故障加误操作；
当故障不能立即发现时，应考虑积累另一个故障。
例如轨道电路：固有安全，负载端和电源端放在刚轨的两端。
