重载列车智能化操控系统研制.doc

编号：类别：技术开发中国神华能源股份有限公司科技创新项目计划任务书项冃名称： 重载列车智能化操控系统研制 项冃负责人： 赵鸿鸣 主要承担单位： 浙江浙人网新集团有限公司（盖章）起止时间： 2013年1月1日至2015年12月31日中国神华能源股份有限公司科技发展部卬制一、国内外概况、水平和发展趋势及专利情况随着重载铁路运输的发展，国内外铁路公司对优化操纵重载列车 的研究都十分重视国内外关于重载列车操纵优化以及智能操控相关 技术情况如下：(1)无线同步操控技术美国从20世纪50年代末开始研究利用电传递操纵信号，自动 操纵后部机车，实现前后机车同步操纵的技术，其传递操纵信号的 通信方式分为无线和有线两种但基于无线通信方式的动力分散同 步操纵系统的装车量和使用数量要远大于有线方式，美国在这项技 术领域具有绝对的优势，主要产品都出自美国的GE公司和Wabtec 公司动力分散无线控制技术最大的研究生产厂商为美国GE的 GETS Global Signaling (通用电气运输系统全球信号设备公司)，其 研制、生产的Locotrol技术是机车动力分散式无线控制系统的代表 产品1959年，美国开始进行了机车无线遥控的机车动力分散控制试 验。

1962年，美国Wabtec公司的前身 西屋(Westinghouse)公司的远程机车遥控系统开始用在由200辆车编组的180001列车上随后 经过多次试验、改进，该系统于1964年以后陆续在美国南方铁路公 司、南太平洋铁路公司、宾夕法尼亚铁路公司、纽约中央铁路公司、 联合太平洋铁路、圣太菲铁路以及加拿大太平洋铁路公司等大量采 用20世纪70年代，该项技术逐步成熟，澳大利亚、巴西等国的铁 路也采用了这种技术20世纪80年代，由于计算机技术飞跃发展，Harris公司开始开 发新一代无线遥控系统它采用现代化微处理机技术，在任何条件 下能保持性能稳定1984年，开发出了第一台装有微处理器的 Locotrol II型机车无线同步操纵系统，即第二代Locotrol系统与第 一代Locotrol相比，Locotrol II的功能扩大了，体积大大缩小了，可 以直接放置在列车中部的从控机车上，从而取消了遥控车继电器 和电磁阀置于软件的控制下，可以进行制动管路连通性测试、漏泄 测试和主控与从控设备的连通性测试以及对空气流速变化的检测 对空气流速有无变化的检测使得制动管路成为辅助的控制信号传 输通道主控机车与从控机车能够互换通用，进一步提高了安全性 和灵活性，使操作和维修更加容易。

20世纪90年代初，，Harris公司开发出第三代动力分散式控制 的Locotrol产品 Locotrol III该系统采用了更先进的微处理器，功能更强，可提供增强型的用户界面、多项遥控支持等Locotrol III 能提供一个完整的动力分散式控制系统，并且能与各种类型的机车 和制动系统接口近年来，GETS Global Signaling开发了第四代动力分散式控制的 Locotrol并在铁路上试用它采用最先进的微处理器和固态电子技术, 使用更少的元件，工作更加可靠，并且更容易与现代机车相配合第 四代产品中，Locotrol LSI或MVB把所有向司机显示的信息都集中反 映在司机台的显示屏上Locotrol处理器模块和双重无线电通信模块 通过与LSI或MVB的接口而控制和监视从控机车处理器模块将信 息经由机车计算机控制系统传送到机车的司机控制器、空气制动系 统、列车尾部装置和司机台的通用显示器Locotrol LSI或MVB的主 要特点是体积比Locotrol III小80%,标准的司机台显示屏，标准成套 的处理器模块，与车载电子和空气制动设备的接口简化了，具有更高 的可靠性20世纪90年代后期，由于重载列车有线电控空气制动技术的 出现，借助于贯穿全列车的通讯电缆，拥有有线电控空气制动技术 的NYAB和Wabtec公司开发了基于有线通信的机车动力分散式控 制系统。

近年来，随着重载运输的发展，铁路市场对Locotrol系统的需求 有所增加，已有约7000套Locotro 1系统安装在美国、加拿大、澳大 利亚、巴西、中国等国家和地区铁路的电力机车和内燃机车上2003年以来，我国铁路在引进Locotrol技术的基础上，对大秦线开行万t重载组合列车技术进行了系统集成创新：实现了 Locotrol 术与800MHz数据电台的集成创新；Locotrol技术与SS4机车、CCB II制动机的集成创新；在世界上首次实现了 Locotro 1技术与GSM-R技术的集成创新通过集成创新，大秦线成功开行了三种编组的2万t组合列车：采用4 x 5000t的编组、1 + 1 + 1 + 1动力布置方式、由4台SS4机车牵引204辆C80货车的重载组合列车；采用2x 10000t的编组、1+2+ 1动力布置方式、由4台SS4机车牵引204辆C80货车的重载组合列车；采用2 x 10000t编组、1 + 1 +可控列尾动力布置方式、 由2台和谐型机车牵引210辆C80货车的重载组合列车2) ECP技术20世纪90年代，美国和欧洲一些国家的铁路开始研究用于货物 列车的电子控制空气制动系统ECP,这是一种电子控制的直通式空气 制动系统。

这种系统采用了先进的信息技术（IT）,直接用计算机控 制列车中每辆货车的制动缸的制动和缓解，取消了传统的空气制动阀 系统，保证了长大重载列车中各节车辆的制动、缓解动作的一致，大 大加快了制动速度、缩短了制动距离，降低了车辆间的纵向冲动力， 优越性非常明显按信号传递方式分，ECP又有两种型式：一种是通过列车上贯通 全长的电缆（列车总线）来传递制动控制信号及后面车辆向机车的反 馈信息（称有线方式）另外一种是利用每节车辆两端的无线电装置 在相邻的两节车辆之间接收和发送制动控制信号及反馈信息（无线方 式）电缆（有线）方式的优点是结构比较简单而且工作也比较可靠, 但是不适用列车需要经常解编的普通货物列车，而适用于旅客列车那 样的固定编组的货物列车（单元列车）无线方式的优点是比较灵活,适用于列车编组不固定，需要经常解编的列车但是它要求在每节车 辆上安装无线电装置的电源，还要在车辆的两端安放无线电接收和发 送装置，以便与相邻的车辆交换、传递及反馈信息而无线电信号容 易受干扰，工作可靠性不如有线方式美国铁路于1997年开始对于 这两种方式都进行了试验，最后在固定编组的单元重载列车上首先使 用了有线方式的电子控制空气制动系统（ECP）。

美国的技术服务销售公司（TSM）从1994年开始就研制出早期 的有线ECP制动系统后来它与美国著名的威斯汀豪斯空气制动机 公司（WABCO ）、Pulse电子公司、洛克威尔铁路电子公司（Rockwell） 以及Q-Tron公司一起组成了 Wabtec公司、Wabtec公司继续生产有线 ECP制动系统它与北美铁道协会（AAR）通力合作，在1999年3 月制定出有线ECP系统的工业标准一一S4200标准此外，美国的纽 约空气制动机公司（现在属于著名的跨国公司，Knorr制动机公司的 麾下）也研制和生产了有线ECP制动系统1997年，ECP在北美开 始装车试验目前，美国、加拿大、澳大利亚、南非等国已在重载铁 路上采用了该项技术美国铁路试验表明，重载列车采用电空制动的主要优点为：①保证前 后车辆制动和缓解的同步作用，使纵向冲动大为改善；②减少空气压 力波传播需要的制动空走时间，缩短列车制动距离30%-70%,在闭 塞区间长度不变的情况下，可提高列车速度18~30km/h,增加线路的 通过能力；③具有良好的阶段制动和阶段缓解作用，便于司机操纵； ④因为列车管充气加快，装、卸载时间也加快，缩短了列车停留时间， 使列车周转时间缩短，节约能源5%,降低车辆维修成本，手制动控 制更精确，减少车轮损伤；⑤ECP装置具有监测车辆制动系统的功能, 有利于车辆维护，并可取消守车。

此外，这种新型的货车电空制动还 具有检测折角塞门关闭、ECP芯片损坏报警等安全保障功能，因此是 重载列车技术装备的一大突破柏林顿北方圣太菲铁路公司已决定在 其所有新机车上装设电空制动系统2)重载列车平稳操作及智能化操控技术相比之前的两项技术而言，智能化操控技术依旧是一项较新的技 术，还没有广泛应用于重载列车当中虽然目前国外虽然还没有将这 一领域的技术应用于重载列车当中，但是重载列车控制有着向着 ETCS系统方向发展的趋势，这对于提升重载列车的运量，包括缩小 运营间隔或提升运营速度；确保列车运行平稳安全；减少能源消耗和 铁轨、车轮损耗均具有重要意义国外已经有一些国家在一些线路上 引入重载列车智能化操控的元素，例如：南非的萨尔达尼亚铁矿石出 口线(Saldanha Iron Ore Export line )采用了电子联锁和经由微波通信 的CTC调度系统；澳大利亚罗伊山(Roy Hill)公司于2012年修建的一 条长342km的重载铁路线，安萨尔多公司将为这条铁路线提供基于卫 星定位的列车控制和防护技术，包括基于语音的通信系统、综合电子 行车命令系统、集中联锁系统、带有列车卫星定位功能的列车自动防 护系统以及基于通信的维护车辆及在轨设备防护系统。

目前，国内在重载列车智能化操控领域里已经取得了一些成果，其中以大秦铁路最为突出大秦铁路于2003年9月开行单元万吨重 载列车，2004年6月开行万吨重载组合列车，2006年3月开行2万 吨重载组合列车，在重载列车技术方面拥有大量的宝贵经验和研究成 果著有《HX型机车1+1分布式重载组合两万吨列车平稳操纵、安 全技术规范》等技术报告作为在国内年运量排在第二位的朔黄铁路也在对这一技术进行 尝试，2012年，成都畅通机车车辆技术开发有限公司针对朔黄铁路进 行了平稳操纵与质量优化技术的研究系统研究了万吨列车动力学状 态，发现和解决万吨重载列车在平稳操纵和设备质量中存在的问题 通过对该课题的研究，总结开行万吨列车经验，分析传统操纵中存在 的弊端，规范操纵流程，优化列车运行曲线，制定科学合理的操纵办 法和非正常情况处理办法及相关的安全措施，改进生产工艺，对机车 关键部件进行适应性技术改造和规范的检修维护，确保万吨列车的安 全、平稳、畅通，并可为研究2万吨列车开行提供借鉴经验但是该 课题无法根据线路实际情况提供实时的重载列车操控建议，相对而言 不够灵活，而且实际线路的路况千变万化，因而提前计算好的数据难 免会出现偏差，不够准确。

按照神华集团提出的5年实现经济总量翻番的目标，研究重载列 车智能化操控系统，规范乘务员操纵，最大减小列车的冲动，研究重 载列车动力学，实现驾驶曲线的实时规划和计算，基于辅助驾驶规划 曲线和列车运行状态信息指导司机对列车的安全、准点和节能操 纵，是保证重载列车安全运行的重要环节为了进一步有效的保证行车安全，提高运输效率，必须在总结前 期经验的基础上，展开“重载列车智能化操控系统研制”课题研究， 确定重载列车智能化操控系统技术架构，开发适用于重载列车智能化 操控系统智能核心设备与辅助自动控制设备，构建完整的重载列车智 能化操控系统，实现列车智能操控，提供列车辅助自动控制等功能， 保证列车运输安全，优化运行效率，提升线路运输能力通过对本课 题的研究，总结开行重载列车经验，分析传统操纵中存在的弊端，规 范操纵流程，根据实地路况实时地向司机提供优化列车运行曲线，基 于辅助驾驶规划曲线和列车运行状态信息指导司机对列车的安 全、准点和节能操纵，确保重载列车的安全、平稳、畅通，并可为研 究2万吨列车开行提供借鉴经验；并且也为自动控制技术应用于重载 列车的实现打下坚实的基础二、主要研究内容、目标、技术关键及主要技术经济指标（1） 研究内容确定重载列车智能化操。