軌道電路分路不良雙計軸設備控制系統(tǒng)的實現(xiàn)＊*

唐建國

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司通號處信號所，湖北 武漢 430063)

1 分路不良問題存在的現(xiàn)狀

我國鐵路應用微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的貨場已達60%以上，廠礦企業(yè)專用線的應用率已達40%［1］?，F(xiàn)在使用的軌道電路基本上是采用輪對分路軌道的電壓，使軌道繼電器落下，這種方法簡單，但它對軌面的導電與道床的電阻都有要求，對區(qū)間的長度有所限制，所以在有的區(qū)段使用軌道繼電器效果不好［2］。

2 國內(nèi)相關技術研究

目前國內(nèi)解決分路不良的方案，一是采用高壓脈沖方式軌道電路，但在鋼軌生銹特別嚴重或鋼軌上覆蓋有絕緣物時也效果不好，并且不適合用在潮濕等低阻道床上;并容易受雷擊干擾。二是采用高靈敏度軌道電路，缺點是在長區(qū)段上發(fā)生鋼軌生銹時，仍可能產(chǎn)生分路不良;也不適用潮濕等低阻道床上。三是采用監(jiān)視軌道電路的電壓變化來判斷是否壓車，其缺點類同第2種方式［3］。以上方法均不能徹底解決分路不良問題，留下的安全隱患大，而且能源浪費嚴重。

計軸是國際上唯一能徹底解決軌道電路分路不良的一種技術［4］。但目前國內(nèi)鐵路上所使用的計軸傳感系統(tǒng)大部分是引進西門子和阿爾卡特的計軸產(chǎn)品，價格昂貴，維護費用高。而且國外產(chǎn)品設計采用國際通用模式，并不符合我國鐵路實際情況［5］。

3 軌道電路分路不良計軸設備控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

鑒于對現(xiàn)狀及技術的研究，計軸技術是使用傳感器檢測輪對來判斷區(qū)段的占用與空閑，用計軸技術，能彌補以上不足。所以，擬選定設計專門的計軸產(chǎn)品來解決分路不良問題。

3.1 計軸在解決分路不良問題中的關鍵技術要求

(1)完全按照我國鐵路技術規(guī)范設計，嚴格遵守故障－安全原則。

(2)設計中對來自通道上的短時間干擾在軟件設計中采用了3級校驗的防護手段。

(3)計軸器具有耐惡劣氣候、耐酸堿、耐沖擊和震動的特點。

(4)能識別站場內(nèi)的各種車型，并適用于各類作業(yè)方式，能解決調(diào)車折返作業(yè)、車輛晃動等問題。

(5)能解決國內(nèi)外都沒有解決的工務小車干擾問題。

3.2 軌道電路分路不良雙計軸設備控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.2.1 系統(tǒng)架構

系統(tǒng)主要由雙計軸傳感器、計軸處理器、區(qū)段軸數(shù)運算器和安全驅(qū)動器等部分構成。見圖1。

圖1 系統(tǒng)架構圖Fig.1 I System architecture

本系統(tǒng)設備主要在室外，室內(nèi)部分為可選部分，室外有計軸處理器，安全驅(qū)動器，防雷組合，安全繼電器電源，雙計軸傳感器，計軸安全檢測電器，接線盒與傳輸線，室內(nèi)為計算機，遠程清零控制器，遠程復位開關，這三者均為可選設備，主要是提高系統(tǒng)維護方便性。

計軸設備控制系統(tǒng)，是在所監(jiān)測的區(qū)段兩端口各設一個計軸點，利用計軸點記錄駛?cè)牒婉偝鏊O(jiān)測區(qū)段的列車軸數(shù)［6］。為了準確判斷所監(jiān)測區(qū)段內(nèi)的車軸數(shù)，在每一個計軸點必須安裝2對車軸傳感器，這是為了不僅能計算經(jīng)過計軸點的車軸數(shù)，而且能判斷列車的運行方向。

在系統(tǒng)的設計中充分考慮了執(zhí)行機構的故障－安全原則，使系統(tǒng)的可靠性等級有了提高［7］。

結構特點:傳感器采用半衰變原理控測車輪，采用夾持式安裝，不需要破壞鋼軌結構，能適應43，50和60 kg軌型。計軸傳感器FASI能判別方向，能零速度檢測車輪，傳感器對鋼鐵最敏感，而對水、雪、砂、木頭等物質(zhì)無反應。使用3級不同器件組成防雷電路，能有效吸收一定強度的雷擊。輸入板使用三重冗余方式并加以光電隔離。該處理器由2套以PLD為核心，全部功能均以硬件實現(xiàn)，在理論上不存在軟件造成的死機問題;所有功能有獨立的硬件支持，均能并發(fā)處理，運行速度很快。在計軸處理器中可自動屏蔽從計軸傳感器同時接收到的或者間隔較小干擾信號，不會產(chǎn)生誤計軸。它的輸入電路也采用3取2方式，這樣，即使輸入電路出現(xiàn)了故障，不會出現(xiàn)計軸錯誤。

計軸原理:計軸采用了時序組合計軸與3取2的計軸方式，2種關鍵技術保證計軸的正確性，時序組合計軸，它不是簡單的利用計軸傳感器的脈次來計軸，而用了時序組合的方法來判斷是加計軸或減計軸或不計軸，正常車輪經(jīng)過傳感器能滿足以上2種時序組合，而干擾信號不會滿足以上時序組合;采用3取2方式，計軸處理器中區(qū)段計數(shù)器的3個計數(shù)器同時計數(shù)。當計數(shù)脈沖消失后，存儲電路中將比較3個計數(shù)器計數(shù)結果并存儲。這樣能保證每次計數(shù)的正確性，3取2電路每時每刻都在比較3個計數(shù)器計數(shù)結果，軸數(shù)不等于0，表示區(qū)段占用，軸數(shù)等于0，表示區(qū)段空閑，3取2方式能大大提高計軸的準確性，便于糾正計軸過程中產(chǎn)生的錯誤或等待時電磁干擾造成的錯誤軸數(shù)。

驅(qū)動電路采用安全與門雙端互補輸出:普通的與門不能滿足于故障導向安全的要求，是因為如果與門的輸出對電源短路，則輸出電路會始終輸出區(qū)段空閑的狀態(tài)(哪怕它已經(jīng)占用)，這樣非常危險。采用安全與門雙端互補輸出的精髓是數(shù)字電路出現(xiàn)故障時，它輸出(輸入)始終是高電平或者是低電平，不會出現(xiàn)高低電平交替。只有在無任何故障時，2個輸出電路才會有互補輸出脈寬調(diào)制方波，驅(qū)動電路只是對方波信號起作用，對一直是低電平或一直是高電平不起作用。為了進一步提高安全性，2片PLD的安全與門不是簡單的再進行與關系，使用電壓串級控制。如圖2。

圖2 系統(tǒng)原理圖Fig.2 System principle

PLD1與PLD2在占用時，安全與門不輸出信號，2個端口均處于高阻狀態(tài)，當PLD1與PLD2在空閑時，安全與門2個端口輸出2個互補的方波，電壓轉(zhuǎn)換電路在收到2個互補的方波后產(chǎn)生穩(wěn)定12 V(±1%)直流電源給脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路收到兩個互補的方波并且12 V電源電壓正常時，并根據(jù)整流濾波輸出電壓自動調(diào)整輸出合適的脈次信號，脈次信號經(jīng)過電容隔離后經(jīng)過驅(qū)動電路放大，推動隔離變壓器，變壓器輸出經(jīng)整流濾波把高頻信號轉(zhuǎn)化為24 V直流信號。24 V直流信號經(jīng)過光電藕合器送到PLD1和PLD2系統(tǒng)和脈寬調(diào)制電路。

從以上分析可知:只有在PLD1系統(tǒng)與PLD2系統(tǒng)同時空閑才有24 V輸出。電路充分保證了故障倒向安全，任一元件不論是哪種故障，都不會有錯誤的輸出空閑狀態(tài)［8］。

3.2.2 軟件功能設計

系統(tǒng)操作界面見圖3。

(1)能與站內(nèi)微機聯(lián)鎖系統(tǒng)相結合，解決分路不良造成的紅光帶問題。

(2)適應各種特殊行車作業(yè)，如中途折返列車、越站列車、跟蹤調(diào)車等。

(3)有車溜入?yún)^(qū)間時，設備表示區(qū)間占用。

(4)設備能鑒別列車運行方向，在同一個計軸點上前進和后退的輪軸均能正確計數(shù)。

(5)設備具有監(jiān)督、顯示功能，以監(jiān)視系統(tǒng)工作情況，顯示所發(fā)生故障。

(6)設備具有定期檢測功能與手動檢測功能，一旦發(fā)生故障，設備則表示占用并持續(xù)顯示故障狀態(tài)，同時給出音響報警，保證實現(xiàn)故障——安全原則。

(7)系統(tǒng)具有故障報警監(jiān)測防護功能，系統(tǒng)中對于下面的故障進行了故障報警檢測，如:軌道計軸傳感器未被固定好;電纜短路或者沒連接好;電源松動或沒連接好板卡;數(shù)據(jù)錯誤;脈沖前后沿丟失(放大器故障，或計軸處理單元的內(nèi)部故障，計軸處理器電源工作不同步)。

圖3 軟件界面Fig.3 Software interface

4 應用效果

本系統(tǒng)嚴格遵守故障－安全的原則，系統(tǒng)不受道床條件影響，可以徹底解決分路不良問題。能替代昂貴的國外同類產(chǎn)品。

(1)系統(tǒng)施工簡單，所采用的主要設備(包括控制設備)都放在室外，這樣可以大大減少施工量與對既有線路的改造，室內(nèi)的聯(lián)鎖設備與連線不需做任何修改。本系統(tǒng)性價比高，安裝簡便，市場競爭力強。

(2)本系統(tǒng)能夠徹底解決軌道電路分路不良問題，具有良好的社會效益。在不適宜使用軌道電路的區(qū)段，均可采用計軸設備來替代。

(3)根據(jù)國家相關政策及規(guī)劃，計軸設備作為鐵路信號系統(tǒng)的配套設備，具有廣闊的市場前景。本系統(tǒng)契合了鐵路國產(chǎn)化的方向。

［1］趙 杰，邱 波，刁光偉，等.對軌道電路分路不良的解決方案探討［J］.鐵道通信信號，2010(5):50－51.ZHAO Jie，QIU Bo，DIAO Guang-wei，et al.To bad shunting of track circuit to explore solutions［J］.Railway Communication Signal，2010(5):50 －51.

［2］武 夫，陳明軍，鄒 波，等.重力感應式計軸系統(tǒng)的研究［J］.中國鐵路，2010(7):60－63.WU fu，CHEN Ming-jun ，ZOU Bo，et al.Gravity induction type meter shaft system ［J］.China Railway，2010(7):60－63.

［3］吉建國.采用計軸技術解決站內(nèi)軌道電路分路不良問題的探討［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2008(22):145－146.JI Jian-guo.Adopt a shaft station track circuit technology to solve the problem of poor shunt［J］.Information Development and Economy，2008(22):145 －146.

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［8］陳建譯，蘭獻彬.TAZⅡ計軸系統(tǒng)技術［J］.鐵道通信信號，2008(9):11－12.CHEN Jian-yi，LAN Xian-bin.TAZ Ⅱ axle counting system technology［J］.Railway Signal ＆ Communication，2008(9):11－12.