計(jì)軸繪圖及監(jiān)測的仿真研究

范 婷，楊 揚(yáng)

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610031）

計(jì)軸繪圖及監(jiān)測的仿真研究

范 婷，楊 揚(yáng)

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610031）

計(jì)軸可以代替軌道電路檢測區(qū)段空閑/占用；解決站內(nèi)白光帶/紅光帶，區(qū)間紅光帶；站內(nèi)、區(qū)間分路不良等功能，計(jì)軸監(jiān)測系統(tǒng)是實(shí)時(shí)監(jiān)測，隨時(shí)掌握軌道空閑/占用狀態(tài)，提高運(yùn)輸效率。本文遵循面向?qū)ο蟮能浖こ痰乃枷牒头椒?，基于可視化軟件平臺MFC編寫，開發(fā)出軟件，通過模擬監(jiān)測并記錄計(jì)軸設(shè)備的主要運(yùn)行狀態(tài)，能夠模擬實(shí)現(xiàn)對計(jì)軸設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

計(jì)軸；監(jiān)測系統(tǒng)；站場繪制區(qū)段；傳感器

計(jì)軸又稱微機(jī)計(jì)軸，是鐵路兩端車站大的裝設(shè)設(shè)備，利用安裝在鋼軌的閉環(huán)傳感器監(jiān)督列車車輪對經(jīng)過數(shù)，經(jīng)過設(shè)在室內(nèi)的微機(jī)系統(tǒng)與門檢測后將本站的輪對數(shù)，經(jīng)過設(shè)在室內(nèi)的微機(jī)系統(tǒng)與門檢測后將本站的輪對數(shù)利用半自動(dòng)設(shè)備發(fā)送至對方站，列車到達(dá)對方站后，對方站收到輪對數(shù)與發(fā)車站的相同時(shí)自動(dòng)開通區(qū)間，換言之，是一種能檢測通過車輪的鐵路信號設(shè)備，它能夠取代許多的普通軌道電路[1]。

現(xiàn)有的計(jì)軸設(shè)備主要計(jì)軸系統(tǒng)可有效的用于解決站內(nèi)軌道電路“壓不死”、“異常紅光帶”、分路不良等故障；也可用于半自動(dòng)閉塞區(qū)間，以實(shí)現(xiàn)站間閉塞自動(dòng)化，提高區(qū)間行車效率，保證列車在區(qū)間內(nèi)的安全運(yùn)行[2]。但傳統(tǒng)的計(jì)軸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不能很形象地進(jìn)行顯示，這就給計(jì)軸設(shè)備的維護(hù)與故障處理造成了一定困難，延長了處理故障時(shí)間。因此，開發(fā)了計(jì)軸繪圖及監(jiān)測仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)將繪圖軟件、傳感器、總線、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信融為一體，通過繪制站行圖，進(jìn)行形象的監(jiān)測顯示，方便日常維護(hù)，同時(shí)幫助維護(hù)人員快速分析故障及定位，縮短故障處理時(shí)間，保證計(jì)軸設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 開發(fā)原理及目的

計(jì)數(shù)頭（或稱檢測點(diǎn)）安裝在軌道區(qū)段的每一個(gè)端點(diǎn)。同時(shí)每個(gè)區(qū)段有一個(gè)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的，與區(qū)段各端檢測點(diǎn)相關(guān)的電子計(jì)數(shù)器。一個(gè)檢測點(diǎn)有兩個(gè)獨(dú)立的傳感器組成，檢測點(diǎn)借助于每個(gè)傳感器被經(jīng)過的次序能檢測列車運(yùn)行方向。當(dāng)每個(gè)輪對駛過軌道區(qū)段的始端檢測點(diǎn)時(shí)該該區(qū)段的計(jì)數(shù)器遞增。當(dāng)列車經(jīng)過同樣的末端檢測點(diǎn)時(shí)該區(qū)段的計(jì)數(shù)器遞減。如果一個(gè)區(qū)段計(jì)數(shù)計(jì)算結(jié)果是零，軌道區(qū)段對后續(xù)的列車來說被認(rèn)為是出清，即此區(qū)段為空閑[3]。不同于軌道電路，計(jì)軸不需要安裝軌道絕緣，這避免了因?yàn)椴迦虢^緣而鋸斷已焊接好的長軌。這些絕緣部位給鋼軌帶來薄弱環(huán)節(jié)，斷軌經(jīng)常發(fā)生在這些地點(diǎn)。并且許多軌道電路的故障都是由軌道絕緣引起的，計(jì)軸監(jiān)測設(shè)備的應(yīng)用解決了這個(gè)問題。

本計(jì)軸繪圖及監(jiān)測的仿真系統(tǒng)軟件適用于JZGD-1、JZ1-H型計(jì)軸設(shè)備，滿足了站內(nèi)、區(qū)間一體化要求，對計(jì)軸設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，故障時(shí)給出報(bào)警，同時(shí)為故障診斷提供有效的分析數(shù)據(jù)，縮短故障處理的時(shí)間，提高計(jì)軸系統(tǒng)的可用性[4]。

1.2 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

根據(jù)計(jì)軸繪圖及監(jiān)測的仿真系統(tǒng)開發(fā)目的與設(shè)計(jì)需要，遵循面向?qū)ο筌浖こ痰乃枷?，采用統(tǒng)一建模語言，詳細(xì)描述計(jì)軸繪圖及監(jiān)測的仿真系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)過程。系統(tǒng)包含的所有模塊以及模塊間的相互關(guān)系構(gòu)成了計(jì)軸繪圖及監(jiān)測的仿真系統(tǒng)的總體框架，計(jì)軸系統(tǒng)總體框架[5]如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架

（1）站場圖繪制軟件。此軟件可以繪制磁頭傳感器、繪制鐵軌，對區(qū)段進(jìn)行標(biāo)示，以及設(shè)置區(qū)段的屬性。

（2）磁頭采集單元。磁頭采集單元是對室外電子檢測盒JCH所輸出的頻率及幅度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，每個(gè)計(jì)軸頻率傳感器可以分別對2個(gè)計(jì)軸點(diǎn)的頻率進(jìn)行測量，本仿真系統(tǒng)使用串口調(diào)試工具模擬行車數(shù)據(jù)。

（3）開關(guān)量采集單元。開關(guān)量采集單元用于采集如計(jì)軸軌道條件、復(fù)位條件等，本仿真系統(tǒng)使用串口調(diào)試工具模擬。

（4）電壓采集單元。交直流電壓檢測板卡，可測量輸入的直流電壓或交流電壓，本仿真系統(tǒng)使用串口調(diào)試工具模擬。

（5）多串口擴(kuò)展卡。利用虛擬串口代替。

（6）主機(jī)單元。完成和系統(tǒng)各個(gè)模塊的通訊，數(shù)據(jù)采集，保存，顯示，故障診斷。

（7）顯示器。給出計(jì)軸繪圖及監(jiān)測的仿真系統(tǒng)相關(guān)操作的圖形。

1.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）實(shí)用性較強(qiáng)。系統(tǒng)采用模塊化、網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，采用虛擬串口調(diào)試工具寫入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量豐富，能適應(yīng)不同的站場，不同行車方式的要求，并可分散或集中放置。

（2）功能全面。計(jì)軸繪圖及監(jiān)測的仿真系統(tǒng)功能全面，該系統(tǒng)集計(jì)軸站場繪圖，信號處理軟件為一起，傳統(tǒng)的系統(tǒng)站場繪制和信號處理軟件是分開的，不便于設(shè)計(jì)人員的一體化操作[6]。

（3）直觀性。過去系統(tǒng)都是用一些指示燈來進(jìn)行顯示，現(xiàn)在利用虛擬方式進(jìn)行檢測，便于用戶的觀察。

（4）界面美觀、操作簡捷。良好的用戶菜單，操作人員可以根據(jù)需要自行修改站場。

2 系統(tǒng)工作的流程

2.1 根據(jù)實(shí)際情況繪制站場圖

設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際需要繪制站場圖形，站場圖形直觀，便于修改。站場繪制圖形如圖2所示（圓形代表傳感器）。

圖2 站場圖的繪制圖標(biāo)

2.2 配置傳感器屬性

繪制好站場圖形后，需要對站場中的傳感器進(jìn)行屬性配置，此項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)是通過對實(shí)際傳感器的模擬，需要配置以下屬性：

（1）傳感器的ID，此項(xiàng)程序中會(huì)自動(dòng)添加。

（2）相對應(yīng)的串口，這里串口是用于將外界實(shí)際傳感器數(shù)據(jù)傳送給模擬傳感器，一個(gè)傳感器將鐵軌分成了左面軌與右面軌，使用貼代碼的形式給出。如圖3所示。

2.3 規(guī)則的配置

將串口來的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的表示為軸的信息，建立了規(guī)則類，規(guī)則類能通過配置來對串口來的數(shù)據(jù)進(jìn)行判別是不是軸信息；是增加軸數(shù)，還是減少軸數(shù)，如圖4所示。

圖3 傳感器屬性配置圖

圖4 規(guī)則配置圖

2.4 啟動(dòng)監(jiān)測

以兩股道的站場圖為例，列車從左向右運(yùn)行，首先進(jìn)入?yún)^(qū)段1 ，在進(jìn)入?yún)^(qū)段2，此時(shí)比較區(qū)段1和區(qū)段2的軸數(shù)，區(qū)段1的軸數(shù)減少，區(qū)段2的軸數(shù)增加，如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)界面圖

3 結(jié)束語

隨著鐵路運(yùn)輸壓力的增加，如何提高運(yùn)輸效率并且能保證行車安全是當(dāng)前亟需解決的問題。站內(nèi)軌道電路分路不良、半自動(dòng)閉塞區(qū)段成為制約提高運(yùn)輸效率、行車安全的瓶頸。采用計(jì)軸系統(tǒng)作為區(qū)間空閑狀態(tài)的檢查手段，并通過增加有關(guān)結(jié)合電路，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)站間閉塞系統(tǒng)，對保障行車安全、提高運(yùn)輸能力起到了重要的作用。特別是隨著提速向半自動(dòng)區(qū)段的延伸，增加計(jì)軸區(qū)間檢查設(shè)備更為迫切。

本仿真系統(tǒng)通過獲取模擬的串口信號，按照設(shè)定的含義，對接收的信號進(jìn)行相應(yīng)的處理。當(dāng)處理完磁頭串口發(fā)送來信號，則可以判斷傳感器左面/右面的鐵軌所屬的區(qū)段的軸數(shù)應(yīng)該增加還是減少，將其發(fā)送給相應(yīng)的區(qū)段，使相應(yīng)的區(qū)段進(jìn)行軸數(shù)的增減。當(dāng)軸數(shù)從有軸變?yōu)闊o軸時(shí)，告訴屬于本區(qū)段的所有鐵軌區(qū)段空閑。當(dāng)軸數(shù)從0變?yōu)橛休S時(shí)，告訴屬于本區(qū)段的所有鐵軌區(qū)段占用。在無論區(qū)段從空閑到占用還是從占用到空閑，所屬區(qū)段的模擬繼電器都要?jiǎng)幼鳎ㄓ眉^來表示，當(dāng)繼電器落下時(shí)，向下箭頭亮起，相反向上箭頭亮起）。使用可視化軟件平臺MFC編寫,利用面向?qū)ο蟮姆椒橛脩魟?chuàng)造出良好的人機(jī)界面，滿足了鐵路對計(jì)軸繪圖及監(jiān)測的仿真系統(tǒng)的需求，提供的仿真過程與現(xiàn)場運(yùn)行相近。

[1] 成都鐵路通信設(shè)備工廠.計(jì)軸設(shè)備維護(hù)手冊[Z]. 2009.

[2] 何樸珈.應(yīng)用計(jì)軸技術(shù)解決軌道電路分路不良問題[J].鐵道運(yùn)營技術(shù)，2009（1）：15.

[3] 中華人民共和國鐵道部.TB 2296-2011計(jì)軸通用技術(shù)條件[S]. 2011.

[4] 周桂強(qiáng). 站間計(jì)軸設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 鐵道通信信號，2012（10）.

[5] 張景奇. 電路仿真中的元件建模方法研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué)，2006，6.

[6] EN 50238-3:05/2010Railway applications-Compatibility between rolling stock and train detection systems-Part 3: Compatibility with axle counters[S]. 2010.

責(zé)任編輯 徐侃春

Simulation on axle mapping and monitoring

FAN Ting, YANG Yang
( School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China )

Axle could replace the track circuit to detect section free / occupied, solve station white with / red zone, and red zone station interval, interval, poor shunting function. Axle Monitoring System was a realtime monitoring to master the track free / occupied state, improve transport eff i ciency at any time. The paper followed the idea and method based on object oriented software engineering. The software was developed based on visualization software platform MFC. The real-time monitoring to the axle could be simulated by simulated monitoring and recording the running state.

axle; monitoring system; drawing station section; sensor

U284.47∶TP39

A

1005-8451（2014）09-0015-03

2014-03-10

范 婷，在讀碩士研究生；楊 揚(yáng)，副教授。