南京地鐵TAZ Ⅱ計(jì)軸系統(tǒng)的故障分析及整改措施

吳騰云

摘要：介紹科安達(dá)TAZ Ⅱ計(jì)軸的工作原理和系統(tǒng)特性，分析科安達(dá)TAZ Ⅱ計(jì)軸系統(tǒng)在南京地鐵S9號(hào)線產(chǎn)生的故障，總結(jié)產(chǎn)生故障的原因，提出整改方案和解決措施，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、降低故障發(fā)生率，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備維保的效果。

關(guān)鍵詞：TAZ Ⅱ計(jì)軸;工作原理;故障

0引言

隨著科技的發(fā)展，新興的技術(shù)憑借更優(yōu)越的性能，逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)，這種現(xiàn)象在城市軌道交通系統(tǒng)中也不例外。南京地鐵S9號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)采用科安達(dá)TAZ Ⅱ計(jì)軸設(shè)備，正逐漸替代傳統(tǒng)的軌道電路，對(duì)列車空閑、占用情況進(jìn)行檢測(cè)，并且將信息發(fā)送給列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)行車閉塞的安全。本文從科安達(dá)TAZ Ⅱ/S 295計(jì)軸設(shè)備工作原理出發(fā)，結(jié)合科安達(dá)TAZ Ⅱ/S 295計(jì)軸系統(tǒng)在南京地鐵S9號(hào)線的運(yùn)用狀況，探討此計(jì)軸設(shè)備的故障，并提出切合實(shí)際的整改措施。

1.科安達(dá)TAZ Ⅱ/S 295計(jì)軸系統(tǒng)技術(shù)

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

計(jì)軸系統(tǒng)通過比較軌道特定的區(qū)段內(nèi)，進(jìn)入、駛出計(jì)軸點(diǎn)的列車的車軸的數(shù)量，來(lái)完成軌道區(qū)段對(duì)空閑、占用情況檢測(cè)的鐵路專用的信號(hào)設(shè)備。南京地鐵S9號(hào)線采用科安達(dá)TAZ Ⅱ/S 295型計(jì)軸設(shè)備，模塊化設(shè)計(jì)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，故障數(shù)量少，維護(hù)方便。從所處位置可以分為室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備兩部分：室內(nèi)設(shè)備有計(jì)軸板、電源板、復(fù)零板、放大板和輸出板等;室外設(shè)備主要是車輪傳感器和電纜盒等。從各部件功能可劃分為運(yùn)算單位、檢測(cè)單元、電源板和復(fù)零板四大塊：計(jì)軸板與輸出板組成了計(jì)軸的運(yùn)算單元;而車輪傳感器與放大板則組成了車軸的檢測(cè)單元【1】。

計(jì)軸板是由兩套獨(dú)立的運(yùn)算單元組成，分別處理來(lái)自其他板件的信息從而判斷車子前進(jìn)方向，從而完成車軸數(shù)駛?cè)牒婉偝龅慕y(tǒng)計(jì)工作。只有當(dāng)比較兩組運(yùn)算單元計(jì)算結(jié)果相同時(shí)，才能輸出“空閑”的信息給輸出板。

輸出板是由12個(gè)繼電器組成的，主要用于完成車輪傳感器DSS對(duì)區(qū)間內(nèi)空閑、占用的條件的輸出，以及狀態(tài)輸出。

電源板負(fù)責(zé)輸入50Hz的交流220V電源，輸出12V和24V的直流電源。當(dāng)列車的車輪子駛過傳感器所在的區(qū)域，同時(shí)，車輪傳感器DSS則會(huì)產(chǎn)生輪軸信號(hào)輸出到放大板件上，而放大板接收到該信號(hào)對(duì)其進(jìn)行放大、整形后，變成輪軸脈沖的信號(hào)傳給輸出板和計(jì)軸板。

復(fù)零板則用于相應(yīng)區(qū)段計(jì)軸的電路復(fù)零。在計(jì)軸機(jī)柜中，電源板是采用兩套互備冗余的裝置，各機(jī)柜分別提供兩路220V交流電源，其中一臺(tái)電源故障，整個(gè)設(shè)備仍能正常供電。

軌道占用、空閑狀態(tài)檢查方式有兩個(gè)具體操作：一是在軌道空閑時(shí)計(jì)入一軸或探測(cè)到車輪存在，這時(shí)，軌道轉(zhuǎn)變?yōu)檎加玫臓顟B(tài);二是在軌道占用的情況下，計(jì)算最后一軸出區(qū)域時(shí)軌道則可以轉(zhuǎn)為空閑。

1.2車輪傳感器DSS的工作原理

車輪傳感器DSS由外部的直流為其提供電源，其內(nèi)部電路，是由一個(gè)高頻有源振蕩器和其他附屬電路組成的，它的封裝殼體內(nèi)有兩個(gè)獨(dú)立的傳感單元分別執(zhí)行相同的計(jì)算。當(dāng)車輪子接近傳感器的同時(shí)，計(jì)軸系統(tǒng)內(nèi)部的鐵磁介質(zhì)對(duì)元器件的阻尼作用，使電路發(fā)生一些變化，而電路輸出的電壓也會(huì)升高來(lái)完成車軸的計(jì)數(shù)的工作。車輪運(yùn)行方向是通過2路輪軸信號(hào)的相位關(guān)系來(lái)識(shí)別的，當(dāng)車輪子壓過車輪傳感器之后，這2套傳感電路分別感應(yīng)出輪軸信號(hào)，并能感應(yīng)出輪子壓過傳感器的時(shí)間先后順序，以及感應(yīng)出車輪位置的重疊。

1.3計(jì)軸系統(tǒng)的四大重要功能

TAZ II/S295 計(jì)軸系統(tǒng)具有四大重要功能。一是具有自我診斷及故障檢測(cè)功能;二是有預(yù)復(fù)位功能，這個(gè)功能在設(shè)備維護(hù)恢復(fù)故障時(shí)經(jīng)常使用，非常重要。主要在設(shè)備無(wú)故障或者車輪傳感器無(wú)持續(xù)占用時(shí)操作，之后計(jì)軸區(qū)段的軸數(shù)被清零，但此時(shí)計(jì)軸區(qū)段仍處于占用狀態(tài)，只有當(dāng)下一次計(jì)算計(jì)入和計(jì)出軸數(shù)相等時(shí)才能出清軌道空閑狀態(tài)，從而保障列車運(yùn)行安全;三是能夠確定列車的運(yùn)行方向;四是提供檢測(cè)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)的接口，提供信號(hào)系統(tǒng)的軌道區(qū)段占用、空閑的輸出接口。

1.4計(jì)軸系統(tǒng)的缺陷

根據(jù)S9號(hào)線運(yùn)營(yíng)以來(lái)的統(tǒng)計(jì)及觀察發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)主要存在的3大缺陷：一是系統(tǒng)供電狀態(tài)不穩(wěn)定導(dǎo)致車輪傳感器輸出的模擬信號(hào)幅度微弱，而且在傳輸?shù)倪^程中很容易受到干擾從而產(chǎn)生故障 （感應(yīng)單元參考電壓：空閑 4.79V～8.31V，占用：8.39V～9.96V。 開路：9.96V～10.0V，松動(dòng)：0.0V～5.04V，短路：0V）;二是，系統(tǒng)不穩(wěn)定或元器件使用壽命問題導(dǎo)致板卡功能異?；蛩罊C(jī);三是配套的監(jiān)測(cè)終端監(jiān)測(cè)信息量很少，對(duì)故障的排查、維護(hù)參考意義不是太大。經(jīng)過長(zhǎng)期的觀察統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，計(jì)軸受干擾發(fā)生故障的原因主要來(lái)自以上3大缺陷，下面根據(jù)南京地鐵S9號(hào)線的計(jì)軸故障案例來(lái)展開分析【2】。

2.南京地鐵S9號(hào)線科安達(dá)TAZ Ⅱ計(jì)軸故障分析

2.1南京地鐵S9號(hào)線2月至8月計(jì)軸故障案例

案例1：2021年2月14日18：31分，翔宇路南站G0613計(jì)軸編號(hào)紅閃，未影響正常運(yùn)營(yíng)?，F(xiàn)場(chǎng)查看分析原因，發(fā)現(xiàn)計(jì)軸輸出板故障，重啟無(wú)效后更換該板件，設(shè)備恢復(fù)正常，持續(xù)觀察板件，并將換下的板件交由廠家進(jìn)行測(cè)試。

案例2：2021年3月2日11：09，翔宇路南站G0603、GD0609紫光帶故障，未影響正常運(yùn)營(yíng)。現(xiàn)場(chǎng)查看分析原因，發(fā)現(xiàn)計(jì)軸輸出板死機(jī)，重啟后恢復(fù)，夜間對(duì)板件進(jìn)行更換，檢查室外設(shè)備正常，持續(xù)觀察板件，并將換下的板件交由廠家進(jìn)行測(cè)試。

案例3：2021年3月20日1：47分，銅山站G0501、G0503計(jì)軸編號(hào)紅閃，未影響正常運(yùn)營(yíng)?，F(xiàn)場(chǎng)查看分析后，在LOW機(jī)上做預(yù)復(fù)位，列車壓道過后故障排除。查明原因?yàn)橹需F四局施工，磁頭受擾。

案例4：2021年5月23日0：09分，銅山-石湫站區(qū)間GD0507、GD0509計(jì)軸編號(hào)紅閃，未影響正常運(yùn)營(yíng)?，F(xiàn)場(chǎng)查看分析后，人工劃磁頭后恢復(fù)，分析原因?yàn)橥鈫挝皇┕?dǎo)致磁頭受擾。

案例5：2021年7月6日3：54分，石湫站G0408、GD0410計(jì)軸編號(hào)閃，未影響正常運(yùn)營(yíng)。現(xiàn)場(chǎng)查看分析后，在LOW機(jī)上做預(yù)復(fù)位，軌道車壓道過后出清。查明原因?yàn)橥鈫挝皇┕?，磁頭受擾。

案例6：2021年7月7日21：20分，銅山-翔宇路南軌道區(qū)段G0518、G0519、G0520、G0522計(jì)軸編號(hào)閃，未影響正常運(yùn)營(yíng)?，F(xiàn)場(chǎng)查看分析后，更換INOM板后設(shè)備恢復(fù)正常。查明原因INOM板性能下降，引發(fā)故障。

案例7：2021年8月9日13：04分，銅山-石湫站區(qū)間G0408、G0410計(jì)軸編號(hào)紅閃，未影響正常運(yùn)營(yíng)?，F(xiàn)場(chǎng)查看分析后，在LOW機(jī)上做預(yù)復(fù)位，列車壓道后出清。分析原因?yàn)槔纂妼?dǎo)致磁頭受擾。

2.2 S9計(jì)軸故障特點(diǎn)及原因分析

結(jié)合以上S9號(hào)線2021年2月至8月的故障案例，總結(jié)故障的特點(diǎn)：1）少數(shù)區(qū)域集中了大部分的計(jì)軸故障;2）故障是隨機(jī)重復(fù)的;3）故障的現(xiàn)象簡(jiǎn)單且單一，以計(jì)軸編號(hào)閃、HMI紫光帶等故障現(xiàn)象為主;4）故障經(jīng)預(yù)復(fù)位操作，列車壓道后消失，不影響正常行車。

進(jìn)一步分析S9號(hào)線計(jì)軸故障原因：

1）外部的環(huán)境因素對(duì)計(jì)軸磁頭或電纜產(chǎn)生干擾

外部產(chǎn)生干擾的主要原因有：其他單位施工不規(guī)范干擾磁頭、設(shè)備建設(shè)初期安裝不規(guī)范、發(fā)生雷電雨雪天氣因素等情況。

由于計(jì)軸室外設(shè)備有兩處車輪傳感器DSS的感應(yīng)單元，當(dāng)金屬物質(zhì)從磁頭旁邊經(jīng)過導(dǎo)致干擾。地鐵軌行區(qū)施工時(shí)間一般為夜間 12：00-4：00時(shí)間段，供電、公務(wù)等工種的工作人員施工時(shí)將扳手等鐵質(zhì)工具劃過磁頭處，或推動(dòng)檢修小車進(jìn)出計(jì)軸區(qū)段，均有可能造成施工作業(yè)后計(jì)軸區(qū)段粉紅光帶的現(xiàn)象。

另外，地鐵區(qū)域內(nèi)的電磁環(huán)境非常復(fù)雜，比如地鐵軌行區(qū)內(nèi)布放了公用移動(dòng)、聯(lián)通、電信無(wú)線通信信號(hào)、專用800MHz 的無(wú)線通信信號(hào)等。計(jì)軸的連接電纜與這些通信線纜在同一電纜間的出入口進(jìn)出隧道，同時(shí)，計(jì)軸電纜與通信、自動(dòng)化等專業(yè)等電纜在軌行區(qū)內(nèi)的同側(cè)布放。很可能在初期設(shè)計(jì)及施工的時(shí)候，計(jì)軸電纜與其他系統(tǒng)電纜不合理的交叉重疊 ，高低頻信號(hào)線纜交織在一起，產(chǎn)生復(fù)雜的電磁環(huán)境，從而對(duì)計(jì)軸系統(tǒng)產(chǎn)生干擾 。

2）科安達(dá)TAZ Ⅱ計(jì)軸內(nèi)部板卡、接線及零部件異?；蛩罊C(jī)。

計(jì)軸設(shè)備內(nèi)部故障主要原因有：驅(qū)動(dòng)電源供電不穩(wěn)定、板件本身的穩(wěn)定性問題、設(shè)計(jì)上的漏洞、初期安裝不規(guī)范、板件積灰受污染、防雷接地松動(dòng)等。在施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段，線纜布放不合理，電磁干擾造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。在建設(shè)施工階段，螺絲銹蝕、線纜緊固、機(jī)柜、組匣、板卡、元器件安裝不規(guī)范，造成接觸不穩(wěn)定。施工現(xiàn)場(chǎng)灰塵積灰嚴(yán)重，藏匿在板件內(nèi)部的污垢清理效果不佳，板件受污染，長(zhǎng)期運(yùn)行后性能減低或死機(jī)。防雷器件、接地電纜安裝松動(dòng)或者不合理。

3?降低S9號(hào)線科安達(dá)TAZ Ⅱ計(jì)軸設(shè)備故障發(fā)生率的整改措施

3.1消除計(jì)軸設(shè)備干擾的措施

1）針對(duì)由其他單位施工作業(yè)產(chǎn)生的干擾故障，要對(duì)其他部門工作人員溝通并培訓(xùn)信號(hào)設(shè)備計(jì)軸原理，規(guī)范其作業(yè)的流程，保證作業(yè)時(shí)盡量遠(yuǎn)離計(jì)軸磁頭，嚴(yán)禁使用金屬物體在計(jì)軸磁頭附近，以免造成干擾。2）設(shè)計(jì)抗磁頭干擾屏障，有施工作業(yè)時(shí)將磁頭予以保護(hù)，防止靠近計(jì)軸磁頭，造成紅光帶等故障。3）針對(duì)線纜布線不合理的問題，選用金屬護(hù)套計(jì)軸傳輸線纜。4）全面整理軌行區(qū)內(nèi)計(jì)軸的線纜，規(guī)范電纜的布置及敷設(shè)方向，以便合理的避開干擾源頭。5）調(diào)整計(jì)軸室內(nèi)設(shè)備的電纜及配線，充分考慮電磁兼容的情況下增大與通信高頻電纜的距離。6）安裝抗干擾磁環(huán)，提高抗干擾性能。7）及時(shí)更換有問題的車輪傳感器。

3.2 計(jì)軸內(nèi)部問題的整改措施

1）監(jiān)測(cè)空閑、占用電壓范圍，更換掉不穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電源。計(jì)軸磁頭占用電壓正常范圍：8.39V-9.96V 。2）針對(duì)建設(shè)期間受污染的板件，批量更換問題板件，常出現(xiàn)故障的INOM板、輸出板、繼電器板等，是重點(diǎn)整改對(duì)象。3）檢查防雷和接地線，有螺絲銹蝕或者松動(dòng)的及時(shí)更換。4）檢查線纜絕緣是否良好，更換掉破損裸露的部分。5）全線排查機(jī)柜、板卡、線纜等安裝不規(guī)范的部分，及時(shí)整改。

3.3 優(yōu)化計(jì)軸設(shè)備的維護(hù)方案

1）編制故障處理指南、作業(yè)指導(dǎo)書、故障處置流程圖等，印發(fā)計(jì)軸故障處理手冊(cè)，提高信號(hào)維護(hù)員現(xiàn)場(chǎng)處置故障的準(zhǔn)確性，提高故障處置效率。2）編制搶修應(yīng)急預(yù)案，定期開展故障應(yīng)急演練，提高信號(hào)維護(hù)員對(duì)故障處置的熟練度。3）加強(qiáng)維保人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排查巡檢過程中的故障隱患。4）關(guān)注外單位施工的時(shí)間，做好抗磁頭干擾的提醒。

4結(jié)語(yǔ)

科安達(dá)TAZ Ⅱ計(jì)軸設(shè)備，相比傳統(tǒng)的軌道電路，降低了設(shè)備成本，提高了檢測(cè)效率，保證了信號(hào)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。但在施工設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)式、運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)，因?yàn)椴灰?guī)范安裝、環(huán)境影響等導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，需要從技術(shù)管理、設(shè)備管理、人員管理等方面考慮，消除干擾，減少故障，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]李曉燕. TAZ-Ⅱ計(jì)軸設(shè)備國(guó)內(nèi)應(yīng)用中存在的問題[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2011（3）：40.

[2]劉俊杰. TAZ Ⅱ計(jì)軸在地鐵運(yùn)營(yíng)中存在的問題及對(duì)策[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2012（9）：45.