基于計軸系統(tǒng)的軌道電路棕光帶故障分析探討

石衛(wèi)師

（南寧軌道交通集團有限責任公司，廣西南寧 530029）

1 引言

目前大部分城市軌道交通均采用計軸設備作為軌道區(qū)段占用檢測設備，為信號系統(tǒng)提供次級列車位置檢測信息和獨立保護區(qū)段信息，故計軸設備的運行狀態(tài)攸關(guān)行車安全及效率。而目前計軸設備易發(fā)的故障主要為軌道區(qū)段“棕光帶”，表現(xiàn)為聯(lián)鎖系統(tǒng)采集到軌道區(qū)段繼電器GJ落下，但負責列車運行管理的區(qū)域控制器（ZC）經(jīng)計算確定該區(qū)段無列車占用，列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）終端設備顯示該區(qū)段為“棕色”。在運營時間內(nèi)發(fā)生“棕光帶”時，為確認軌行區(qū)現(xiàn)場設備情況，往往要求列車減速通過該區(qū)域，確認現(xiàn)場設備無異常后再允許后續(xù)列車正常速度運行，嚴重影響列車行車效率及安全，特別是在行車密度大的情況下。

針對上述問題，本文將從信息傳遞層面分析TAZ II計軸系統(tǒng)的工作原理和從電路層面分析其控制設計原理，分析計軸設備發(fā)生“棕光帶”故障的原因及解決措施，為同類設備的故障分析及設備維保提供技術(shù)參照。

2 計軸系統(tǒng)工作原理

計軸系統(tǒng)工作原理如圖1所示，當列車車輪跨越車輪傳感器時，2套傳感電路分別感應出電壓脈沖信號，2 路輪軸信號必須滿足有先后有重疊的特征，才被認為是有效的車輪信號。有效車輪信號經(jīng)線纜傳計軸放大板放大、整形、濾波并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進而給計軸板進行處理并統(tǒng)計區(qū)段內(nèi)車輪軸數(shù)，然后根據(jù)輪軸信號相位確定列車運行方向，同時給輸出板輸出占用信息。當計軸板監(jiān)測到軸數(shù)出清后，給輸出板輸出相應通道的占用/空閑信息，由輸出板進行相應動作，作為接口輸出占用/空閑信息至聯(lián)鎖系統(tǒng)，進而驅(qū)動相應繼電器GJ動作，實現(xiàn)區(qū)段占用/空閑信息的控制。

圖1 計軸系統(tǒng)組成部分及信息傳遞過程

信號系統(tǒng)根據(jù)計軸系統(tǒng)及其他子系統(tǒng)的相關(guān)信息，在ATS終端設備上通過不同顏色區(qū)分計軸區(qū)段的不同狀態(tài)。如圖2所示，計軸系統(tǒng)將區(qū)段占用出清信息傳遞給聯(lián)鎖系統(tǒng)，聯(lián)鎖系統(tǒng)將該信息同步傳遞給列車自動控制系統(tǒng)（ATC）ZC，ZC將結(jié)合列車位置信息判斷計軸是否可用，同時將可用信息和列車自動保護系統(tǒng)（ATP）軌道信息傳遞給聯(lián)鎖系統(tǒng)，聯(lián)鎖系統(tǒng)進行相關(guān)邏輯判斷后在終端顯示。

圖2 計軸系統(tǒng)與信號系統(tǒng)關(guān)聯(lián)

3 計軸系統(tǒng)內(nèi)部電路分析

3.1 區(qū)段占用過程

當列車車輪占用室外車輪傳感器時，車輪傳感器繼電器S1、S2吸起，表示車輪傳感器監(jiān)測到占用，如圖3所示，若沒有車輪占用則S1、S2繼電器處于落下狀態(tài)。

圖3 S1和S2繼電器驅(qū)動電路

CL繼電器為計軸區(qū)段空閑狀態(tài)檢查繼電器，吸起表示計軸區(qū)段空閑，落下為計軸區(qū)段占用，如圖4所示。當S1、S2繼電器吸起后，其接點組S1.1、S1.2、S2.1、S2.2斷開CL繼電器的自閉電路30z3—28z—S1.1—S1.2—S2.1—S2.2—CL 1/2 —CL—GND，使得CL繼電器落下。V4為CL繼電器指示燈。

圖4 CL繼電器驅(qū)動電路

CLH繼電器為CL繼電器的輔助繼電器，計軸區(qū)段占用時吸起，區(qū)段空閑時落下，其驅(qū)動電路如圖5所示。當S1、S2繼電器吸起及CL繼電器落下后，溝通CLH繼電器驅(qū)動電路16zbd—CL 4/3 —S1/S2— CLH—GND，使得CLH繼電器吸起。CLH繼電器吸起后，其接點組CLH 7/8閉合，溝通CLH繼電器自閉電路16zbd—CL 4/3 —CLH 7/8— CLH—GND，使得CLH繼電器一直處于占用吸起狀態(tài)。H2為CLH繼電器指示燈。

圖5 CLH繼電器驅(qū)動及自閉電路

Oc1和Oc2繼電器驅(qū)動電路如圖6所示，當?shù)谝粚囕喭耆ㄟ^車輪傳感器后，計軸板的2個獨立運算單元I和II分別開始計數(shù)，有軸數(shù)（即軸數(shù)不為零）表示繼電器Oc1和Oc2被計軸板驅(qū)動吸起，其指示燈H3和H4點亮紅燈，Oc1、Oc2繼電器接點組Oc1 3/4和Oc2 3/4斷開。

圖6 Oc1和Oc2繼電器驅(qū)動電路

Oc3繼電器用來表示計軸板的2個獨立運算單元是否存在計數(shù)，其驅(qū)動電路如圖7所示。當其中有1個運算單元計數(shù)時則Oc3繼電器落下，其指示燈H5熄滅。

圖7 Oc3繼電器驅(qū)動電路

BRKDN繼電器為Oc1、Oc2繼電器動作一致性檢查繼電器，當計軸板的2個獨立運算單元I和II計數(shù)不一致時，BRKDN繼電器失電，其指示燈H6熄滅，如圖8所示，其中SET/RESET按鈕為繼電器測試按鈕。

圖8 BRKDN繼電器驅(qū)動電路

當CL繼電器、Oc3繼電器、BRKDN繼電器吸起，CLH繼電器落下條件均滿足時，輸出板滿足區(qū)段空閑輸出條件，將向聯(lián)鎖系統(tǒng)輸出空閑信息；若上述任一繼電器狀態(tài)錯誤時，無法輸出區(qū)段空閑狀態(tài)，如圖9所示。

圖9 軌道區(qū)段狀態(tài)輸出電路

綜上分析，計軸區(qū)段占用過程中電路動作順序及繼電器指示燈狀態(tài)為：

（1）S1、S2繼電器收到首脈沖信號吸起，進而斷開CL繼電器電路，CL繼電器落下，其指示燈V4熄滅，輸出板輸出區(qū)段占用信息；

（2）CL繼電器落下，此時S1、S2繼電器仍在吸起狀態(tài)，溝通CLH繼電器電路，CLH繼電器自閉吸起，其指示燈H2點亮紅燈；

（3）計軸板運算單元I、II計入軸數(shù)，Oc1、Oc2繼電器吸起，其指示燈H3、H4點亮紅燈，斷開Oc3繼電器電路，Oc3繼電器落下，其指示燈H5熄滅。

3.2 區(qū)段出清過程

區(qū)段出清過程相關(guān)繼電器動作順序與上述占用過程正好相反。在隨后的車輪計入和計出過程中，除了計軸板的2個獨立運算單元I和II的計數(shù)器不斷計數(shù)以外，其他繼電器均不動作。當最后一對車輪完全越過車輪傳感器，計數(shù)器計出最后一軸，區(qū)段軸數(shù)變?yōu)榱銜r，計軸板斷電，使得Oc1、Oc2繼電器緩放，Oc3繼電器緩吸，溝通CL繼電器電路，CL繼電器吸起，其指示燈V4亮綠燈；Oc1、Oc2繼電器落下，其指示燈H3、H4熄滅，CLH繼電器緩放，溝通Oc3繼電器電路，Oc3繼電器自閉吸起，其指示燈H5亮綠燈；最后，CLH繼電器緩放落下，其指示燈H2熄滅，輸出板輸出區(qū)段空閑信息。

3.3 區(qū)段預復位

預復位命令執(zhí)行成功后，將對計軸板、輸出板狀態(tài)進行重置，計軸板的2個獨立運算單元I和II計軸軸數(shù)出清，計軸板運算通道仍保持占用，此時輸出板繼電器狀態(tài)為：CL繼電器落下，其指示燈V4熄滅，Oc1、Oc2繼電器吸起，其指示燈H3、H4亮紅燈；Oc3繼電器落下，其指示燈H5熄滅；CLH繼電器吸起，其指示燈H2亮紅燈。

3.4 區(qū)段“棕光帶”

如計軸磁頭設備故障或干擾等，軌道區(qū)段被占用，此時計軸系統(tǒng)狀態(tài)為CL繼電器落下，CLH繼電器吸起，Oc3繼電器落下，故軌道繼電器將落下。聯(lián)鎖系統(tǒng)采集軌道繼電器狀態(tài)，同時將軌道繼電器落下狀態(tài)傳遞至ZC，ZC結(jié)合列車位置信息判斷該區(qū)段無列車占用，將輸出計軸區(qū)段切除命令，此時計軸區(qū)段在ATS終端顯示“棕光帶”。

4 計軸軌道區(qū)段棕光帶故障分析

計軸區(qū)段“棕光帶”的本質(zhì)為計軸系統(tǒng)輸出軌道區(qū)段繼電器落下的信息，但ZC判斷該區(qū)段無車占用。根據(jù)計軸工作原理及電路原理分析，計軸“棕光帶”原因可能為車輪傳感器故障或干擾、計軸電纜等信息傳輸通道故障、室內(nèi)設備板卡運算故障等。其中車輪傳感器故障一般通過觀察外觀、測量安裝高度、測量感應高度、測量感應電壓等方式判斷，計軸電纜故障一般通過排除絕緣情況進行判斷。較難判斷的故障為室內(nèi)設備板卡故障，需要進行綜合判斷，本文以案例形式展示相關(guān)故障判斷過程。

4.1 故障案例現(xiàn)象

某列車駛離G11計軸區(qū)段后出現(xiàn)“棕光帶”，車站執(zhí)行1次預復位操作后無法恢復?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示：Oc3繼電器指示燈H5、CLH繼電器指示燈H2點亮，CL繼電器指示燈V4、Oc1繼電器指示燈H3、Oc2繼電器指示燈H4、BRKDN繼電器指示燈H6熄滅，繼電器GJ落下。

4.2 日志數(shù)據(jù)分析

G11計軸區(qū)段日志為：軟件占用-硬件占用-計軸板占用-軟件空閑-計軸板空閑。本故障記錄周期中僅有硬件占用信息，無硬件空閑信息，本計軸周期未完成閉環(huán)。計軸板已正確記錄故障時軸數(shù)信息，計軸板已完成本次軸數(shù)記錄，計軸板已出清，結(jié)合故障現(xiàn)象判斷計軸板正常，故初步判斷故障點在計軸輸出板。

4.3 計軸電路分析

根據(jù)繼電器動作順序，結(jié)合故障現(xiàn)象，判斷在區(qū)段出清階段，輸出板Oc1、Oc2繼電器緩放、Oc3繼電器緩吸過程中CL繼電器存在無法吸起的可能，導致CL繼電器未能吸起，無法切斷CLH繼電器電路，使CLH指示燈保持點亮狀態(tài)，輸出板無法出清?，F(xiàn)場測量輸出板針腳接點電壓信息：

（1）測量16zbd-4zbd及10d-4zbd，Oc3繼電器電路電壓為23.84V；

（2）測量30z3-32b3-28z-4ZBD，CL繼電器未測得電壓，確認CL繼電器電路未溝通，CL繼電器無法吸起；

（3）測量16zbd-4zbd、20z-4zbd及10b-4zbd，CLH繼電器電路電壓為23.83V，CLH繼電器回路無法被CL繼電器吸起切斷。

為確認CL繼電器供電已正常送達，模擬條件使Oc1、Oc2繼電器吸起，測量CL繼電器及Oc1、Oc2繼電器共用電源是否正常：

（1）測量30z3-30d3-6d-4zbd，Oc1繼電器電路電壓為23.79V；

（2）測量30z3-28b3-6b-4zbd，Oc2繼電器電路電壓為23.80V。

4.4 故障點確定

根據(jù)上述測量結(jié)果，可以判斷共用電源接點30z3已正常送電至輸出板后端，此時恢復CL繼電器條件，CL繼電器電路仍未測得電壓。根據(jù)計軸數(shù)據(jù)及板卡狀態(tài)判斷計軸板正常，計軸區(qū)段出清過程中輸出板CL繼電器未能正常吸起，導致CLH繼電器無法緩放落下，后續(xù)繼電器動作無法完成，本次判斷為輸出板CL繼電器控制電路故障。

現(xiàn)場更換G11對應輸出板后故障恢復，更換板卡后現(xiàn)場多次測試功能正常。后續(xù)使用故障輸出板進行測試，測試過程中故障多次復現(xiàn)，結(jié)論與分析結(jié)果一致。

5 結(jié)語

基于計軸系統(tǒng)的軌道電路廣泛應用于全國各城市軌道交通線路，其運行質(zhì)量攸關(guān)行車安全和效率，而高質(zhì)量運行需全面了解掌握設備原理及常見故障。本文闡述了基于計軸系統(tǒng)的軌道電路的設備結(jié)構(gòu)及電路原理，并針對影響較大、易發(fā)生的“棕光帶”故障進行了分析，可為后續(xù)相關(guān)線路提供技術(shù)參照，同時也為智能運維系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。