計(jì)軸器在城市軌道交通控制系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李媛婧

引言

我國(guó)無(wú)線通信技術(shù)在科技力量迅猛提升，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化全程控制，尤其是應(yīng)用在列車控制系統(tǒng)當(dāng)中，能在確保行車速度得以提升的基礎(chǔ)上，將列車行車距離加以縮減。同時(shí)，依靠計(jì)軸器部分，能夠整體硬件與軟件系統(tǒng)的性能，確保控制中心能夠不間斷達(dá)到雙向通信效果，正因?yàn)橛?jì)軸器體現(xiàn)出的較多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，而受到了城市軌道交通行業(yè)人員的高度關(guān)注。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

計(jì)軸器設(shè)備，主要就是面對(duì)需要核查區(qū)段情況，做出全方面檢查的工具，將其應(yīng)用在城市軌道交通控制系統(tǒng)中，可以確保人員站在軌道區(qū)段端口位置上，妥善設(shè)置好計(jì)軸點(diǎn)，然后整合內(nèi)部涵蓋的UPS電源、繼電器等多個(gè)子設(shè)備，依靠健全電纜結(jié)構(gòu)加以連接，發(fā)揮其使用性能。其中存在的計(jì)軸運(yùn)算器，在與計(jì)軸點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系時(shí)，主要依靠的是CAN總線。詳細(xì)分析計(jì)軸設(shè)備結(jié)構(gòu)組成，可以從圖1進(jìn)行觀察。

圖1 計(jì)軸設(shè)備總體結(jié)構(gòu)圖

1.1 車軸傳感器

車軸傳感器，是指整個(gè)設(shè)備的核心內(nèi)部涵蓋信號(hào)發(fā)射與接收線圈，結(jié)合車輪鐵磁體的作用，確保發(fā)射線圈與接收線圈之間存在耦合聯(lián)系，站在車輪結(jié)構(gòu)上，此時(shí)電感等方面會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的改變，將車輪對(duì)過(guò)磁頭的次數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖而產(chǎn)生輪軸信號(hào)，因此又被行業(yè)人士稱為磁頭。要想能夠凸顯出車軸傳感器部分的性能，必須要求其具備以下幾點(diǎn)作用：第一是較強(qiáng)穩(wěn)定電性能；第二是良好機(jī)械性能；第三是故障導(dǎo)向安全；第四是高效抵抗外界干擾性能。在工作人員安裝車輪傳感器過(guò)程中，主要可以采取雙套單軌方式，人員面對(duì)期間設(shè)置的所有檢測(cè)站點(diǎn)，將事先準(zhǔn)備好的傳感器進(jìn)行妥善安裝，然后確定出枕木結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)磁頭做出合理化安裝處理，最為關(guān)鍵的是，工作人員完成磁頭安裝工作以后，應(yīng)該要求其都處于相同鋼軌一邊，像鋼軌的外部結(jié)構(gòu)中，應(yīng)該有發(fā)送磁頭部分，而鋼軌的內(nèi)部環(huán)境中，可以將接收磁頭做出合理化的安裝，一方面能夠?qū)α熊囆旭偡较蜻M(jìn)行判斷，另一方面也能夠及時(shí)對(duì)軸輪數(shù)據(jù)做出全方位的收集。大多數(shù)條件下，在線路運(yùn)行右邊鋼軌位置上，工作人員需要確定好計(jì)軸器，盡可能安裝在信號(hào)機(jī)、絕緣節(jié)的同一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。

1.2 電子單元

電子連接盒的電子單元，主要是位于設(shè)備傳感器相同方位，箱盒向所屬線路外側(cè)打開。分析電子單元的存在價(jià)值，首先，能夠針對(duì)收集到的室內(nèi)數(shù)據(jù)信息，合理調(diào)整為單元所需電壓結(jié)構(gòu)，然后將信號(hào)電壓傳輸?shù)桨l(fā)送磁頭部分。同時(shí)，在使用電子單元過(guò)程中，能夠?qū)⒂?jì)軸器傳感器的磁頭接收中感應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)，此時(shí)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)信號(hào)，一方面能夠滿足較遠(yuǎn)間距有效傳輸?shù)男Ч硪环矫嬉材軌虮阌谥鳈C(jī)系統(tǒng)對(duì)其實(shí)施有效把控。在電子單元內(nèi)部環(huán)境中，涵蓋了預(yù)處理傳感器信息所需要的所有電子元件，像數(shù)字信息處理模塊DSP、處理器模塊ZpR等，都是不可缺少的重要部分。要想將電能全部傳輸?shù)接?jì)軸器身上，及時(shí)傳遞各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，就要在所有檢測(cè)站點(diǎn)下，工作人員應(yīng)該設(shè)置好兩對(duì)電纜結(jié)構(gòu)，其一是當(dāng)作數(shù)據(jù)傳輸線，其二是作為電源線進(jìn)行使用。

1.3 計(jì)軸核算器

在室內(nèi)環(huán)境中設(shè)置好的計(jì)軸核算器，主要包括電源、計(jì)算機(jī)以及并行輸入、輸出等幾個(gè)結(jié)構(gòu)。從根本上講，作為二取二或三取二的微機(jī)系統(tǒng)，計(jì)軸核算器有著較安全的特點(diǎn)，對(duì)三十二個(gè)區(qū)段作為精細(xì)化的監(jiān)管。分析計(jì)軸核算器存在意義，首先，輪詢所有計(jì)軸室外設(shè)備，對(duì)其中計(jì)軸信息進(jìn)行獲取，對(duì)所有測(cè)軸位置上的信息進(jìn)行全方位的收集與分析；同時(shí)，通過(guò)工作人員精確性計(jì)算，明確好計(jì)軸區(qū)段的真實(shí)情況，給出區(qū)段占用信息、傳輸軌道占用信息和診斷數(shù)據(jù)等。

1.3.1 二取二主控MCU單元

站在計(jì)軸運(yùn)算器結(jié)構(gòu)上，其中所有的二取二主控MCU單元，不管是硬件還是功能等方面都或多或少存在一定相同特點(diǎn)，面對(duì)期間設(shè)置好的兩個(gè)微控制器，一方面能夠?qū)ψ陨硎褂脿顟B(tài)實(shí)施針對(duì)性的檢查，另一方面也能夠像對(duì)方做出全方面運(yùn)行監(jiān)控效果。如果在其運(yùn)行過(guò)程中，一方出現(xiàn)故障等隱患，此時(shí)設(shè)備會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

1.3.2 硬件冗余的安全型驅(qū)動(dòng)（輸出）電路

在所有區(qū)段使用狀態(tài)或者是空閑階段中發(fā)揮作用的安全型驅(qū)動(dòng)（輸出）電路，可以說(shuō)是計(jì)軸器設(shè)備最后發(fā)揮執(zhí)行指令的一個(gè)結(jié)構(gòu)，是一個(gè)安全型偏極繼電器，而該繼電器的驅(qū)動(dòng)電路是由AC/DC轉(zhuǎn)換技術(shù)構(gòu)造的，并由兩微控制器以“與”的方式共同控制的故障——安全電路。在電路運(yùn)行過(guò)程中，如果有一個(gè)部分零部件出現(xiàn)問(wèn)題，那么都會(huì)制約電路不能有效輸出。

2 .系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)

2.1 計(jì)軸系統(tǒng)工作原理

通過(guò)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在使用計(jì)算軸系統(tǒng)過(guò)程中，首先站在城市軌道區(qū)段入口以及出口位置上，工作人員事先準(zhǔn)備好良好性能的計(jì)算軸，確定每一個(gè)計(jì)算軸上都設(shè)置有兩套磁頭，然后將每一套磁頭都設(shè)置好發(fā)送與接收磁頭。具體工作原理可以見圖2伴隨著城市軌道列車的持續(xù)前進(jìn)，此時(shí)當(dāng)進(jìn)入到軌道區(qū)段內(nèi)部后，計(jì)軸器A與列車車輪相聯(lián)系，此時(shí)傳感器A將車軸脈沖，經(jīng)電子連接箱傳送給室內(nèi)計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)，由主機(jī)系統(tǒng)計(jì)算車軸數(shù)量，并根據(jù)兩套磁頭的作用時(shí)機(jī)，判別列車運(yùn)行方向[1]；在此期間，站在計(jì)軸器（傳感器）B位置結(jié)構(gòu)上，此時(shí)城市軌道列車到達(dá)該位置，計(jì)軸器B將車軸脈沖，接下來(lái)依靠電子連接箱的作用，將數(shù)據(jù)及時(shí)傳遞到中心主機(jī)控制系統(tǒng)身上，對(duì)軸數(shù)據(jù)做出累積或遞減核算判斷。綜合研究詳細(xì)記錄的軌道區(qū)段內(nèi)駛?cè)朦c(diǎn)和駛出點(diǎn)軸數(shù)對(duì)比內(nèi)容，一方面能夠得出在區(qū)段處于占用狀態(tài)時(shí)，此時(shí)輸出軸數(shù)要小于輸入軸數(shù)，另一方面當(dāng)區(qū)段處于空閑情況時(shí)，此時(shí)輸出與輸入軸數(shù)兩者相等。在城市軌道列車進(jìn)入到軌道區(qū)段過(guò)程中，分析傳感器A計(jì)數(shù)量，可以將其定義為N（列車軸數(shù)），那么可以得到傳感器B結(jié)果數(shù)值為零，所以根據(jù)軸數(shù)信息主機(jī)系統(tǒng)發(fā)出區(qū)段占用信息，控制該區(qū)段的軌道繼電器落下；伴隨著列車的繼續(xù)前進(jìn)，逐漸遠(yuǎn)離該軌道區(qū)段，工作人員分析此時(shí)傳感器B計(jì)數(shù)，可以得出N，通過(guò)主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)在強(qiáng)大計(jì)算性能，得出了相同于傳感器A一樣的數(shù)據(jù)，那么就可以判斷該區(qū)段處于空閑狀態(tài)，輸出控制信息使該區(qū)段的軌道繼電器吸起。

圖2 計(jì)軸基本原理圖：

2.2 計(jì)軸器的工作原理

在使用計(jì)軸器的過(guò)程中，因?yàn)樵摬糠直举|(zhì)上就是電磁式有源傳感器，能夠依靠線圈互感工作模式，在城市軌道列車行駛過(guò)程中，鑒于工作人員設(shè)置好的計(jì)側(cè)位置點(diǎn)，當(dāng)有車輪經(jīng)過(guò)以后[2]，分析其中磁通變化狀態(tài)，最終獲取到輪軸信號(hào)。在車輪傳感器當(dāng)中，不管是哪一套磁頭，都涵蓋了發(fā)送（T）與接收（R）兩個(gè)磁頭，工作人員在城市軌道外部，將發(fā)送磁頭加以妥善安裝，然后在鋼軌內(nèi)部環(huán)境下，做好接收磁頭安裝工作。發(fā)送磁頭的線圈和接收磁頭的線圈及鋼軌的配置形狀如圖3所示。

圖3 發(fā)送與接收磁頭間的磁路

發(fā)送線圈T和接收線圈R產(chǎn)生的磁通環(huán)繞過(guò)鋼軌后形成兩個(gè)磁通Φ1、Φ2，它們以不同的路徑、相反的方向穿過(guò)接收線圈R。期間存在的車輪傳感器，如果上面沒有車輪經(jīng)過(guò)[3]，那么分析Φ2的磁通就會(huì)明顯小于Φ1的磁通。特別是站在接收線圈內(nèi)部條件下，會(huì)有一些交流電壓信號(hào)的出現(xiàn)，不管是相位還是發(fā)送電壓相位等，都保持相同狀態(tài)。設(shè)置好的車輪傳感器，在有車輪經(jīng)過(guò)以后，那么鑒于車輪本身存在的屏蔽效果，會(huì)導(dǎo)致全部磁通橋路出現(xiàn)相應(yīng)改變，此時(shí)Φ1減小、Φ2增大，對(duì)接收線圈內(nèi)部感應(yīng)交流電壓相位進(jìn)行研究，正好與車輪傳感器保持相反的狀態(tài)，該相位變化經(jīng)車輪電子檢測(cè)器電路處理后，即形成了軸脈沖。如圖4所示。

圖4 車輪作用下發(fā)送與接收磁頭間的磁場(chǎng)變化：

3 計(jì)軸器的應(yīng)用

為了能夠?qū)Τ鞘熊壍绤^(qū)段狀態(tài)加以有效檢測(cè)，就需要工作人員合理設(shè)置傳感器。面對(duì)當(dāng)前大多數(shù)的軌道區(qū)段，因?yàn)轭愋途哂忻黠@差異，那么就決定了工作人員在安裝傳感器時(shí)，必須先對(duì)軌道區(qū)段類型加以明確，然后嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施準(zhǔn)確性安裝處理。多種類型的軌道區(qū)段，工作人員在采取不同設(shè)置模式時(shí)，必須站在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下進(jìn)行分析與處理。具體分析幾種軌道區(qū)段傳感器安裝手段，可以從以下幾方面進(jìn)行研究：第一是多條進(jìn)路道岔區(qū)段安裝方法；第二是共用檢測(cè)點(diǎn)的兩個(gè)軌道區(qū)段安裝；第三是渡線道岔區(qū)段模式。工作人員對(duì)城市軌道區(qū)段狀態(tài)進(jìn)行有效檢測(cè)，站在輸出設(shè)備視角下，如果確定為軌道繼電器（DGJ），那么就證明目前區(qū)段處于空閑狀態(tài)，相反情況下，就證明目前軌道區(qū)段處于占用狀態(tài)。站在差異性城市軌道區(qū)段視角下，尤其是工作人員面對(duì)道岔區(qū)段，分析一個(gè)軌道區(qū)段內(nèi)部，甚至?xí)休^多出入口，工作人員為了能夠充分發(fā)揮出計(jì)軸傳感器存在的價(jià)值，那么就必須整合出口與入口部分，簡(jiǎn)單而言，保持行駛狀態(tài)的城市軌道交通列車[4]，不管是從哪一個(gè)入口進(jìn)入到區(qū)段內(nèi)部，或者是從任何一個(gè)出口遠(yuǎn)離軌道區(qū)段，鑒于軌道區(qū)段兩邊都已經(jīng)設(shè)置好的計(jì)軸傳感器，都能夠獲取到合理的輸出結(jié)果，因而能夠?qū)壍绤^(qū)段狀態(tài)加以明確與判斷。

4 結(jié)論

伴隨著我國(guó)城市軌道交通行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，為了能夠確保系統(tǒng)保持較強(qiáng)安全性以及穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，那么從業(yè)人員可以借助計(jì)軸設(shè)備。從根本上看，作為CBTC系統(tǒng)后備方式電路結(jié)構(gòu)的替換部分，通過(guò)計(jì)軸設(shè)備的作用，一方面能夠?qū)α熊囌麄€(gè)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控，即使系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，也能夠整合聯(lián)鎖以及閉塞等多個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出閉塞制式狀態(tài)，保證列車運(yùn)行免受故障的威脅；另一方面也能夠充分發(fā)揮自動(dòng)化控制模式，致力于整個(gè)列車更加安全運(yùn)行。通過(guò)較長(zhǎng)使用實(shí)踐可以得出，應(yīng)用了計(jì)軸器的城市軌道交通控制系統(tǒng)，在其體現(xiàn)出較強(qiáng)穩(wěn)定性及可靠性等特點(diǎn)下，也不需要軌道交通企業(yè)投入較大的成本，在當(dāng)前乃至未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，值得從業(yè)人員全面推廣并應(yīng)用。