地鐵信號系統(tǒng)中計(jì)軸設(shè)備工作原理及應(yīng)用

文 / 徐金鈺

引言

計(jì)軸設(shè)備主要負(fù)責(zé)檢查、判斷軌道區(qū)段的列車占用與空閑情況，在運(yùn)營中起到至關(guān)重要的作用。計(jì)軸設(shè)備具有室內(nèi)外設(shè)備簡單，不受軌道區(qū)段長度限制、維護(hù)方便、安全可靠等特點(diǎn)，在快速發(fā)展地鐵信號系統(tǒng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

計(jì)軸設(shè)備的組成

無錫地鐵4號線工程選用北京泰雷茲AzLM ACE-2-10/26/42型計(jì)軸設(shè)備。AzLM計(jì)軸設(shè)備包括室內(nèi)和室外設(shè)備兩個(gè)部分。室內(nèi)設(shè)備主要為安裝在封閉機(jī)柜中的計(jì)軸評估器（ACE），室外設(shè)備為計(jì)軸檢測點(diǎn)Zp30K。Zp30K由EAK30H電子盒和SK30K軌道傳感器組成。圖1為AzLM計(jì)軸設(shè)備的組成。

室外設(shè)備包括檢測點(diǎn)Zp30K由電子單元EAK30H和SK30K軌道傳感器組成，室內(nèi)主機(jī)至室外各計(jì)軸點(diǎn)采用星型連接，應(yīng)采用屏蔽鋁護(hù)套數(shù)字電纜使用標(biāo)準(zhǔn)的星形四芯組。一般采用WDZ-GJYL23型計(jì)軸電纜。

室內(nèi)設(shè)備包括ACE主機(jī)、安全計(jì)算機(jī)模塊、電源板、串行I/0板、并行I/0板、計(jì)軸電源箱，其中CPU板和電源板每臺ACE主機(jī)各兩塊，每臺計(jì)軸機(jī)柜一臺計(jì)軸電源箱，串口板和并口板數(shù)量需根據(jù)室外計(jì)軸點(diǎn)數(shù)量和控制區(qū)段數(shù)量進(jìn)行配置。室內(nèi)計(jì)軸機(jī)柜ACE串口板至分線盤、并口板至軌道繼電器、IBP盤經(jīng)分線盤至并口板的復(fù)位輸入線均應(yīng)采用低煙無鹵阻燃內(nèi)屏蔽扭絞纜，屏蔽層單端接地。

計(jì)軸設(shè)備的工作原理

計(jì)軸設(shè)備基本原理

計(jì)軸設(shè)備基本原理是通過判別軌道區(qū)段計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)入和駛離的列車車輪軸數(shù)，來判斷此區(qū)段是否有車占用。

ACE對來自同一區(qū)段檢測點(diǎn)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行評估，判斷數(shù)值差。列車從區(qū)段1的計(jì)數(shù)點(diǎn)A駛?cè)?，?jì)入軸數(shù)為X，列車從區(qū)段1的計(jì)數(shù)點(diǎn)B駛出，計(jì)出軸數(shù)為Y。當(dāng)X不等于Y時(shí)，軌道區(qū)段1占用。當(dāng)X等于Y時(shí)，軌道區(qū)段空閑。

軌道區(qū)段占用和空閑狀態(tài)檢查方式可以分解為具體兩個(gè)具體的操作：一是在軌道區(qū)段空閑狀態(tài)下，計(jì)入第一組車輪，軌道區(qū)段轉(zhuǎn)為占用狀態(tài)；二是在軌道占用狀態(tài)下，計(jì)出最后一組車輪，軌道轉(zhuǎn)為空閑狀態(tài)。檢測點(diǎn)計(jì)算經(jīng)過軌道磁頭的車輪數(shù)量和行駛方向，并將這些數(shù)據(jù)傳送給室內(nèi)ACE主機(jī)。

計(jì)軸主機(jī)工作原理

二取二模式ACE主機(jī)中的兩塊CPU板作為計(jì)軸設(shè)備安全計(jì)算核心并行工作，并通過信息交換，分別執(zhí)行裁決程序進(jìn)行判斷，確定兩CPU控制狀態(tài)是否一致，如果不一致，則執(zhí)行一個(gè)安全響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)故障導(dǎo)向安全。

通過CAN總線，CPU板與串口板、并口板相連，共同完成計(jì)軸點(diǎn)軸數(shù)信息的收集、軌道區(qū)段空閑/占用狀態(tài)的判斷及各部分工作狀態(tài)的監(jiān)測診斷等。

兩塊電源板分別為兩塊CPU及并口板、串口板提供工作電源。

串口I/O板通過ISDN綜合數(shù)據(jù)通道與室外計(jì)軸點(diǎn)相連，每塊串口I/O板可以連接兩個(gè)室外計(jì)軸點(diǎn)。每塊并口板控制一個(gè)軌道區(qū)段。

室內(nèi)計(jì)軸主機(jī)通過判別駛?cè)牒婉偝鲕壍绤^(qū)段的列車軸數(shù)，來判斷此區(qū)段是否有車占用。

計(jì)軸點(diǎn)布置方案

第一，計(jì)軸點(diǎn)布置原則。一個(gè)計(jì)軸點(diǎn)配置一個(gè)車輪傳感器，用于探測車輪軸數(shù)及運(yùn)行方向。計(jì)軸點(diǎn)設(shè)置原則是：一個(gè)軌道區(qū)段的所有能過通過列車的端頭都必須設(shè)置計(jì)軸點(diǎn)。由于盡頭線的末端不能通過列車，因此不設(shè)置計(jì)軸點(diǎn)。一個(gè)軌道區(qū)段的計(jì)軸點(diǎn)布置原則取決于區(qū)段線路特征,典型的區(qū)段布置如圖1。

盡頭線軌道區(qū)段，列車駛?cè)牒婉偝龆纪ㄟ^同一個(gè)計(jì)軸點(diǎn)，從計(jì)軸點(diǎn)駛?cè)?，系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)入車輪數(shù)統(tǒng)計(jì)，駛出系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)出車輪數(shù)統(tǒng)計(jì)，只有當(dāng)計(jì)入車輪數(shù)等于計(jì)出車輪軸數(shù)系統(tǒng)才輸出空閑狀態(tài)。

道岔軌道區(qū)段，列車從一個(gè)計(jì)軸點(diǎn)駛?cè)?，在此道岔軌道區(qū)段內(nèi)的任何一個(gè)計(jì)軸點(diǎn)駛出，只要駛?cè)牒婉偝鰞啥擞?jì)入計(jì)出車輪數(shù)相等，系統(tǒng)輸出即為空閑狀態(tài)。

第二，計(jì)軸點(diǎn)復(fù)用。一個(gè)車輪傳感器可以被兩個(gè)相鄰區(qū)段復(fù)用，分界點(diǎn)兩聯(lián)鎖區(qū)分別采集分界點(diǎn)計(jì)軸信息，根據(jù)列車通過該車輪傳感器的方向來確定，計(jì)軸電路是計(jì)入還是計(jì)出，最終來判斷分界點(diǎn)兩側(cè)區(qū)段是否有車占用。如果分界點(diǎn)車輪傳感器不能復(fù)用，應(yīng)交叉布置兩臺車輪傳感器，一般兩傳感器之間隔兩個(gè)軌枕的距離。交叉計(jì)軸點(diǎn)分別連接不同聯(lián)鎖區(qū)計(jì)軸主機(jī)。當(dāng)列車從聯(lián)鎖區(qū)1的A站通過聯(lián)鎖分界點(diǎn)開往聯(lián)鎖區(qū)2的B站，首先通過B站的計(jì)軸點(diǎn)計(jì)入，車輪軸數(shù)輸入至B站計(jì)軸主機(jī)，輸出狀態(tài)為占用；然后才通過A站的計(jì)軸點(diǎn)計(jì)出，當(dāng)A站計(jì)軸點(diǎn)計(jì)入車輪軸數(shù)和計(jì)出車輪軸數(shù)相等時(shí)，系統(tǒng)輸出空閑狀態(tài)。A、B兩站計(jì)軸系統(tǒng)完全獨(dú)立，無任何信息交互，因此在聯(lián)鎖區(qū)分界點(diǎn)位置，為了避免出現(xiàn)空白盲區(qū)，影響行車安全，計(jì)軸點(diǎn)布置必須采用交叉布置方式。

計(jì)軸設(shè)備的復(fù)位功能

計(jì)軸設(shè)備優(yōu)勢主要在于適用于道床狀態(tài)差、道床泄漏電阻過低的軌道區(qū)段，徹底解決了軌道電路分路不良的問題。但軌旁計(jì)軸磁頭傳感器容易受到金屬等物體的干擾。干擾是指區(qū)段內(nèi)無列車，但由于干擾因素的存在（如磁頭干擾、區(qū)段負(fù)軸等），計(jì)軸評估器仍顯示區(qū)段占用。復(fù)位的目的是在調(diào)試期間或在區(qū)段出現(xiàn)干擾時(shí)清除區(qū)段所計(jì)軸數(shù)。計(jì)軸復(fù)位是一個(gè)安全操作程序，必須在調(diào)度和維護(hù)人員的規(guī)章制度中加以明確定義。復(fù)位分預(yù)復(fù)位和立即復(fù)位兩種方式，無錫地鐵4號線工程采用兩種復(fù)位相結(jié)合的方式。

計(jì)軸預(yù)復(fù)位功能

預(yù)復(fù)位是指計(jì)軸設(shè)備接收到復(fù)位命令后，該計(jì)軸區(qū)段不會立即出清，必須人工引導(dǎo)通過一列車經(jīng)過，當(dāng)駛?cè)牒婉偝鲈搮^(qū)段的車輪軸數(shù)相同時(shí)該區(qū)段才會出清。預(yù)復(fù)位操作方式,一種是在計(jì)軸主機(jī)上通過按壓預(yù)復(fù)位按鈕實(shí)現(xiàn)，另一種是通過按壓車站控制室IBP盤面上計(jì)軸預(yù)復(fù)位按鈕實(shí)現(xiàn)，為了防止誤操作造成安全事故，計(jì)軸預(yù)復(fù)位按鈕一般需加鉛封。

計(jì)軸立即復(fù)位功能

當(dāng)執(zhí)行立即復(fù)位操作后，本軌道區(qū)段軸數(shù)全部清零，該軌道區(qū)段顯示空閑狀態(tài)。由于立即復(fù)位存在列車運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)度和維護(hù)人員需嚴(yán)格按照規(guī)章中的流程進(jìn)行操作。

無錫地鐵4號線工程復(fù)位功能簡介

本工程采用預(yù)復(fù)位和立即復(fù)位結(jié)合方式，通過CPU數(shù)據(jù)配置，對并口板的復(fù)位輸入方式進(jìn)行定義。本項(xiàng)目將不在車控室IBP盤設(shè)置“軌道區(qū)段預(yù)復(fù)位”按鈕，在信號設(shè)備室內(nèi)設(shè)置“軌道區(qū)段立即復(fù)位”按鈕。預(yù)復(fù)位功能通過車站控室工作站ATS界面進(jìn)行操作，預(yù)復(fù)位成功時(shí)，計(jì)軸主機(jī)通過并口板的非安全輸出端子，點(diǎn)亮IBP盤上的復(fù)位狀態(tài)正確接受表示燈，列車通過，區(qū)段狀態(tài)空閑后熄滅。

計(jì)軸系統(tǒng)的接口

計(jì)軸系統(tǒng)與聯(lián)鎖的接口

計(jì)軸設(shè)備與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口采用繼電器接口方式。I/O并口板為每個(gè)軌道區(qū)段輸出兩個(gè)無源繼電器觸點(diǎn)（雙斷），用于向聯(lián)鎖系統(tǒng)提供安全的區(qū)段狀態(tài)接點(diǎn)。

ACE主機(jī)CPU對所有計(jì)軸點(diǎn)的信息進(jìn)行收集、計(jì)算，從而對軌道區(qū)段的空閑占用狀態(tài)進(jìn)行評估，并通過控制并口板內(nèi)部兩個(gè)繼電器，輸出軌道區(qū)段的空閑/占用狀態(tài)，通過繼電器輸出的干接點(diǎn)控制外部復(fù)示信號繼電器。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備采集復(fù)示繼電器的接點(diǎn)，從而得到各相關(guān)軌道區(qū)段的狀態(tài)信息。

并口I/O板有1個(gè)或者2個(gè)安全光耦輸入以及1個(gè)通過前面板上的鑰匙和按鈕組成的安全輸入，用于輸入復(fù)位命令。并口I/O板上還有4個(gè)可用的非安全光耦輸出。前兩個(gè)輸出為光耦，后兩個(gè)輸出為前面板上的LED。輸出信息在現(xiàn)場專用數(shù)據(jù)中定義為：①復(fù)位命令的確認(rèn)與拒絕②用來區(qū)別區(qū)段占用和干擾的信息③復(fù)位命令是否被區(qū)段接受。

計(jì)軸系統(tǒng)與微機(jī)監(jiān)測的接口

計(jì)軸系統(tǒng)軟件和GDI診斷軟件運(yùn)行在硬件平臺上，采集ACE主機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并通過RS485轉(zhuǎn)發(fā)給微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)。ACE主機(jī)的USB接口可用于便攜機(jī)的現(xiàn)場診斷。

結(jié)語

計(jì)軸設(shè)備作為信號系統(tǒng)后備模式主要的列車占用檢測設(shè)備，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地鐵信號系統(tǒng)中，地鐵運(yùn)營部門將對計(jì)軸的可靠性,可用性,可維護(hù)性,安全性等提出了越來越高的要求，將來如何提高計(jì)軸產(chǎn)品RAMS性能指標(biāo)將面臨著機(jī)遇和挑戰(zhàn)。