寧波軌道交通4號(hào)線計(jì)軸系統(tǒng)抗外界干擾能力提升方法研究

范亞靜 金琦 馬馳 戚恩澤

摘要 計(jì)軸系統(tǒng)作為監(jiān)測(cè)軌道區(qū)間空閑和占用狀況的設(shè)備，在行車(chē)安全中有著非常重要的作用。寧波軌道交通4號(hào)線采用科安達(dá)TAZⅡ/S295+JC型計(jì)軸設(shè)備。開(kāi)通之初，各類(lèi)計(jì)軸受擾故障頻發(fā)，給正常的運(yùn)營(yíng)秩序帶來(lái)了一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)影響。文章從系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備及外部施工環(huán)境（條件）兩個(gè)維度研究提升科安達(dá)計(jì)軸系統(tǒng)抗外部條件干擾能力的方法。

關(guān)鍵詞 軌道交通；計(jì)軸；抗干擾

中圖分類(lèi)號(hào) U231.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）11-0011-03

0 引言

寧波軌道交通4號(hào)線計(jì)軸系統(tǒng)采用科安達(dá)TAZⅡ/S295+JC型計(jì)軸設(shè)備。該設(shè)備是深圳科安達(dá)與德國(guó)品奇提芬巴赫共同合作引進(jìn)的計(jì)軸系統(tǒng)，計(jì)軸設(shè)備主要包括室內(nèi)和室外兩部分。判斷計(jì)軸監(jiān)測(cè)區(qū)段是否占用的主要途徑是通過(guò)計(jì)軸點(diǎn)駛?cè)牒婉偝鲚嗇S數(shù)的結(jié)果比較，而不能識(shí)別車(chē)體部分，所以會(huì)存在當(dāng)有非列車(chē)車(chē)輪駛?cè)雲(yún)^(qū)段被誤認(rèn)為列車(chē)占用的情況。

課題研究目的是通過(guò)改變外部施工環(huán)境（條件）的方法，間接提升科安達(dá)計(jì)軸系統(tǒng)抗外部條件干擾的能力。主要研究?jī)?nèi)容包括：

（1）接觸網(wǎng)小推車(chē)不同尺寸（輪徑）車(chē)輪對(duì)應(yīng)的計(jì)軸車(chē)輪狀態(tài)電壓值，確保將計(jì)軸車(chē)輪狀態(tài)電壓值控制在DC9.31 V以下。

（2）不同磁導(dǎo)率金屬材料車(chē)輪，在規(guī)定輪徑范圍內(nèi)對(duì)計(jì)軸車(chē)輪狀態(tài)電壓值的影響。應(yīng)用價(jià)值是力圖通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，尋找出較理想的提升科安達(dá)計(jì)軸抗接觸網(wǎng)施工影響的方法，保障正常的運(yùn)營(yíng)秩序的實(shí)現(xiàn)。

1 設(shè)備原理

寧波軌道交通4號(hào)線采用科安達(dá)TAZⅡ/S295+JC型計(jì)軸設(shè)備。計(jì)軸系統(tǒng)通過(guò)對(duì)比軌道區(qū)段兩端駛?cè)牒婉偝鲇?jì)軸點(diǎn)的列車(chē)軸數(shù)來(lái)判斷該區(qū)段是否占用，并通過(guò)列車(chē)駛?cè)?、駛出的?chē)輪輪軸數(shù)的比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)運(yùn)行方向的判別以及軌道區(qū)段空閑及占用狀態(tài)的條件輸出。計(jì)軸設(shè)備主要應(yīng)用于地鐵場(chǎng)段及站內(nèi)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)段空閑與占用狀態(tài)的自動(dòng)檢查。

1.1 計(jì)軸設(shè)備基本原理

計(jì)軸設(shè)備的基本原理主要基于對(duì)所監(jiān)視的軌道區(qū)段兩端計(jì)軸點(diǎn)所駛?cè)牒婉偝龅牧熊?chē)軸數(shù)進(jìn)行比較，用以確定該區(qū)段的占用和空閑狀態(tài)。

具體如圖1所示，列車(chē)從計(jì)軸區(qū)段的計(jì)軸點(diǎn)1處端駛?cè)?，?jì)入軸數(shù)為A，列車(chē)從該計(jì)軸區(qū)段的計(jì)軸點(diǎn)2處駛出，計(jì)出軸數(shù)為B。當(dāng)B不等于A時(shí)，區(qū)段占用；當(dāng)B等于A時(shí)，區(qū)段空閑。

軌道占用和空閑狀態(tài)檢查方式可以分解為兩個(gè)具體的操作：當(dāng)軌道處于空閑狀態(tài)時(shí)，計(jì)入一軸或探測(cè)到車(chē)輪，軌道區(qū)段轉(zhuǎn)為占用狀態(tài)；當(dāng)軌道處于占用狀態(tài)時(shí)，計(jì)出最后一軸，軌道區(qū)段轉(zhuǎn)為空閑狀態(tài)。其中，計(jì)入一軸和計(jì)出最后一軸都由計(jì)軸板作出判斷，給輸出板傳送相應(yīng)的信息。

1.2 計(jì)軸設(shè)備組成架構(gòu)

科安達(dá)TAZⅡ/S295+JC型計(jì)軸設(shè)備由室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備兩部分組成，具備外接復(fù)零條件以及與聯(lián)鎖和微機(jī)監(jiān)測(cè)等設(shè)備的接口。

1.2.1 室內(nèi)設(shè)備

TAZⅡ/S295 計(jì)軸系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)備主要包括：放大板、計(jì)軸板、輸出板、復(fù)零板和電源板等單元，其中放大板與室外的車(chē)輪傳感器組成車(chē)軸檢測(cè)單元，計(jì)軸板與輸出板等組成計(jì)軸運(yùn)算單元。

計(jì)軸機(jī)柜內(nèi)的電源板可輸入50 Hz交流220 V電源，輸出直流12 V和24 V電源，為其他板件提供工作電源，且電源板采用“1+1”冗余配置，每臺(tái)機(jī)柜提供兩路220 V交流供電，電源機(jī)箱1與電源機(jī)箱2中的電源板互為冗余，其中任一電源板故障，不會(huì)影響計(jì)軸設(shè)備正常供電。

放大板工作機(jī)制主要為當(dāng)車(chē)輪駛過(guò)傳感器作用區(qū)域時(shí)，車(chē)輪傳感器產(chǎn)生輪軸信號(hào)，并將該信號(hào)輸出至放大板，放大板接收到車(chē)軸傳感器的輪軸信號(hào)后進(jìn)行放大和整形，形成輪軸脈沖，為計(jì)軸板和輸出板提供工作條件。

計(jì)軸系統(tǒng)運(yùn)算機(jī)制：計(jì)軸板有2套獨(dú)立的計(jì)軸運(yùn)算單元，分別根據(jù)放大板傳送的車(chē)輪傳感器信息，判斷列車(chē)行進(jìn)方向，并完成區(qū)段內(nèi)所經(jīng)過(guò)的列車(chē)軸數(shù)計(jì)入和計(jì)出統(tǒng)計(jì)。當(dāng)兩套計(jì)軸運(yùn)算單元計(jì)算結(jié)果完全相同時(shí)，才會(huì)輸出空閑信息給輸出板。其最大可以同時(shí)接入和處理6個(gè)車(chē)輪傳感器信號(hào)。

其他板卡：計(jì)軸輸出板由12個(gè)繼電器組成，完成計(jì)軸區(qū)段空閑或占用的條件輸出，繼電器接點(diǎn)最大允許通過(guò)電流為2 A。復(fù)零板用于執(zhí)行所屬區(qū)段計(jì)軸電路的復(fù)零。

1.2.2 室外設(shè)備

TAZⅡ/S295計(jì)軸系統(tǒng)室外電子設(shè)備為車(chē)輪傳感器（型號(hào)2N59-1R-400RE-40），車(chē)輪傳感器主要用于檢測(cè)列車(chē)車(chē)輪輪緣。車(chē)輪傳感器內(nèi)的兩個(gè)傳感系統(tǒng)阻尼隨著車(chē)輪輪緣的作用而變化。傳感系統(tǒng)阻尼的變化將會(huì)傳輸?shù)绞覂?nèi)放大板模塊（ABG）。兩個(gè)傳感系統(tǒng)產(chǎn)生的阻尼軸脈沖只有疊加在一起，才認(rèn)為是有效的計(jì)軸脈沖，否則將會(huì)認(rèn)為是干擾信號(hào)。根據(jù)兩個(gè)傳感阻尼所傳遞的車(chē)輪輪緣變化來(lái)實(shí)現(xiàn)軸數(shù)統(tǒng)計(jì)和方向判別（如圖2所示）。

車(chē)輪傳感器兩個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)期與鋼軌軌腰固定連接，當(dāng)傳感器與軌腰衰減板連接空隙距離大于1～2 mm時(shí)，放大板檢測(cè)到傳感器阻尼狀態(tài)變化引起的故障（松動(dòng)），在故障沒(méi)有消除前系統(tǒng)一直輸出占用狀態(tài)。

1.3 計(jì)軸設(shè)備功能

TAZ II/S295計(jì)軸系統(tǒng)主要具備以下功能：一是為聯(lián)鎖、列控、閉塞和其他信號(hào)系統(tǒng)提供軌道區(qū)段占用或空閑的安全開(kāi)關(guān)量輸出接口；二是通過(guò)計(jì)軸設(shè)備來(lái)鑒別正線列車(chē)的運(yùn)行方向；三是提供計(jì)軸直接復(fù)位功能，并通過(guò)預(yù)復(fù)位反饋狀態(tài)接口（非安全相關(guān)光耦接口）實(shí)現(xiàn)計(jì)軸區(qū)段的預(yù)復(fù)位功能；四是系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部診斷及故障檢測(cè)功能，同時(shí)具備與信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、維護(hù)支持子系統(tǒng)等用于監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)的接口。

2 現(xiàn)狀分析

寧波4號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)試運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)計(jì)軸設(shè)備存在易受干擾問(wèn)題，其中主要原因?yàn)橥鈱?zhuān)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)引發(fā)的計(jì)軸受擾，按照干擾源可分為外部接地不良引發(fā)的干擾、電纜環(huán)阻不穩(wěn)定引起的干擾、電磁干擾以及金屬干擾4種類(lèi)型。針對(duì)存在問(wèn)題研究制定了以下整改措施。

2.1 硬件升級(jí)優(yōu)化

為降低計(jì)軸因施工造成的受擾，以及為了更好地解決及適應(yīng)項(xiàng)目后續(xù)其他的一些干擾問(wèn)題，可使用升級(jí)放大板和輸出板硬件解決，提高設(shè)備自身抗干擾能力，相應(yīng)增加屏蔽過(guò)濾機(jī)制，可以大大減少因外部干擾因素帶來(lái)的計(jì)軸受擾問(wèn)題，硬件升級(jí)版本見(jiàn)表2。

舊版本輸出板內(nèi)部完全由安全繼電器電路構(gòu)成，而新型輸出板采用軟件完成邏輯運(yùn)算，然后驅(qū)動(dòng)安全繼電器輸出，不需再經(jīng)過(guò)繼電器進(jìn)行邏輯處理，升級(jí)輸出板和原輸出板的區(qū)別為信號(hào)處理邏輯不變，但是執(zhí)行信號(hào)處理的單元由繼電器改為軟件繼電器之間相互制約的邏輯控制關(guān)系均由軟件實(shí)現(xiàn)[1]。

兩種輸出板邏輯差異對(duì)比原理圖描述如圖3所示。

寧波4號(hào)線計(jì)軸設(shè)備已完成正線慈城站（放大板5塊、輸出板8塊）、官山河站（放大板18塊、輸出板29塊）、奧體中心站（放大板17塊、輸出板27塊）、麗江路站、柳西站（放大板15塊、輸出板26塊）、白鶴站（放大板19塊、輸出板32塊）、南高教園區(qū)站（放大板21塊、輸出板34塊）、小洋江站（放大板15塊、輸出板23塊）、東錢(qián)湖站（放大板7塊、輸出板11塊）的放大板、輸出板硬件升級(jí)更換工作，總計(jì)更換放大板117塊、輸出板190塊。

2.2 硬件升級(jí)優(yōu)化后情況

自完成計(jì)軸設(shè)備硬件升級(jí)，結(jié)合比對(duì)4號(hào)線5月份和6月份計(jì)軸設(shè)備故障數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)區(qū)段受擾類(lèi)故障已經(jīng)由3月份和4月份的10起，下降至4起。

（1）已解決問(wèn)題：外部接地不良引起的干擾問(wèn)題、電纜環(huán)阻不穩(wěn)定引起的干擾問(wèn)題和電磁干擾問(wèn)題。

（2）未能有效解決問(wèn)題：接觸網(wǎng)專(zhuān)業(yè)梯車(chē)作業(yè)時(shí)，受梯車(chē)車(chē)輪影響的金屬干擾問(wèn)題。

2.3 梯車(chē)輪選型

為徹底解決受接觸網(wǎng)梯車(chē)作業(yè)時(shí)對(duì)計(jì)軸設(shè)備的影響，接觸網(wǎng)專(zhuān)業(yè)根據(jù)信號(hào)專(zhuān)業(yè)建議開(kāi)始將接觸網(wǎng)梯車(chē)車(chē)輪，由全金屬材質(zhì)更換為高強(qiáng)度樹(shù)脂材質(zhì)，確保從源頭上解決問(wèn)題。自接觸網(wǎng)梯車(chē)采用樹(shù)脂材質(zhì)車(chē)輪后，發(fā)生因接觸網(wǎng)梯車(chē)施工作業(yè)引起的計(jì)軸故障已控制在1件及以下。

梯車(chē)采用樹(shù)脂材質(zhì)車(chē)輪存在弊端，需另外設(shè)置接觸網(wǎng)梯車(chē)接地裝置。

2.4 車(chē)輪傳感器參數(shù)設(shè)置

車(chē)輪傳感器參數(shù)指標(biāo)，空閑4.79≤V≤8.31；占用8.39≤V≤9.96?？臻e參數(shù)設(shè)置范圍較廣有3.52 V的調(diào)整量，不同的取值是否會(huì)改善金屬干擾的性能，目前現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整只確認(rèn)在質(zhì)保期內(nèi)即可，未給出一個(gè)最優(yōu)的取值點(diǎn)。

3 現(xiàn)場(chǎng)研究

3.1 接觸網(wǎng)梯車(chē)車(chē)輪選型

選型考慮因素有材質(zhì)強(qiáng)度、表面金屬能夠?qū)崿F(xiàn)梯車(chē)可靠接地。通過(guò)金屬輪緣輪比選，最終選取6 cm尺寸金屬輪緣輪，詳見(jiàn)圖4，在4號(hào)線培訓(xùn)中心車(chē)輪傳感器上測(cè)試滑動(dòng)100次未出現(xiàn)區(qū)段受擾。

3.2 車(chē)輪傳感器空閑參數(shù)最優(yōu)值

為了全面了解不同車(chē)輪傳感器空閑值取值，受金屬干擾影響的程度，結(jié)合廠家建議取值范圍4.79≤V≤8.31，在培訓(xùn)中心分別采取抽樣試驗(yàn)的方法進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表3。經(jīng)過(guò)在不同取值點(diǎn)使用模擬輪進(jìn)行空閑、占用滑動(dòng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)空閑值取值在指標(biāo)內(nèi)時(shí)，受金屬干擾的影響一樣存在隨機(jī)性的特點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

為提高抗干擾能力，主要從系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備及外部施工環(huán)境（條件）兩個(gè)維度研究了提升科安達(dá)計(jì)軸系統(tǒng)抗外部條件干擾能力的方法。結(jié)合目前升級(jí)調(diào)整后的故障情況，該做法已經(jīng)有效降低了因外部干擾導(dǎo)致的計(jì)軸區(qū)段占用故障，保障了正常的運(yùn)營(yíng)秩序。

參考文獻(xiàn)

[1]田文禮， 馬學(xué)霞， 謝志明. 計(jì)軸室外干擾故障的分析與解決方案[J]. 鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)， 2023（3）： 72-76.