淺析計軸設備在軌道交通中的運用

姜文

摘 要：目前軌道交通建設在國內各大城市如火如荼進行中，而采用的信號技術設備直接關系到地鐵運營的效率和安全。計軸系統作為一項重要的信號設備，我們有必要從設備的組成、原理、特點進行分析，總結出一套易于操作的維護和故障處理流程，方便信號人員對計軸設備的掌握和故障處理，保證地鐵的正常運營。

關鍵詞：計軸系統、計軸原理、計軸受擾、預復位

與國內許多新建的地鐵一樣，南昌地鐵也是采用技術成熟的CTBC模式。計軸系統作為CTBC系統的一個重要子系統，通過各條地鐵線路這么多年的實際檢驗，較低的故障率以及維護的便捷性贏得了廣大信號人員的心。

計軸系統歸屬于列控系統中的計算機聯鎖系統，可以用于檢測軌道區段的占用情況。將每個區間（兩個站之間）劃分為若干個閉塞區段，在每個閉塞區段的開始端和結束端分別安裝計軸設備，與軌道電路頗為相似，不過在區段與區段之間不需要安裝容易耗損的絕緣。所以計軸設備可以用在CTBC系統的移動授權尚未開通時，或者是用來作為無線設備故障時的冗余設備存在，在后備模式下檢測列車位置，反映區段占用空閑狀態。

AzLM計軸系統主要包括室內設備、室外設備和傳輸電纜三部分。室內設備主要包括計軸主機（ACE）和電源數字耦合單元（PDCU），而計軸主機又包括電源板，CPU板、串口板、并口板、補空板等。室外設備主要是由“黃帽子”電子盒（EAK）及軌道磁頭（SK30H）組成，EAK主要包括模擬板和評估板。電源板為整個系統系統提供電力保障，顯示各模塊電壓是否正常。電源板的輸入電壓是DC60V，輸出DC5V和DC12V，為各種板卡提供電源。CPU板的主要作用包括接收室外點的軸數信息，并根據區段的配置進行區段占用/空閑的計算；將區段的狀態通過并口板送給聯鎖系統；接收并口板的復零命令，并執行相應的復零進程；還有實現系統的診斷功能。每塊串口板可以連接室外兩個計軸點，通過ISDN接口接收室外點的信息，并將該信息通過CAN總線接口發給CPU板。每塊并口板對應一個區段，并口板與CPU之間通過CAN總線接口通信；每塊并口板輸出2組繼電器接點來指示區段的占用/空閑狀態，每塊并口板可以接收3個復零輸入。ACE機柜中的PDCU是一個電力、數據耦合單元，它負責向室外的EAK與磁頭供電，同時還負責接收由EAK中的ISDN板傳送的數據，電源數據耦合單元具有獨立熔絲、壓敏電阻和隔離變壓器，可以實現隔離軌旁電纜、將電源耦合到數據線上和過壓防護的功能。模擬板負責生成發送信號、放大接收信號、調相、生成車輪脈沖、生成穩壓輸出；模擬板接著將生成的車輪脈沖發送到ISDN板。評估板的主要作用是對模擬送來的輪對脈沖進行計數，監視EAK及磁頭的狀態，將軸數信息和狀態信息通過ISDN發送給ACE。軌道磁頭的作用主要是通過發送接收磁感線對經過磁頭的輪對進行計數。

計軸系統是通過對列車車輪的計數來判斷區段的占用情況。它的一組高頻發射磁頭和接收磁頭由兩對組成，其主要功能是判斷列車的運行方向。正常情況下，列車輪對會切割SK1磁頭，然后切割SK2磁頭；當發生特殊情況時（如反向行車），輪對會先切割SK2磁頭，再切割SK1磁頭。

計軸系統的計數方法：當列車輪對切割高頻磁頭磁力線一次，計軸系統會計數一次。以一節車廂為例（四組輪對），當列車駛入區間時，計軸系統會記錄四次切割磁力線，只有列車沒有切割前方磁頭磁力線，系統會認為該車仍在區間內行駛；當列車經過前方計軸磁頭時會再次切割磁力線，標志著列車已駛出該區間，進入下一個區間。每一組磁頭既是新區段開始的標志，也是前一個區段結束的標志。當兩節以上編組列車運行發生車頭、車體分離時，由于計數設備記錄的駛出區段輪對數與駛入輪對數不符，前一個區段也不會開放。

計軸區段有3種狀態：空閑、占用和受擾。空閑區段即區段內輪對為零的區段。當該區段兩頭任何一個計軸磁頭有輪對滑向區段內，區段內輪對數變成正數就成為占用狀態，ATS顯示該區段為紫光帶。當該區段任何一個計軸磁頭有輪對滑向區段外，區段內輪數變為負數就成為受擾狀態，ATS顯示該區段為土黃光帶。占用區段內有多少輪對記錄在ACE機架上的CPU模塊內，如果有相同數量的輪對滑出該區段，則該區段恢復為空閑狀態。一旦區段受擾，并行板會自動鎖死，除非經過預復位和清掃處理，否則只會向聯鎖系統發送受擾信號。

在這里簡單的介紹下預復位流程。進行預復位操作首先要在得到行調的允許下，確認該ACB區域已出清全部列車。然后找到受擾區段相對應的并口板，按住白色小按鈕，同時順時針旋轉鑰匙擰到底，保持3-5S即可。復位后可觀察燈位顯示，判斷預復位是否成功。成功后就要等待安排專門列車對受擾區段進行清掃了；如果不成功，可熱插拔該塊并口板，再重復上述操作進行預復位。

由于目前計軸CPU內軟件的設定，區段受擾后復位并行板，相應區段并不會就此恢復空閑狀態，而是一個中間狀態稱為“待清掃”。待清掃狀態下的軌道區段在聯鎖系統中仍然按故障區段處理，不能排列進路和開放信號。只有清掃車或人工模擬車輛從區段的一邊進入，再從區段另一邊退出，該區段才會恢復空閑狀態。所以清掃區段最好用清掃車處理，清掃車在清掃作業中最大限速20公里。需要清掃的主要原因是為了確認故障排除后的區間內沒有任何影響行車的因素對行車構成威脅。一般正線上的直線區段受擾都直接復位，等待列車清掃。但是受擾區段影響到需要操作的道岔，運營又處在停運狀態，則需要人工清掃。人工清掃需要一個能夠模擬車輪對計軸磁頭影響的模擬車輪，在測試工具箱里會附帶一塊。人工清掃需要至少2人配合操作，以人負責在室內ATS用戶界面前指揮，同時需要復位并行板；另一人負責在區間內完成清掃作業。人工清掃的關鍵是模擬列車的運行，直接復位受擾區段，則受擾區段狀態變成待清掃，如果該區段邊上的區段狀態是空閑，模擬輪從空閑區段進入待清掃區段，就會造成原來空閑的區段受擾，這樣反而使處理過程變得更復雜。所以在受擾區段兩邊沒有占用區段的時候，需要人為制造一個占用區段。現階段的軟件要求清掃列車的輪對數至少為2個，所以人為制造占用區段時一般用模擬輪向同一個方向話劃兩次。人為制造的占用區段與“列車”需要行進的反向相反，然后復位受擾區段，沿著行進方向的計軸點逐個劃輪子，直到占用區段到達可以讓車輛清掃的位置。最后一步就是復位最后的占用區段，該區段狀態恢復“待清掃”，就可以等待列車清掃了。

通過上面計軸系統組成、原理和操作的介紹，我們可以發現計軸系統的許多特點和優點。首先計軸板卡種類少，室內有4種板卡，室外有2種板卡，結構簡單，故障處理方便；其次是除電源板和CPU板外，其余4種板塊都可以熱插拔，有利于故障處理，縮短故障處理時間；然后是室內主機和室外計軸點之間采用容錯的ISDN數據傳輸，抗干擾性強，采用星型連接，1點出現故障，影響范圍小；正是有上述許多優異的特點，保證了南昌地鐵的計軸設備的穩定和極低的故障率。另一方面，通過對計軸系統的學習和深入的認知，大家對計軸設備的正確維護和故障快速處理，進一步保證了地鐵的安全運營。

參考文獻

1.郭媛忠、宗殿貴. CTC-3級列車運行控制原理和運用.中國鐵道出版社 ，2014.

2.上海申通地鐵集團軌道交通培訓中心.城市軌道交通信號技術.中國鐵道出版社， 2012

3.人力資源和社會保障部教材辦公室. 城軌信號工.中國勞動社會出版社保障， 2015