計軸監測系統的仿真研究

范婷++陳麗杰++余利波

摘 要：本文研究的系統屬于計軸監測系統的上位機部分，可以在界面上直觀的查看各個軌道區段狀態和繼電器狀態。傳統計軸系統不能直觀觀察區段狀態，而且需要到機械室才能觀察到繼電器狀態。系統主要包括傳感器模塊、繼電器模塊、軸顯模塊、規則模塊和區段模塊。利用虛擬串口調試工具產生進路上列車運行的軸數信號，傳感器模塊采集軸數信號，軸顯模塊根據設定的規則對軸數信號進行判斷，進路上相應繼電器狀態也隨之改變，動態實現了在線監測列車占用/出清軌道區段的功能。

關鍵詞：計軸系統；繼電器；傳感器；區段；監測

計軸又稱微機計軸，是安裝在鐵路車站和區間的檢測設備，利用安裝在鋼軌上的傳感器采集列車運行的軸信息，通過專用通道傳送回室內，經過室內計算機的運算處理后把本站軸數發送給對方站，當列車運行到達對方站時，對方站計算機系統比較此時采集到的軸數與發車站發送的軸數是否相等，進行軌道區段運行狀態的一種技術[1]。

計軸設備代替軌道電路檢查軌道區段占用情況的時間已有百年，計軸軌道電路能解決軌道電路分路不良、輕車跳動、溜車等問題。在我國，西南的山區鐵路較早使用了計軸設備。計軸設備常用在一些潮濕、沙化、山區、礦區等不良環境條件下使用[2]。

計軸監測系統是針對傳統計軸系統研發的診斷系統，將傳感器、計數器、串口通信、主機單元和顯示器有機的組合在一起，它能對軌道區段狀態和繼電器狀態實時監測，方便日常維護，為維修人員提供參考數據，為故障診斷、故障處理提供了一個可視化的分析平臺，提高了計軸系統的實用性[3]。

1 系統概述

計軸監測系統是傳統計軸系統的診斷系統，它在幫助維護人員發現設備隱患、監督設備狀態、分析計軸設備故障原因、輔助故障處理、指導現場維修、反應設備應用狀況和提高電務部門維護水平等方面有著重大作用。計軸監測系統能實時、動態、準確的采集列車運行數據，對數據信息進行儲存、重放、查詢[4]。

計軸監測系統采用先進的計算機技術、網絡技術、通信技術、現場總線技術、多媒體技術以及數據庫技術，并將上訴技術與鐵路信號技術相互融合，實現計軸監測系統開關量、模擬量、狀態、報警等信息的采集、分析、歸納，給出設備故障趨勢預警以及為解決問題和故障維修指明大致方向，使得計軸監測系統成為維護人員重要輔助設備以及故障分析的“黑匣子”[5]。計軸監測系統代替軌道電路設置于軌道區域，可以有效解決站內白光帶/紅光帶、區間紅光帶、軌道電路分路不良等軌道區段常見問題，也可用在半自動閉塞區間，實現站間自動閉塞，提高行車效率。其工作原理是室內采集單元通過采集室外車輪傳感器的信息，計算出區段的占用/空閑狀態，信息通過監測接口接至計軸監測設備，在界面上顯示區段實時狀態和繼電器狀態，便于維護人員的直觀查看。計軸監測系統的原理框圖如圖1所示。

2 系統構成

2.1 計軸頻率傳感器

計軸頻率傳感器用于對室外電子檢測盒所輸出的頻率及幅度進行實時監控，每個計軸頻率傳感器可以分別對2個計軸點的頻率信號進行測量，輸出通過總線通信接口傳送，可以組網。計軸頻率傳感器采用組匣式結構，安裝方式簡單，產品采用先進的數字測量技術和多階數字濾波技術，產品的集成度高，可靠性好，具有優異的精確度和穩定性。

2.2 通訊單元

通訊單元用于建立計軸主機與監測系統之間的通信連接。基于標準總線的串口通訊單元，可從標準電腦插槽上擴展出多路串口，采用隔離通道方式設計，與計軸系統隔離，其故障不會對計軸系統的正常使用造成影響。

基于標準總線的通訊單元，芯片集成了軟、硬件流量控制和數據突發訪問模式，其特有的智能數據收發控制機制保證了數據傳輸的高可靠性，同時最大限度提高了操作的簡易性。信號采用電磁隔離方式，與傳統的光電隔離相比具有更高的穩定性和抗干擾能力，且在降低功耗和信號衰減方面表現不俗。

2.3 開關量單元

開關量單元用于采集如計軸軌道條件、復位條件等。

2.4 電源檢測單元

交直流電壓測量輸入的直流電壓或交流電壓，參數通過總線輸出。

2.5 工控機

完成和系統各個模塊的通訊，數據采集，保存，顯示，報警，故障診斷。

3 系統設計

根據對系統開發目標和系統功能指標的分析，本系統應該具有以下的功能：（1）列車運行時區段的占用/出清顯示；（2）列車運行時區段軸數的顯示；（3）列車運行時區段繼電器狀態的實時變化。

本文通過對計軸監測系統特點的研究，構建了一個符合設計規范的計軸監測的仿真系統，這是計軸監測系統上位機的發展方向，計軸監測系統仿真實現模塊如圖2所示。

本仿真系統主要包含幾個模塊組成：

傳感器模塊（SenSor）：用于采集列車運行數據信號，啟動時首先進行初始化，當有數據信號時，對采集到信號進行判別，用于對列車運行方向的判斷和軸數增減的判斷。

區段模塊（Section）：列車運行的線路是由一個個區段組成的，本系統是利用傳感器對區段進行劃分的，區段是整個系統的基礎。區段模塊用于組成站場模型，同時對本區段里面的軸數進行加/減計算。

繼電器模塊（Relay）：繼電器是反應區段空閑/占用的主要設備，在此模塊中能對室內繼電器狀態進行檢測，采集其開關量電壓。在界面上標識區段中的繼電器，直觀的顯示區段繼電器狀態。

規則模塊（Rule）和軸顯模塊（AxleNum）：仿真系統中要對系統規則進行配置，本系統中的規則用于判斷采集到的軸信息，并判斷該軸信息的增加或者減少。軸顯模塊在界面上形象的顯示區段內軸數的變化。

本系統還具有串口通信的模擬，用于模擬出室外列車運行數據信號，并發送給傳感器模塊進行處理。

模塊之間的數據傳遞：當傳感器獲得軌道區段軸信息，根據所定義的規則進行軸信息的判斷，并將其發送給相對應的區段，區段根據接收的信息和本區段原有軸數進行本區段空閑/占用的判斷，并將軸數信息發送給軸顯模塊，在界面上顯示區段的軸數和狀態。繼電器采集室內繼電器端電壓，并在界面上直觀的顯示繼電器狀態，便于與區段顯示的狀態進行對比，增強了系統的可靠性。各個模塊之間相互獨立又相互聯系。系統各模塊之間的數據流圖如圖3所示。

4 結束語

隨著鐵路技術的大發展，由于對鐵路設備的安全性和可靠性要求越來越高，對列車運行的安全的要求更嚴格，為此開發出保證列車安全的計軸監測系統，提高了列車運行的安全、效率，本系統在解決站內白光帶/紅光帶，區間紅光帶；站內、區間分路不良有著其他系統沒有的優勢。本文是基于visual studio 2010的軟件開發平臺，運用MFC技術，同時結合鐵路計軸設備的有關知識，設計并實現了計軸監測系統的仿真軟件。

傳統的計軸設備存在著成本高、安裝不便等問題，并且精度不高，理論研究不深入。本文實現了一種計軸監測系統上位機功能的方案，具有較強的可行性和可靠性，且成本相對較低。本文通過對計軸監測系統進行理論研究，理論上保證整個系統框架的設計符合實際系統的要求。

參考文獻：

[1]吳學英.站內計軸設備工程應用[J].鐵路通信信號工程技術，2006（04）：43-45.

[2]聞崇義.淺談計軸技術的發展和運用[J].鐵路通信信號工程技術，2007，4（02）： 21-22.

[3]中華人民共和國鐵道部.運基信號[2010]709號信號集中監測系統技術條件[S].2010.

[4]陳艷華.客運專線信號控制系統設計方案[M].長安大學，2011.

[5]成都通信設備廠.計軸監測使用說明書[S].2012（12）.endprint