基于冗余技術對奎北鐵路JWJ-C2型微機計軸設備的研究

王小樂

中國鐵建電氣化局集團新疆維管分公司奎北鐵路維管段

基于冗余技術對奎北鐵路JWJ-C2型微機計軸設備的研究

王小樂

中國鐵建電氣化局集團新疆維管分公司奎北鐵路維管段

本次研究以奎北線JWJ-C2型微機計軸設備為主要研究對象，結合成都鐵路通信廠計軸設備維護及故障處理方法，按照預定的人員分工，結合實際工作情況，利用每月各站“天窗”時間，到各站區現場針對計軸設備電氣特性進行測試，并對計軸的系統性能現狀分析、對比，結合廠家電路資料，對影響穩定性和可靠性的因素進行分析，找到與之對應的解決辦法，提出克服辦法，進行現場論證，基于冗余技術最終提出新的冗余電路，改進原理電路。

JWJ-C2、冗余、突發性、潛伏性

1 設備簡介

奎北鐵路全長468公里，共有22個車站。南起北疆鐵路線的奎屯車站，北至北疆的北屯市車站，涉及奎屯、五五新鎮129團棉田區和自然林區進入克拉瑪依油田區，然后向東北方向進入沙漠、鹽堿地、戈壁灘，無人區占據全線的2/3。這里夏季酷熱、暴曬，室外溫度高達60多攝氏度。冬季嚴寒，年最低氣溫達到零下40攝氏度，很多車站是無人區，遠離水源、公路和村鎮，居住條件差，工作環境異常惡劣。

計軸設備是利用計軸的基本功能，配合半自動結合電路完成對鐵路區間行車狀況的檢測與鎖閉。計軸是一種重要的鐵路信號設備，世界各大鐵路公司都有相應的計軸產品。計軸系統集傳感器，通信傳輸，故障-安全計算機等技術為一身，可謂麻雀雖小五臟俱全。在我段管內目前上線使用中的計軸閉塞設備型號：黑龍江瑞興科技股份有限公司JWJ-C2型微機計軸設備。我們在現場發現對于JWJ-C2計軸設備的穩定性和可靠性是有疑問的，室內設備自開通以來故障率一直較高，主要集中在計軸運算器板卡的問題，時常發生報警，多個站因為同樣的缺陷影響列車正常運行，甚至有些車站達到了1個月4次之多，尤其是MCU和FCU可靠性最差，而計軸使用集成電路板，故障通常又具有突發性，潛伏性、不易判斷、瞬時恢復，反復發作等特點，使故障在現有的條件下找不到好的解決辦法，使我們工作開展的非常被動。嚴重影響了列車運營秩序和運輸效率，增加了電務維管人員的勞動強度。也給我們的維管工作帶來了諸多不良影響和干擾。

2 設備現狀調查

2.1 現場分析

故障分析，造成計軸故障的主要原因有以下幾類：

1.計軸設備板卡廠家質量控制不達標，易發生故障，其中又表現出以通訊中斷故障為主 。

2.部分運算器整體輸出的光信號衰耗達不到維規及說明書規定的標準。甚至達到故障臨界值，有瞬間報警現象。

3.電磁抗干擾性低，板卡自身老化，運算器輸出值不恒定。

4.計軸各類電氣、光接口接觸不好，發生過運算器接口不良故障。

5.環境要求高，適應性低，在極端天氣、溫度過高過低影響過大。

2.2 問題總結分析

針對常見故障總結存在的一些問題如下：

1.計軸板卡性能不穩定，尤其是MCU和FCU可靠性最差，部分運算器整體輸出的主要指標——光信號衰耗達不到說明書的標準，部分板卡的光纖通訊衰耗值甚至達到故障臨界值。

2.計軸使用的是集成電路板卡，對故障的判斷不能直觀，判斷必須靠DPU卡，通過按壓顯示卡按鈕察看必須是實時，遇到瞬間故障時，無法調看歷史記錄查看故障原因。

3.部分運算器整體輸出的光信號衰耗達不到《維規》及說明書規定的標準。甚至達到故障臨界值，有瞬間報警現象。

4.由于自然條件導致相位漂移、傳感器進水導致電氣特性指標下降、雷擊。

3 基于冗余技術的優化研究

為了保證整個系統在局部發生故障時仍可以正常工作，可以對重要的、易發生故障的部分采用冗余設計，一旦故障發生便自動啟動投入使用。同時，因為計軸運算器自身預留有多點應用模式閉塞，可以很好的利用空板卡位置和既有CAN、供電接口。

首先，我們需增加1塊MCU和1塊FCU板塊，廠家更新軟件數據即可，即不增加改造難度，改造復雜度很低，計算機聯鎖軟件不需改動，成本不大。其次，在實際工作中，我們已經增加了由通信機械室到計軸機的尾纖2根作為第二路備用通道

既有的計軸內部電路圖只存在一套既有的信息傳輸和自檢通道，一旦出現某個板卡故障，直接就影響計軸的信息傳輸，IOU信息傳輸報警燈就會紅，也就是我們常見的計軸站間信息傳輸故障，FCU板卡上的輸入輸出就代表了有通信機械室到計軸機柜的兩根尾纖，現在我們只要將備用的第二路通道連接上第二塊FCU板卡上，就構成了熱備的第二條站間通道。具體電路如下：

新的計軸系統MCU采用2*2取2結構， MCU主副卡熱備，采取表決的方法，保證數據的真實性。當主卡系統發生故障時，自動切換，副卡投入使用并輸出指令，當副卡故障時給出報警信息，主卡仍可正常工作。我們提到的FCU卡雙卡雙待，就是2 套通訊系統相對獨立執行MCU指令并嚴格隔離，由MCU卡檢測，如果這2塊FCU板狀態一致，由MCU將安全信息輸出，如果這2塊FCU板狀態不一致，軟件自動邏輯運算進行判斷，若其中一路通訊正常，則切斷FSD亮紅燈，通訊中斷的FCU板故障工作電源，使其強制進行復位，復位后FCU狀態仍然不一致時，迫使計軸系統輸入輸出IOU板工作監督的BJ燈點亮紅燈，并將報警信息傳遞至微機監測系統，交由電務值班人員人工處理。但此報警信息并不會驅動BJJ落下，不傳遞給計算機聯鎖系統導致QGJ落下區間占用。假如2塊FCU板通訊都中斷，則驅動BJJ計軸報警繼電器落下給出報警信息。保證了區間可靠占用，安全性能高，可靠度高。

4 總結

計軸是一種重要的鐵路信號設備，世界各大鐵路公司都有相應的計軸產品。計軸系統集傳感器，通信傳輸，故障-安全計算機等技術為一身，可謂麻雀雖小五臟俱全。計算機采用了2取2冗余，安全完整性水平達到了SIL4。可以展望如果列控系統發展到C4，機車信號不再從軌道接收信息，軌道電路則可以被計軸完全取代來實現列車占用檢查，計軸技術在今后的鐵路發展中將會占據重要地位。對計軸設備日常維護和故障處理的研究將使我們運維工作始終處于同行業領先地位。