南京地鐵TAZ Ⅱ計軸系統的故障分析及整改措施

吳騰云

摘要：介紹科安達TAZ Ⅱ計軸的工作原理和系統特性，分析科安達TAZ Ⅱ計軸系統在南京地鐵S9號線產生的故障，總結產生故障的原因，提出整改方案和解決措施，從而提高系統穩(wěn)定性、降低故障發(fā)生率，進一步優(yōu)化設備維保的效果。

關鍵詞：TAZ Ⅱ計軸;工作原理;故障

0引言

隨著科技的發(fā)展，新興的技術憑借更優(yōu)越的性能，逐漸取代傳統技術，這種現象在城市軌道交通系統中也不例外。南京地鐵S9號線信號系統采用科安達TAZ Ⅱ計軸設備，正逐漸替代傳統的軌道電路，對列車空閑、占用情況進行檢測，并且將信息發(fā)送給列車自動控制系統，從而實現行車閉塞的安全。本文從科安達TAZ Ⅱ/S 295計軸設備工作原理出發(fā)，結合科安達TAZ Ⅱ/S 295計軸系統在南京地鐵S9號線的運用狀況，探討此計軸設備的故障，并提出切合實際的整改措施。

1.科安達TAZ Ⅱ/S 295計軸系統技術

1.1系統結構原理

計軸系統通過比較軌道特定的區(qū)段內，進入、駛出計軸點的列車的車軸的數量，來完成軌道區(qū)段對空閑、占用情況檢測的鐵路專用的信號設備。南京地鐵S9號線采用科安達TAZ Ⅱ/S 295型計軸設備，模塊化設計使系統結構精簡，故障數量少，維護方便。從所處位置可以分為室內設備和室外設備兩部分：室內設備有計軸板、電源板、復零板、放大板和輸出板等;室外設備主要是車輪傳感器和電纜盒等。從各部件功能可劃分為運算單位、檢測單元、電源板和復零板四大塊：計軸板與輸出板組成了計軸的運算單元;而車輪傳感器與放大板則組成了車軸的檢測單元【1】。

計軸板是由兩套獨立的運算單元組成，分別處理來自其他板件的信息從而判斷車子前進方向，從而完成車軸數駛入和駛出的統計工作。只有當比較兩組運算單元計算結果相同時，才能輸出“空閑”的信息給輸出板。

輸出板是由12個繼電器組成的，主要用于完成車輪傳感器DSS對區(qū)間內空閑、占用的條件的輸出，以及狀態(tài)輸出。

電源板負責輸入50Hz的交流220V電源，輸出12V和24V的直流電源。當列車的車輪子駛過傳感器所在的區(qū)域，同時，車輪傳感器DSS則會產生輪軸信號輸出到放大板件上，而放大板接收到該信號對其進行放大、整形后，變成輪軸脈沖的信號傳給輸出板和計軸板。

復零板則用于相應區(qū)段計軸的電路復零。在計軸機柜中，電源板是采用兩套互備冗余的裝置，各機柜分別提供兩路220V交流電源，其中一臺電源故障，整個設備仍能正常供電。

軌道占用、空閑狀態(tài)檢查方式有兩個具體操作：一是在軌道空閑時計入一軸或探測到車輪存在，這時，軌道轉變?yōu)檎加玫臓顟B(tài);二是在軌道占用的情況下，計算最后一軸出區(qū)域時軌道則可以轉為空閑。

1.2車輪傳感器DSS的工作原理

車輪傳感器DSS由外部的直流為其提供電源，其內部電路，是由一個高頻有源振蕩器和其他附屬電路組成的，它的封裝殼體內有兩個獨立的傳感單元分別執(zhí)行相同的計算。當車輪子接近傳感器的同時，計軸系統內部的鐵磁介質對元器件的阻尼作用，使電路發(fā)生一些變化，而電路輸出的電壓也會升高來完成車軸的計數的工作。車輪運行方向是通過2路輪軸信號的相位關系來識別的，當車輪子壓過車輪傳感器之后，這2套傳感電路分別感應出輪軸信號，并能感應出輪子壓過傳感器的時間先后順序，以及感應出車輪位置的重疊。

1.3計軸系統的四大重要功能

TAZ II/S295 計軸系統具有四大重要功能。一是具有自我診斷及故障檢測功能;二是有預復位功能，這個功能在設備維護恢復故障時經常使用，非常重要。主要在設備無故障或者車輪傳感器無持續(xù)占用時操作，之后計軸區(qū)段的軸數被清零，但此時計軸區(qū)段仍處于占用狀態(tài)，只有當下一次計算計入和計出軸數相等時才能出清軌道空閑狀態(tài)，從而保障列車運行安全;三是能夠確定列車的運行方向;四是提供檢測系統、管理系統的接口，提供信號系統的軌道區(qū)段占用、空閑的輸出接口。

1.4計軸系統的缺陷

根據S9號線運營以來的統計及觀察發(fā)現該系統主要存在的3大缺陷：一是系統供電狀態(tài)不穩(wěn)定導致車輪傳感器輸出的模擬信號幅度微弱，而且在傳輸的過程中很容易受到干擾從而產生故障 （感應單元參考電壓：空閑 4.79V～8.31V，占用：8.39V～9.96V。 開路：9.96V～10.0V，松動：0.0V～5.04V，短路：0V）;二是，系統不穩(wěn)定或元器件使用壽命問題導致板卡功能異常或死機;三是配套的監(jiān)測終端監(jiān)測信息量很少，對故障的排查、維護參考意義不是太大。經過長期的觀察統計發(fā)現，計軸受干擾發(fā)生故障的原因主要來自以上3大缺陷，下面根據南京地鐵S9號線的計軸故障案例來展開分析【2】。

2.南京地鐵S9號線科安達TAZ Ⅱ計軸故障分析

2.1南京地鐵S9號線2月至8月計軸故障案例

案例1：2021年2月14日18：31分，翔宇路南站G0613計軸編號紅閃，未影響正常運營。現場查看分析原因，發(fā)現計軸輸出板故障，重啟無效后更換該板件，設備恢復正常，持續(xù)觀察板件，并將換下的板件交由廠家進行測試。

案例2：2021年3月2日11：09，翔宇路南站G0603、GD0609紫光帶故障，未影響正常運營。現場查看分析原因，發(fā)現計軸輸出板死機，重啟后恢復，夜間對板件進行更換，檢查室外設備正常，持續(xù)觀察板件，并將換下的板件交由廠家進行測試。

案例3：2021年3月20日1：47分，銅山站G0501、G0503計軸編號紅閃，未影響正常運營。現場查看分析后，在LOW機上做預復位，列車壓道過后故障排除。查明原因為中鐵四局施工，磁頭受擾。

案例4：2021年5月23日0：09分，銅山-石湫站區(qū)間GD0507、GD0509計軸編號紅閃，未影響正常運營。現場查看分析后，人工劃磁頭后恢復，分析原因為外單位施工導致磁頭受擾。

案例5：2021年7月6日3：54分，石湫站G0408、GD0410計軸編號閃，未影響正常運營。現場查看分析后，在LOW機上做預復位，軌道車壓道過后出清。查明原因為外單位施工，磁頭受擾。

案例6：2021年7月7日21：20分，銅山-翔宇路南軌道區(qū)段G0518、G0519、G0520、G0522計軸編號閃，未影響正常運營。現場查看分析后，更換INOM板后設備恢復正常。查明原因INOM板性能下降，引發(fā)故障。

案例7：2021年8月9日13：04分，銅山-石湫站區(qū)間G0408、G0410計軸編號紅閃，未影響正常運營。現場查看分析后，在LOW機上做預復位，列車壓道后出清。分析原因為雷電導致磁頭受擾。

2.2 S9計軸故障特點及原因分析

結合以上S9號線2021年2月至8月的故障案例，總結故障的特點：1）少數區(qū)域集中了大部分的計軸故障;2）故障是隨機重復的;3）故障的現象簡單且單一，以計軸編號閃、HMI紫光帶等故障現象為主;4）故障經預復位操作，列車壓道后消失，不影響正常行車。

進一步分析S9號線計軸故障原因：

1）外部的環(huán)境因素對計軸磁頭或電纜產生干擾

外部產生干擾的主要原因有：其他單位施工不規(guī)范干擾磁頭、設備建設初期安裝不規(guī)范、發(fā)生雷電雨雪天氣因素等情況。

由于計軸室外設備有兩處車輪傳感器DSS的感應單元，當金屬物質從磁頭旁邊經過導致干擾。地鐵軌行區(qū)施工時間一般為夜間 12：00-4：00時間段，供電、公務等工種的工作人員施工時將扳手等鐵質工具劃過磁頭處，或推動檢修小車進出計軸區(qū)段，均有可能造成施工作業(yè)后計軸區(qū)段粉紅光帶的現象。

另外，地鐵區(qū)域內的電磁環(huán)境非常復雜，比如地鐵軌行區(qū)內布放了公用移動、聯通、電信無線通信信號、專用800MHz 的無線通信信號等。計軸的連接電纜與這些通信線纜在同一電纜間的出入口進出隧道，同時，計軸電纜與通信、自動化等專業(yè)等電纜在軌行區(qū)內的同側布放。很可能在初期設計及施工的時候，計軸電纜與其他系統電纜不合理的交叉重疊 ，高低頻信號線纜交織在一起，產生復雜的電磁環(huán)境，從而對計軸系統產生干擾 。

2）科安達TAZ Ⅱ計軸內部板卡、接線及零部件異常或死機。

計軸設備內部故障主要原因有：驅動電源供電不穩(wěn)定、板件本身的穩(wěn)定性問題、設計上的漏洞、初期安裝不規(guī)范、板件積灰受污染、防雷接地松動等。在施工圖紙設計階段，線纜布放不合理，電磁干擾造成系統不穩(wěn)定。在建設施工階段，螺絲銹蝕、線纜緊固、機柜、組匣、板卡、元器件安裝不規(guī)范，造成接觸不穩(wěn)定。施工現場灰塵積灰嚴重，藏匿在板件內部的污垢清理效果不佳，板件受污染，長期運行后性能減低或死機。防雷器件、接地電纜安裝松動或者不合理。

3?降低S9號線科安達TAZ Ⅱ計軸設備故障發(fā)生率的整改措施

3.1消除計軸設備干擾的措施

1）針對由其他單位施工作業(yè)產生的干擾故障，要對其他部門工作人員溝通并培訓信號設備計軸原理，規(guī)范其作業(yè)的流程，保證作業(yè)時盡量遠離計軸磁頭，嚴禁使用金屬物體在計軸磁頭附近，以免造成干擾。2）設計抗磁頭干擾屏障，有施工作業(yè)時將磁頭予以保護，防止靠近計軸磁頭，造成紅光帶等故障。3）針對線纜布線不合理的問題，選用金屬護套計軸傳輸線纜。4）全面整理軌行區(qū)內計軸的線纜，規(guī)范電纜的布置及敷設方向，以便合理的避開干擾源頭。5）調整計軸室內設備的電纜及配線，充分考慮電磁兼容的情況下增大與通信高頻電纜的距離。6）安裝抗干擾磁環(huán)，提高抗干擾性能。7）及時更換有問題的車輪傳感器。

3.2 計軸內部問題的整改措施

1）監(jiān)測空閑、占用電壓范圍，更換掉不穩(wěn)定的驅動電源。計軸磁頭占用電壓正常范圍：8.39V-9.96V 。2）針對建設期間受污染的板件，批量更換問題板件，常出現故障的INOM板、輸出板、繼電器板等，是重點整改對象。3）檢查防雷和接地線，有螺絲銹蝕或者松動的及時更換。4）檢查線纜絕緣是否良好，更換掉破損裸露的部分。5）全線排查機柜、板卡、線纜等安裝不規(guī)范的部分，及時整改。

3.3 優(yōu)化計軸設備的維護方案

1）編制故障處理指南、作業(yè)指導書、故障處置流程圖等，印發(fā)計軸故障處理手冊，提高信號維護員現場處置故障的準確性，提高故障處置效率。2）編制搶修應急預案，定期開展故障應急演練，提高信號維護員對故障處置的熟練度。3）加強維保人員的業(yè)務培訓，及時發(fā)現和排查巡檢過程中的故障隱患。4）關注外單位施工的時間，做好抗磁頭干擾的提醒。

4結語

科安達TAZ Ⅱ計軸設備，相比傳統的軌道電路，降低了設備成本，提高了檢測效率，保證了信號系統的安全穩(wěn)定。但在施工設計、安裝、調式、運營等環(huán)節(jié)，因為不規(guī)范安裝、環(huán)境影響等導致設備出現故障，需要從技術管理、設備管理、人員管理等方面考慮，消除干擾，減少故障，提高設備運行的穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]李曉燕. TAZ-Ⅱ計軸設備國內應用中存在的問題[J].中國高新技術企業(yè)，2011（3）：40.

[2]劉俊杰. TAZ Ⅱ計軸在地鐵運營中存在的問題及對策[J].技術與市場，2012（9）：45.