計軸器在城市軌道交通控制系統中的應用探討

內蒙古交通職業技術學院 李媛婧

引言

我國無線通信技術在科技力量迅猛提升，實現了自動化全程控制，尤其是應用在列車控制系統當中，能在確保行車速度得以提升的基礎上，將列車行車距離加以縮減。同時，依靠計軸器部分，能夠整體硬件與軟件系統的性能，確保控制中心能夠不間斷達到雙向通信效果，正因為計軸器體現出的較多應用優勢，而受到了城市軌道交通行業人員的高度關注。

1 系統總體結構

計軸器設備，主要就是面對需要核查區段情況，做出全方面檢查的工具，將其應用在城市軌道交通控制系統中，可以確保人員站在軌道區段端口位置上，妥善設置好計軸點，然后整合內部涵蓋的UPS電源、繼電器等多個子設備，依靠健全電纜結構加以連接，發揮其使用性能。其中存在的計軸運算器，在與計軸點進行聯系時，主要依靠的是CAN總線。詳細分析計軸設備結構組成，可以從圖1進行觀察。

圖1 計軸設備總體結構圖

1.1 車軸傳感器

車軸傳感器，是指整個設備的核心內部涵蓋信號發射與接收線圈，結合車輪鐵磁體的作用，確保發射線圈與接收線圈之間存在耦合聯系，站在車輪結構上，此時電感等方面會出現相應的改變，將車輪對過磁頭的次數轉換成脈沖而產生輪軸信號，因此又被行業人士稱為磁頭。要想能夠凸顯出車軸傳感器部分的性能，必須要求其具備以下幾點作用：第一是較強穩定電性能；第二是良好機械性能；第三是故障導向安全；第四是高效抵抗外界干擾性能。在工作人員安裝車輪傳感器過程中，主要可以采取雙套單軌方式，人員面對期間設置的所有檢測站點，將事先準備好的傳感器進行妥善安裝，然后確定出枕木結構，將兩個磁頭做出合理化安裝處理，最為關鍵的是，工作人員完成磁頭安裝工作以后，應該要求其都處于相同鋼軌一邊，像鋼軌的外部結構中，應該有發送磁頭部分，而鋼軌的內部環境中，可以將接收磁頭做出合理化的安裝，一方面能夠對列車行駛方向進行判斷，另一方面也能夠及時對軸輪數據做出全方位的收集。大多數條件下，在線路運行右邊鋼軌位置上，工作人員需要確定好計軸器，盡可能安裝在信號機、絕緣節的同一個坐標點。

1.2 電子單元

電子連接盒的電子單元，主要是位于設備傳感器相同方位，箱盒向所屬線路外側打開。分析電子單元的存在價值，首先，能夠針對收集到的室內數據信息，合理調整為單元所需電壓結構，然后將信號電壓傳輸到發送磁頭部分。同時，在使用電子單元過程中，能夠將計軸器傳感器的磁頭接收中感應的數據信號，此時出現的數據信號，一方面能夠滿足較遠間距有效傳輸的效果，另一方面也能夠便于主機系統對其實施有效把控。在電子單元內部環境中，涵蓋了預處理傳感器信息所需要的所有電子元件，像數字信息處理模塊DSP、處理器模塊ZpR等，都是不可缺少的重要部分。要想將電能全部傳輸到計軸器身上，及時傳遞各項數據信息，就要在所有檢測站點下，工作人員應該設置好兩對電纜結構，其一是當作數據傳輸線，其二是作為電源線進行使用。

1.3 計軸核算器

在室內環境中設置好的計軸核算器，主要包括電源、計算機以及并行輸入、輸出等幾個結構。從根本上講，作為二取二或三取二的微機系統，計軸核算器有著較安全的特點，對三十二個區段作為精細化的監管。分析計軸核算器存在意義，首先，輪詢所有計軸室外設備，對其中計軸信息進行獲取，對所有測軸位置上的信息進行全方位的收集與分析；同時，通過工作人員精確性計算，明確好計軸區段的真實情況，給出區段占用信息、傳輸軌道占用信息和診斷數據等。

1.3.1 二取二主控MCU單元

站在計軸運算器結構上，其中所有的二取二主控MCU單元，不管是硬件還是功能等方面都或多或少存在一定相同特點，面對期間設置好的兩個微控制器，一方面能夠對自身使用狀態實施針對性的檢查，另一方面也能夠像對方做出全方面運行監控效果。如果在其運行過程中，一方出現故障等隱患，此時設備會及時發出警報。

1.3.2 硬件冗余的安全型驅動（輸出）電路

在所有區段使用狀態或者是空閑階段中發揮作用的安全型驅動（輸出）電路，可以說是計軸器設備最后發揮執行指令的一個結構，是一個安全型偏極繼電器，而該繼電器的驅動電路是由AC/DC轉換技術構造的，并由兩微控制器以“與”的方式共同控制的故障——安全電路。在電路運行過程中，如果有一個部分零部件出現問題，那么都會制約電路不能有效輸出。

2 .系統工作原理及特點

2.1 計軸系統工作原理

通過實際調查發現，在使用計算軸系統過程中，首先站在城市軌道區段入口以及出口位置上，工作人員事先準備好良好性能的計算軸，確定每一個計算軸上都設置有兩套磁頭，然后將每一套磁頭都設置好發送與接收磁頭。具體工作原理可以見圖2伴隨著城市軌道列車的持續前進，此時當進入到軌道區段內部后，計軸器A與列車車輪相聯系，此時傳感器A將車軸脈沖，經電子連接箱傳送給室內計算機主機系統，由主機系統計算車軸數量，并根據兩套磁頭的作用時機，判別列車運行方向[1]；在此期間，站在計軸器（傳感器）B位置結構上，此時城市軌道列車到達該位置，計軸器B將車軸脈沖，接下來依靠電子連接箱的作用，將數據及時傳遞到中心主機控制系統身上，對軸數據做出累積或遞減核算判斷。綜合研究詳細記錄的軌道區段內駛入點和駛出點軸數對比內容，一方面能夠得出在區段處于占用狀態時，此時輸出軸數要小于輸入軸數，另一方面當區段處于空閑情況時，此時輸出與輸入軸數兩者相等。在城市軌道列車進入到軌道區段過程中，分析傳感器A計數量，可以將其定義為N（列車軸數），那么可以得到傳感器B結果數值為零，所以根據軸數信息主機系統發出區段占用信息，控制該區段的軌道繼電器落下；伴隨著列車的繼續前進，逐漸遠離該軌道區段，工作人員分析此時傳感器B計數，可以得出N，通過主機系統內在強大計算性能，得出了相同于傳感器A一樣的數據，那么就可以判斷該區段處于空閑狀態，輸出控制信息使該區段的軌道繼電器吸起。

圖2 計軸基本原理圖：

2.2 計軸器的工作原理

在使用計軸器的過程中，因為該部分本質上就是電磁式有源傳感器，能夠依靠線圈互感工作模式，在城市軌道列車行駛過程中，鑒于工作人員設置好的計側位置點，當有車輪經過以后[2]，分析其中磁通變化狀態，最終獲取到輪軸信號。在車輪傳感器當中，不管是哪一套磁頭，都涵蓋了發送（T）與接收（R）兩個磁頭，工作人員在城市軌道外部，將發送磁頭加以妥善安裝，然后在鋼軌內部環境下，做好接收磁頭安裝工作。發送磁頭的線圈和接收磁頭的線圈及鋼軌的配置形狀如圖3所示。

圖3 發送與接收磁頭間的磁路

發送線圈T和接收線圈R產生的磁通環繞過鋼軌后形成兩個磁通Φ1、Φ2，它們以不同的路徑、相反的方向穿過接收線圈R。期間存在的車輪傳感器，如果上面沒有車輪經過[3]，那么分析Φ2的磁通就會明顯小于Φ1的磁通。特別是站在接收線圈內部條件下，會有一些交流電壓信號的出現，不管是相位還是發送電壓相位等，都保持相同狀態。設置好的車輪傳感器，在有車輪經過以后，那么鑒于車輪本身存在的屏蔽效果，會導致全部磁通橋路出現相應改變，此時Φ1減小、Φ2增大，對接收線圈內部感應交流電壓相位進行研究，正好與車輪傳感器保持相反的狀態，該相位變化經車輪電子檢測器電路處理后，即形成了軸脈沖。如圖4所示。

圖4 車輪作用下發送與接收磁頭間的磁場變化：

3 計軸器的應用

為了能夠對城市軌道區段狀態加以有效檢測，就需要工作人員合理設置傳感器。面對當前大多數的軌道區段，因為類型具有明顯差異，那么就決定了工作人員在安裝傳感器時，必須先對軌道區段類型加以明確，然后嚴格按照行業標準，實施準確性安裝處理。多種類型的軌道區段，工作人員在采取不同設置模式時，必須站在現實環境下進行分析與處理。具體分析幾種軌道區段傳感器安裝手段，可以從以下幾方面進行研究：第一是多條進路道岔區段安裝方法；第二是共用檢測點的兩個軌道區段安裝；第三是渡線道岔區段模式。工作人員對城市軌道區段狀態進行有效檢測，站在輸出設備視角下，如果確定為軌道繼電器（DGJ），那么就證明目前區段處于空閑狀態，相反情況下，就證明目前軌道區段處于占用狀態。站在差異性城市軌道區段視角下，尤其是工作人員面對道岔區段，分析一個軌道區段內部，甚至會有較多出入口，工作人員為了能夠充分發揮出計軸傳感器存在的價值，那么就必須整合出口與入口部分，簡單而言，保持行駛狀態的城市軌道交通列車[4]，不管是從哪一個入口進入到區段內部，或者是從任何一個出口遠離軌道區段，鑒于軌道區段兩邊都已經設置好的計軸傳感器，都能夠獲取到合理的輸出結果，因而能夠對軌道區段狀態加以明確與判斷。

4 結論

伴隨著我國城市軌道交通行業的穩定發展，為了能夠確保系統保持較強安全性以及穩定運行狀態，那么從業人員可以借助計軸設備。從根本上看，作為CBTC系統后備方式電路結構的替換部分，通過計軸設備的作用，一方面能夠對列車整個運行狀態進行有效監控，即使系統出現問題，也能夠整合聯鎖以及閉塞等多個系統結構，呈現出閉塞制式狀態，保證列車運行免受故障的威脅；另一方面也能夠充分發揮自動化控制模式，致力于整個列車更加安全運行。通過較長使用實踐可以得出，應用了計軸器的城市軌道交通控制系統，在其體現出較強穩定性及可靠性等特點下，也不需要軌道交通企業投入較大的成本，在當前乃至未來很長一段時間內，值得從業人員全面推廣并應用。