寧波軌道交通4號線計軸系統抗外界干擾能力提升方法研究

范亞靜 金琦 馬馳 戚恩澤

摘要 計軸系統作為監測軌道區間空閑和占用狀況的設備，在行車安全中有著非常重要的作用。寧波軌道交通4號線采用科安達TAZⅡ/S295+JC型計軸設備。開通之初，各類計軸受擾故障頻發，給正常的運營秩序帶來了一定的潛在風險影響。文章從系統內部設備及外部施工環境（條件）兩個維度研究提升科安達計軸系統抗外部條件干擾能力的方法。

關鍵詞 軌道交通；計軸；抗干擾

中圖分類號 U231.7文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0011-03

0 引言

寧波軌道交通4號線計軸系統采用科安達TAZⅡ/S295+JC型計軸設備。該設備是深圳科安達與德國品奇提芬巴赫共同合作引進的計軸系統，計軸設備主要包括室內和室外兩部分。判斷計軸監測區段是否占用的主要途徑是通過計軸點駛入和駛出輪軸數的結果比較，而不能識別車體部分，所以會存在當有非列車車輪駛入區段被誤認為列車占用的情況。

課題研究目的是通過改變外部施工環境（條件）的方法，間接提升科安達計軸系統抗外部條件干擾的能力。主要研究內容包括：

（1）接觸網小推車不同尺寸（輪徑）車輪對應的計軸車輪狀態電壓值，確保將計軸車輪狀態電壓值控制在DC9.31 V以下。

（2）不同磁導率金屬材料車輪，在規定輪徑范圍內對計軸車輪狀態電壓值的影響。應用價值是力圖通過試驗數據，尋找出較理想的提升科安達計軸抗接觸網施工影響的方法，保障正常的運營秩序的實現。

1 設備原理

寧波軌道交通4號線采用科安達TAZⅡ/S295+JC型計軸設備。計軸系統通過對比軌道區段兩端駛入和駛出計軸點的列車軸數來判斷該區段是否占用，并通過列車駛入、駛出的車輪輪軸數的比較，實現對列車運行方向的判別以及軌道區段空閑及占用狀態的條件輸出。計軸設備主要應用于地鐵場段及站內，用來實現軌道區段空閑與占用狀態的自動檢查。

1.1 計軸設備基本原理

計軸設備的基本原理主要基于對所監視的軌道區段兩端計軸點所駛入和駛出的列車軸數進行比較，用以確定該區段的占用和空閑狀態。

具體如圖1所示，列車從計軸區段的計軸點1處端駛入，計入軸數為A，列車從該計軸區段的計軸點2處駛出，計出軸數為B。當B不等于A時，區段占用；當B等于A時，區段空閑。

軌道占用和空閑狀態檢查方式可以分解為兩個具體的操作：當軌道處于空閑狀態時，計入一軸或探測到車輪，軌道區段轉為占用狀態；當軌道處于占用狀態時，計出最后一軸，軌道區段轉為空閑狀態。其中，計入一軸和計出最后一軸都由計軸板作出判斷，給輸出板傳送相應的信息。

1.2 計軸設備組成架構

科安達TAZⅡ/S295+JC型計軸設備由室內設備和室外設備兩部分組成，具備外接復零條件以及與聯鎖和微機監測等設備的接口。

1.2.1 室內設備

TAZⅡ/S295 計軸系統室內設備主要包括：放大板、計軸板、輸出板、復零板和電源板等單元，其中放大板與室外的車輪傳感器組成車軸檢測單元，計軸板與輸出板等組成計軸運算單元。

計軸機柜內的電源板可輸入50 Hz交流220 V電源，輸出直流12 V和24 V電源，為其他板件提供工作電源，且電源板采用“1+1”冗余配置，每臺機柜提供兩路220 V交流供電，電源機箱1與電源機箱2中的電源板互為冗余，其中任一電源板故障，不會影響計軸設備正常供電。

放大板工作機制主要為當車輪駛過傳感器作用區域時，車輪傳感器產生輪軸信號，并將該信號輸出至放大板，放大板接收到車軸傳感器的輪軸信號后進行放大和整形，形成輪軸脈沖，為計軸板和輸出板提供工作條件。

計軸系統運算機制：計軸板有2套獨立的計軸運算單元，分別根據放大板傳送的車輪傳感器信息，判斷列車行進方向，并完成區段內所經過的列車軸數計入和計出統計。當兩套計軸運算單元計算結果完全相同時，才會輸出空閑信息給輸出板。其最大可以同時接入和處理6個車輪傳感器信號。

其他板卡：計軸輸出板由12個繼電器組成，完成計軸區段空閑或占用的條件輸出，繼電器接點最大允許通過電流為2 A。復零板用于執行所屬區段計軸電路的復零。

1.2.2 室外設備

TAZⅡ/S295計軸系統室外電子設備為車輪傳感器（型號2N59-1R-400RE-40），車輪傳感器主要用于檢測列車車輪輪緣。車輪傳感器內的兩個傳感系統阻尼隨著車輪輪緣的作用而變化。傳感系統阻尼的變化將會傳輸到室內放大板模塊（ABG）。兩個傳感系統產生的阻尼軸脈沖只有疊加在一起，才認為是有效的計軸脈沖，否則將會認為是干擾信號。根據兩個傳感阻尼所傳遞的車輪輪緣變化來實現軸數統計和方向判別（如圖2所示）。

車輪傳感器兩個系統長期與鋼軌軌腰固定連接，當傳感器與軌腰衰減板連接空隙距離大于1～2 mm時，放大板檢測到傳感器阻尼狀態變化引起的故障（松動），在故障沒有消除前系統一直輸出占用狀態。

1.3 計軸設備功能

TAZ II/S295計軸系統主要具備以下功能：一是為聯鎖、列控、閉塞和其他信號系統提供軌道區段占用或空閑的安全開關量輸出接口；二是通過計軸設備來鑒別正線列車的運行方向；三是提供計軸直接復位功能，并通過預復位反饋狀態接口（非安全相關光耦接口）實現計軸區段的預復位功能；四是系統設備內部診斷及故障檢測功能，同時具備與信號微機監測系統、維護支持子系統等用于監測和管理系統的接口。

2 現狀分析

寧波4號線信號系統試運行期間發現計軸設備存在易受干擾問題，其中主要原因為外專業現場施工作業引發的計軸受擾，按照干擾源可分為外部接地不良引發的干擾、電纜環阻不穩定引起的干擾、電磁干擾以及金屬干擾4種類型。針對存在問題研究制定了以下整改措施。

2.1 硬件升級優化

為降低計軸因施工造成的受擾，以及為了更好地解決及適應項目后續其他的一些干擾問題，可使用升級放大板和輸出板硬件解決，提高設備自身抗干擾能力，相應增加屏蔽過濾機制，可以大大減少因外部干擾因素帶來的計軸受擾問題，硬件升級版本見表2。

舊版本輸出板內部完全由安全繼電器電路構成，而新型輸出板采用軟件完成邏輯運算，然后驅動安全繼電器輸出，不需再經過繼電器進行邏輯處理，升級輸出板和原輸出板的區別為信號處理邏輯不變，但是執行信號處理的單元由繼電器改為軟件繼電器之間相互制約的邏輯控制關系均由軟件實現[1]。

兩種輸出板邏輯差異對比原理圖描述如圖3所示。

寧波4號線計軸設備已完成正線慈城站（放大板5塊、輸出板8塊）、官山河站（放大板18塊、輸出板29塊）、奧體中心站（放大板17塊、輸出板27塊）、麗江路站、柳西站（放大板15塊、輸出板26塊）、白鶴站（放大板19塊、輸出板32塊）、南高教園區站（放大板21塊、輸出板34塊）、小洋江站（放大板15塊、輸出板23塊）、東錢湖站（放大板7塊、輸出板11塊）的放大板、輸出板硬件升級更換工作，總計更換放大板117塊、輸出板190塊。

2.2 硬件升級優化后情況

自完成計軸設備硬件升級，結合比對4號線5月份和6月份計軸設備故障數據，發現區段受擾類故障已經由3月份和4月份的10起，下降至4起。

（1）已解決問題：外部接地不良引起的干擾問題、電纜環阻不穩定引起的干擾問題和電磁干擾問題。

（2）未能有效解決問題：接觸網專業梯車作業時，受梯車車輪影響的金屬干擾問題。

2.3 梯車輪選型

為徹底解決受接觸網梯車作業時對計軸設備的影響，接觸網專業根據信號專業建議開始將接觸網梯車車輪，由全金屬材質更換為高強度樹脂材質，確保從源頭上解決問題。自接觸網梯車采用樹脂材質車輪后，發生因接觸網梯車施工作業引起的計軸故障已控制在1件及以下。

梯車采用樹脂材質車輪存在弊端，需另外設置接觸網梯車接地裝置。

2.4 車輪傳感器參數設置

車輪傳感器參數指標，空閑4.79≤V≤8.31；占用8.39≤V≤9.96。空閑參數設置范圍較廣有3.52 V的調整量，不同的取值是否會改善金屬干擾的性能，目前現場調整只確認在質保期內即可，未給出一個最優的取值點。

3 現場研究

3.1 接觸網梯車車輪選型

選型考慮因素有材質強度、表面金屬能夠實現梯車可靠接地。通過金屬輪緣輪比選，最終選取6 cm尺寸金屬輪緣輪，詳見圖4，在4號線培訓中心車輪傳感器上測試滑動100次未出現區段受擾。

3.2 車輪傳感器空閑參數最優值

為了全面了解不同車輪傳感器空閑值取值，受金屬干擾影響的程度，結合廠家建議取值范圍4.79≤V≤8.31，在培訓中心分別采取抽樣試驗的方法進行了測試，測試數據詳見表3。經過在不同取值點使用模擬輪進行空閑、占用滑動測試，發現空閑值取值在指標內時，受金屬干擾的影響一樣存在隨機性的特點。

4 結語

為提高抗干擾能力，主要從系統內部設備及外部施工環境（條件）兩個維度研究了提升科安達計軸系統抗外部條件干擾能力的方法。結合目前升級調整后的故障情況，該做法已經有效降低了因外部干擾導致的計軸區段占用故障，保障了正常的運營秩序。

參考文獻

[1]田文禮， 馬學霞， 謝志明. 計軸室外干擾故障的分析與解決方案[J]. 鐵路通信信號工程技術， 2023（3）： 72-76.