轨道电路分路不良双计轴设备控制系统的实现＊*

唐建国

(中铁第四勘察设计院集团有限公司通号处信号所，湖北 武汉 430063)

1 分路不良问题存在的现状

我国铁路应用微机联锁系统的货场已达60%以上，厂矿企业专用线的应用率已达40%［1］。现在使用的轨道电路基本上是采用轮对分路轨道的电压，使轨道继电器落下，这种方法简单，但它对轨面的导电与道床的电阻都有要求，对区间的长度有所限制，所以在有的区段使用轨道继电器效果不好［2］。

2 国内相关技术研究

目前国内解决分路不良的方案，一是采用高压脉冲方式轨道电路，但在钢轨生锈特别严重或钢轨上覆盖有绝缘物时也效果不好，并且不适合用在潮湿等低阻道床上;并容易受雷击干扰。二是采用高灵敏度轨道电路，缺点是在长区段上发生钢轨生锈时，仍可能产生分路不良;也不适用潮湿等低阻道床上。三是采用监视轨道电路的电压变化来判断是否压车，其缺点类同第2种方式［3］。以上方法均不能彻底解决分路不良问题，留下的安全隐患大，而且能源浪费严重。

计轴是国际上唯一能彻底解决轨道电路分路不良的一种技术［4］。但目前国内铁路上所使用的计轴传感系统大部分是引进西门子和阿尔卡特的计轴产品，价格昂贵，维护费用高。而且国外产品设计采用国际通用模式，并不符合我国铁路实际情况［5］。

3 轨道电路分路不良计轴设备控制系统的实现

鉴于对现状及技术的研究，计轴技术是使用传感器检测轮对来判断区段的占用与空闲，用计轴技术，能弥补以上不足。所以，拟选定设计专门的计轴产品来解决分路不良问题。

3.1 计轴在解决分路不良问题中的关键技术要求

(1)完全按照我国铁路技术规范设计，严格遵守故障－安全原则。

(2)设计中对来自通道上的短时间干扰在软件设计中采用了3级校验的防护手段。

(3)计轴器具有耐恶劣气候、耐酸碱、耐冲击和震动的特点。

(4)能识别站场内的各种车型，并适用于各类作业方式，能解决调车折返作业、车辆晃动等问题。

(5)能解决国内外都没有解决的工务小车干扰问题。

3.2 轨道电路分路不良双计轴设备控制系统的实现

3.2.1 系统架构

系统主要由双计轴传感器、计轴处理器、区段轴数运算器和安全驱动器等部分构成。见图1。

图1 系统架构图Fig.1 I System architecture

本系统设备主要在室外，室内部分为可选部分，室外有计轴处理器，安全驱动器，防雷组合，安全继电器电源，双计轴传感器，计轴安全检测电器，接线盒与传输线，室内为计算机，远程清零控制器，远程复位开关，这三者均为可选设备，主要是提高系统维护方便性。

计轴设备控制系统，是在所监测的区段两端口各设一个计轴点，利用计轴点记录驶入和驶出所监测区段的列车轴数［6］。为了准确判断所监测区段内的车轴数，在每一个计轴点必须安装2对车轴传感器，这是为了不仅能计算经过计轴点的车轴数，而且能判断列车的运行方向。

在系统的设计中充分考虑了执行机构的故障－安全原则，使系统的可靠性等级有了提高［7］。

结构特点:传感器采用半衰变原理控测车轮，采用夹持式安装，不需要破坏钢轨结构，能适应43，50和60 kg轨型。计轴传感器FASI能判别方向，能零速度检测车轮，传感器对钢铁最敏感，而对水、雪、砂、木头等物质无反应。使用3级不同器件组成防雷电路，能有效吸收一定强度的雷击。输入板使用三重冗余方式并加以光电隔离。该处理器由2套以PLD为核心，全部功能均以硬件实现，在理论上不存在软件造成的死机问题;所有功能有独立的硬件支持，均能并发处理，运行速度很快。在计轴处理器中可自动屏蔽从计轴传感器同时接收到的或者间隔较小干扰信号，不会产生误计轴。它的输入电路也采用3取2方式，这样，即使输入电路出现了故障，不会出现计轴错误。

计轴原理:计轴采用了时序组合计轴与3取2的计轴方式，2种关键技术保证计轴的正确性，时序组合计轴，它不是简单的利用计轴传感器的脉次来计轴，而用了时序组合的方法来判断是加计轴或减计轴或不计轴，正常车轮经过传感器能满足以上2种时序组合，而干扰信号不会满足以上时序组合;采用3取2方式，计轴处理器中区段计数器的3个计数器同时计数。当计数脉冲消失后，存储电路中将比较3个计数器计数结果并存储。这样能保证每次计数的正确性，3取2电路每时每刻都在比较3个计数器计数结果，轴数不等于0，表示区段占用，轴数等于0，表示区段空闲，3取2方式能大大提高计轴的准确性，便于纠正计轴过程中产生的错误或等待时电磁干扰造成的错误轴数。

驱动电路采用安全与门双端互补输出:普通的与门不能满足于故障导向安全的要求，是因为如果与门的输出对电源短路，则输出电路会始终输出区段空闲的状态(哪怕它已经占用)，这样非常危险。采用安全与门双端互补输出的精髓是数字电路出现故障时，它输出(输入)始终是高电平或者是低电平，不会出现高低电平交替。只有在无任何故障时，2个输出电路才会有互补输出脉宽调制方波，驱动电路只是对方波信号起作用，对一直是低电平或一直是高电平不起作用。为了进一步提高安全性，2片PLD的安全与门不是简单的再进行与关系，使用电压串级控制。如图2。

图2 系统原理图Fig.2 System principle

PLD1与PLD2在占用时，安全与门不输出信号，2个端口均处于高阻状态，当PLD1与PLD2在空闲时，安全与门2个端口输出2个互补的方波，电压转换电路在收到2个互补的方波后产生稳定12 V(±1%)直流电源给脉宽调制电路，脉宽调制电路收到两个互补的方波并且12 V电源电压正常时，并根据整流滤波输出电压自动调整输出合适的脉次信号，脉次信号经过电容隔离后经过驱动电路放大，推动隔离变压器，变压器输出经整流滤波把高频信号转化为24 V直流信号。24 V直流信号经过光电藕合器送到PLD1和PLD2系统和脉宽调制电路。

从以上分析可知:只有在PLD1系统与PLD2系统同时空闲才有24 V输出。电路充分保证了故障倒向安全，任一元件不论是哪种故障，都不会有错误的输出空闲状态［8］。

3.2.2 软件功能设计

系统操作界面见图3。

(1)能与站内微机联锁系统相结合，解决分路不良造成的红光带问题。

(2)适应各种特殊行车作业，如中途折返列车、越站列车、跟踪调车等。

(3)有车溜入区间时，设备表示区间占用。

(4)设备能鉴别列车运行方向，在同一个计轴点上前进和后退的轮轴均能正确计数。

(5)设备具有监督、显示功能，以监视系统工作情况，显示所发生故障。

(6)设备具有定期检测功能与手动检测功能，一旦发生故障，设备则表示占用并持续显示故障状态，同时给出音响报警，保证实现故障——安全原则。

(7)系统具有故障报警监测防护功能，系统中对于下面的故障进行了故障报警检测，如:轨道计轴传感器未被固定好;电缆短路或者没连接好;电源松动或没连接好板卡;数据错误;脉冲前后沿丢失(放大器故障，或计轴处理单元的内部故障，计轴处理器电源工作不同步)。

图3 软件界面Fig.3 Software interface

4 应用效果

本系统严格遵守故障－安全的原则，系统不受道床条件影响，可以彻底解决分路不良问题。能替代昂贵的国外同类产品。

(1)系统施工简单，所采用的主要设备(包括控制设备)都放在室外，这样可以大大减少施工量与对既有线路的改造，室内的联锁设备与连线不需做任何修改。本系统性价比高，安装简便，市场竞争力强。

(2)本系统能够彻底解决轨道电路分路不良问题，具有良好的社会效益。在不适宜使用轨道电路的区段，均可采用计轴设备来替代。

(3)根据国家相关政策及规划，计轴设备作为铁路信号系统的配套设备，具有广阔的市场前景。本系统契合了铁路国产化的方向。

［1］赵 杰，邱 波，刁光伟，等.对轨道电路分路不良的解决方案探讨［J］.铁道通信信号，2010(5):50－51.ZHAO Jie，QIU Bo，DIAO Guang-wei，et al.To bad shunting of track circuit to explore solutions［J］.Railway Communication Signal，2010(5):50 －51.

［2］武 夫，陈明军，邹 波，等.重力感应式计轴系统的研究［J］.中国铁路，2010(7):60－63.WU fu，CHEN Ming-jun ，ZOU Bo，et al.Gravity induction type meter shaft system ［J］.China Railway，2010(7):60－63.

［3］吉建国.采用计轴技术解决站内轨道电路分路不良问题的探讨［J］.科技情报开发与经济，2008(22):145－146.JI Jian-guo.Adopt a shaft station track circuit technology to solve the problem of poor shunt［J］.Information Development and Economy，2008(22):145 －146.

［4］何朴珈.应用计轴技术解决轨道电路分路不良问题［J］.铁道运营技术，2009(1):10 －12.HE Pu-jia.Applied axle technology to solve problems of poor track circuit shunt［J］.Railway Operating Technologies，2009(1):10 －12.

［5］谢 伟，杨 斌，一种双冗余列车计轴系统的设计实现［J］.中国铁路，2010(11):41－44.XIE Wei，YANG Bin.A dual redundant train axle counting systems design and implementation［J］.China Railway，2010(11):41－44.

［6］南红云，李 凯.ICB－GD－50型50Hz轨道监测控制器［J］.铁道通信信号，2008(8):25－26.NAN Hong-yun，LI Kai.ICB － GD －50 type track 50Hz monitor controller［J］.Railway Signal＆ Communication，2008(8):25 －26.

［7］袁孝均.轨道电路分路不良问题研究［J］.铁道通信信号，2007(4):11－14.YUAN Xiao-jun.Track circuit shunt negative studies［J］.Railway Signal＆ Communication，2007(4):11 －14.

［8］陈建译，兰献彬.TAZⅡ计轴系统技术［J］.铁道通信信号，2008(9):11－12.CHEN Jian-yi，LAN Xian-bin.TAZ Ⅱ axle counting system technology［J］.Railway Signal ＆ Communication，2008(9):11－12.