全站计轴轨道电路在白羊墅南货场的应用

周长义 陈书禄

（1.哈尔滨铁路局科学技术研究所，哈尔滨 151006；2.北京铁路局石家庄电务段，石家庄 131000）

1 概述

白羊墅南货场位于北京铁路局石太线，站场包括7组43 kg/m-1/9道岔、6条货物线，车站联锁设备采用6502电气集中，是煤炭装卸转运专用场，道床条件较差。由于长期不间断的煤炭装卸作业，煤灰等粉尘极大，造成全站既有轨道电路基本都处于分路不良状态，严重影响运输效率。为了有效解决该站轨道电路分路不良问题，2010年北京铁路局对该站进行全面技术改造。经反复论证，考虑场内线路状况，轨道电路采用JWJ-C计轴系统。全站计轴轨道电路独立运行，未设计其他制式轨道电路与之结合使用。

2 系统原理及构成

JWJ-C计轴系统的工作原理，是基于车列驶入和驶出计轴点监视区段时所记录轴数的比较结果，以此确定该区段的占用或空闲状态。

JWJ-C计轴系统主要由室内计轴主机（电源系统、站内计轴运算器及通信单元组合），室外轮轴检测器（车轮传感器、车轮电子检测器）等组成，白羊墅南货场的全站计轴轨道电路检查系统构成如图1所示。

3 系统主要技术特点

JWJ-C计轴系统有以下主要技术特点。

1）站内计轴运算器采用“1+1”双套并联工作方式，只要一套工作正常，系统就正常工作。

2）每台站内计轴运算器可检测24个站内计轴点，监控15个站内轨道区段。

3）室内计轴主机与室外计轴点间采用“点对点”传输方式，可实现多点并行处理，系统实时性好。

4）二取二计轴运算器主控单元，保证系统的安全性。

5）二取二轮轴检测器计数单元，保证计轴的准确性。

6）硬件冗余的安全型区段轨道继电器驱动电路（安全输出）及条件采集电路（安全输入）。

7）LED数码管及发光二极管显示组合，随时显示系统的工作状态及故障信息，为设备的现场安装调试及维护提供直观的窗口。

8）通过CAN接口或RS-232接口，可与信号微机监测系统联网。

4 系统主要技术指标

4.1 工作环境

1） 大气压力 ：不低于70 kPa （海拔高度不超过 3 000 m）。

2）周围无腐蚀性和引起爆炸危险的有害气体。

3）周围空气温度：室内设备为-5～+40℃，室外设备为-40～+80℃。

4）周围空气相对湿度：室内设备不大于90％（温度为25℃时），室外设备不大于95％（温度为25℃时）。

5）车轮传感器振动：频率2～9 Hz、9～200 Hz 时，加速度为 100 m/s2。

6）车轮电子检测器振动：频率2～9 Hz、9～200 Hz 时，加速度为 20 m/s2。

7）车轮传感器冲击：峰值加速度500 m/s2，脉冲持续时间为11 ms。

4.2 适应列车运行速度

1）当轮径≥830 mm，列车速度为0～350 km/h；

2）当轮径≥470 mm，列车速度为0～200 km/h；

3）当轮径≥350 mm，列车速度为0～100 km/h。

4.3 适应钢轨类型

适应钢轨为30、43、50、60 kg/m及以上各种型号。

4.4 牵引区段

牵引区段为电气化、非电气化区段。

4.5 计轴容量

计轴容量为65 535轴。

4.6 设备可靠性

1）平均正确计轴数：≥5×107轴。

2）平均故障间隔时间（MTBF）：不小于1× 105h。

4.7 供电及电源设备

4.7.1 供电

JWJ-C计轴系统的供电采用信号电源屏交流稳压电源单相220 V。输入电压范围220×（1±10％）V，频率范围 （50±1）Hz。

4.7.2 电源设备

计轴系统的供电应保证不间断，否则,系统自配置UPS电源，以保证系统正常工作。UPS电源采用在线式或在线互动式，输入交流断电后，其供电的时间应不少于30 min。

4.8 防雷及接地

4.8.1 雷电防护

JWJ-C计轴系统在计轴主机与轮轴检测器间的数据传输线、轮轴检测器供电线及站间传输线等采取雷电防护措施。

JWJ-C计轴系统的雷电防护性能符合TB/T 3074—2003的规定。

4.8.2 地线设置

JWJ-C计轴系统与其他系统共用防雷地线时，接地电阻值应不大于1 Ω。

JWJ-C计轴系统采用专用防雷地线时，室外每个轮轴检测器（计轴点）及室内计轴主机均应单独设置，其接地电阻值应不大于4 Ω。

当接地电阻达不到上述指标时，应使用降阻剂，其降阻性能应连续保持15年以上。

4.9 电磁兼容性

JWJ-C计轴系统的电磁兼容性能符合TB/T 3073-2003的规定。

5 系统安全性设计

JWJ-C计轴系统的安全性设计包括3方面：硬件安全性设计、软件安全性设计和故障检测及导向安全性设计。

5.1 硬件安全性设计

5.1.1 总体设计遵循闭环工作原理

计轴系统的核心控制部分为计轴运算器，其与轮轴检测器（计轴点）之间、与输入输出接口之间以及与相邻计轴运算器之间均设计成闭环系统。只要闭环中的任何一部分发生故障，系统能立即诊断出来并采取措施以保证安全。

5.1.2 计数单元及控制单元均采用“二取二”结构

计数单元与控制单元均由二个硬件相同、功能相同的主控单元电路MCU构成，二个MCU通过软件同步信号以“与”的方式同步工作，并进行自检和互检。如果有一个发生故障或状态异常，设备表示占用且告警。

5.1.3 动态驱动安全型输出电路以驱动区段轨道继电器

设备用以表示所监视的区段占用或空闲状态的最终执行部件是一个安全型继电器，而该继电器的驱动电路是由AC/DC转换技术构成的，由二个MCU以“与”的方式共同控制的故障-安全电路。

5.1.4 动态采集安全型输入电路的输入条件

条件采集电路是采用动态脉冲输入形式的故障-安全电路，电路中任一部件故障均能导致输入脉冲中断。同时，计轴运算器的二个主控单元MCU各自对应一个采集电路，以“与”的方式决定输入条件是否有效。

5.2 软件安全性设计

JWJ-C计轴系统作为由计算机控制的铁路信号安全设备，其软件的安全性通过以下措施得以保证。

5.2.1 区段轴数比较采用“四取四”原则

对于一个区段来说，计轴运算器每个主控单元MCU都有4个轴数供比较，即区段入口处计轴点的轴1、轴2和区段出口处计轴点的轴1、轴2。四个轴数必须一致，计轴运算器的主控单元才确定为区段空闲；否则，就表示占用。

5.2.2 区段状态输出控制采用“二取二”原则

计轴运算器的二个主控单元MCU依据同步信号进行运算、比较、控制等，只有二个MCU同步且工作正常，四取四的运算结果完全一致，二个MCU才能同时给出“区段空闲”的命令，通过安全与门电路驱动区段轨道继电器吸起。

5.2.3 采用冗余方式实现对重要信息的校验

对重要信息如轴数、标志、状态等采用多区存储，即利用RAM存储区，将信息以不同的码型分别存入二个区域。当使用这些信息时，采取“二取二”的方法取出正确信息。若“二取二”不成功，则表明信息故障已不可恢复，设备导向安全。

5.2.4 设备多微控制器之间的信息传输采用编码、校验等技术

设备多微控制器之间的信息传输除采用CRC校验外，对传输的信息码采用特殊的编码和重复发送冗余技术（ARQ）等措施，以保证信息在传输过程中的安全性。

5.3 故障检测及导向安全设计

利用软件对硬件设备进行状态检测，发现故障后即导向安全。故障检测包括CPU自检、外围芯片检测、传感系统检测、传输通道检测、继电器检测和复零按钮检测等。

6 结束语

JWJ-C计轴系统于2010年12月完成在白羊墅南货场的安装调试工作，2011年5月28日正式开通运用。经过近一年的实际运行，系统工作稳定可靠，基本处于免维护状态，彻底解决了该站原有轨道电路分路不良的问题，在确保安全的前提下有效提高了运输效率，得到电务维修部门和车务部门的好评。

计轴设备在我国主要以与其他系统结合使用、辅助检查为主，如与64D继电半自动闭塞系统结合构成计轴自动站间闭塞系统，与既有站内连续式轨道电路继电器接点条件采用串接方式结合解决分路不良问题，与既有站内连续式轨道电路继电器接点条件采用并接方式结合解决低阻道床轨道电路无法实现一次调整的问题等。而全站计轴轨道电路在白羊墅南货场的成功运用，开创了计轴轨道电路检查设备在国内整个车站独立使用的先河，属全路首例，对于拓展计轴设备的应用领域，特别是在一些特殊场合的应用具有借鉴意义。