计轴监测系统的仿真研究

范婷++陈丽杰++余利波

摘 要：本文研究的系统属于计轴监测系统的上位机部分，可以在界面上直观的查看各个轨道区段状态和继电器状态。传统计轴系统不能直观观察区段状态，而且需要到机械室才能观察到继电器状态。系统主要包括传感器模块、继电器模块、轴显模块、规则模块和区段模块。利用虚拟串口调试工具产生进路上列车运行的轴数信号，传感器模块采集轴数信号，轴显模块根据设定的规则对轴数信号进行判断，进路上相应继电器状态也随之改变，动态实现了在线监测列车占用/出清轨道区段的功能。

关键词：计轴系统；继电器；传感器；区段；监测

计轴又称微机计轴，是安装在铁路车站和区间的检测设备，利用安装在钢轨上的传感器采集列车运行的轴信息，通过专用通道传送回室内，经过室内计算机的运算处理后把本站轴数发送给对方站，当列车运行到达对方站时，对方站计算机系统比较此时采集到的轴数与发车站发送的轴数是否相等，进行轨道区段运行状态的一种技术[1]。

计轴设备代替轨道电路检查轨道区段占用情况的时间已有百年，计轴轨道电路能解决轨道电路分路不良、轻车跳动、溜车等问题。在我国，西南的山区铁路较早使用了计轴设备。计轴设备常用在一些潮湿、沙化、山区、矿区等不良环境条件下使用[2]。

计轴监测系统是针对传统计轴系统研发的诊断系统，将传感器、计数器、串口通信、主机单元和显示器有机的组合在一起，它能对轨道区段状态和继电器状态实时监测，方便日常维护，为维修人员提供参考数据，为故障诊断、故障处理提供了一个可视化的分析平台，提高了计轴系统的实用性[3]。

1 系统概述

计轴监测系统是传统计轴系统的诊断系统，它在帮助维护人员发现设备隐患、监督设备状态、分析计轴设备故障原因、辅助故障处理、指导现场维修、反应设备应用状况和提高电务部门维护水平等方面有着重大作用。计轴监测系统能实时、动态、准确的采集列车运行数据，对数据信息进行储存、重放、查询[4]。

计轴监测系统采用先进的计算机技术、网络技术、通信技术、现场总线技术、多媒体技术以及数据库技术，并将上诉技术与铁路信号技术相互融合，实现计轴监测系统开关量、模拟量、状态、报警等信息的采集、分析、归纳，给出设备故障趋势预警以及为解决问题和故障维修指明大致方向，使得计轴监测系统成为维护人员重要辅助设备以及故障分析的“黑匣子”[5]。计轴监测系统代替轨道电路设置于轨道区域，可以有效解决站内白光带/红光带、区间红光带、轨道电路分路不良等轨道区段常见问题，也可用在半自动闭塞区间，实现站间自动闭塞，提高行车效率。其工作原理是室内采集单元通过采集室外车轮传感器的信息，计算出区段的占用/空闲状态，信息通过监测接口接至计轴监测设备，在界面上显示区段实时状态和继电器状态，便于维护人员的直观查看。计轴监测系统的原理框图如图1所示。

2 系统构成

2.1 计轴频率传感器

计轴频率传感器用于对室外电子检测盒所输出的频率及幅度进行实时监控，每个计轴频率传感器可以分别对2个计轴点的频率信号进行测量，输出通过总线通信接口传送，可以组网。计轴频率传感器采用组匣式结构，安装方式简单，产品采用先进的数字测量技术和多阶数字滤波技术，产品的集成度高，可靠性好，具有优异的精确度和稳定性。

2.2 通讯单元

通讯单元用于建立计轴主机与监测系统之间的通信连接。基于标准总线的串口通讯单元，可从标准电脑插槽上扩展出多路串口，采用隔离通道方式设计，与计轴系统隔离，其故障不会对计轴系统的正常使用造成影响。

基于标准总线的通讯单元，芯片集成了软、硬件流量控制和数据突发访问模式，其特有的智能数据收发控制机制保证了数据传输的高可靠性，同时最大限度提高了操作的简易性。信号采用电磁隔离方式，与传统的光电隔离相比具有更高的稳定性和抗干扰能力，且在降低功耗和信号衰减方面表现不俗。

2.3 开关量单元

开关量单元用于采集如计轴轨道条件、复位条件等。

2.4 电源检测单元

交直流电压测量输入的直流电压或交流电压，参数通过总线输出。

2.5 工控机

完成和系统各个模块的通讯，数据采集，保存，显示，报警，故障诊断。

3 系统设计

根据对系统开发目标和系统功能指标的分析，本系统应该具有以下的功能：（1）列车运行时区段的占用/出清显示；（2）列车运行时区段轴数的显示；（3）列车运行时区段继电器状态的实时变化。

本文通过对计轴监测系统特点的研究，构建了一个符合设计规范的计轴监测的仿真系统，这是计轴监测系统上位机的发展方向，计轴监测系统仿真实现模块如图2所示。

本仿真系统主要包含几个模块组成：

传感器模块（SenSor）：用于采集列车运行数据信号，启动时首先进行初始化，当有数据信号时，对采集到信号进行判别，用于对列车运行方向的判断和轴数增减的判断。

区段模块（Section）：列车运行的线路是由一个个区段组成的，本系统是利用传感器对区段进行划分的，区段是整个系统的基础。区段模块用于组成站场模型，同时对本区段里面的轴数进行加/减计算。

继电器模块（Relay）：继电器是反应区段空闲/占用的主要设备，在此模块中能对室内继电器状态进行检测，采集其开关量电压。在界面上标识区段中的继电器，直观的显示区段继电器状态。

规则模块（Rule）和轴显模块（AxleNum）：仿真系统中要对系统规则进行配置，本系统中的规则用于判断采集到的轴信息，并判断该轴信息的增加或者减少。轴显模块在界面上形象的显示区段内轴数的变化。

本系统还具有串口通信的模拟，用于模拟出室外列车运行数据信号，并发送给传感器模块进行处理。

模块之间的数据传递：当传感器获得轨道区段轴信息，根据所定义的规则进行轴信息的判断，并将其发送给相对应的区段，区段根据接收的信息和本区段原有轴数进行本区段空闲/占用的判断，并将轴数信息发送给轴显模块，在界面上显示区段的轴数和状态。继电器采集室内继电器端电压，并在界面上直观的显示继电器状态，便于与区段显示的状态进行对比，增强了系统的可靠性。各个模块之间相互独立又相互联系。系统各模块之间的数据流图如图3所示。

4 结束语

随着铁路技术的大发展，由于对铁路设备的安全性和可靠性要求越来越高，对列车运行的安全的要求更严格，为此开发出保证列车安全的计轴监测系统，提高了列车运行的安全、效率，本系统在解决站内白光带/红光带，区间红光带；站内、区间分路不良有着其他系统没有的优势。本文是基于visual studio 2010的软件开发平台，运用MFC技术，同时结合铁路计轴设备的有关知识，设计并实现了计轴监测系统的仿真软件。

传统的计轴设备存在着成本高、安装不便等问题，并且精度不高，理论研究不深入。本文实现了一种计轴监测系统上位机功能的方案，具有较强的可行性和可靠性，且成本相对较低。本文通过对计轴监测系统进行理论研究，理论上保证整个系统框架的设计符合实际系统的要求。

参考文献：

[1]吴学英.站内计轴设备工程应用[J].铁路通信信号工程技术，2006（04）：43-45.

[2]闻崇义.浅谈计轴技术的发展和运用[J].铁路通信信号工程技术，2007，4（02）： 21-22.

[3]中华人民共和国铁道部.运基信号[2010]709号信号集中监测系统技术条件[S].2010.

[4]陈艳华.客运专线信号控制系统设计方案[M].长安大学，2011.

[5]成都通信设备厂.计轴监测使用说明书[S].2012（12）.endprint