浅析计轴设备在轨道交通中的运用

姜文

摘 要：目前轨道交通建设在国内各大城市如火如荼进行中，而采用的信号技术设备直接关系到地铁运营的效率和安全。计轴系统作为一项重要的信号设备，我们有必要从设备的组成、原理、特点进行分析，总结出一套易于操作的维护和故障处理流程，方便信号人员对计轴设备的掌握和故障处理，保证地铁的正常运营。

关键词：计轴系统、计轴原理、计轴受扰、预复位

与国内许多新建的地铁一样，南昌地铁也是采用技术成熟的CTBC模式。计轴系统作为CTBC系统的一个重要子系统，通过各条地铁线路这么多年的实际检验，较低的故障率以及维护的便捷性赢得了广大信号人员的心。

计轴系统归属于列控系统中的计算机联锁系统，可以用于检测轨道区段的占用情况。将每个区间（两个站之间）划分为若干个闭塞区段，在每个闭塞区段的开始端和结束端分别安装计轴设备，与轨道电路颇为相似，不过在区段与区段之间不需要安装容易耗损的绝缘。所以计轴设备可以用在CTBC系统的移动授权尚未开通时，或者是用来作为无线设备故障时的冗余设备存在，在后备模式下检测列车位置，反映区段占用空闲状态。

AzLM计轴系统主要包括室内设备、室外设备和传输电缆三部分。室内设备主要包括计轴主机（ACE）和电源数字耦合单元（PDCU），而计轴主机又包括电源板，CPU板、串口板、并口板、补空板等。室外设备主要是由“黄帽子”电子盒（EAK）及轨道磁头（SK30H）组成，EAK主要包括模拟板和评估板。电源板为整个系统系统提供电力保障，显示各模块电压是否正常。电源板的输入电压是DC60V，输出DC5V和DC12V，为各种板卡提供电源。CPU板的主要作用包括接收室外点的轴数信息，并根据区段的配置进行区段占用/空闲的计算；将区段的状态通过并口板送给联锁系统；接收并口板的复零命令，并执行相应的复零进程；还有实现系统的诊断功能。每块串口板可以连接室外两个计轴点，通过ISDN接口接收室外点的信息，并将该信息通过CAN总线接口发给CPU板。每块并口板对应一个区段，并口板与CPU之间通过CAN总线接口通信；每块并口板输出2组继电器接点来指示区段的占用/空闲状态，每块并口板可以接收3个复零输入。ACE机柜中的PDCU是一个电力、数据耦合单元，它负责向室外的EAK与磁头供电，同时还负责接收由EAK中的ISDN板传送的数据，电源数据耦合单元具有独立熔丝、压敏电阻和隔离变压器，可以实现隔离轨旁电缆、将电源耦合到数据线上和过压防护的功能。模拟板负责生成发送信号、放大接收信号、调相、生成车轮脉冲、生成稳压输出；模拟板接着将生成的车轮脉冲发送到ISDN板。评估板的主要作用是对模拟送来的轮对脉冲进行计数，监视EAK及磁头的状态，将轴数信息和状态信息通过ISDN发送给ACE。轨道磁头的作用主要是通过发送接收磁感线对经过磁头的轮对进行计数。

计轴系统是通过对列车车轮的计数来判断区段的占用情况。它的一组高频发射磁头和接收磁头由两对组成，其主要功能是判断列车的运行方向。正常情况下，列车轮对会切割SK1磁头，然后切割SK2磁头；当发生特殊情况时（如反向行车），轮对会先切割SK2磁头，再切割SK1磁头。

计轴系统的计数方法：当列车轮对切割高频磁头磁力线一次，计轴系统会计数一次。以一节车厢为例（四组轮对），当列车驶入区间时，计轴系统会记录四次切割磁力线，只有列车没有切割前方磁头磁力线，系统会认为该车仍在区间内行驶；当列车经过前方计轴磁头时会再次切割磁力线，标志着列车已驶出该区间，进入下一个区间。每一组磁头既是新区段开始的标志，也是前一个区段结束的标志。当两节以上编组列车运行发生车头、车体分离时，由于计数设备记录的驶出区段轮对数与驶入轮对数不符，前一个区段也不会开放。

计轴区段有3种状态：空闲、占用和受扰。空闲区段即区段内轮对为零的区段。当该区段两头任何一个计轴磁头有轮对滑向区段内，区段内轮对数变成正数就成为占用状态，ATS显示该区段为紫光带。当该区段任何一个计轴磁头有轮对滑向区段外，区段内轮数变为负数就成为受扰状态，ATS显示该区段为土黄光带。占用区段内有多少轮对记录在ACE机架上的CPU模块内，如果有相同数量的轮对滑出该区段，则该区段恢复为空闲状态。一旦区段受扰，并行板会自动锁死，除非经过预复位和清扫处理，否则只会向联锁系统发送受扰信号。

在这里简单的介绍下预复位流程。进行预复位操作首先要在得到行调的允许下，确认该ACB区域已出清全部列车。然后找到受扰区段相对应的并口板，按住白色小按钮，同时顺时针旋转钥匙拧到底，保持3-5S即可。复位后可观察灯位显示，判断预复位是否成功。成功后就要等待安排专门列车对受扰区段进行清扫了；如果不成功，可热插拔该块并口板，再重复上述操作进行预复位。

由于目前计轴CPU内软件的设定，区段受扰后复位并行板，相应区段并不会就此恢复空闲状态，而是一个中间状态称为“待清扫”。待清扫状态下的轨道区段在联锁系统中仍然按故障区段处理，不能排列进路和开放信号。只有清扫车或人工模拟车辆从区段的一边进入，再从区段另一边退出，该区段才会恢复空闲状态。所以清扫区段最好用清扫车处理，清扫车在清扫作业中最大限速20公里。需要清扫的主要原因是为了确认故障排除后的区间内没有任何影响行车的因素对行车构成威胁。一般正线上的直线区段受扰都直接复位，等待列车清扫。但是受扰区段影响到需要操作的道岔，运营又处在停运状态，则需要人工清扫。人工清扫需要一个能够模拟车轮对计轴磁头影响的模拟车轮，在测试工具箱里会附带一块。人工清扫需要至少2人配合操作，以人负责在室内ATS用户界面前指挥，同时需要复位并行板；另一人负责在区间内完成清扫作业。人工清扫的关键是模拟列车的运行，直接复位受扰区段，则受扰区段状态变成待清扫，如果该区段边上的区段状态是空闲，模拟轮从空闲区段进入待清扫区段，就会造成原来空闲的区段受扰，这样反而使处理过程变得更复杂。所以在受扰区段两边没有占用区段的时候，需要人为制造一个占用区段。现阶段的软件要求清扫列车的轮对数至少为2个，所以人为制造占用区段时一般用模拟轮向同一个方向话划两次。人为制造的占用区段与“列车”需要行进的反向相反，然后复位受扰区段，沿着行进方向的计轴点逐个划轮子，直到占用区段到达可以让车辆清扫的位置。最后一步就是复位最后的占用区段，该区段状态恢复“待清扫”，就可以等待列车清扫了。

通过上面计轴系统组成、原理和操作的介绍，我们可以发现计轴系统的许多特点和优点。首先计轴板卡种类少，室内有4种板卡，室外有2种板卡，结构简单，故障处理方便；其次是除电源板和CPU板外，其余4种板块都可以热插拔，有利于故障处理，缩短故障处理时间；然后是室内主机和室外计轴点之间采用容错的ISDN数据传输，抗干扰性强，采用星型连接，1点出现故障，影响范围小；正是有上述许多优异的特点，保证了南昌地铁的计轴设备的稳定和极低的故障率。另一方面，通过对计轴系统的学习和深入的认知，大家对计轴设备的正确维护和故障快速处理，进一步保证了地铁的安全运营。

参考文献

1.郭媛忠、宗殿贵. CTC-3级列车运行控制原理和运用.中国铁道出版社 ，2014.

2.上海申通地铁集团轨道交通培训中心.城市轨道交通信号技术.中国铁道出版社， 2012

3.人力资源和社会保障部教材办公室. 城轨信号工.中国劳动社会出版社保障， 2015