原萍 徐會彬 柴曉冬

摘要：計軸器作為軌道交通信號的基礎(chǔ)設(shè)備已經(jīng)在不同工程環(huán)境和線路條件下廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合軌道交通信號與控制專業(yè)信號基礎(chǔ)課程教學(xué)中涉及的計軸器進(jìn)行詳析，主要介紹計軸器組成、原理及其軟件設(shè)計。以此為實現(xiàn)著眼服務(wù)工程以培養(yǎng)解決實際問題為終極目標(biāo)的，強調(diào)實用的信號基礎(chǔ)實踐教學(xué)建設(shè)之目的。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；基于通信的列車控制系統(tǒng)；計軸器

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）49-0078-02

一、引言

上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通信號與控制專業(yè)是“卓越工程師”試點專業(yè)，專業(yè)培養(yǎng)與上海申通地鐵集團(tuán)建立了密切的合作關(guān)系，依托申通集團(tuán)維保通號公司的場地、技術(shù)和設(shè)備等資源，開展了專業(yè)實習(xí)基地的建設(shè)，現(xiàn)已建成蒲匯塘實訓(xùn)中心和梅隴實訓(xùn)中心。2014年已經(jīng)有53名卓越班學(xué)生在基地完成了19周的專業(yè)實習(xí)項目3個，其中涉及到計軸器的實訓(xùn)項目。此外，與上海申通地鐵集團(tuán)有限公司培訓(xùn)中心合作，建設(shè)的地鐵試驗線包含無源信標(biāo)、有源信標(biāo)、計軸器、無線接入節(jié)點AP（Access Point）、波導(dǎo)管等信號硬件設(shè)備，同時配備的卡斯柯CBTC信號系統(tǒng)和泰雷茲CBTC信號系統(tǒng)都是以計軸器為后備模式的。為此，有必要對計軸器做深入認(rèn)識。

二、計軸器的特點

計軸器同軌道電路一樣是用于檢測區(qū)間空閑與否的設(shè)備，經(jīng)驗表明，計軸的可用性一般都達(dá)到了完全同樣功能的軌道電路的五倍以上。也就是說它與軌道電路相比有很多優(yōu)點?？蓺w納如下：

1.不受道床電阻影響；

2.鋼軌表面生銹不會影響對列車的檢測；

3.對軌道區(qū)段的長度沒有限制，其防護(hù)區(qū)段長度可達(dá)20km；

4.牽引回流和接地線連接無限制；

5.磁頭可靠性和抗干擾能力較強；

6.可適應(yīng)列車高速行駛；

7.軟硬件均采用模塊化設(shè)計，所以現(xiàn)場配置靈活；

8.具有自我診斷和報警功能。

三、計軸器的組成與結(jié)構(gòu)

計軸器由室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備組成。室內(nèi)設(shè)備即用于計數(shù)處理的計軸主機（簡稱ACE）；室外設(shè)備由計軸點設(shè)備組成，計軸點設(shè)備包括安裝在鋼軌腰線上的磁頭（簡稱SK）和安放電子檢測器（簡稱EAK）的電子盒。

（一）磁頭

磁頭是依據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用列車走行輪對引起線圈中磁場的變化從而實現(xiàn)將磁能轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)換裝置。饋送給發(fā)射磁頭的高頻電流產(chǎn)生的交變磁場繞過鋼軌在接收磁頭感應(yīng)出交變磁場，發(fā)送線圈T所產(chǎn)生的磁通環(huán)繞過鋼軌后形成兩個磁通Ф1和Ф2，如圖1所示。Ф1和Ф2以不同的路徑相反的方向穿過接收線圈R，它們會隨著有無列車輪對通過磁頭而發(fā)生變化，當(dāng)無車輪切割磁力線時，Ф1大于Ф2，產(chǎn)生的感應(yīng)交流壓VR與勵磁電壓VT同頻同相，反義，有車通過時，Ф1小于Ф2，VR與VT同頻反相，此時由于輪緣的屏蔽作用，VR電壓幅度很低。工程中相位的變化通過安裝過程調(diào)整，計軸器也正是利用這種相位變化來檢測有無輪對通過計軸點，以便于EAK進(jìn)行判斷。

（二）電子檢測器

電子檢測器（EAK）除給磁頭供電和監(jiān)控磁頭工作外，主要用于檢測并計算輪軸脈沖，同時向計軸主機發(fā)送計數(shù)和監(jiān)控信息的報文。電子檢測器的工作部件實際是電子單元，主要由模擬板和ISDN板（母板運算板）組成，其中模擬板負(fù)責(zé)生成發(fā)送信號、放大接收信號、調(diào)相、生成車輪脈沖、生成穩(wěn)壓輸出；模擬板接著將生成的車輪脈沖發(fā)送到ISDN板。ISDN板則負(fù)責(zé)計算車輪脈沖、判斷計數(shù)方向、監(jiān)督磁頭工作、監(jiān)督EAK自檢、編碼報文、使用ISDN協(xié)議向ACE機柜發(fā)送計數(shù)和診斷數(shù)據(jù)。另外，EAK的黃色部分是給電子單元加的外殼，很像給電子單元加的黃色罩子，所以一般也俗稱電子檢測器為黃帽子。

（三）計軸主機

計軸主機又稱計軸評估器（簡記ACE），主機由ACE子架、電源板，CPU奔騰板（數(shù)據(jù)處理和監(jiān)視板板）、串行輸入輸出（I/O）板和并行I/O板（閉塞信息板），電源數(shù)據(jù)耦合單元（PDCU）等組成。其中串行I/O板用于計軸主機之間的連接，以及系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測。閉塞信息I/O板是計軸系統(tǒng)和聯(lián)鎖之間的數(shù)據(jù)接口板，所有進(jìn)出聯(lián)鎖的信息都要經(jīng)過該電路板?？刂圃\斷板主要用于分析所接收到的車輪傳感器的信號，緩存來自磁頭的信息。數(shù)據(jù)處理和監(jiān)視板是中央處理單元，它以微處理器為核心構(gòu)成了故障-安全型微機系統(tǒng)，提供雙通道的監(jiān)控和比較功能。電源板為計軸主機（5v）和計軸檢測器（70V）供電。為了將室內(nèi)和室外設(shè)備從電氣上進(jìn)行隔離，每一個直接連接的車輪傳感器都需要一個與之相對應(yīng)的放大觸發(fā)和帶通濾波板。

四、計軸器工作原理

計軸器是以安裝在鋼軌軌腰上的磁頭為探測手段，直接計取和檢驗通過列車的軸數(shù)，并通過運算比較器判別計軸軌道區(qū)段是否有車占用的信號基礎(chǔ)設(shè)備。圖2是假設(shè)列車運行方向由磁頭1指向磁頭2（由左向右）經(jīng)過雙磁頭時，兩組磁頭產(chǎn)生的二進(jìn)制軸脈沖，其組合成脈沖對有5種形態(tài)，即：00、10、11、01、00，顯然，“00”表示列車輪對未駛?cè)氪蓬^區(qū)域；“10”表示列車輪對先駛?cè)氪蓬^1，還未進(jìn)入磁頭2；“11”表示列車輪對同時切割磁頭1和磁頭2；“01”表示列車輪對已駛出磁頭1，但仍在磁頭2中；后面的“00”表示列車輪對駛出磁頭區(qū)域。因此相對于雙磁頭的磁頭1形成碼序列為01100，磁頭2碼序列為00110。計軸主機就是根據(jù)兩脈沖對的組合時序來確定列車的運行方向。不難理解如果磁頭1形成碼序列為00110，磁頭2碼序列為01100，則列車先經(jīng)過磁頭2，所以列車運行方向從右向左。計軸主機就是根據(jù)接收到1的先后順序，來判斷列車的運行方向。

五、計軸系統(tǒng)軟件設(shè)計

計軸系統(tǒng)是由線路上諸多計軸器構(gòu)成的多點計軸體系，它是以軟件為主的容錯系統(tǒng)，實際中可以看到不同廠商設(shè)計出的計軸系統(tǒng)軟件和主機軟件不盡相同，但基本要求無外乎以下幾條。

一是計軸主機向指定的計軸器下發(fā)讀取軸數(shù)的命令，并對計軸器響應(yīng)后回送的數(shù)據(jù)報文進(jìn)行校驗、解包，從而獲得軸數(shù)信息或計軸器錯誤信息；

二是計軸主機向指定的輸出模塊下發(fā)寫模塊狀態(tài)命令，使模塊做相應(yīng)輸出；

三是計軸主機間通過局域網(wǎng)建立網(wǎng)絡(luò)連接，將計軸復(fù)零數(shù)據(jù)、計軸器軸數(shù)、區(qū)段占用運算數(shù)據(jù)、軌道繼電器回采數(shù)據(jù)等互傳并比較，當(dāng)比較一致時將上述數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)；否者做無效處理，給出相應(yīng)指示；

四是根據(jù)各區(qū)段的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行列車運行方向和軸數(shù)運算，判斷列車運行方向和區(qū)間是否占用，并控制區(qū)段軌道繼電器的動作。

五是有效控制計軸器復(fù)零。

典型供應(yīng)商的計軸系統(tǒng)軟件設(shè)計一般采用面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法，而單一計軸主機軟件一般采用模塊化的生命周期法，主要包括需求分析、總體設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、編碼和測試維護(hù)等幾個階段，對模塊的劃分也遵循著高內(nèi)聚和低耦合的原則。

六、結(jié)論

計軸器作為CBTC系統(tǒng)的后備模式，主要用于實時檢查所防護(hù)軌道區(qū)段是占用還是空閑，其作用等效于軌道電路，但又勝過軌道電路，目前在我國城市軌道交通無論是新線建設(shè)還是既有線路的改造信號系統(tǒng)大都采用CBTC的背景之下，計軸器普及應(yīng)用顯而易見，正因如此，在信號基礎(chǔ)實踐教學(xué)中開設(shè)了計軸器實驗，現(xiàn)階段還停留在室外子系統(tǒng)的系統(tǒng)搭建、調(diào)試和波形測試，未來將通過大學(xué)生創(chuàng)新活動不斷完善系統(tǒng)設(shè)計、故障預(yù)置與排除故障等方面。

參考文獻(xiàn)：

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