周長(zhǎng)義 陳書(shū)祿

（1.哈爾濱鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，哈爾濱 151006；2.北京鐵路局石家莊電務(wù)段，石家莊 131000）

1 概述

白羊墅南貨場(chǎng)位于北京鐵路局石太線，站場(chǎng)包括7組43?kg/m-1/9道岔、6條貨物線，車(chē)站聯(lián)鎖設(shè)備采用6502電氣集中，是煤炭裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)專用場(chǎng)，道床條件較差。由于長(zhǎng)期不間斷的煤炭裝卸作業(yè)，煤灰等粉塵極大，造成全站既有軌道電路基本都處于分路不良狀態(tài)，嚴(yán)重影響運(yùn)輸效率。為了有效解決該站軌道電路分路不良問(wèn)題，2010年北京鐵路局對(duì)該站進(jìn)行全面技術(shù)改造。經(jīng)反復(fù)論證，考慮場(chǎng)內(nèi)線路狀況，軌道電路采用JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)。全站計(jì)軸軌道電路獨(dú)立運(yùn)行，未設(shè)計(jì)其他制式軌道電路與之結(jié)合使用。

2 系統(tǒng)原理及構(gòu)成

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)的工作原理，是基于車(chē)列駛?cè)牒婉偝鲇?jì)軸點(diǎn)監(jiān)視區(qū)段時(shí)所記錄軸數(shù)的比較結(jié)果，以此確定該區(qū)段的占用或空閑狀態(tài)。

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)主要由室內(nèi)計(jì)軸主機(jī)（電源系統(tǒng)、站內(nèi)計(jì)軸運(yùn)算器及通信單元組合），室外輪軸檢測(cè)器（車(chē)輪傳感器、車(chē)輪電子檢測(cè)器）等組成，白羊墅南貨場(chǎng)的全站計(jì)軸軌道電路檢查系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

3 系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)有以下主要技術(shù)特點(diǎn)。

1）站內(nèi)計(jì)軸運(yùn)算器采用“1+1”雙套并聯(lián)工作方式，只要一套工作正常，系統(tǒng)就正常工作。

2）每臺(tái)站內(nèi)計(jì)軸運(yùn)算器可檢測(cè)24個(gè)站內(nèi)計(jì)軸點(diǎn)，監(jiān)控15個(gè)站內(nèi)軌道區(qū)段。

3）室內(nèi)計(jì)軸主機(jī)與室外計(jì)軸點(diǎn)間采用“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”傳輸方式，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)并行處理，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好。

4）二取二計(jì)軸運(yùn)算器主控單元，保證系統(tǒng)的安全性。

5）二取二輪軸檢測(cè)器計(jì)數(shù)單元，保證計(jì)軸的準(zhǔn)確性。

6）硬件冗余的安全型區(qū)段軌道繼電器驅(qū)動(dòng)電路（安全輸出）及條件采集電路（安全輸入）。

7）LED數(shù)碼管及發(fā)光二極管顯示組合，隨時(shí)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)及故障信息，為設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試及維護(hù)提供直觀的窗口。

8）通過(guò)CAN接口或RS-232接口，可與信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

4 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

4.1 工作環(huán)境

1）?大氣壓力 ：不低于70?kPa?（海拔高度不超過(guò) 3?000?m）。

2）周?chē)鸁o(wú)腐蝕性和引起爆炸危險(xiǎn)的有害氣體。

3）周?chē)諝鉁囟龋菏覂?nèi)設(shè)備為-5～+40℃，室外設(shè)備為-40～+80℃。

4）周?chē)諝庀鄬?duì)濕度：室內(nèi)設(shè)備不大于90％（溫度為25℃時(shí)），室外設(shè)備不大于95％（溫度為25℃時(shí)）。

5）車(chē)輪傳感器振動(dòng)：頻率2～9?Hz、9～200?Hz 時(shí)，加速度為 100?m/s2。

6）車(chē)輪電子檢測(cè)器振動(dòng)：頻率2～9?Hz、9～200?Hz 時(shí)，加速度為 20?m/s2。

7）車(chē)輪傳感器沖擊：峰值加速度500?m/s2，脈沖持續(xù)時(shí)間為11?ms。

4.2 適應(yīng)列車(chē)運(yùn)行速度

1）當(dāng)輪徑≥830?mm，列車(chē)速度為0～350?km/h；

2）當(dāng)輪徑≥470?mm，列車(chē)速度為0～200?km/h；

3）當(dāng)輪徑≥350?mm，列車(chē)速度為0～100?km/h。

4.3 適應(yīng)鋼軌類(lèi)型

適應(yīng)鋼軌為30、43、50、60?kg/m及以上各種型號(hào)。

4.4 牽引區(qū)段

牽引區(qū)段為電氣化、非電氣化區(qū)段。

4.5 計(jì)軸容量

計(jì)軸容量為65?535軸。

4.6 設(shè)備可靠性

1）平均正確計(jì)軸數(shù)：≥5×107軸。

2）平均故障間隔時(shí)間（MTBF）：不小于1×?105h。

4.7 供電及電源設(shè)備

4.7.1 供電

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)的供電采用信號(hào)電源屏交流穩(wěn)壓電源單相220?V。輸入電壓范圍220×（1±10％）V，頻率范圍?（50±1）Hz。

4.7.2 電源設(shè)備

計(jì)軸系統(tǒng)的供電應(yīng)保證不間斷，否則,系統(tǒng)自配置UPS電源，以保證系統(tǒng)正常工作。UPS電源采用在線式或在線互動(dòng)式，輸入交流斷電后，其供電的時(shí)間應(yīng)不少于30?min。

4.8 防雷及接地

4.8.1 雷電防護(hù)

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)在計(jì)軸主機(jī)與輪軸檢測(cè)器間的數(shù)據(jù)傳輸線、輪軸檢測(cè)器供電線及站間傳輸線等采取雷電防護(hù)措施。

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)的雷電防護(hù)性能符合TB/T?3074—2003的規(guī)定。

4.8.2 地線設(shè)置

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)與其他系統(tǒng)共用防雷地線時(shí)，接地電阻值應(yīng)不大于1?Ω。

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)采用專用防雷地線時(shí)，室外每個(gè)輪軸檢測(cè)器（計(jì)軸點(diǎn)）及室內(nèi)計(jì)軸主機(jī)均應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，其接地電阻值應(yīng)不大于4?Ω。

當(dāng)接地電阻達(dá)不到上述指標(biāo)時(shí)，應(yīng)使用降阻劑，其降阻性能應(yīng)連續(xù)保持15年以上。

4.9 電磁兼容性

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)的電磁兼容性能符合TB/T?3073-2003的規(guī)定。

5 系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)包括3方面：硬件安全性設(shè)計(jì)、軟件安全性設(shè)計(jì)和故障檢測(cè)及導(dǎo)向安全性設(shè)計(jì)。

5.1 硬件安全性設(shè)計(jì)

5.1.1 總體設(shè)計(jì)遵循閉環(huán)工作原理

計(jì)軸系統(tǒng)的核心控制部分為計(jì)軸運(yùn)算器，其與輪軸檢測(cè)器（計(jì)軸點(diǎn)）之間、與輸入輸出接口之間以及與相鄰計(jì)軸運(yùn)算器之間均設(shè)計(jì)成閉環(huán)系統(tǒng)。只要閉環(huán)中的任何一部分發(fā)生故障，系統(tǒng)能立即診斷出來(lái)并采取措施以保證安全。

5.1.2 計(jì)數(shù)單元及控制單元均采用“二取二”結(jié)構(gòu)

計(jì)數(shù)單元與控制單元均由二個(gè)硬件相同、功能相同的主控單元電路MCU構(gòu)成，二個(gè)MCU通過(guò)軟件同步信號(hào)以“與”的方式同步工作，并進(jìn)行自檢和互檢。如果有一個(gè)發(fā)生故障或狀態(tài)異常，設(shè)備表示占用且告警。

5.1.3 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)安全型輸出電路以驅(qū)動(dòng)區(qū)段軌道繼電器

設(shè)備用以表示所監(jiān)視的區(qū)段占用或空閑狀態(tài)的最終執(zhí)行部件是一個(gè)安全型繼電器，而該繼電器的驅(qū)動(dòng)電路是由AC/DC轉(zhuǎn)換技術(shù)構(gòu)成的，由二個(gè)MCU以“與”的方式共同控制的故障-安全電路。

5.1.4 動(dòng)態(tài)采集安全型輸入電路的輸入條件

條件采集電路是采用動(dòng)態(tài)脈沖輸入形式的故障-安全電路，電路中任一部件故障均能導(dǎo)致輸入脈沖中斷。同時(shí)，計(jì)軸運(yùn)算器的二個(gè)主控單元MCU各自對(duì)應(yīng)一個(gè)采集電路，以“與”的方式?jīng)Q定輸入條件是否有效。

5.2 軟件安全性設(shè)計(jì)

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)作為由計(jì)算機(jī)控制的鐵路信號(hào)安全設(shè)備，其軟件的安全性通過(guò)以下措施得以保證。

5.2.1 區(qū)段軸數(shù)比較采用“四取四”原則

對(duì)于一個(gè)區(qū)段來(lái)說(shuō)，計(jì)軸運(yùn)算器每個(gè)主控單元MCU都有4個(gè)軸數(shù)供比較，即區(qū)段入口處計(jì)軸點(diǎn)的軸1、軸2和區(qū)段出口處計(jì)軸點(diǎn)的軸1、軸2。四個(gè)軸數(shù)必須一致，計(jì)軸運(yùn)算器的主控單元才確定為區(qū)段空閑；否則，就表示占用。

5.2.2 區(qū)段狀態(tài)輸出控制采用“二取二”原則

計(jì)軸運(yùn)算器的二個(gè)主控單元MCU依據(jù)同步信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、比較、控制等，只有二個(gè)MCU同步且工作正常，四取四的運(yùn)算結(jié)果完全一致，二個(gè)MCU才能同時(shí)給出“區(qū)段空閑”的命令，通過(guò)安全與門(mén)電路驅(qū)動(dòng)區(qū)段軌道繼電器吸起。

5.2.3 采用冗余方式實(shí)現(xiàn)對(duì)重要信息的校驗(yàn)

對(duì)重要信息如軸數(shù)、標(biāo)志、狀態(tài)等采用多區(qū)存儲(chǔ)，即利用RAM存儲(chǔ)區(qū)，將信息以不同的碼型分別存入二個(gè)區(qū)域。當(dāng)使用這些信息時(shí)，采取“二取二”的方法取出正確信息。若“二取二”不成功，則表明信息故障已不可恢復(fù)，設(shè)備導(dǎo)向安全。

5.2.4 設(shè)備多微控制器之間的信息傳輸采用編碼、校驗(yàn)等技術(shù)

設(shè)備多微控制器之間的信息傳輸除采用CRC校驗(yàn)外，對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a采用特殊的編碼和重復(fù)發(fā)送冗余技術(shù)（ARQ）等措施，以保證信息在傳輸過(guò)程中的安全性。

5.3 故障檢測(cè)及導(dǎo)向安全設(shè)計(jì)

利用軟件對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)故障后即導(dǎo)向安全。故障檢測(cè)包括CPU自檢、外圍芯片檢測(cè)、傳感系統(tǒng)檢測(cè)、傳輸通道檢測(cè)、繼電器檢測(cè)和復(fù)零按鈕檢測(cè)等。

6 結(jié)束語(yǔ)

JWJ-C計(jì)軸系統(tǒng)于2010年12月完成在白羊墅南貨場(chǎng)的安裝調(diào)試工作，2011年5月28日正式開(kāi)通運(yùn)用。經(jīng)過(guò)近一年的實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，基本處于免維護(hù)狀態(tài)，徹底解決了該站原有軌道電路分路不良的問(wèn)題，在確保安全的前提下有效提高了運(yùn)輸效率，得到電務(wù)維修部門(mén)和車(chē)務(wù)部門(mén)的好評(píng)。

計(jì)軸設(shè)備在我國(guó)主要以與其他系統(tǒng)結(jié)合使用、輔助檢查為主，如與64D繼電半自動(dòng)閉塞系統(tǒng)結(jié)合構(gòu)成計(jì)軸自動(dòng)站間閉塞系統(tǒng)，與既有站內(nèi)連續(xù)式軌道電路繼電器接點(diǎn)條件采用串接方式結(jié)合解決分路不良問(wèn)題，與既有站內(nèi)連續(xù)式軌道電路繼電器接點(diǎn)條件采用并接方式結(jié)合解決低阻道床軌道電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)一次調(diào)整的問(wèn)題等。而全站計(jì)軸軌道電路在白羊墅南貨場(chǎng)的成功運(yùn)用，開(kāi)創(chuàng)了計(jì)軸軌道電路檢查設(shè)備在國(guó)內(nèi)整個(gè)車(chē)站獨(dú)立使用的先河，屬全路首例，對(duì)于拓展計(jì)軸設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在一些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用具有借鑒意義。