周長義 陳書祿

（1.哈爾濱鐵路局科學技術研究所，哈爾濱 151006；2.北京鐵路局石家莊電務段，石家莊 131000）

1 概述

白羊墅南貨場位于北京鐵路局石太線，站場包括7組43?kg/m-1/9道岔、6條貨物線，車站聯(lián)鎖設備采用6502電氣集中，是煤炭裝卸轉運專用場，道床條件較差。由于長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)，嚴重影響運輸效率。為了有效解決該站軌道電路分路不良問題，2010年北京鐵路局對該站進行全面技術改造。經(jīng)反復論證，考慮場內(nèi)線路狀況，軌道電路采用JWJ-C計軸系統(tǒng)。全站計軸軌道電路獨立運行，未設計其他制式軌道電路與之結合使用。

2 系統(tǒng)原理及構成

JWJ-C計軸系統(tǒng)的工作原理，是基于車列駛入和駛出計軸點監(jiān)視區(qū)段時所記錄軸數(shù)的比較結果，以此確定該區(qū)段的占用或空閑狀態(tài)。

JWJ-C計軸系統(tǒng)主要由室內(nèi)計軸主機（電源系統(tǒng)、站內(nèi)計軸運算器及通信單元組合），室外輪軸檢測器（車輪傳感器、車輪電子檢測器）等組成，白羊墅南貨場的全站計軸軌道電路檢查系統(tǒng)構成如圖1所示。

3 系統(tǒng)主要技術特點

JWJ-C計軸系統(tǒng)有以下主要技術特點。

1）站內(nèi)計軸運算器采用“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）每臺站內(nèi)計軸運算器可檢測24個站內(nèi)計軸點，監(jiān)控15個站內(nèi)軌道區(qū)段。

3）室內(nèi)計軸主機與室外計軸點間采用“點對點”傳輸方式，可實現(xiàn)多點并行處理，系統(tǒng)實時性好。

4）二取二計軸運算器主控單元，保證系統(tǒng)的安全性。

5）二取二輪軸檢測器計數(shù)單元，保證計軸的準確性。

6）硬件冗余的安全型區(qū)段軌道繼電器驅動電路（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，隨時顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)及故障信息，為設備的現(xiàn)場安裝調(diào)試及維護提供直觀的窗口。

8）通過CAN接口或RS-232接口，可與信號微機監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

4 系統(tǒng)主要技術指標

4.1 工作環(huán)境

1）?大氣壓力 ：不低于70?kPa?（海拔高度不超過 3?000?m）。

2）周圍無腐蝕性和引起爆炸危險的有害氣體。

3）周圍空氣溫度：室內(nèi)設備為-5～+40℃，室外設備為-40～+80℃。

4）周圍空氣相對濕度：室內(nèi)設備不大于90％（溫度為25℃時），室外設備不大于95％（溫度為25℃時）。

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

6）車輪電子檢測器振動：頻率2～9?Hz、9～200?Hz 時，加速度為 20?m/s2。

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

4.2 適應列車運行速度

1）當輪徑≥830?mm，列車速度為0～350?km/h；

2）當輪徑≥470?mm，列車速度為0～200?km/h；

3）當輪徑≥350?mm，列車速度為0～100?km/h。

4.3 適應鋼軌類型

適應鋼軌為30、43、50、60?kg/m及以上各種型號。

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 計軸容量

計軸容量為65?535軸。

4.6 設備可靠性

1）平均正確計軸數(shù)：≥5×107軸。

2）平均故障間隔時間（MTBF）：不小于1×?105h。

4.7 供電及電源設備

4.7.1 供電

JWJ-C計軸系統(tǒng)的供電采用信號電源屏交流穩(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 電源設備

計軸系統(tǒng)的供電應保證不間斷，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式，輸入交流斷電后，其供電的時間應不少于30?min。

4.8 防雷及接地

4.8.1 雷電防護

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

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

4.8.2 地線設置

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

JWJ-C計軸系統(tǒng)采用專用防雷地線時，室外每個輪軸檢測器（計軸點）及室內(nèi)計軸主機均應單獨設置，其接地電阻值應不大于4?Ω。

當接地電阻達不到上述指標時，應使用降阻劑，其降阻性能應連續(xù)保持15年以上。

4.9 電磁兼容性

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

5 系統(tǒng)安全性設計

JWJ-C計軸系統(tǒng)的安全性設計包括3方面：硬件安全性設計、軟件安全性設計和故障檢測及導向安全性設計。

5.1 硬件安全性設計

5.1.1 總體設計遵循閉環(huán)工作原理

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

5.1.2 計數(shù)單元及控制單元均采用“二取二”結構

計數(shù)單元與控制單元均由二個硬件相同、功能相同的主控單元電路MCU構成，二個MCU通過軟件同步信號以“與”的方式同步工作，并進行自檢和互檢。如果有一個發(fā)生故障或狀態(tài)異常，設備表示占用且告警。

5.1.3 動態(tài)驅動安全型輸出電路以驅動區(qū)段軌道繼電器

設備用以表示所監(jiān)視的區(qū)段占用或空閑狀態(tài)的最終執(zhí)行部件是一個安全型繼電器，而該繼電器的驅動電路是由AC/DC轉換技術構成的，由二個MCU以“與”的方式共同控制的故障-安全電路。

5.1.4 動態(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致輸入脈沖中斷。同時，計軸運算器的二個主控單元MCU各自對應一個采集電路，以“與”的方式?jīng)Q定輸入條件是否有效。

5.2 軟件安全性設計

JWJ-C計軸系統(tǒng)作為由計算機控制的鐵路信號安全設備，其軟件的安全性通過以下措施得以保證。

5.2.1 區(qū)段軸數(shù)比較采用“四取四”原則

對于一個區(qū)段來說，計軸運算器每個主控單元MCU都有4個軸數(shù)供比較，即區(qū)段入口處計軸點的軸1、軸2和區(qū)段出口處計軸點的軸1、軸2。四個軸數(shù)必須一致，計軸運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

計軸運算器的二個主控單元MCU依據(jù)同步信號進行運算、比較、控制等，只有二個MCU同步且工作正常，四取四的運算結果完全一致，二個MCU才能同時給出“區(qū)段空閑”的命令，通過安全與門電路驅動區(qū)段軌道繼電器吸起。

5.2.3 采用冗余方式實現(xiàn)對重要信息的校驗

對重要信息如軸數(shù)、標志、狀態(tài)等采用多區(qū)存儲，即利用RAM存儲區(qū)，將信息以不同的碼型分別存入二個區(qū)域。當使用這些信息時，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，設備導向安全。

5.2.4 設備多微控制器之間的信息傳輸采用編碼、校驗等技術

設備多微控制器之間的信息傳輸除采用CRC校驗外，對傳輸?shù)男畔⒋a采用特殊的編碼和重復發(fā)送冗余技術（ARQ）等措施，以保證信息在傳輸過程中的安全性。

5.3 故障檢測及導向安全設計

利用軟件對硬件設備進行狀態(tài)檢測，發(fā)現(xiàn)故障后即導向安全。故障檢測包括CPU自檢、外圍芯片檢測、傳感系統(tǒng)檢測、傳輸通道檢測、繼電器檢測和復零按鈕檢測等。

6 結束語

JWJ-C計軸系統(tǒng)于2010年12月完成在白羊墅南貨場的安裝調(diào)試工作，2011年5月28日正式開通運用。經(jīng)過近一年的實際運行，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，基本處于免維護狀態(tài)，徹底解決了該站原有軌道電路分路不良的問題，在確保安全的前提下有效提高了運輸效率，得到電務維修部門和車務部門的好評。

計軸設備在我國主要以與其他系統(tǒng)結合使用、輔助檢查為主，如與64D繼電半自動閉塞系統(tǒng)結合構成計軸自動站間閉塞系統(tǒng)，與既有站內(nèi)連續(xù)式軌道電路繼電器接點條件采用串接方式結合解決分路不良問題，與既有站內(nèi)連續(xù)式軌道電路繼電器接點條件采用并接方式結合解決低阻道床軌道電路無法實現(xiàn)一次調(diào)整的問題等。而全站計軸軌道電路在白羊墅南貨場的成功運用，開創(chuàng)了計軸軌道電路檢查設備在國內(nèi)整個車站獨立使用的先河，屬全路首例，對于拓展計軸設備的應用領域，特別是在一些特殊場合的應用具有借鑒意義。