顧家泉 李立明

［摘要］簡要介紹基于計軸的軌道交通控制仿真系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)，深入分析仿真系統(tǒng)中對現(xiàn)有軌道交通計軸系統(tǒng)以及相關(guān)信號控制設(shè)備的仿真思路，闡述了仿真系統(tǒng)的實用價值和現(xiàn)實意義。

［關(guān)鍵詞］軌道交通計軸

［中圖分類號］U284.47［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）12-0083-02 引言

計軸系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用于鐵路與城市軌道交通信號系統(tǒng)中的用于檢測列車位置的基礎(chǔ)設(shè)備，其主要功能是通過檢測車軸經(jīng)過車輪傳感器產(chǎn)生的輪軸脈沖，判斷由兩個計軸器組成的計軸區(qū)段內(nèi)的車軸數(shù)量，從而給出計軸區(qū)段的列車占用/空閑狀態(tài)。

軌道交通計軸功能模擬仿真系統(tǒng)根據(jù)計軸工作原理，在沙盤模型模擬列車轉(zhuǎn)向架通過計軸區(qū)段時實際計軸系統(tǒng)的運行工況，完全將運用計軸作為列車位置檢測設(shè)備的列車運行控制系統(tǒng)的工作狀況展現(xiàn)出來，以滿足課堂教學(xué)展示，實驗仿真模擬的實際需求，著力解決信號系統(tǒng)中計軸設(shè)備原理抽象、課堂理論教學(xué)難以講授的關(guān)鍵問題。

一、計軸工作原理

城市軌道交通計軸系統(tǒng)主要由車輪傳感器、軌旁電子盒及室內(nèi)控制單元組成。車輪傳感器安裝在鋼軌的軌腰上，當(dāng)車輪傳感器工作時，發(fā)送端產(chǎn)生一定強度的磁場并被接收端接收，當(dāng)有車輪經(jīng)過傳感器時，接受端所接受的磁場發(fā)生變化，由此產(chǎn)生輪軸脈沖，經(jīng)軌旁電子盒初步處理后送室內(nèi)控制單元進(jìn)行運算，從而得出一個計軸區(qū)段內(nèi)的車軸數(shù)量，并將計軸區(qū)段的占用/空閑狀態(tài)傳送給列車運行控制設(shè)備。

當(dāng)列車運行控制設(shè)備獲得計軸系統(tǒng)送來的區(qū)段狀態(tài)后，控制軌旁信號機點燈以向司機傳達(dá)是否準(zhǔn)許進(jìn)入前方計軸區(qū)段的命令，同時控制行車值班員監(jiān)視面板上的計軸區(qū)段光帶亮滅供運營人員監(jiān)督當(dāng)前列車位置。

二、仿真系統(tǒng)需求

根據(jù)實際工作原理及教學(xué)展示要求，仿真系統(tǒng)的功能需求主要包括以下內(nèi)容：

● 運用計軸原理檢測列車位置，模擬軌道交通信號控制；

● 在控制顯示面板（以下簡稱“面板”）上顯示信號機狀態(tài)、計軸區(qū)段狀態(tài)以及區(qū)段內(nèi)車軸數(shù)量；

仿真系統(tǒng)的整體組成及控制系統(tǒng)采用如下方案：

仿真系統(tǒng)的鋼軌及車輛轉(zhuǎn)向架采用高仿真的制式模型，計軸器采用光電門傳感器。將光電門傳感器固定在硬質(zhì)塑料板上，共劃分為四段計軸區(qū)段，鋼軌模型穿過傳感器的門式缺口并固定在合適位置，使得模擬轉(zhuǎn)向架模型在鋼軌上運行經(jīng)過門式時缺口恰能夠遮擋住光電門的發(fā)光元件產(chǎn)生矩形脈沖。

在仿真系統(tǒng)中，計軸器的車軸脈沖處理、區(qū)段狀態(tài)評估以及信號機、光帶的控制均由51單片機集中完成以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。模擬計軸器的光電門傳感器直接與51單片機連接作為控制系統(tǒng)的輸入，51單片機根據(jù)預(yù)設(shè)的程序進(jìn)行處理后驅(qū)動各面板上的輸出顯示元件。

仿真系統(tǒng)設(shè)置一塊控制顯示面板以展示各軌旁設(shè)備的實時工作狀態(tài)。仿真系統(tǒng)的控制顯示面板如圖1所示：

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圖1仿真系統(tǒng)的控制顯示面板

三、 計軸仿真設(shè)計

根據(jù)實際原理，每個計軸點設(shè)兩個光電門傳感器，以檢測輪軸脈沖并判斷列車運行方向。一個計軸區(qū)段由兩個相鄰的計軸點構(gòu)成。

光電門傳感器的特性是當(dāng)中部的門式缺口未被遮擋時，輸出端輸出高電平（+5V），當(dāng)被遮擋后，輸出低電平（0V）。由于一個計軸點的兩個傳感器并排放置，當(dāng)車輪經(jīng)過缺口時，某個時段會存在兩個傳感器同時反相，當(dāng)51單片機同時檢測到兩個傳感器為低電平時，認(rèn)為產(chǎn)生了一個輪軸脈沖，并通過檢測兩個傳感器反相的先后順序，確定列車運行的方向。

對于一個計軸點而言，既參與構(gòu)成左側(cè)的計軸區(qū)段，也參與構(gòu)成，因此，一個計軸點需要對參與左右區(qū)段運算的輪軸脈沖分設(shè)兩個變量，而對于一個區(qū)段而言，存在進(jìn)入?yún)^(qū)段（加軸運算）以及離開區(qū)段（減軸運算）兩種方式。綜上，對于第N個計軸點，總共需要四個變量記錄車軸脈沖的數(shù)量：左區(qū)段減軸變量N_DEC_L、右區(qū)段減軸變量N_ADD_R、左區(qū)段減軸變量N_ADD_L、右區(qū)段減軸變量N_DEC_R。如圖2所示，區(qū)段I的軸數(shù)計算公式為：

區(qū)段I軸數(shù)=1_ADD_R+2_DEC_L-1_DEC_R-2_ADD_R。

當(dāng)列車經(jīng)過區(qū)段I運行過程中， 處于A、B、C、D、E五個位置時各變量的值如表1所示。

表1列車經(jīng)過區(qū)段I運行各過程計軸變量變化表

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由于計軸點設(shè)置的四個變量均作單向累加運算，為防止軸數(shù)過多導(dǎo)致變量溢出，當(dāng)證明計軸區(qū)段空閑后，各區(qū)段相關(guān)的四個變量進(jìn)行自動清零重新開始計數(shù)。

仿真系統(tǒng)信號機按“雙紅燈防護”規(guī)則點亮，以保證一列車后方至少存在兩個紅燈進(jìn)行防護。

四、 結(jié)語

整個仿真系統(tǒng)巧妙地將列車、軌道、計軸系統(tǒng)以及其它控制設(shè)備濃縮于一個小型的沙盤模型之中，在原理設(shè)計、硬件布置、模擬仿真等環(huán)節(jié)中充分考慮仿真系統(tǒng)的真實性及可看性，在課堂演示中取得了很好的效果，為整個軌道交通信號專業(yè)的理論教學(xué)提供了一種值得借鑒的方式，也為制作其它信號設(shè)備仿真演示系統(tǒng)積累了十分寶貴的經(jīng)驗。

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［責(zé)任編輯：左蕓］