王小樂(lè)

中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)新疆維管分公司奎北鐵路維管段

基于冗余技術(shù)對(duì)奎北鐵路JWJ-C2型微機(jī)計(jì)軸設(shè)備的研究

王小樂(lè)

中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)新疆維管分公司奎北鐵路維管段

本次研究以奎北線JWJ-C2型微機(jī)計(jì)軸設(shè)備為主要研究對(duì)象，結(jié)合成都鐵路通信廠計(jì)軸設(shè)備維護(hù)及故障處理方法，按照預(yù)定的人員分工，結(jié)合實(shí)際工作情況，利用每月各站“天窗”時(shí)間，到各站區(qū)現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)計(jì)軸設(shè)備電氣特性進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)計(jì)軸的系統(tǒng)性能現(xiàn)狀分析、對(duì)比，結(jié)合廠家電路資料，對(duì)影響穩(wěn)定性和可靠性的因素進(jìn)行分析，找到與之對(duì)應(yīng)的解決辦法，提出克服辦法，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)論證，基于冗余技術(shù)最終提出新的冗余電路，改進(jìn)原理電路。

JWJ-C2、冗余、突發(fā)性、潛伏性

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

奎北鐵路全長(zhǎng)468公里，共有22個(gè)車站。南起北疆鐵路線的奎屯車站，北至北疆的北屯市車站，涉及奎屯、五五新鎮(zhèn)129團(tuán)棉田區(qū)和自然林區(qū)進(jìn)入克拉瑪依油田區(qū)，然后向東北方向進(jìn)入沙漠、鹽堿地、戈壁灘，無(wú)人區(qū)占據(jù)全線的2/3。這里夏季酷熱、暴曬，室外溫度高達(dá)60多攝氏度。冬季嚴(yán)寒，年最低氣溫達(dá)到零下40攝氏度，很多車站是無(wú)人區(qū)，遠(yuǎn)離水源、公路和村鎮(zhèn)，居住條件差，工作環(huán)境異常惡劣。

計(jì)軸設(shè)備是利用計(jì)軸的基本功能，配合半自動(dòng)結(jié)合電路完成對(duì)鐵路區(qū)間行車狀況的檢測(cè)與鎖閉。計(jì)軸是一種重要的鐵路信號(hào)設(shè)備，世界各大鐵路公司都有相應(yīng)的計(jì)軸產(chǎn)品。計(jì)軸系統(tǒng)集傳感器，通信傳輸，故障-安全計(jì)算機(jī)等技術(shù)為一身，可謂麻雀雖小五臟俱全。在我段管內(nèi)目前上線使用中的計(jì)軸閉塞設(shè)備型號(hào)：黑龍江瑞興科技股份有限公司JWJ-C2型微機(jī)計(jì)軸設(shè)備。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于JWJ-C2計(jì)軸設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性是有疑問(wèn)的，室內(nèi)設(shè)備自開(kāi)通以來(lái)故障率一直較高，主要集中在計(jì)軸運(yùn)算器板卡的問(wèn)題，時(shí)常發(fā)生報(bào)警，多個(gè)站因?yàn)橥瑯拥娜毕萦绊懥熊囌＿\(yùn)行，甚至有些車站達(dá)到了1個(gè)月4次之多，尤其是MCU和FCU可靠性最差，而計(jì)軸使用集成電路板，故障通常又具有突發(fā)性，潛伏性、不易判斷、瞬時(shí)恢復(fù)，反復(fù)發(fā)作等特點(diǎn)，使故障在現(xiàn)有的條件下找不到好的解決辦法，使我們工作開(kāi)展的非常被動(dòng)。嚴(yán)重影響了列車運(yùn)營(yíng)秩序和運(yùn)輸效率，增加了電務(wù)維管人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。也給我們的維管工作帶來(lái)了諸多不良影響和干擾。

2 設(shè)備現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 現(xiàn)場(chǎng)分析

故障分析，造成計(jì)軸故障的主要原因有以下幾類：

1.計(jì)軸設(shè)備板卡廠家質(zhì)量控制不達(dá)標(biāo)，易發(fā)生故障，其中又表現(xiàn)出以通訊中斷故障為主 。

2.部分運(yùn)算器整體輸出的光信號(hào)衰耗達(dá)不到維規(guī)及說(shuō)明書(shū)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。甚至達(dá)到故障臨界值，有瞬間報(bào)警現(xiàn)象。

3.電磁抗干擾性低，板卡自身老化，運(yùn)算器輸出值不恒定。

4.計(jì)軸各類電氣、光接口接觸不好，發(fā)生過(guò)運(yùn)算器接口不良故障。

5.環(huán)境要求高，適應(yīng)性低，在極端天氣、溫度過(guò)高過(guò)低影響過(guò)大。

2.2 問(wèn)題總結(jié)分析

針對(duì)常見(jiàn)故障總結(jié)存在的一些問(wèn)題如下：

1.計(jì)軸板卡性能不穩(wěn)定，尤其是MCU和FCU可靠性最差，部分運(yùn)算器整體輸出的主要指標(biāo)——光信號(hào)衰耗達(dá)不到說(shuō)明書(shū)的標(biāo)準(zhǔn)，部分板卡的光纖通訊衰耗值甚至達(dá)到故障臨界值。

2.計(jì)軸使用的是集成電路板卡，對(duì)故障的判斷不能直觀，判斷必須靠DPU卡，通過(guò)按壓顯示卡按鈕察看必須是實(shí)時(shí)，遇到瞬間故障時(shí)，無(wú)法調(diào)看歷史記錄查看故障原因。

3.部分運(yùn)算器整體輸出的光信號(hào)衰耗達(dá)不到《維規(guī)》及說(shuō)明書(shū)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。甚至達(dá)到故障臨界值，有瞬間報(bào)警現(xiàn)象。

4.由于自然條件導(dǎo)致相位漂移、傳感器進(jìn)水導(dǎo)致電氣特性指標(biāo)下降、雷擊。

3 基于冗余技術(shù)的優(yōu)化研究

為了保證整個(gè)系統(tǒng)在局部發(fā)生故障時(shí)仍可以正常工作，可以對(duì)重要的、易發(fā)生故障的部分采用冗余設(shè)計(jì)，一旦故障發(fā)生便自動(dòng)啟動(dòng)投入使用。同時(shí)，因?yàn)橛?jì)軸運(yùn)算器自身預(yù)留有多點(diǎn)應(yīng)用模式閉塞，可以很好的利用空板卡位置和既有CAN、供電接口。

首先，我們需增加1塊MCU和1塊FCU板塊，廠家更新軟件數(shù)據(jù)即可，即不增加改造難度，改造復(fù)雜度很低，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件不需改動(dòng)，成本不大。其次，在實(shí)際工作中，我們已經(jīng)增加了由通信機(jī)械室到計(jì)軸機(jī)的尾纖2根作為第二路備用通道

既有的計(jì)軸內(nèi)部電路圖只存在一套既有的信息傳輸和自檢通道，一旦出現(xiàn)某個(gè)板卡故障，直接就影響計(jì)軸的信息傳輸，IOU信息傳輸報(bào)警燈就會(huì)紅，也就是我們常見(jiàn)的計(jì)軸站間信息傳輸故障，F(xiàn)CU板卡上的輸入輸出就代表了有通信機(jī)械室到計(jì)軸機(jī)柜的兩根尾纖，現(xiàn)在我們只要將備用的第二路通道連接上第二塊FCU板卡上，就構(gòu)成了熱備的第二條站間通道。具體電路如下：

新的計(jì)軸系統(tǒng)MCU采用2*2取2結(jié)構(gòu)， MCU主副卡熱備，采取表決的方法，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性。當(dāng)主卡系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切換，副卡投入使用并輸出指令，當(dāng)副卡故障時(shí)給出報(bào)警信息，主卡仍可正常工作。我們提到的FCU卡雙卡雙待，就是2 套通訊系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立執(zhí)行MCU指令并嚴(yán)格隔離，由MCU卡檢測(cè)，如果這2塊FCU板狀態(tài)一致，由MCU將安全信息輸出，如果這2塊FCU板狀態(tài)不一致，軟件自動(dòng)邏輯運(yùn)算進(jìn)行判斷，若其中一路通訊正常，則切斷FSD亮紅燈，通訊中斷的FCU板故障工作電源，使其強(qiáng)制進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位后FCU狀態(tài)仍然不一致時(shí)，迫使計(jì)軸系統(tǒng)輸入輸出IOU板工作監(jiān)督的BJ燈點(diǎn)亮紅燈，并將報(bào)警信息傳遞至微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，交由電務(wù)值班人員人工處理。但此報(bào)警信息并不會(huì)驅(qū)動(dòng)BJJ落下，不傳遞給計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)導(dǎo)致QGJ落下區(qū)間占用。假如2塊FCU板通訊都中斷，則驅(qū)動(dòng)BJJ計(jì)軸報(bào)警繼電器落下給出報(bào)警信息。保證了區(qū)間可靠占用，安全性能高，可靠度高。

4 總結(jié)

計(jì)軸是一種重要的鐵路信號(hào)設(shè)備，世界各大鐵路公司都有相應(yīng)的計(jì)軸產(chǎn)品。計(jì)軸系統(tǒng)集傳感器，通信傳輸，故障-安全計(jì)算機(jī)等技術(shù)為一身，可謂麻雀雖小五臟俱全。計(jì)算機(jī)采用了2取2冗余，安全完整性水平達(dá)到了SIL4?？梢哉雇绻锌叵到y(tǒng)發(fā)展到C4，機(jī)車信號(hào)不再?gòu)能壍澜邮招畔?，軌道電路則可以被計(jì)軸完全取代來(lái)實(shí)現(xiàn)列車占用檢查，計(jì)軸技術(shù)在今后的鐵路發(fā)展中將會(huì)占據(jù)重要地位。對(duì)計(jì)軸設(shè)備日常維護(hù)和故障處理的研究將使我們運(yùn)維工作始終處于同行業(yè)領(lǐng)先地位。