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        基于計(jì)軸系統(tǒng)的軌道電路棕光帶故障分析探討

        2021-07-01 03:11:26石衛(wèi)師
        現(xiàn)代城市軌道交通 2021年6期
        關(guān)鍵詞:計(jì)軸空閑指示燈

        石衛(wèi)師

        (南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司,廣西南寧 530029)

        1 引言

        目前大部分城市軌道交通均采用計(jì)軸設(shè)備作為軌道區(qū)段占用檢測設(shè)備,為信號(hào)系統(tǒng)提供次級(jí)列車位置檢測信息和獨(dú)立保護(hù)區(qū)段信息,故計(jì)軸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)攸關(guān)行車安全及效率。而目前計(jì)軸設(shè)備易發(fā)的故障主要為軌道區(qū)段“棕光帶”,表現(xiàn)為聯(lián)鎖系統(tǒng)采集到軌道區(qū)段繼電器GJ落下,但負(fù)責(zé)列車運(yùn)行管理的區(qū)域控制器(ZC)經(jīng)計(jì)算確定該區(qū)段無列車占用,列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)終端設(shè)備顯示該區(qū)段為“棕色”。在運(yùn)營時(shí)間內(nèi)發(fā)生“棕光帶”時(shí),為確認(rèn)軌行區(qū)現(xiàn)場設(shè)備情況,往往要求列車減速通過該區(qū)域,確認(rèn)現(xiàn)場設(shè)備無異常后再允許后續(xù)列車正常速度運(yùn)行,嚴(yán)重影響列車行車效率及安全,特別是在行車密度大的情況下。

        針對(duì)上述問題,本文將從信息傳遞層面分析TAZ II計(jì)軸系統(tǒng)的工作原理和從電路層面分析其控制設(shè)計(jì)原理,分析計(jì)軸設(shè)備發(fā)生“棕光帶”故障的原因及解決措施,為同類設(shè)備的故障分析及設(shè)備維保提供技術(shù)參照。

        2 計(jì)軸系統(tǒng)工作原理

        計(jì)軸系統(tǒng)工作原理如圖1所示,當(dāng)列車車輪跨越車輪傳感器時(shí),2套傳感電路分別感應(yīng)出電壓脈沖信號(hào),2 路輪軸信號(hào)必須滿足有先后有重疊的特征,才被認(rèn)為是有效的車輪信號(hào)。有效車輪信號(hào)經(jīng)線纜傳計(jì)軸放大板放大、整形、濾波并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),進(jìn)而給計(jì)軸板進(jìn)行處理并統(tǒng)計(jì)區(qū)段內(nèi)車輪軸數(shù),然后根據(jù)輪軸信號(hào)相位確定列車運(yùn)行方向,同時(shí)給輸出板輸出占用信息。當(dāng)計(jì)軸板監(jiān)測到軸數(shù)出清后,給輸出板輸出相應(yīng)通道的占用/空閑信息,由輸出板進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作,作為接口輸出占用/空閑信息至聯(lián)鎖系統(tǒng),進(jìn)而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)繼電器GJ動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)區(qū)段占用/空閑信息的控制。

        圖1 計(jì)軸系統(tǒng)組成部分及信息傳遞過程

        信號(hào)系統(tǒng)根據(jù)計(jì)軸系統(tǒng)及其他子系統(tǒng)的相關(guān)信息,在ATS終端設(shè)備上通過不同顏色區(qū)分計(jì)軸區(qū)段的不同狀態(tài)。如圖2所示,計(jì)軸系統(tǒng)將區(qū)段占用出清信息傳遞給聯(lián)鎖系統(tǒng),聯(lián)鎖系統(tǒng)將該信息同步傳遞給列車自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC)ZC,ZC將結(jié)合列車位置信息判斷計(jì)軸是否可用,同時(shí)將可用信息和列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)(ATP)軌道信息傳遞給聯(lián)鎖系統(tǒng),聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)邏輯判斷后在終端顯示。

        圖2 計(jì)軸系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)

        3 計(jì)軸系統(tǒng)內(nèi)部電路分析

        3.1 區(qū)段占用過程

        當(dāng)列車車輪占用室外車輪傳感器時(shí),車輪傳感器繼電器S1、S2吸起,表示車輪傳感器監(jiān)測到占用,如圖3所示,若沒有車輪占用則S1、S2繼電器處于落下狀態(tài)。

        圖3 S1和S2繼電器驅(qū)動(dòng)電路

        CL繼電器為計(jì)軸區(qū)段空閑狀態(tài)檢查繼電器,吸起表示計(jì)軸區(qū)段空閑,落下為計(jì)軸區(qū)段占用,如圖4所示。當(dāng)S1、S2繼電器吸起后,其接點(diǎn)組S1.1、S1.2、S2.1、S2.2斷開CL繼電器的自閉電路30z3—28z—S1.1—S1.2—S2.1—S2.2—CL 1/2 —CL—GND,使得CL繼電器落下。V4為CL繼電器指示燈。

        圖4 CL繼電器驅(qū)動(dòng)電路

        CLH繼電器為CL繼電器的輔助繼電器,計(jì)軸區(qū)段占用時(shí)吸起,區(qū)段空閑時(shí)落下,其驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。當(dāng)S1、S2繼電器吸起及CL繼電器落下后,溝通CLH繼電器驅(qū)動(dòng)電路16zbd—CL 4/3 —S1/S2— CLH—GND,使得CLH繼電器吸起。CLH繼電器吸起后,其接點(diǎn)組CLH 7/8閉合,溝通CLH繼電器自閉電路16zbd—CL 4/3 —CLH 7/8— CLH—GND,使得CLH繼電器一直處于占用吸起狀態(tài)。H2為CLH繼電器指示燈。

        圖5 CLH繼電器驅(qū)動(dòng)及自閉電路

        Oc1和Oc2繼電器驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示,當(dāng)?shù)谝粚?duì)車輪完全通過車輪傳感器后,計(jì)軸板的2個(gè)獨(dú)立運(yùn)算單元I和II分別開始計(jì)數(shù),有軸數(shù)(即軸數(shù)不為零)表示繼電器Oc1和Oc2被計(jì)軸板驅(qū)動(dòng)吸起,其指示燈H3和H4點(diǎn)亮紅燈,Oc1、Oc2繼電器接點(diǎn)組Oc1 3/4和Oc2 3/4斷開。

        圖6 Oc1和Oc2繼電器驅(qū)動(dòng)電路

        Oc3繼電器用來表示計(jì)軸板的2個(gè)獨(dú)立運(yùn)算單元是否存在計(jì)數(shù),其驅(qū)動(dòng)電路如圖7所示。當(dāng)其中有1個(gè)運(yùn)算單元計(jì)數(shù)時(shí)則Oc3繼電器落下,其指示燈H5熄滅。

        圖7 Oc3繼電器驅(qū)動(dòng)電路

        BRKDN繼電器為Oc1、Oc2繼電器動(dòng)作一致性檢查繼電器,當(dāng)計(jì)軸板的2個(gè)獨(dú)立運(yùn)算單元I和II計(jì)數(shù)不一致時(shí),BRKDN繼電器失電,其指示燈H6熄滅,如圖8所示,其中SET/RESET按鈕為繼電器測試按鈕。

        圖8 BRKDN繼電器驅(qū)動(dòng)電路

        當(dāng)CL繼電器、Oc3繼電器、BRKDN繼電器吸起,CLH繼電器落下條件均滿足時(shí),輸出板滿足區(qū)段空閑輸出條件,將向聯(lián)鎖系統(tǒng)輸出空閑信息;若上述任一繼電器狀態(tài)錯(cuò)誤時(shí),無法輸出區(qū)段空閑狀態(tài),如圖9所示。

        圖9 軌道區(qū)段狀態(tài)輸出電路

        綜上分析,計(jì)軸區(qū)段占用過程中電路動(dòng)作順序及繼電器指示燈狀態(tài)為:

        (1)S1、S2繼電器收到首脈沖信號(hào)吸起,進(jìn)而斷開CL繼電器電路,CL繼電器落下,其指示燈V4熄滅,輸出板輸出區(qū)段占用信息;

        (2)CL繼電器落下,此時(shí)S1、S2繼電器仍在吸起狀態(tài),溝通CLH繼電器電路,CLH繼電器自閉吸起,其指示燈H2點(diǎn)亮紅燈;

        (3)計(jì)軸板運(yùn)算單元I、II計(jì)入軸數(shù),Oc1、Oc2繼電器吸起,其指示燈H3、H4點(diǎn)亮紅燈,斷開Oc3繼電器電路,Oc3繼電器落下,其指示燈H5熄滅。

        3.2 區(qū)段出清過程

        區(qū)段出清過程相關(guān)繼電器動(dòng)作順序與上述占用過程正好相反。在隨后的車輪計(jì)入和計(jì)出過程中,除了計(jì)軸板的2個(gè)獨(dú)立運(yùn)算單元I和II的計(jì)數(shù)器不斷計(jì)數(shù)以外,其他繼電器均不動(dòng)作。當(dāng)最后一對(duì)車輪完全越過車輪傳感器,計(jì)數(shù)器計(jì)出最后一軸,區(qū)段軸數(shù)變?yōu)榱銜r(shí),計(jì)軸板斷電,使得Oc1、Oc2繼電器緩放,Oc3繼電器緩吸,溝通CL繼電器電路,CL繼電器吸起,其指示燈V4亮綠燈;Oc1、Oc2繼電器落下,其指示燈H3、H4熄滅,CLH繼電器緩放,溝通Oc3繼電器電路,Oc3繼電器自閉吸起,其指示燈H5亮綠燈;最后,CLH繼電器緩放落下,其指示燈H2熄滅,輸出板輸出區(qū)段空閑信息。

        3.3 區(qū)段預(yù)復(fù)位

        預(yù)復(fù)位命令執(zhí)行成功后,將對(duì)計(jì)軸板、輸出板狀態(tài)進(jìn)行重置,計(jì)軸板的2個(gè)獨(dú)立運(yùn)算單元I和II計(jì)軸軸數(shù)出清,計(jì)軸板運(yùn)算通道仍保持占用,此時(shí)輸出板繼電器狀態(tài)為:CL繼電器落下,其指示燈V4熄滅,Oc1、Oc2繼電器吸起,其指示燈H3、H4亮紅燈;Oc3繼電器落下,其指示燈H5熄滅;CLH繼電器吸起,其指示燈H2亮紅燈。

        3.4 區(qū)段“棕光帶”

        如計(jì)軸磁頭設(shè)備故障或干擾等,軌道區(qū)段被占用,此時(shí)計(jì)軸系統(tǒng)狀態(tài)為CL繼電器落下,CLH繼電器吸起,Oc3繼電器落下,故軌道繼電器將落下。聯(lián)鎖系統(tǒng)采集軌道繼電器狀態(tài),同時(shí)將軌道繼電器落下狀態(tài)傳遞至ZC,ZC結(jié)合列車位置信息判斷該區(qū)段無列車占用,將輸出計(jì)軸區(qū)段切除命令,此時(shí)計(jì)軸區(qū)段在ATS終端顯示“棕光帶”。

        4 計(jì)軸軌道區(qū)段棕光帶故障分析

        計(jì)軸區(qū)段“棕光帶”的本質(zhì)為計(jì)軸系統(tǒng)輸出軌道區(qū)段繼電器落下的信息,但ZC判斷該區(qū)段無車占用。根據(jù)計(jì)軸工作原理及電路原理分析,計(jì)軸“棕光帶”原因可能為車輪傳感器故障或干擾、計(jì)軸電纜等信息傳輸通道故障、室內(nèi)設(shè)備板卡運(yùn)算故障等。其中車輪傳感器故障一般通過觀察外觀、測量安裝高度、測量感應(yīng)高度、測量感應(yīng)電壓等方式判斷,計(jì)軸電纜故障一般通過排除絕緣情況進(jìn)行判斷。較難判斷的故障為室內(nèi)設(shè)備板卡故障,需要進(jìn)行綜合判斷,本文以案例形式展示相關(guān)故障判斷過程。

        4.1 故障案例現(xiàn)象

        某列車駛離G11計(jì)軸區(qū)段后出現(xiàn)“棕光帶”,車站執(zhí)行1次預(yù)復(fù)位操作后無法恢復(fù)。現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示:Oc3繼電器指示燈H5、CLH繼電器指示燈H2點(diǎn)亮,CL繼電器指示燈V4、Oc1繼電器指示燈H3、Oc2繼電器指示燈H4、BRKDN繼電器指示燈H6熄滅,繼電器GJ落下。

        4.2 日志數(shù)據(jù)分析

        G11計(jì)軸區(qū)段日志為:軟件占用-硬件占用-計(jì)軸板占用-軟件空閑-計(jì)軸板空閑。本故障記錄周期中僅有硬件占用信息,無硬件空閑信息,本計(jì)軸周期未完成閉環(huán)。計(jì)軸板已正確記錄故障時(shí)軸數(shù)信息,計(jì)軸板已完成本次軸數(shù)記錄,計(jì)軸板已出清,結(jié)合故障現(xiàn)象判斷計(jì)軸板正常,故初步判斷故障點(diǎn)在計(jì)軸輸出板。

        4.3 計(jì)軸電路分析

        根據(jù)繼電器動(dòng)作順序,結(jié)合故障現(xiàn)象,判斷在區(qū)段出清階段,輸出板Oc1、Oc2繼電器緩放、Oc3繼電器緩吸過程中CL繼電器存在無法吸起的可能,導(dǎo)致CL繼電器未能吸起,無法切斷CLH繼電器電路,使CLH指示燈保持點(diǎn)亮狀態(tài),輸出板無法出清?,F(xiàn)場測量輸出板針腳接點(diǎn)電壓信息:

        (1)測量16zbd-4zbd及10d-4zbd,Oc3繼電器電路電壓為23.84V;

        (2)測量30z3-32b3-28z-4ZBD,CL繼電器未測得電壓,確認(rèn)CL繼電器電路未溝通,CL繼電器無法吸起;

        (3)測量16zbd-4zbd、20z-4zbd及10b-4zbd,CLH繼電器電路電壓為23.83V,CLH繼電器回路無法被CL繼電器吸起切斷。

        為確認(rèn)CL繼電器供電已正常送達(dá),模擬條件使Oc1、Oc2繼電器吸起,測量CL繼電器及Oc1、Oc2繼電器共用電源是否正常:

        (1)測量30z3-30d3-6d-4zbd,Oc1繼電器電路電壓為23.79V;

        (2)測量30z3-28b3-6b-4zbd,Oc2繼電器電路電壓為23.80V。

        4.4 故障點(diǎn)確定

        根據(jù)上述測量結(jié)果,可以判斷共用電源接點(diǎn)30z3已正常送電至輸出板后端,此時(shí)恢復(fù)CL繼電器條件,CL繼電器電路仍未測得電壓。根據(jù)計(jì)軸數(shù)據(jù)及板卡狀態(tài)判斷計(jì)軸板正常,計(jì)軸區(qū)段出清過程中輸出板CL繼電器未能正常吸起,導(dǎo)致CLH繼電器無法緩放落下,后續(xù)繼電器動(dòng)作無法完成,本次判斷為輸出板CL繼電器控制電路故障。

        現(xiàn)場更換G11對(duì)應(yīng)輸出板后故障恢復(fù),更換板卡后現(xiàn)場多次測試功能正常。后續(xù)使用故障輸出板進(jìn)行測試,測試過程中故障多次復(fù)現(xiàn),結(jié)論與分析結(jié)果一致。

        5 結(jié)語

        基于計(jì)軸系統(tǒng)的軌道電路廣泛應(yīng)用于全國各城市軌道交通線路,其運(yùn)行質(zhì)量攸關(guān)行車安全和效率,而高質(zhì)量運(yùn)行需全面了解掌握設(shè)備原理及常見故障。本文闡述了基于計(jì)軸系統(tǒng)的軌道電路的設(shè)備結(jié)構(gòu)及電路原理,并針對(duì)影響較大、易發(fā)生的“棕光帶”故障進(jìn)行了分析,可為后續(xù)相關(guān)線路提供技術(shù)參照,同時(shí)也為智能運(yùn)維系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

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