基于冗余技术对奎北铁路JWJ-C2型微机计轴设备的研究

王小乐

中国铁建电气化局集团新疆维管分公司奎北铁路维管段

基于冗余技术对奎北铁路JWJ-C2型微机计轴设备的研究

王小乐

中国铁建电气化局集团新疆维管分公司奎北铁路维管段

本次研究以奎北线JWJ-C2型微机计轴设备为主要研究对象，结合成都铁路通信厂计轴设备维护及故障处理方法，按照预定的人员分工，结合实际工作情况，利用每月各站“天窗”时间，到各站区现场针对计轴设备电气特性进行测试，并对计轴的系统性能现状分析、对比，结合厂家电路资料，对影响稳定性和可靠性的因素进行分析，找到与之对应的解决办法，提出克服办法，进行现场论证，基于冗余技术最终提出新的冗余电路，改进原理电路。

JWJ-C2、冗余、突发性、潜伏性

1 设备简介

奎北铁路全长468公里，共有22个车站。南起北疆铁路线的奎屯车站，北至北疆的北屯市车站，涉及奎屯、五五新镇129团棉田区和自然林区进入克拉玛依油田区，然后向东北方向进入沙漠、盐碱地、戈壁滩，无人区占据全线的2/3。这里夏季酷热、暴晒，室外温度高达60多摄氏度。冬季严寒，年最低气温达到零下40摄氏度，很多车站是无人区，远离水源、公路和村镇，居住条件差，工作环境异常恶劣。

计轴设备是利用计轴的基本功能，配合半自动结合电路完成对铁路区间行车状况的检测与锁闭。计轴是一种重要的铁路信号设备，世界各大铁路公司都有相应的计轴产品。计轴系统集传感器，通信传输，故障-安全计算机等技术为一身，可谓麻雀虽小五脏俱全。在我段管内目前上线使用中的计轴闭塞设备型号：黑龙江瑞兴科技股份有限公司JWJ-C2型微机计轴设备。我们在现场发现对于JWJ-C2计轴设备的稳定性和可靠性是有疑问的，室内设备自开通以来故障率一直较高，主要集中在计轴运算器板卡的问题，时常发生报警，多个站因为同样的缺陷影响列车正常运行，甚至有些车站达到了1个月4次之多，尤其是MCU和FCU可靠性最差，而计轴使用集成电路板，故障通常又具有突发性，潜伏性、不易判断、瞬时恢复，反复发作等特点，使故障在现有的条件下找不到好的解决办法，使我们工作开展的非常被动。严重影响了列车运营秩序和运输效率，增加了电务维管人员的劳动强度。也给我们的维管工作带来了诸多不良影响和干扰。

2 设备现状调查

2.1 现场分析

故障分析，造成计轴故障的主要原因有以下几类：

1.计轴设备板卡厂家质量控制不达标，易发生故障，其中又表现出以通讯中断故障为主 。

2.部分运算器整体输出的光信号衰耗达不到维规及说明书规定的标准。甚至达到故障临界值，有瞬间报警现象。

3.电磁抗干扰性低，板卡自身老化，运算器输出值不恒定。

4.计轴各类电气、光接口接触不好，发生过运算器接口不良故障。

5.环境要求高，适应性低，在极端天气、温度过高过低影响过大。

2.2 问题总结分析

针对常见故障总结存在的一些问题如下：

1.计轴板卡性能不稳定，尤其是MCU和FCU可靠性最差，部分运算器整体输出的主要指标——光信号衰耗达不到说明书的标准，部分板卡的光纤通讯衰耗值甚至达到故障临界值。

2.计轴使用的是集成电路板卡，对故障的判断不能直观，判断必须靠DPU卡，通过按压显示卡按钮察看必须是实时，遇到瞬间故障时，无法调看历史记录查看故障原因。

3.部分运算器整体输出的光信号衰耗达不到《维规》及说明书规定的标准。甚至达到故障临界值，有瞬间报警现象。

4.由于自然条件导致相位漂移、传感器进水导致电气特性指标下降、雷击。

3 基于冗余技术的优化研究

为了保证整个系统在局部发生故障时仍可以正常工作，可以对重要的、易发生故障的部分采用冗余设计，一旦故障发生便自动启动投入使用。同时，因为计轴运算器自身预留有多点应用模式闭塞，可以很好的利用空板卡位置和既有CAN、供电接口。

首先，我们需增加1块MCU和1块FCU板块，厂家更新软件数据即可，即不增加改造难度，改造复杂度很低，计算机联锁软件不需改动，成本不大。其次，在实际工作中，我们已经增加了由通信机械室到计轴机的尾纤2根作为第二路备用通道

既有的计轴内部电路图只存在一套既有的信息传输和自检通道，一旦出现某个板卡故障，直接就影响计轴的信息传输，IOU信息传输报警灯就会红，也就是我们常见的计轴站间信息传输故障，FCU板卡上的输入输出就代表了有通信机械室到计轴机柜的两根尾纤，现在我们只要将备用的第二路通道连接上第二块FCU板卡上，就构成了热备的第二条站间通道。具体电路如下：

新的计轴系统MCU采用2*2取2结构， MCU主副卡热备，采取表决的方法，保证数据的真实性。当主卡系统发生故障时，自动切换，副卡投入使用并输出指令，当副卡故障时给出报警信息，主卡仍可正常工作。我们提到的FCU卡双卡双待，就是2 套通讯系统相对独立执行MCU指令并严格隔离，由MCU卡检测，如果这2块FCU板状态一致，由MCU将安全信息输出，如果这2块FCU板状态不一致，软件自动逻辑运算进行判断，若其中一路通讯正常，则切断FSD亮红灯，通讯中断的FCU板故障工作电源，使其强制进行复位，复位后FCU状态仍然不一致时，迫使计轴系统输入输出IOU板工作监督的BJ灯点亮红灯，并将报警信息传递至微机监测系统，交由电务值班人员人工处理。但此报警信息并不会驱动BJJ落下，不传递给计算机联锁系统导致QGJ落下区间占用。假如2块FCU板通讯都中断，则驱动BJJ计轴报警继电器落下给出报警信息。保证了区间可靠占用，安全性能高，可靠度高。

4 总结

计轴是一种重要的铁路信号设备，世界各大铁路公司都有相应的计轴产品。计轴系统集传感器，通信传输，故障-安全计算机等技术为一身，可谓麻雀虽小五脏俱全。计算机采用了2取2冗余，安全完整性水平达到了SIL4。可以展望如果列控系统发展到C4，机车信号不再从轨道接收信息，轨道电路则可以被计轴完全取代来实现列车占用检查，计轴技术在今后的铁路发展中将会占据重要地位。对计轴设备日常维护和故障处理的研究将使我们运维工作始终处于同行业领先地位。