计轴器在城市轨道交通控制系统中的应用探讨

内蒙古交通职业技术学院 李媛婧

引言

我国无线通信技术在科技力量迅猛提升，实现了自动化全程控制，尤其是应用在列车控制系统当中，能在确保行车速度得以提升的基础上，将列车行车距离加以缩减。同时，依靠计轴器部分，能够整体硬件与软件系统的性能，确保控制中心能够不间断达到双向通信效果，正因为计轴器体现出的较多应用优势，而受到了城市轨道交通行业人员的高度关注。

1 系统总体结构

计轴器设备，主要就是面对需要核查区段情况，做出全方面检查的工具，将其应用在城市轨道交通控制系统中，可以确保人员站在轨道区段端口位置上，妥善设置好计轴点，然后整合内部涵盖的UPS电源、继电器等多个子设备，依靠健全电缆结构加以连接，发挥其使用性能。其中存在的计轴运算器，在与计轴点进行联系时，主要依靠的是CAN总线。详细分析计轴设备结构组成，可以从图1进行观察。

图1 计轴设备总体结构图

1.1 车轴传感器

车轴传感器，是指整个设备的核心内部涵盖信号发射与接收线圈，结合车轮铁磁体的作用，确保发射线圈与接收线圈之间存在耦合联系，站在车轮结构上，此时电感等方面会出现相应的改变，将车轮对过磁头的次数转换成脉冲而产生轮轴信号，因此又被行业人士称为磁头。要想能够凸显出车轴传感器部分的性能，必须要求其具备以下几点作用：第一是较强稳定电性能；第二是良好机械性能；第三是故障导向安全；第四是高效抵抗外界干扰性能。在工作人员安装车轮传感器过程中，主要可以采取双套单轨方式，人员面对期间设置的所有检测站点，将事先准备好的传感器进行妥善安装，然后确定出枕木结构，将两个磁头做出合理化安装处理，最为关键的是，工作人员完成磁头安装工作以后，应该要求其都处于相同钢轨一边，像钢轨的外部结构中，应该有发送磁头部分，而钢轨的内部环境中，可以将接收磁头做出合理化的安装，一方面能够对列车行驶方向进行判断，另一方面也能够及时对轴轮数据做出全方位的收集。大多数条件下，在线路运行右边钢轨位置上，工作人员需要确定好计轴器，尽可能安装在信号机、绝缘节的同一个坐标点。

1.2 电子单元

电子连接盒的电子单元，主要是位于设备传感器相同方位，箱盒向所属线路外侧打开。分析电子单元的存在价值，首先，能够针对收集到的室内数据信息，合理调整为单元所需电压结构，然后将信号电压传输到发送磁头部分。同时，在使用电子单元过程中，能够将计轴器传感器的磁头接收中感应的数据信号，此时出现的数据信号，一方面能够满足较远间距有效传输的效果，另一方面也能够便于主机系统对其实施有效把控。在电子单元内部环境中，涵盖了预处理传感器信息所需要的所有电子元件，像数字信息处理模块DSP、处理器模块ZpR等，都是不可缺少的重要部分。要想将电能全部传输到计轴器身上，及时传递各项数据信息，就要在所有检测站点下，工作人员应该设置好两对电缆结构，其一是当作数据传输线，其二是作为电源线进行使用。

1.3 计轴核算器

在室内环境中设置好的计轴核算器，主要包括电源、计算机以及并行输入、输出等几个结构。从根本上讲，作为二取二或三取二的微机系统，计轴核算器有着较安全的特点，对三十二个区段作为精细化的监管。分析计轴核算器存在意义，首先，轮询所有计轴室外设备，对其中计轴信息进行获取，对所有测轴位置上的信息进行全方位的收集与分析；同时，通过工作人员精确性计算，明确好计轴区段的真实情况，给出区段占用信息、传输轨道占用信息和诊断数据等。

1.3.1 二取二主控MCU单元

站在计轴运算器结构上，其中所有的二取二主控MCU单元，不管是硬件还是功能等方面都或多或少存在一定相同特点，面对期间设置好的两个微控制器，一方面能够对自身使用状态实施针对性的检查，另一方面也能够像对方做出全方面运行监控效果。如果在其运行过程中，一方出现故障等隐患，此时设备会及时发出警报。

1.3.2 硬件冗余的安全型驱动（输出）电路

在所有区段使用状态或者是空闲阶段中发挥作用的安全型驱动（输出）电路，可以说是计轴器设备最后发挥执行指令的一个结构，是一个安全型偏极继电器，而该继电器的驱动电路是由AC/DC转换技术构造的，并由两微控制器以“与”的方式共同控制的故障——安全电路。在电路运行过程中，如果有一个部分零部件出现问题，那么都会制约电路不能有效输出。

2 .系统工作原理及特点

2.1 计轴系统工作原理

通过实际调查发现，在使用计算轴系统过程中，首先站在城市轨道区段入口以及出口位置上，工作人员事先准备好良好性能的计算轴，确定每一个计算轴上都设置有两套磁头，然后将每一套磁头都设置好发送与接收磁头。具体工作原理可以见图2伴随着城市轨道列车的持续前进，此时当进入到轨道区段内部后，计轴器A与列车车轮相联系，此时传感器A将车轴脉冲，经电子连接箱传送给室内计算机主机系统，由主机系统计算车轴数量，并根据两套磁头的作用时机，判别列车运行方向[1]；在此期间，站在计轴器（传感器）B位置结构上，此时城市轨道列车到达该位置，计轴器B将车轴脉冲，接下来依靠电子连接箱的作用，将数据及时传递到中心主机控制系统身上，对轴数据做出累积或递减核算判断。综合研究详细记录的轨道区段内驶入点和驶出点轴数对比内容，一方面能够得出在区段处于占用状态时，此时输出轴数要小于输入轴数，另一方面当区段处于空闲情况时，此时输出与输入轴数两者相等。在城市轨道列车进入到轨道区段过程中，分析传感器A计数量，可以将其定义为N（列车轴数），那么可以得到传感器B结果数值为零，所以根据轴数信息主机系统发出区段占用信息，控制该区段的轨道继电器落下；伴随着列车的继续前进，逐渐远离该轨道区段，工作人员分析此时传感器B计数，可以得出N，通过主机系统内在强大计算性能，得出了相同于传感器A一样的数据，那么就可以判断该区段处于空闲状态，输出控制信息使该区段的轨道继电器吸起。

图2 计轴基本原理图：

2.2 计轴器的工作原理

在使用计轴器的过程中，因为该部分本质上就是电磁式有源传感器，能够依靠线圈互感工作模式，在城市轨道列车行驶过程中，鉴于工作人员设置好的计侧位置点，当有车轮经过以后[2]，分析其中磁通变化状态，最终获取到轮轴信号。在车轮传感器当中，不管是哪一套磁头，都涵盖了发送（T）与接收（R）两个磁头，工作人员在城市轨道外部，将发送磁头加以妥善安装，然后在钢轨内部环境下，做好接收磁头安装工作。发送磁头的线圈和接收磁头的线圈及钢轨的配置形状如图3所示。

图3 发送与接收磁头间的磁路

发送线圈T和接收线圈R产生的磁通环绕过钢轨后形成两个磁通Φ1、Φ2，它们以不同的路径、相反的方向穿过接收线圈R。期间存在的车轮传感器，如果上面没有车轮经过[3]，那么分析Φ2的磁通就会明显小于Φ1的磁通。特别是站在接收线圈内部条件下，会有一些交流电压信号的出现，不管是相位还是发送电压相位等，都保持相同状态。设置好的车轮传感器，在有车轮经过以后，那么鉴于车轮本身存在的屏蔽效果，会导致全部磁通桥路出现相应改变，此时Φ1减小、Φ2增大，对接收线圈内部感应交流电压相位进行研究，正好与车轮传感器保持相反的状态，该相位变化经车轮电子检测器电路处理后，即形成了轴脉冲。如图4所示。

图4 车轮作用下发送与接收磁头间的磁场变化：

3 计轴器的应用

为了能够对城市轨道区段状态加以有效检测，就需要工作人员合理设置传感器。面对当前大多数的轨道区段，因为类型具有明显差异，那么就决定了工作人员在安装传感器时，必须先对轨道区段类型加以明确，然后严格按照行业标准，实施准确性安装处理。多种类型的轨道区段，工作人员在采取不同设置模式时，必须站在现实环境下进行分析与处理。具体分析几种轨道区段传感器安装手段，可以从以下几方面进行研究：第一是多条进路道岔区段安装方法；第二是共用检测点的两个轨道区段安装；第三是渡线道岔区段模式。工作人员对城市轨道区段状态进行有效检测，站在输出设备视角下，如果确定为轨道继电器（DGJ），那么就证明目前区段处于空闲状态，相反情况下，就证明目前轨道区段处于占用状态。站在差异性城市轨道区段视角下，尤其是工作人员面对道岔区段，分析一个轨道区段内部，甚至会有较多出入口，工作人员为了能够充分发挥出计轴传感器存在的价值，那么就必须整合出口与入口部分，简单而言，保持行驶状态的城市轨道交通列车[4]，不管是从哪一个入口进入到区段内部，或者是从任何一个出口远离轨道区段，鉴于轨道区段两边都已经设置好的计轴传感器，都能够获取到合理的输出结果，因而能够对轨道区段状态加以明确与判断。

4 结论

伴随着我国城市轨道交通行业的稳定发展，为了能够确保系统保持较强安全性以及稳定运行状态，那么从业人员可以借助计轴设备。从根本上看，作为CBTC系统后备方式电路结构的替换部分，通过计轴设备的作用，一方面能够对列车整个运行状态进行有效监控，即使系统出现问题，也能够整合联锁以及闭塞等多个系统结构，呈现出闭塞制式状态，保证列车运行免受故障的威胁；另一方面也能够充分发挥自动化控制模式，致力于整个列车更加安全运行。通过较长使用实践可以得出，应用了计轴器的城市轨道交通控制系统，在其体现出较强稳定性及可靠性等特点下，也不需要轨道交通企业投入较大的成本，在当前乃至未来很长一段时间内，值得从业人员全面推广并应用。