叶兴
成都地铁运营有限公司 四川成都 610000
摘要：计轴或轨道电路是铁路信号系统自动检查轨道区段空闲与占用的不可缺少的地面设备，计轴又称微机计轴，是通过比较进入和驶离轨道区段两端计轴点的列车轴数，来完成轨道区段空闲与占用状态自动检查的专用铁路信号设备。本文主要从计轴系统的概述、构成、原理、优缺点及故障处理方面进行介绍，并研究了计轴系统在CBTC系统中的应用。
关键词：计轴 ；组成；原理；故障处理；应用研究
当前，国内外地铁信号系统几乎都采用基于无线通信的列车自动控制系统（CBTC），而计轴作为列车占用检测设备，在CBTC后备模式下扮演着重要角色。近年来国内新建地铁都使用了各厂家的计轴作为后备模式核心系统。其广泛应用已经成为当前地铁信号领域的发展方向。
1 计轴系统概述
计轴技术是一项比较早的列车检测技术,计轴设备作为轨道区段占用检查设备,早在20世纪20年代已开始在欧洲铁路使用,它的出现解决了欧洲部分使用钢制轨枕的线路,交流轨道电路无法实现轨道区段占用检查的问题。经过90多年的发展，经历了机械式、电子管、晶体管和集成电路不同发展阶段，计数模式也由机械计数、电子计数发展到现在的微处理计数。
具体讲，计轴设备是一种位于轨道旁的设备，对通过它所在位置的列车轮轴进行计数。计轴区段是一种设计用来替代轨道电路的列车占用检测设备，有空闲、占用、干扰三种状态，并包含计轴评估单元，可以更智能地检测列车占用，实现故障恢复，具有完整的系统功能。
2 计轴系统的组成
计轴系统主要由室内和室外两部分组成。室内设备主要包括： 计轴主机、数字电源耦合单元、室内诊断系统：计轴诊断机 ；室外设备主要包括：电子盒和轨道磁头，室内主机与室外计轴点采用ISDN数据通信，且电源与数据可共线传输。每台主机最多可以连接三十多个计轴点、监控三十多个区段，适用于一般区段和复杂站场。
2.1、室内ACE设备主要包括CPU板、电源板、串口板、并口板。
（1）CPU板。通过通道间交换报文的软件比较达到安全处理目的。报文比较后CPU执行一个程序来确定是否所有结果一致。如果不一致，则暂停执行一个导向安全的响应。 为了减少故障响应时间,RAM,ROM和CPU的检测在后台模式下进行。
（2）电源板。主要功能是向各个I/O提供电源。
（3）串口板。由两个独立的综合业务数字网通道组成，能显示与监测点的连接状态以及通信状态，接收来自轨旁设备的数据 ，转换后传给CAN总线 ，每块串口板可以连接1-2个室外检测点 。
（4）并口板
并口板的主要功能室输出轨道区段占用状态信息，每块并口板对应一个计轴轨道区段 。
2.2、室外主要设备主要为电子盒及轨道磁头。
3计轴系统功能及原理
3.1、磁头工作原理
每套磁头包括两个发送磁头(TX)和两个接收磁头(RX)，发送磁头安装在轨道外侧，接收磁头安装在轨道内侧，并与相应的发送磁头一一对应，内接收磁头部为绕制在铁芯上的线圈 。两组发送线圈中，因电流的频率各不相同它们产生的交变磁场使接收线圈产生感应电压。当有车轮轮缘压在钢轨上时，接收线圈产生的感应电压的相位反转180度，系统可根据其相位变化检测到一个轴。
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（1）没有车轮时，车轮距离磁头中心超过200mm，发送线圈产生的交变磁场穿过接收线圈，其磁力线与接收线圈的垂直线成一个角度λ，导致接收线圈中产生与发送线圈的电压相位相同的感应交流电压。
（2）车轮距磁头中心线约200mm的位置时，发送线圈产生的磁力线垂直穿过接收线圈，这样，接收线圈的感应电压变为零。
（3）车轮到达磁头上方，发送线圈产生的磁力线穿过接收线圈，但磁力线与接收线圈的垂直线的角度变为-λ，那么，接收线圈中产生的感应交流电压较发送线圈的电压相位反转了180度。
3.2、电子盒功能
电子盒中包括评估板、模拟板、机笼、WAGO 端子 、底板 、磁头电缆及安装基础。评估板主要用来进行轴脉冲计数、判断计数方向、监督轨道磁头、并向主机发送数据；模拟板主要功能是生成发送信号并放大接收信号。
3.3、区段占用、出清原理
区段占用及空闲判断非常简单，即:计轴对进入区段和出清区段的列车轴数进行计数，当计入（占压区段的轮轴）等于计出（驶出区段的轮轴）时，区段显示空闲，当计入不等于计出时，区段显示占用。
4计轴系统的优缺点
4.1 优点
无需安装钢轨绝缘。不受机械绝缘节、轨距杆、轨道连接杆、道岔安装装置等绝缘是否良好及线路条件的影响。
能够适应恶劣环境。诸如潮湿、积水，钢轨面生锈、粉尘污染、钢轨肥边等环境下，可以正常工作。
闭塞分区（轨道区段）长度不受限制。采用计轴器作为轨道区段检测设备，其轨道区段长度不受限制，只是受限于计轴点（室外设备DSS）与运算单元（室内设备）之间的传输距离，计轴系统的传输距离受限于连接电缆的直流电阻，电缆线对环阻一般最高为200欧姆，以线径1.0mm的铜芯电缆计算（≤23.5Ω/Km）其最大传输距离为4255m,如果需要更长的传输距离只要加大电缆线径即可，这点采用计算机区域联锁设备的地铁行业非常适用。
工作稳定可靠，故障率低。现场环境的变化（潮湿、积水、短路、连接线及接续线损坏）极易造成轨道电路故障，往往导致列车晚点，而计轴设备受现场环境变化影响少、可靠性高，也减少了由于信号系统失效而使用降级模式时带来的室外操作。
无需中继点。地铁的站点不可能是均匀分布的，会出现多个长大区段，由于计轴设备闭塞分区（轨道区段）长度不受限制，所以无需增加采用轨道电路设备常设的中继点。
维修工作量少、费用低。计轴设备调试工作正常后，一般不需要维修和调整，也极少更换配件。
虽然计轴设备在地铁行业应用广泛，但也有其自身缺点。一是容易受干扰，主要来自失电后恢复、电磁干扰、磁头处划过金属物等；二是仅能提供间断的列车经过固定位置（磁头）的指示，如果巧合列车经过计轴磁头时恰好该磁头故障，列车就没有被检测地进入一个被认为空闲的区段，有一定的安全风险；三是故障复零需人工确认区段空闲，这就引入了不可靠的人为的因素，也带来了安全风险。总之，计轴是一种重要的铁路信号设备，被广泛地应用于地铁行业，世界各大铁路公司都有计轴产品，如西门子（SIEMENS的AzS350U）、阿尔卡特（Alcatel的AzL90M）、阿尔斯通（ALSTom）、庞巴迪（Bombardier）、通用电气公司（GE的SCA）等，随着列车定位技术的发展和完善，机车不再从传统的轨道电路接收信息，轨道电路在地铁行业可以被计轴完全取代来实现列车占用检查。
4.2、缺点
（1）计轴容易受扰，如电磁干扰、磁头处划过金属物等。
（2）因为掉电等各种原因，轴计数器可能“忘记”一个区段内有多少轴，人工操作引入了不可靠人为的因素。
（3）计轴通过对经过的轮轴进行计数，不能通过回流检测断轨。
参考文献：
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[2] 中华人民共和国铁道部.铁路信号维护规则技术标准[M]．北京：中国铁道出版社，2009：
[3] 北京城乡建设委员会．地下铁道工程施工及验收规范[M]．北京：中国计划出版社，2004：
[4] 中国铁路通信信号总公司研究设计院．铁路工程设计技术手册[M]．北京：中国铁道出版社，1993：
论文作者:叶兴
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/17
标签：区段论文; 磁头论文; 轨道论文; 线圈论文; 设备论文; 列车论文; 系统论文; 《防护工程》2018年第14期论文;