计轴论文[1]

TAZ Ⅱ计轴系统技术

主题词本文介绍德国提芬巴赫TAZ Ⅱ计轴系统技术条件、工作原理、系统特点。

TAZ Ⅱ计轴系统是由德国提芬巴赫公司（Tiefenbach GmbH）开发和生产的、用于轨道区段占用和空闲检查的信号装备。该系统已通过欧洲安全认证，并在欧洲得到广泛运用，其中科隆站和法兰克福站均使用该系统。2007年1月，深圳市科安达电子技术有限公司引进该系统，并对系统进行了适应性的改造，在广铁集团公司广州西站进行了系统试验，用于解决路轨道电路分路不良问题。系统经过了六个多月的运用试验后，2008年3月14日通过了铁道部技术审查。

一、技术条件

TAZ Ⅱ计轴系统是依据欧洲的需求和标准而开发的，与中国的需求和标准相比，大部分是共性的。下面列出了系统关键性技术条件和指标：

1)列车运行速度：0～250km/h

2)最大计数容量：4096轴（循环计数器）

3)最小车轮直径：250mm

4)最大车轮直径：2000mm

5)最小轴距：700mm

6)温度范围：-40～+85℃（室外）、-25℃到+50℃（室内）

7)计轴可靠性：10-9次错误/轴

8)MTBF：750000h

二、工作原理

(一)系统结构

系统技术结构参见图一，计轴系统包括双车轮传感器（DSS）、双通道缓冲放大器、双通道电子计轴单元、继电器输出单元、计轴器复零单元和电源等单元模块。

图一：TAZ Ⅱ计轴系统框图

车轮经过DSS，均要由两个车轮传感器分别感应出两路车轮信号，再通过缓冲放大器的双通道电路的放大和整形，分别输出两路轴脉冲信号。两路车轮信号的感应、放大和整形过程是由两个相互独立的电路完成的，并且呈现相位差，代表了车轮运行方向。

计轴单元的内部也有两个相互独立的运算电路，每个运算电路都包括方向检测和二进制循环计数电路。每个运算电路都要接收两路轴脉冲信号，分别进行车轮运行方向判别和轴计数。两个运算电路的车轮运行方向和轴计数结果要进行比较，结果一致才能有输出。

从系统的技术结构可以看出，计轴系统是由两套相同的电子电路构成的二取二‘故障-安全’系统。

(二)DSS车轮感应原理

车轮传感器的内部电路由一个高频LC有源振荡器和相应的一系列附属电路构成，电路的输出端也就是电源供电端，由缓冲放大器的直流恒流源供电。当车轮接近传感器时，车轮的铁磁介质对内部LC有阻尼作用，使电路的工作状态发生变化，电路输出端的端电压将升高，参见图二。

图二：车轮传感器工作示意图

DSS由相互独立、电路分离的两个车轮传感器组成。这种个体系统的独立性是出于安全方面考虑，而且不能因为任何原因被取消。使用单个车轮传感器或两个车轮传感器互相不独立，都被认为是不安全的。车轮跨越DSS，两个车轮传感器分别感应出车轮脉冲信号。两路脉冲信号必须满足有先后有重叠的特征，才被认为是有效的车轮信号，如图三所示。两路脉冲信号的相位关系代表车轮的运动方向，系统以此来识别车轮运行方向。

图三：DSS工作示意图

(三)DSS松动识别

DSS松动识别功能通过两个附加的振荡回路实现，如图13所示。它们或是通过阻尼板（A）或是通过衰减板（B）在振荡回路范围内产生阻尼。如果DSS松动，这种阻尼消失，传感器系统将在输出端产生一个信号。因此，如果DSS松动、脱离钢轨、从钢轨上拆除或在轨道上安装不正确，结果会被计轴系统识别。

图13：DSS松动识别原理

(四)轨道区段空闲检测

轨道区段空闲检测功能由继电器输出单元完成，它以继电器接点方式输出空闲或占用

状态。继电器输出单元采用欧洲小型继电器，遵循安全模式构成了‘故障-安全’电路。系统只要出现下列条件之一，继电器输出单元即输出并保持区段占用状态：

1)计轴区段任何一个DSS中的任一个车轮传感器占用；

2)计轴单元中任一个计数通道有效计入一轴。

三、系统特性

(一)安全性和可靠性

系统符合欧洲电气委员会（CENELEC）标准：EN 50126、EN 50128和EN 50129的要求。安全完善度等级为AK7级（SIL4级）。计轴可靠性为10-9次错误/轴，这也达到了SIL4要求的上限。

(二)可用性

每个轨道区段配置一套计轴运算单元，各区段的计轴电路互相独立、互不影响。因此，一个故障只能影响单个计轴电路，不会影响多个计轴电路的正常工作。

(三)可维护性

室外计轴点除了双车轮传感器（DSS）之外，没有任何其它的轨旁电子设备，设备集中于室内，有利于系统维护和维修工作。

DSS采用单体封装方式，一个计轴点仅配置一个DSS，没有复杂的所谓接收和发送磁头等分离的部件，安装、调整及维护都简单。

现场对系统设备的维修仅限于更换单元模块或模块化的插入式板卡，同类型单元模块或板卡都可以通用互换。对于不同车站的设备，包括运算单元都没有系统软件不同的问题，这给系统设备的维护和维修工作带来了极大便利。

系统可选采集记录单元，可将设备的运行状态信息循环记录，为故障诊断和分析提供数据。

系统日常是免维护的，一年周期内仅对室内外设备进行一次检查。在室内，只对监视继电器BRKDN（计数器动作一致性检查继电器）进行一次功能测试。在室外，只对DSS进行一次检查，以确定安装是否安全牢靠，工作状态是否适当。

(四)系统对国内信号电缆的适应性

对于DSS使用的电缆，系统要求使用双绞线，电缆芯线环路电阻不能大于200欧姆，对电缆的特性阻抗未提出要求，在欧洲，通常使用Φ0.9mm或Φ1.4mm电缆。

根据特性分析和现场验证，系统可以使用国内普通信号电缆。DSS有两路车轮传感器，每路车轮传感器有两线。一个DSS共四线使用信号电缆的一个四芯组。国内信号电缆的线径为Φ1.0mm，根据电缆芯线环路电阻不能大于200欧姆的要求，可以计算得出传输距离为4255米。

四、运用试验情况

系统在广州西站进行了运用试验。广州西站位于电气化区段，是一个以货物运输为主的车站。车站信号设备的概况是：计算机联锁、车站25Hz相敏轨道电路、ZD6系列四线制道岔、站内叠加四信息电码化、屏蔽信号电缆、信号二路电源、64D半自动闭塞。线路是P50型钢轨。