CBTC教材-计轴部分

1计轴部分系统篇一、概述计轴设备主要在CBTC系统的移动授权尚未开通时使用，同时也作为无线设备故障时的备用冗余设备存在，与原来地铁1～5号线使用的轨道电路有很多相似的地方。计轴设备分为室内和轨旁两部分。在上海地铁6/8/9号线轨道边有一个个醒目的亮黄色立式盒子（EAK30C轨道箱），俗称“黄帽子”。黄帽子和轨道上安装的计轴磁头（SK30磁头）一起构成了计轴的轨旁设备（ZP30C计轴点）。计轴设备根据计轴点划分轨道区段，计轴点分布与轨道电路的BOND位置相似，基本在每个信号机处都有一个计轴点。计轴点在图纸上一般用“”图标表示，共享计轴点在图标外面加圆圈，所谓共享计轴点就是向两个集中站发送数据的计轴点。计轴点上有车轮经过就会向EAK箱子里的电路板发送电信号，经过计算和转化后发送至室内设备。计轴的室内设备集中在ACE机架内，ACE即计轴核算器（AxleCounterEvaluator）的缩写。机架内的设备有PDCU、电源板、串行I/O板、CPU板、并行I/O板和Weidmuller。这些设备由各层TB接线端子连接在一起，负责将轨旁设备采集的信息处理后送到微机联锁系统PMI作为联锁运算的数据使用。二、计轴各设备祥解1、计轴磁头计轴磁头安装在轨道上，轨道外侧圆柱形磁头能够发送电磁场，轨道内侧方形磁头负责接收该电磁场信号，如图2-1所示。当车轮经过磁头的时候，如图2-2，磁力线由于金属的介入而改变，接收端磁头接受到的磁场强度会发生变化。随着接收到的磁场强度变化，接收磁头发送回EAK箱的电压会跟着变化。每个计轴点有相邻的2对磁头共4个，每个磁头都有电缆同EAK箱的底板连接。2图2-1安装在轨道上的计轴磁头图2-2车轮对磁场的影响作用同一计轴点的两对磁头在电气特性方面也存在差别，通常用所朝方向决定SK1和SK2来区分这两对磁头，SK1的电压变化幅度要比SK2略小。之所以两对磁头有细微的差别是3为了确定列车的运行方向。2、EAK箱内设备EAK箱的作用是给磁头供电，然后接收磁头发回的信号，经过简单逻辑判断和处理后发回室内。箱内有接地板，接地板上EAK电子单元，电子单元里有底板、模拟板以及核算器板各一块。一般计轴点的EAK箱下个共有6条电缆，其中4条电缆连接计轴磁头，1条电缆连接室内CTF分线盘，还有一条地线电缆。图2-3EAK设备箱图2-4电子单元子架整个EAK内部设备可以从中间分为基本对称的两半，每一半对应一对计轴磁头。两半的工作原理相同。41）底板电子单元的底板类似于电脑的主板，整个电子单元的供电由此接入，核算器和模拟板插在底板的插槽中。底板边缘还有一个测试插座，可以连接测试工具用来察看电路板的工作电压以及磁头发送回来的电信号等。图2-5电子单元底板底板的线缆终端上连接的是沟通室内外的电缆，电缆另一头通过室内CTF分线盘连接ACE机架内对应的PDCU，整个电子单元的100V供电就是由PDCU提供的。普通计轴点的线缆终端3和13两个端子上有接线，供电输出和数据回送都是在这两根配线上实现的，用电压表测量可以测到接近100V的交流电压。共享计轴点的4和14端子也有配线，这两根线连接的是另一个集中站的对应PDCU，由于只需要将数据共享，所以4和14端子的接线没有电源输入。WAGO终端连接的是计轴磁头。计轴磁头所需要的5V电源和板卡的24V工作电源都由底板供电。因为所有的核算器、模拟板和PDCU都不需要特别编程，更换新的就能立即投入使用，为了区分不同计轴点的数据就必须给每个数据加上地址。底板上的地址开关就是这个作用。2）模拟板卡在车轮靠近和远离的过程中，计轴磁头的磁场变化是一个渐进的过程，所导致的接收端5电压变化自然也是渐变的。模拟板的功能就是把这种渐变的信号转变成核算器板能读懂的电脉冲信号。图2-6模拟板卡灯位和电位器功能参考电压和调整电压是模拟板工作的两个重要数据，将测试工具箱连接到底板的测试工具插头上，通过相应的档位就可以读出SK1和SK2的这两个数值。调整电压（MESSAB）就是磁头发送回EAK的电压。当车轮靠近磁头上方，该电压会急剧变小，当车轮在磁头正上方时，电压值最小。调整电压的最大值和最小值之间的差距基本恒定，绝对数值约为400mV。旋转电位器R2/R4，调整电压波形会在纵轴上发生平移，通过放上和取下模拟车轮，将最大值和最小值调整为绝对值相等的相反数。只要记录有车轮和无车轮的电压绝对值，将它们相加除以2即可得到需要的值。测试工具箱的10档用来测试SK1的调整电压，12档测试SK2的调整电压。参考电压（PEGUE）是一个定值，其作用就是作为一个参考值。参考电压的调整一般在完成调整电压后。改变测试工具档位测量参考电压，旋转电位器R1/R3，使参考电压值等于没有车轮时的调整电压值。这样平时调整电压值在正常范围内时，模拟板持续送出高电平6信号，当调整电压值达到负的参考电压时，模拟板送出低电平信号。测试工具箱的11档用来测试SK1的参考电压，13档测试SK2的参考电压。3）核算器板核算器的功能就是计数和向室内发送数据。核算器板有自检功能，一旦发现本身CPU有故障就会停止向室内发送错误数据。图2-7核算器灯位信息3、PDCUPDCU是电源/数据调谐单元（Power/DataCouplingUnit）的简称，安装在室内ACE机架背面，一头通过CTF分线盘连接轨旁设备，另一头连接着机架内的串行I/O板。正如设备名所述，PDCU就是起到一个将电源和数据的通道进行合理分配的作用，对室外的100V供电和EAK发回的数据走的是同一对线。PDCU的1、2号端口接的是电源屏的100V电源输入，如果1、2号口没有电源配线，你可以很容易的确定这个PDCU对应的是一个共享计轴点。4、ACE子架7ACE子架是室内计轴设备的核心，一个ACE子架分为三层，每层有16个板卡位。第一层两块电源板和两块CPU板占掉6个板卡位，其余板卡位则是并行和串行I/O板，没有板卡的位置用盖板盖住。图2-8ACE子架ACE子架的串行I/O接收到来自PDCU的计轴点数据输入，将数据送到CPU板，CPU通过各个计轴点之间的逻辑关系，将来自计轴点的数据经过运算转化为各区段的状态信息后送到并行I/O，并行I/O将区段状态数据输出给联锁系统作为联锁条件。计轴区段有3种状态：空闲、占用和受扰。空闲区段即区段内轮对数为零的区段。当该区段两头任何一个计轴磁头上有车轮滑向区段内，区段内轮对数变成正数就会成为占用状态。当该区段两头任何一个计轴磁头上有车轮滑出去段，区段内轮对数变成负数就成为受扰状态。占用区段内有多少轮对记录在室内ACE机架的CPU模块内，如果有相同数量的车轮滑出该区段，区段就会恢复空闲。一旦区段受扰，并行I/O板会自动锁死，除非经过复位和清扫处理，否则只会向联锁系统发送受扰信号。1）电源模块8电源模块从电源屏获得60V交流电输入，然后分配给串行和并行I/O使用。图2-9电源模块2）串行I/O，并行I/O一块串行I/O板负责2个计轴点的输入，一块并行I/O板负责1个区段状态的输出图2-10串行I/O板图2-11并行I/O板9并行I/O板有许多LED灯位，可以通过这些LED看出计轴区段的一些简单情况。上面一组4个LED显示板卡的连接信息，如果两个数据通道都完好，这4个绿灯都是点亮的。下面一组8个LED分为3部分，最上面2个绿色灯位在区段占用时点亮，空闲和受扰时熄灭。中间4个橙色LED是一些输入信息，根据配线的不同会有不同的显示状态。目前的四个灯位配置能显示空闲、占用、受扰、正在复位和待清扫5种状态。最下面2个绿色LED隔一段时间会点亮一次，这表示CPU正在检查这块板卡运行状态，检查完这块板卡CPU会接着检查下一块，一直不停的循环。区段受扰后如果确认故障已经排除，则需要复位并行I/O，操作要求按下复位按钮的同时转动复位钥匙，保持2~6秒。复位成功可以从4个橙色LED的变化看出来。无论原来区段状态如何，复位后的区段状态是待清扫，在联锁上仍然按受扰处理，待清扫状态需要清扫后才能恢复空闲，清扫具体方法在维护篇有详细说明。3）CPU模块CPU模块是整个计轴系统的神经中枢，它的程序里烧录着计轴点和计轴区段之间的关系，它控制着系统并行I/O的输出，与联锁系统的安全密切相关。本着故障导向安全的原则，如果CPU模块发生故障或者失电，与该CPU有关的所有计轴区段将全部受扰。图2-12CPU模块板10CPU板上有两种用于诊断的接口，可以根据分析设备的不同自由选择。正常运行的CPU板的字母数字显示屏上是一条旋转的直线，CPU板死机直线停止旋转，这是就要按重置按钮重启CPU模块。但是要注意的是，按下重置按钮会消除CPU记录的所有运营日志。5、WEIDMULLER接线端子WEIDMULLER端子体积很小，安装在TB6端子排上，其功能类似于一个继电器。如果WEIDMULLER正常工作，TB6端子排上的LED会点亮，可以根据这个灯位更换故障的WEIDMULLER。WEIDMULLER和并行I/O板的输出安全有关系。并行I/O的输出需要借用24V电源提供输出用电，WEIDMULLER在24V电源出问题时会切断对联锁系统的输出。关于WEIDMULLER接线端子的具体功能不是很清楚，希望设备提供方具体说明三、总结总的来说，计轴并不是真正的CBTC，但是从目前的经验来看，仅用计轴设备也能够让地铁运营正常展开。计轴的核心理念还是以前轨道电路的轨道区段闭塞概念。相比较轨道电路设备更简单，功能有一定的弱化，比如不能检查断轨。但是作为一套备用系统而言，功能已经非常完善，且维护量不大。在CBTC正式上线以后，自然计轴设备退居幕后，但请不要忘记这套系统。虽然不愿意这么想，但是世界上没有一定不出问题的系统，总有一天你会需要它的。11计轴部分维护篇室外维护测试设备：计轴测试箱，最好配备扭力扳手一把。12计轴室外设备的日常维护：检查黄帽子及磁头电缆的物理安装，是否有线皮破损或潮气渗漏。检查磁头和电缆的接地是否有物理损坏。发送磁头不能和钢轨有接触。取下黄帽子观察灯位信息是否有异常。可以接上测试箱，用3、4档察看电路板的24V工作电压是否超限。注意工具的使用，金属工具不要从磁头上划过，有可能造成不必要的受扰。计轴室内设备的日常维护：做好日常巡检，检查灯位信息是否有异常。注意风扇的工作是否正常。半年检：首先检查室内向室外供电是否在正确容差范围内。将维护用计算机连接到CPU板，通过诊断软件检查是否有漂移报警（DRW）。如果有很多无法解释的报警，需要去轨旁检查设备。（漂移报警可能会由列车停靠在磁头边上造成）用诊断电脑检查在并口I/O板上是否有锁定输入故障。很少有车占用的区间关联的并口板，其状态输出继电器要每年检查。诊断电脑要用电池，或者电源适配器对地绝缘。诊断电脑接诊断线时，仅能连接一个CPU板，即CPU1板。计轴诊断软件使用说明1.首先安装计轴诊断软件DiagnoseV2.4.2.双击Setup.exe,选择English.注意诊断的电脑系统要把语言改为英文，步骤为：ControlPanel---Data,Time,LanguageandRegionalOptions---RegionalandLanguage---Advanced---Languagefornon-Unicodeprograms---改成English(UK)2.打开Diagnose。如图所示，选择Elements，出现测试栏。ElementType选为DetectionPoint,DiagnosticEvent选为OperationalName,单击13Single。则可以明确Element的数值与Parameter实际对应设备名称之间的关系。3.进行维护诊断，目前的维护主要是室外设备，即磁头硬件工作状态及历史记录。所以主要只检查DetectionPoint的历史记录。如下图所示：选择History窗口，ElementType选为DetectionPoint.StartTime选择上次测试的时间。ElementNumber从1开始，直至测试完所有磁头。144．按照测试记录表格，填写