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【摘 要】为保证现代轨道交通信号系统安全、稳定地工作，配置计轴设备检测轨道区段占用情况，实现独立保护区段功能。文章主要是对品奇提芬巴赫TAZII型计轴系统的组成、功能、原理、安全性分析进行介绍。
【关键词】计轴组成；功能；原理；安全性分析
TAZII型计轴系统为品奇提芬巴赫第二代计轴系统。该设备成熟可靠，能够安全、稳定地工作，并可以完全可靠地与信号系统其他设备进行接口，符合故障-安全原则，能保证连续不间断的工作，具有SIL4级安全认证。符合铁道部有关技术条件，满足铁路信号故障安全原则。
1、计轴设备的组成
TAZII型计轴系统由室内设备和室外设备组成，具备外接复零条件以及与联锁和微机监测等设备的接口，其组成框图如下图1.1所示。
TAZII/S295型计轴系统室外电子设备为：车轮传感器。室内设备主要包括：放大板、计轴板、输出板、复零板和电源板等单元。其中车轮传感器与放大板组成车轴检测单元，计轴板与输出板等组成计轴运算单元。其功能框图如下图1.2所示。
电源板输入50Hz交流220V电源，输出直流12V和24V电源，为其它板件提供工作电源。
计轴主机为二取二的安全冗余结构。计轴板有2套独立的计轴运算单元，分别根据放大板传送的车轮传感器信息，判断列车行进方向，并完成经过的列车轴数计入和计出统计，当两套计轴运算单元计算结果完全相同时，才输出空闲信息给输出板。
输出板由12个继电器组成，完成车轮传感器的状态输出和区间空闲或占用的条件输出。
2、计轴设备的功能
计轴系统是通过比较轨道区段两端驶入和驶出计轴点的列车轴数，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，可用于站内或区间等场地。
TAZII/S295计轴系统具有以下功能：
安全可靠的检测轨道区段空闲/占用状态，对驶入和驶出各个轨道区段的列车轮轴分别计数，当计轴的驶入数与驶出数不同，则轨道区段显示为占用状态；
为联锁、列控、闭塞和其它信号系统提供轨道区段占用或空闲的安全开关量输出接口；
列车运行方向鉴别功能；
直接复位和预复位功能；
自诊断及故障检测功能，具备与信号微机监测系统、维护支持系统等监测、管理系统的接口。
3、计轴设备的原理
计轴设备的基本原理是基于对所监视的轨道区段两端计数点驶入和驶出轴数的比较，以确定该区段的占用或空闲状态。
如下图所示，列车从所监视区段的A端驶入，计入轴数为CA，列车从所监视区段的B端驶出，计出轴数为CB。当CA不等于CB时，区段占用；当CA等于CB时，区段空闲。
轨道占用和空闲状态检查方式可以分解为两个具体的操作：
在轨道空闲状态下，计入一轴或探测到车轮，轨道转为占用状态；
在轨道占用状态下，计出最后一轴，轨道转为空闲状态。
计入一轴和计出最后一轴都由计轴板作出判断，给输出板传送相应的信息。
车轮驶过车轮传感器作用区域时，车轮传感器产生的轮轴信号经电缆传输到室内的放大板，由放大板将轮轴信号放大整形为轮轴脉冲，并传送到计轴板。计轴板进行车列运行方向判别及轴数统计。计轴板的运算单元比较区段计入和计出的轴数，确定区段占用或空闲状态，为输出板提供工作条件。
输出板根据计轴板和放大板提供的输入条件，输出区段空闲或占用信息。
4、计轴电路安全性分析
4.1二取二计数电路
计数电路由模拟或数字电子电路构成。在数字电子电路中，电路输出有两种逻辑状态，如果电路出现故障，两种逻辑状态输出的概率均等，其输出所处的逻辑状态不确定。即在数字电子电路中，无法确定何种状态为安全状态，电路本身不具备固有故障-安全特性。因此，要实现电子电路的故障-安全特性，要采用两套电路输出进行裁决的组合故障-安全结构。
车轮经过车轮传感器，两个独立传感单元分别感应出两路车轮信号，再通过缓冲放大板的双通道电路的放大和整形，分别输出两路轮轴。两路车轮信号的感應、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。
计数板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轮轴信号，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。
4.2轨道占用和空闲检查电路
图4.2显示了轨道空闲和占用检查电路。S1是车轮传感单元SⅠ占用继电器，S2是车轮传感单元SⅡ占用继电器，Oc1和Oc2分别是两个计数器占用继电器，Oc3为计数器组空闲继电器，CL是计轴器空闲继电器，CLH为计轴器占用继电器，BRKDN为计数器动作一致性检查继电器。
通过Oc1和Oc2接点，在电路中BRKDN用于检查两个计数器动作的一致性，当两个计数器动作不一致时，BRKDN落下。正常情况下，两个计数器动作应该一致，因此BRKDN长期不会动作。
为了检查BRKDN是否失效，设置SETBRKDN和RESETBRKDN按钮，用于人工检查BRKDN的有效性。
若干个车轮经过计轴区段一端的车轮传感器进入区段，然后从区段另一端的车轮传感器离开区段，这是一个完整过程。在这个过程中计轴设备完成了一个计轴过程，区段从空闲到占用状态，又从占用到空闲状态。轨道空闲和占用检查电路的工作过程：
当车轮接近车轮传感器，其中的任意一个车轮传感单元被占用时，S1或S2吸起，CL落下；
车轮前进跨越车轮传感器，同时占用两个车轮传感单元时，CLH得电吸起，并在CL落下期间自保吸起状态； 车轮前进完全越过车轮传感器，计数器计入一轴，区段轴数为一，计数器切断继电器CL励磁电路的工作电源，同时Oc1和Oc2得电吸起，Oc3落下；
在随后的车轮计入和计出过程中，除了计数器不断计数以外，其它继电器均不动作；
最后一个车轮完全越过车轮传感器，计数器计出最后一轴，区段轴数变为零，计数器接通继电器CL励磁电路的工作电源，同时Oc1和Oc2失电，但要延时50mS才落下，Oc3吸起，因此CL才有机会得以吸起并自保。
在电路中，导致电路或系统占用的条件均有两个，只要其中一个条件能够正常工作，就能使电路或系统处于占用状态。在电路中，任何一个继电器被机械式锁闭或不工作，始终保持吸起或落下状态时，系统均会保持占用状态。以下举例说明：
当CL继电器被锁闭，始终吸起时：计数器计入一轴后，Oc3落下指示区段占用。由于CL被锁闭，CLH不会得电。
计数器计出最后一轴后，Oc1和Oc2同时落下，但由于CLH不得电，Oc3也不能得电。
所以没有机会使系统恢复空闲状态，区段永远占用；
当Oc1和Oc2中有一个不工作时：继电器CL落下后再也没有机会吸起；
当Oc1和Oc2中有一个被锁闭得电时：那么Oc3不会吸起；
5、计轴故障对CBTC系统的影响
在CBTC级别下，ZC能够结合CI发送的线路情况和CBTC列车发送的列车运行情况，判断计轴区段故障（ARB，AlwaysReportBlock）。
当一列CBTC列车完整运行出清一个区段后，ZC确定此时区段内无列车占用，但区段在一定时间后仍然汇报占用状态，此时将判定区段状态故障。
ZC判断计轴区段故障后，将此故障信息发送给联锁系统，以便联锁进行进路处理时，忽略此计轴区段汇报的占用信息。
计轴故障将不对CBTC列车的运行产生影响，对已判断ARB的计轴区段，ZC为CBTC列车计算移动授权时，移动授权可越过计轴故障的区段。
6、结束语
系统的总体结构较为简单，与轨道电路设备的结构相似，一个轨道区段对应一套計轴电路，不存在国内所谓‘多点计轴’的说法。
在工程运用中，依据站场轨道区段平面布置图，配置相应的标准化模块，不需要进行修改软件的工作。
TAZII/S295计轴系统系统与国产计轴系统比较，有着其鲜明的特点，这也给国内计轴技术的研究提供了新的思路。
参考文献：
1、铁路信号计轴设备通用技术条件（TB/T2296-2011）
2、谢伟、杨斌一种双冗余列车计轴系统的设计实现（J），中国铁路，2010（11），
3、黄忠礼，胡树宣，借鉴国外技术研发国产计轴设备（J），铁路通信信号，2010（01），
4、王力，计轴设备在轨道交通信号领域的应用（J），铁路通信信号工程技术，2010（01），
王勇军中铁十二局电气化工程有限公司工程师
【关键词】计轴组成；功能；原理；安全性分析
TAZII型计轴系统为品奇提芬巴赫第二代计轴系统。该设备成熟可靠，能够安全、稳定地工作，并可以完全可靠地与信号系统其他设备进行接口，符合故障-安全原则，能保证连续不间断的工作，具有SIL4级安全认证。符合铁道部有关技术条件，满足铁路信号故障安全原则。
1、计轴设备的组成
TAZII型计轴系统由室内设备和室外设备组成，具备外接复零条件以及与联锁和微机监测等设备的接口，其组成框图如下图1.1所示。
TAZII/S295型计轴系统室外电子设备为：车轮传感器。室内设备主要包括：放大板、计轴板、输出板、复零板和电源板等单元。其中车轮传感器与放大板组成车轴检测单元，计轴板与输出板等组成计轴运算单元。其功能框图如下图1.2所示。
电源板输入50Hz交流220V电源，输出直流12V和24V电源，为其它板件提供工作电源。
计轴主机为二取二的安全冗余结构。计轴板有2套独立的计轴运算单元，分别根据放大板传送的车轮传感器信息，判断列车行进方向，并完成经过的列车轴数计入和计出统计，当两套计轴运算单元计算结果完全相同时，才输出空闲信息给输出板。
输出板由12个继电器组成，完成车轮传感器的状态输出和区间空闲或占用的条件输出。
2、计轴设备的功能
计轴系统是通过比较轨道区段两端驶入和驶出计轴点的列车轴数，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，可用于站内或区间等场地。
TAZII/S295计轴系统具有以下功能：
安全可靠的检测轨道区段空闲/占用状态，对驶入和驶出各个轨道区段的列车轮轴分别计数，当计轴的驶入数与驶出数不同，则轨道区段显示为占用状态；
为联锁、列控、闭塞和其它信号系统提供轨道区段占用或空闲的安全开关量输出接口；
列车运行方向鉴别功能；
直接复位和预复位功能；
自诊断及故障检测功能，具备与信号微机监测系统、维护支持系统等监测、管理系统的接口。
3、计轴设备的原理
计轴设备的基本原理是基于对所监视的轨道区段两端计数点驶入和驶出轴数的比较，以确定该区段的占用或空闲状态。
如下图所示，列车从所监视区段的A端驶入，计入轴数为CA，列车从所监视区段的B端驶出，计出轴数为CB。当CA不等于CB时，区段占用；当CA等于CB时，区段空闲。
轨道占用和空闲状态检查方式可以分解为两个具体的操作：
在轨道空闲状态下，计入一轴或探测到车轮，轨道转为占用状态；
在轨道占用状态下，计出最后一轴，轨道转为空闲状态。
计入一轴和计出最后一轴都由计轴板作出判断，给输出板传送相应的信息。
车轮驶过车轮传感器作用区域时，车轮传感器产生的轮轴信号经电缆传输到室内的放大板，由放大板将轮轴信号放大整形为轮轴脉冲，并传送到计轴板。计轴板进行车列运行方向判别及轴数统计。计轴板的运算单元比较区段计入和计出的轴数，确定区段占用或空闲状态，为输出板提供工作条件。
输出板根据计轴板和放大板提供的输入条件，输出区段空闲或占用信息。
4、计轴电路安全性分析
4.1二取二计数电路
计数电路由模拟或数字电子电路构成。在数字电子电路中，电路输出有两种逻辑状态，如果电路出现故障，两种逻辑状态输出的概率均等，其输出所处的逻辑状态不确定。即在数字电子电路中，无法确定何种状态为安全状态，电路本身不具备固有故障-安全特性。因此，要实现电子电路的故障-安全特性，要采用两套电路输出进行裁决的组合故障-安全结构。
车轮经过车轮传感器，两个独立传感单元分别感应出两路车轮信号，再通过缓冲放大板的双通道电路的放大和整形，分别输出两路轮轴。两路车轮信号的感應、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。
计数板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轮轴信号，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。
4.2轨道占用和空闲检查电路
图4.2显示了轨道空闲和占用检查电路。S1是车轮传感单元SⅠ占用继电器，S2是车轮传感单元SⅡ占用继电器，Oc1和Oc2分别是两个计数器占用继电器，Oc3为计数器组空闲继电器，CL是计轴器空闲继电器，CLH为计轴器占用继电器，BRKDN为计数器动作一致性检查继电器。
通过Oc1和Oc2接点，在电路中BRKDN用于检查两个计数器动作的一致性，当两个计数器动作不一致时，BRKDN落下。正常情况下，两个计数器动作应该一致，因此BRKDN长期不会动作。
为了检查BRKDN是否失效，设置SETBRKDN和RESETBRKDN按钮，用于人工检查BRKDN的有效性。
若干个车轮经过计轴区段一端的车轮传感器进入区段，然后从区段另一端的车轮传感器离开区段，这是一个完整过程。在这个过程中计轴设备完成了一个计轴过程，区段从空闲到占用状态，又从占用到空闲状态。轨道空闲和占用检查电路的工作过程：
当车轮接近车轮传感器，其中的任意一个车轮传感单元被占用时，S1或S2吸起，CL落下；
车轮前进跨越车轮传感器，同时占用两个车轮传感单元时，CLH得电吸起，并在CL落下期间自保吸起状态； 车轮前进完全越过车轮传感器，计数器计入一轴，区段轴数为一，计数器切断继电器CL励磁电路的工作电源，同时Oc1和Oc2得电吸起，Oc3落下；
在随后的车轮计入和计出过程中，除了计数器不断计数以外，其它继电器均不动作；
最后一个车轮完全越过车轮传感器，计数器计出最后一轴，区段轴数变为零，计数器接通继电器CL励磁电路的工作电源，同时Oc1和Oc2失电，但要延时50mS才落下，Oc3吸起，因此CL才有机会得以吸起并自保。
在电路中，导致电路或系统占用的条件均有两个，只要其中一个条件能够正常工作，就能使电路或系统处于占用状态。在电路中，任何一个继电器被机械式锁闭或不工作，始终保持吸起或落下状态时，系统均会保持占用状态。以下举例说明：
当CL继电器被锁闭，始终吸起时：计数器计入一轴后，Oc3落下指示区段占用。由于CL被锁闭，CLH不会得电。
计数器计出最后一轴后，Oc1和Oc2同时落下，但由于CLH不得电，Oc3也不能得电。
所以没有机会使系统恢复空闲状态，区段永远占用；
当Oc1和Oc2中有一个不工作时：继电器CL落下后再也没有机会吸起；
当Oc1和Oc2中有一个被锁闭得电时：那么Oc3不会吸起；
5、计轴故障对CBTC系统的影响
在CBTC级别下，ZC能够结合CI发送的线路情况和CBTC列车发送的列车运行情况，判断计轴区段故障（ARB，AlwaysReportBlock）。
当一列CBTC列车完整运行出清一个区段后，ZC确定此时区段内无列车占用，但区段在一定时间后仍然汇报占用状态，此时将判定区段状态故障。
ZC判断计轴区段故障后，将此故障信息发送给联锁系统，以便联锁进行进路处理时，忽略此计轴区段汇报的占用信息。
计轴故障将不对CBTC列车的运行产生影响，对已判断ARB的计轴区段，ZC为CBTC列车计算移动授权时，移动授权可越过计轴故障的区段。
6、结束语
系统的总体结构较为简单，与轨道电路设备的结构相似，一个轨道区段对应一套計轴电路，不存在国内所谓‘多点计轴’的说法。
在工程运用中，依据站场轨道区段平面布置图，配置相应的标准化模块，不需要进行修改软件的工作。
TAZII/S295计轴系统系统与国产计轴系统比较，有着其鲜明的特点，这也给国内计轴技术的研究提供了新的思路。
参考文献：
1、铁路信号计轴设备通用技术条件（TB/T2296-2011）
2、谢伟、杨斌一种双冗余列车计轴系统的设计实现（J），中国铁路，2010（11），
3、黄忠礼，胡树宣，借鉴国外技术研发国产计轴设备（J），铁路通信信号，2010（01），
4、王力，计轴设备在轨道交通信号领域的应用（J），铁路通信信号工程技术，2010（01），
王勇军中铁十二局电气化工程有限公司工程师