简述计轴设备的原理和特点

简述计轴设备的原理和特点摘要：本文通过分析计轴的工作原理和技术特点，得出计轴设备不仅具备检查长轨道区间的能力，也解除了长期以来因道床潮湿和钢轨生锈而影响铁路正常运行所带来的困扰。关键词：计轴设备；工作原理；一、计轴的工作原理与传统的轨道电路设备相比，计轴设备最大优势在于它对道床电阻、分路电阻、轨枕、轨缝位置、轨道区段长度、电气化区段牵引回流的连接没有限制条件。总之，计轴设备的应用与轨道状况无关，这使其不仅具备检查长轨道区间的能力，也解除了长期以来因道床潮湿和钢轨生锈而影响铁路正常运行所带来的困扰。其基本原理:在定义的轨道区段的两端，选择在同一侧的一根钢轨上安装两个计轴传感器探测通过的车轮，如图3.1.1所示。当车轮通过时，它改变了传感器的发送器和接收器之间的交变磁场，从而改变了接收线圈上的感应电压或相位值，计轴设备根据其交变磁场的变化频率和其变化的时间顺序判断通过的列车轴数，识别列车运行的方向。计轴主机处理从计轴轨旁盒传来的计轴传感器变化信息、比较进人区段的轴数和离开区段的轴数，给出轨道空闲/占用的指示。计轴设备主要由计轴传感器、计轴轨旁盒、室内计轴主机三部分构成。计轴传感器安装于轨道的一根轨条上，计轴轨旁盒介于计轴传感器和室内计轴主机之间，用于向计轴主机传递车轮轴数信息。计轴主机评估轨道区段的空闲或占用状态，输出轨道继电器。二、计轴设备的特点Azs350U型计轴设备的特点如下:1.每个计轴主机可最多接入5个计轴传感器，输出4个轨道区段的轨道继电器。2.每个计轴主机带有2个Modem通道，每个Modem通道可向(或从)相邻的主机处发送(或接收)3个计轴点的轮探测数据，即可以扩展接入6个计轴点，共计11个计轴点。3.通过Modem口发送到相邻主机的计轴点需配置在主机的前3个输人端。当主机的Modem通道用完时，可采用室内数字复用的方式，即将需要共享的计轴传感器在主机内的VESBA板通过背部连接器22用连接线连接到相邻主机的STEU板输人端。该复用方式只需在室内计轴主机之间连接。计轴点的复用还可采用模拟复用的方式，即在需要共享的计轴传感器的计轴轨旁盒内增加两块复用板，并通过两芯单独的室外电缆连接到室内主机计轴点输入通道上。该复用方式需在室外增加电缆和模拟复用板。AzS350U型计轴系统的一个重要特性是可以直接连接5个ZP43计轴点,每个运算单元可以检测4个线路区段。由3个运算单元组成的1个完整系统可以在1个运算单元里处理11个计轴点的信息,整个系统监控12个线路空闲显示区段,2个运算单元之间通过插座V124接口和双芯屏蔽铜导线连接。运算单元可以通过级联的形式进行任意数量的连接,可以处理相邻系统的信息。通过将计轴点信号数字复用,一个计轴点的信号可以被其他运算单元使用,此时不需要数据远距离传输所必需的组件SIRIUS2板。数字复用,即两个运算单元利用同一个计轴点的信息,可以节省计轴点。通过状态信息程序的故障安全的单通道传输,数据在调制解调器相连的计轴系统之间交换。4．计轴的冗余特点计轴技术是以计算机为核心，辅以外部设备，利用统计车辆轴数检测相应轨道区段是否有列车占用或列车已出清的技术。所以，计轴系统中冗余技术的运用是相当重要的。冗余计算机系统最终的设计是成本、性能和可靠性折衷的产物。各种冗余技术在成本上有很大差别，图4.1.1所示为冗余技术的成本范围。成本、性能与可靠性目标在某种程度上是不相容的，其相对重要性主要取决于产品的应用。决定系统结构的因素有：①性能价格比；②可靠度要求；③应用需求；④未来的扩展性；⑤技术上的考虑。在经验证的可靠的SIEMENS系统(西门子安全微机系统)基础上，采用2取2结构的微机来管理AzS350U。微机系统由两个相互独立的微机组成，其配置相同，为它们供给相同的输入信息，由于程序完全相同，产生一个相同的双通道输出信息。如果两个计算机一致，两个相匀_独立的比较器才允许将一个输出传给程序控制电路。为此，给比较器附加一个切断装置，在出现不一致的情况下，该装置切断输出电路。冗余级别是建立容错模型的前提，关系到系统的可行性、可用性、性能价格比等多方面因素。主要由容错系统的可靠性要求、成本、硬件条件等多方面决定。硬件冗余在元件、电路、模块、部件、系统任意一级上都可实现，但元器件等级别是很少见的，因而主要有3种冗余级别：整机级、部件级、模块级。并联系统的3种基本冗余结构如图4.3.1所示.（1）整机级冗余指系统由完整的2套整机构成，不仅具有相同的处理器、内存、I/O接口，还有相同的外设，如显示器、键盘、打印机等。特点是采用“串一并”模型，结构规整，系统易于实现，但硬件投入大，性能价格比较低。（2）部件级冗余以功能部件为单位，对必需的部件CPU、芯片、存储器及其它芯片分别进行冗余设计。采用“并一串”模型，能够以少量的投入换取高可靠性，性能价格比很高。但此模型结构复杂，对硬件开发商来说，从芯片设计开始加入容错结构是非常有利的，但如果容错系统是面向具体应用而在商用产品上进行的再开发，则实现此冗余模型非常困难，因为现阶段硬器件集成度相当高，并且芯片密集微小，很难深入其中进行控制。（3）模块级冗余以多个硬件逻辑组合而成的模块（插件板）为冗余单位，特点是介于整机级冗余与部件级冗余之间，既易于实现、又能根据系统具体开发条件灵活选择冗余模块，可靠性提高幅度较大，性能价格比较高，但有不及整机级冗余和部件级冗余之处。冗余计轴系统以整机为冗余单位，基本模型是2套处理器配置1套外设。A/D转换器需要进行容错设计，可有2种工作方式：①2个A/D并联再与冗余主板系统串联；②A/D分别与主板串联形成1套处理器系统，2套处理器系统再并联。虽然第1种方式可靠性较高，但A/D系统不易控制，采样后双A/D数据的比较难以实现，若牺牲时间来进行处理与控制，则在目前技术条件下采样的实时性必然受到影响，将导致系统精度下降。第2种方法能够减少系统硬件复杂度与时间耗费，是一种用牺牲少量系统可靠性为代价换取系统可行性的方法，能够保障系统实时控制的精度。总体上说，第2种方法是合理的，因而成为冗余计轴系统的选择。系统并联的基本配置如图4.4.1所示。在并联系统中，故障检测的手段主要是系统数据比较，因而比较器是容错设计的关键部件。常见的并联系统中，比较器多由硬件实现，根据不同冗余级别采用不同方案。经过反复研究，找到了一种全新的解决比较器可靠性问题的方案：不设计单独的比较器硬件单元，将比较器设计为软件，以系统现有资源为载体建立比较系统。从冗余形式上分析，计轴系统没有单独的容错处理硬件，2套系统完全独立，也不交换数据，但互为备份。其容错功能主要是依靠软件实现的，因而，计轴系统是一种以硬件冗余为基础，以软件实现冗余的系统。注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。