王小樂

中國鐵建電氣化局集團新疆維管分公司奎北鐵路維管段

基于冗余技術(shù)對奎北鐵路JWJ-C2型微機計軸設(shè)備的研究

王小樂

中國鐵建電氣化局集團新疆維管分公司奎北鐵路維管段

本次研究以奎北線JWJ-C2型微機計軸設(shè)備為主要研究對象，結(jié)合成都鐵路通信廠計軸設(shè)備維護及故障處理方法，按照預(yù)定的人員分工，結(jié)合實際工作情況，利用每月各站“天窗”時間，到各站區(qū)現(xiàn)場針對計軸設(shè)備電氣特性進行測試，并對計軸的系統(tǒng)性能現(xiàn)狀分析、對比，結(jié)合廠家電路資料，對影響穩(wěn)定性和可靠性的因素進行分析，找到與之對應(yīng)的解決辦法，提出克服辦法，進行現(xiàn)場論證，基于冗余技術(shù)最終提出新的冗余電路，改進原理電路。

JWJ-C2、冗余、突發(fā)性、潛伏性

1 設(shè)備簡介

奎北鐵路全長468公里，共有22個車站。南起北疆鐵路線的奎屯車站，北至北疆的北屯市車站，涉及奎屯、五五新鎮(zhèn)129團棉田區(qū)和自然林區(qū)進入克拉瑪依油田區(qū)，然后向東北方向進入沙漠、鹽堿地、戈壁灘，無人區(qū)占據(jù)全線的2/3。這里夏季酷熱、暴曬，室外溫度高達60多攝氏度。冬季嚴(yán)寒，年最低氣溫達到零下40攝氏度，很多車站是無人區(qū)，遠離水源、公路和村鎮(zhèn)，居住條件差，工作環(huán)境異常惡劣。

計軸設(shè)備是利用計軸的基本功能，配合半自動結(jié)合電路完成對鐵路區(qū)間行車狀況的檢測與鎖閉。計軸是一種重要的鐵路信號設(shè)備，世界各大鐵路公司都有相應(yīng)的計軸產(chǎn)品。計軸系統(tǒng)集傳感器，通信傳輸，故障-安全計算機等技術(shù)為一身，可謂麻雀雖小五臟俱全。在我段管內(nèi)目前上線使用中的計軸閉塞設(shè)備型號：黑龍江瑞興科技股份有限公司JWJ-C2型微機計軸設(shè)備。我們在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)對于JWJ-C2計軸設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性是有疑問的，室內(nèi)設(shè)備自開通以來故障率一直較高，主要集中在計軸運算器板卡的問題，時常發(fā)生報警，多個站因為同樣的缺陷影響列車正常運行，甚至有些車站達到了1個月4次之多，尤其是MCU和FCU可靠性最差，而計軸使用集成電路板，故障通常又具有突發(fā)性，潛伏性、不易判斷、瞬時恢復(fù)，反復(fù)發(fā)作等特點，使故障在現(xiàn)有的條件下找不到好的解決辦法，使我們工作開展的非常被動。嚴(yán)重影響了列車運營秩序和運輸效率，增加了電務(wù)維管人員的勞動強度。也給我們的維管工作帶來了諸多不良影響和干擾。

2 設(shè)備現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 現(xiàn)場分析

故障分析，造成計軸故障的主要原因有以下幾類：

1.計軸設(shè)備板卡廠家質(zhì)量控制不達標(biāo)，易發(fā)生故障，其中又表現(xiàn)出以通訊中斷故障為主 。

2.部分運算器整體輸出的光信號衰耗達不到維規(guī)及說明書規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。甚至達到故障臨界值，有瞬間報警現(xiàn)象。

3.電磁抗干擾性低，板卡自身老化，運算器輸出值不恒定。

4.計軸各類電氣、光接口接觸不好，發(fā)生過運算器接口不良故障。

5.環(huán)境要求高，適應(yīng)性低，在極端天氣、溫度過高過低影響過大。

2.2 問題總結(jié)分析

針對常見故障總結(jié)存在的一些問題如下：

1.計軸板卡性能不穩(wěn)定，尤其是MCU和FCU可靠性最差，部分運算器整體輸出的主要指標(biāo)——光信號衰耗達不到說明書的標(biāo)準(zhǔn)，部分板卡的光纖通訊衰耗值甚至達到故障臨界值。

2.計軸使用的是集成電路板卡，對故障的判斷不能直觀，判斷必須靠DPU卡，通過按壓顯示卡按鈕察看必須是實時，遇到瞬間故障時，無法調(diào)看歷史記錄查看故障原因。

3.部分運算器整體輸出的光信號衰耗達不到《維規(guī)》及說明書規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。甚至達到故障臨界值，有瞬間報警現(xiàn)象。

4.由于自然條件導(dǎo)致相位漂移、傳感器進水導(dǎo)致電氣特性指標(biāo)下降、雷擊。

3 基于冗余技術(shù)的優(yōu)化研究

為了保證整個系統(tǒng)在局部發(fā)生故障時仍可以正常工作，可以對重要的、易發(fā)生故障的部分采用冗余設(shè)計，一旦故障發(fā)生便自動啟動投入使用。同時，因為計軸運算器自身預(yù)留有多點應(yīng)用模式閉塞，可以很好的利用空板卡位置和既有CAN、供電接口。

首先，我們需增加1塊MCU和1塊FCU板塊，廠家更新軟件數(shù)據(jù)即可，即不增加改造難度，改造復(fù)雜度很低，計算機聯(lián)鎖軟件不需改動，成本不大。其次，在實際工作中，我們已經(jīng)增加了由通信機械室到計軸機的尾纖2根作為第二路備用通道

既有的計軸內(nèi)部電路圖只存在一套既有的信息傳輸和自檢通道，一旦出現(xiàn)某個板卡故障，直接就影響計軸的信息傳輸，IOU信息傳輸報警燈就會紅，也就是我們常見的計軸站間信息傳輸故障，F(xiàn)CU板卡上的輸入輸出就代表了有通信機械室到計軸機柜的兩根尾纖，現(xiàn)在我們只要將備用的第二路通道連接上第二塊FCU板卡上，就構(gòu)成了熱備的第二條站間通道。具體電路如下：

新的計軸系統(tǒng)MCU采用2*2取2結(jié)構(gòu)， MCU主副卡熱備，采取表決的方法，保證數(shù)據(jù)的真實性。當(dāng)主卡系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動切換，副卡投入使用并輸出指令，當(dāng)副卡故障時給出報警信息，主卡仍可正常工作。我們提到的FCU卡雙卡雙待，就是2 套通訊系統(tǒng)相對獨立執(zhí)行MCU指令并嚴(yán)格隔離，由MCU卡檢測，如果這2塊FCU板狀態(tài)一致，由MCU將安全信息輸出，如果這2塊FCU板狀態(tài)不一致，軟件自動邏輯運算進行判斷，若其中一路通訊正常，則切斷FSD亮紅燈，通訊中斷的FCU板故障工作電源，使其強制進行復(fù)位，復(fù)位后FCU狀態(tài)仍然不一致時，迫使計軸系統(tǒng)輸入輸出IOU板工作監(jiān)督的BJ燈點亮紅燈，并將報警信息傳遞至微機監(jiān)測系統(tǒng)，交由電務(wù)值班人員人工處理。但此報警信息并不會驅(qū)動BJJ落下，不傳遞給計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)導(dǎo)致QGJ落下區(qū)間占用。假如2塊FCU板通訊都中斷，則驅(qū)動BJJ計軸報警繼電器落下給出報警信息。保證了區(qū)間可靠占用，安全性能高，可靠度高。

4 總結(jié)

計軸是一種重要的鐵路信號設(shè)備，世界各大鐵路公司都有相應(yīng)的計軸產(chǎn)品。計軸系統(tǒng)集傳感器，通信傳輸，故障-安全計算機等技術(shù)為一身，可謂麻雀雖小五臟俱全。計算機采用了2取2冗余，安全完整性水平達到了SIL4?？梢哉雇绻锌叵到y(tǒng)發(fā)展到C4，機車信號不再從軌道接收信息，軌道電路則可以被計軸完全取代來實現(xiàn)列車占用檢查，計軸技術(shù)在今后的鐵路發(fā)展中將會占據(jù)重要地位。對計軸設(shè)備日常維護和故障處理的研究將使我們運維工作始終處于同行業(yè)領(lǐng)先地位。