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摘要：列车定位监测系统是铁路监测的重要应用，是铁路、城市轨道交通重要的基础设施之一，是保证列车安全运行、实现列车运行现代化、自动化、提高运输效率的关键信号系统设备之一。AzLM计轴系统作为轨道区段的自动监测检查设备，广泛应用于铁路、城市轨道交通等领域。本文首先对AzLM计轴系统的功能进行概述介绍、并对系统构成分室内组成和室外组成进行说明，提出相关注意事项和维护说明，对AzLM计轴系统的故障类型进行分析。
关键词：区段；AzLM计轴系统；铁路监测；应用；安全
随着1870年第一条轨道电路的问世，列车定位检测方面的技术每天都在发生着更新和变化。相对比传统的轨道电路，计轴系统设备的最大优势在于它对分路电阻、轨枕、轨缝位置、道床电阻、轨道区段长度、电气化区段牵引回流的连接没有了限制条件。目前地方铁路、城市轨道交通的发展，新建地铁线路信号系统多采用基于无线通信技术的移动闭塞ATC系统号系统（简称CBTC系统），降级模式下采用计算机联锁系统加计轴监测系统的运营模式，按照这样的发展趋势，轨道电路则可以被计轴系统完全取代来实现列车占用检查。本文对有关AzLM计轴系统在铁路列车定位监测方面的运用进行分析和探讨，不足之处，敬请指正。
计轴系统设备是通过安装在所监测轨道区段两端的计轴轨道传感器，对驶入与驶出该轨道区段的列车轴数进行计算，从而完成对区段空闲与占用状态的判断。当列车完整出清轨道区段后，轨道区段表示空闲，否则表示占用。计轴设备维护时间和所需人力物力都已经实现了最小化，关于使用环境其可用性几乎可达100%，作为轨道区段状态检查的信号安全设备，其作用和轨道电路等效。
作为辅助列车位置监测设备相对于传统轨道电路具有以下特点：
（1）道床漏泄电阻和轨道光洁程度对计轴设备没有影响。
（2）轨道区段长度不受限制。
（3）无须设置绝缘节，以及与轨道电路相关的道岔跳线、轨道连接线等。计轴设备的应用于轨道的状况分离，这样不仅具备检查长轨道区间的能力，也解决了长期以来因道床潮湿和钢轨生锈等原因影响列车正常运营的的问题。
AzLM计轴系统有计轴评估器（ACE）与一个或多个计轴点（Zp30H/Zp30K）组成，提供了通过配置实现最佳计轴系统的可能，其可检测1到32个区段，包含1到32个计轴点，硬件可扩展，计轴评估器（ACE）有两种可选结构，2取2或者3取2系统。以下就以zLM计轴系统为例来进行分析说明。
AzLM计轴系统室内设备主要安装与计轴机柜内，内部设备主要由计轴评估器主机（ACE）、工控机、内部端子排（TB-A、TB-B、TB-C、TB-D/E、TB-F）、电源数据耦合单元（PDCU）等部件组成。
（1）计轴评估器主机（ACE）：根据每个站的计轴点数、计轴区段数量配置不同，ACE 计轴评估器共分为3 种，ACE 2-10、ACE2-26和ACE2-42。ACE 计轴评估器由两个中央处理器模块（CPU）、两个电源供应模块及串行I/O和并行I/O 板组成，与联锁的接口为继电器接口。
（2）工控机内部主要由GDI诊断系统和AzLM_Monitor_M/S监测系统组成。
GDI诊断系统软件用于AzLM计轴系统现场出现异常情况时查明具体故障原因，或者现场工班维护人员日常巡查维护之用。AzLM_Monitor_M/S监测系统：内部设置有AzLM_Monitor_M/S.exe和AzMo_WatchDog.exe软件组成，实时向检测系统发送AzLM计轴系统状态信息，并将信息保存到本地数据库。
（3）内部端子排（TB-A、TB-B、TB-C、TB-D/E、TB-F）主要用于线缆连接相关接口部件。
TB-A端子排：为计轴机柜电源输入端子排，由只能电源屏提供的60VDC、110VDC、24VDC、220VAC不间断电源接到TB-A端子排的各空气开关上。分别用于室内计轴评估器主机（60VDC）、室外计轴点（110VDC）、轨道继电器（24VDC）、机柜内部工控机、显示器等（220VAC）。
TB-B端子排：为轨道继电器输出端子排，ACE计轴评估器内并口板输出的计轴区段占用/出清信息通过AT-B端子排输出到对应轨道继电器。
TB-C端子排：为计轴复零出入端子排，正确的复零操作通过TB-C端子排输入到对应并口板，完成一次复零输入操作。
TB-D/E端子排：为24VDC电源引入端子排，将24VDC电源接入到并口板中，为并口板驱动轨道继电器提供励磁电压。
TB-F端子排：主要用于IBP盘预复零成功4秒复示线缆连接。
（4）电源数据耦合单元（PDCU）：通过数电耦合处理，实现供电和数据共线传输。室内设备防雷功能通过“电源数据耦合单元”实现。 电源数据耦合单元具有独立熔丝、压敏电阻和隔离变压器，实现以下功能：隔离轨旁电缆、将电源耦合到数据线上、 过压防护。
AzLM计轴系统室外部分主要由轨道磁头SK30H和电子单元EAK30H组成。
（1）轨道磁头SK30H：轨道磁头由两个物理偏移线圈装置Sk1和Sk2组成,产生两种不同频率的信号，形成磁力感应线圈。车轮通过磁头时，磁感线发生变化。计轴系统根据评估这两个随时间偏移的感应电压的变化判定是否列车通过以及列车行驶的方向。AzLM系统采取闭合电磁线圈检测模式，拥有高效的检测效能。感应线圈检测模式可对轮型进行判断，当轮径≥300mm的轮介质通过磁头时，计轴系统才会确认为有效轮介质通过，因此拥有高抗干扰性能。AzLM系统在脉冲波形检测上采取了即鉴相又鉴幅的模式。相幅判断模式有效的提高了系统的准确性。
（2）电子单元EAK30H：电子接线盒(E-Es30H)为发送磁头供电检测并计算轮轴脉冲、监控磁头、进行自检并通过ISDN通信传输方式向ACE发送包含计数和监控信息的报文。计数、监控和报文生成功能由两个受计轴主机安全模块监控的独立微控制器执行。
计轴系统的故障一般会表现在：与之相连的联锁系统人机界面和微机监测告警信息中。
发生故障时，在人机界面会出现如下信息：
（1）整个联锁区全部计轴轨道继电器无车落下，表现为区段无车但是显示红光带或棕光带。
（2）一个或者几个计轴轨道继电器无车落下，表现为相应区段车已出清，但却显示为红光带或棕光带。
（3）计轴区段干扰，对照AzLM_Monitor_M/S.exe下载诊断计轴报文提示，确认报文“Defect, Defect Message”提示，对计轴区段进行预复位操作，操作不成功则利用施工作业点下轨行区对室外计轴设备进行进一步排查。发现上述问题可参考以下图1流程图进行故障处理。
图1 AzLM计轴系统故障处理流程图
室外计轴设备安装在轨行区，因运营需要列车会按照运行图在线上运行，计轴室外设备需在运营点外进行维护保养，而计轴室内设备则需要进行日常维护以及周期维护。
（1）AzLM计轴系统室内设备日常维护主要是对机柜内ACE主机内电源板输入/输出指示灯状态进行检查。
（2）检查CPU板卡LED灯位状态，CPU板卡显示屏显示状态。
（3）检查串口板监测点连接、通信状态，并口板各灯位状态是否正常。
（4）对机柜顶部风扇工作状态进行确认检查。
（5）使用AzLM_Monitor_M/S.exe诊断软件对近期计轴报文数据进行下载查看，查看报文数据内是否有异常报警等，涉及相关报文分析确认，则参考下表GDI诊断程序报文处理说明进行相应处理。
GDI诊断程序报文处理说明 | ||||
序号 | 计轴报文 | 故障后果 | 产生原因 | 对应处理措施 |
1 | 检测点重启故障（Defect, Auto Reset） | 相关区段转入受扰状态 | 1、与检测点连接配线松动；2、检测点瞬时掉电；3、检测点电源电压过低。 | 1、检查TB-A端子排110VDC供电，PDCU1、2供电输出以及4、5供电输出配线端子固定状态；2、检查各供电电源线路端子；3、测量核对电压数据。 |
2 | 检测点通信故障Defect, Transmission fault or Fall out of a related Detection Point） | 相关区段受扰，故障排除后可进行复位操作恢复 | 1、单个串口板显示受扰则对应板卡故障；2、全部串口板均显示受扰时，表明CPU板受扰或故障；3、如串口板通信连接指示灯亮，则为检测点硬件受扰或故障，或串口板受扰或故障；4、如串口板通信连接指示灯灭，可能为数据通信中断或干扰、ACE主机串口板插槽上的5-6端子和7-8端子的连接丢失、检测点掉电、PDCU保险丝熔丝、检测点硬件故障或者串口板故障；5、检测点母板地址码位错误。 | 1、对串口板进行热插拔操作，如不能恢复则更换串口板；2、进行ACE主机重启，如不能恢复则更换CPU板；3、对应检查检测点评估板、串口板，如确认锁板则进行热插拔操作；4、对应检查机笼内对应串口板插槽上的5-6端子和7-8端子、电源连接线、PDCU保险工作状态、确认检测点板卡、串口板故障状态，进行对应板卡热插拔或者更换。5、核对地址码位信息并调整。 |
3 | 检测点受扰（Defect, Defect Message） | 相关区段转入受扰状态，只有当检测点自检成功后，区段才能重新复位操作恢复 | 1、两个磁头间出现非法轮脉冲，例如受到电磁干扰；2、检测点硬件故障。 | 1、确认本站是否安装有供电能馈系统，查找干扰源并进行屏蔽；2、确认检测点评估板、模拟板工作状态，对应进行热插拔操作或更换。 |
4 | 检测点计数错（Defect, Counting fault） | 检测点的两个微处理器的轴数计算值不一致，相关区段转入受扰状态 | 1、由于电磁干扰导致只有一个微处理器计数；2、检测点硬件故障。 | 1、安装环境检查，确认附近是否存在干扰源；2、确认检测点评估板、模拟板工作状态，对应进行热插拔操作或更换。 |
5 | 技术故障（Defect） | 只有在技术故障修复后才可进行复位操作恢复 | 关联检测点丢失。 | 与系统厂商沟通进行设备恢复。 |
6 | 检测点自检失败（Defect, Unsuccessful Self-test） | 主机ACE生成故障报警，空闲区段转入受扰状态，只有当检测点自检成功后，才可进行复位操作恢复 | 1、车辆在某个磁头上停留时间超过72小时；2、检测点硬件故障。 | 确认检测点评估板、模拟板工作状态，对应进行热插拔操作或更换。 |
7 | 区段受扰（Disturbed） | 相关区段转入受扰状态 | 1、检测点与计轴主机ACE间短时间数据通信丢失；2、区段空闲时，某个磁头出现多个轮脉冲，即故障报警；3、区段负轴，例如车辆停在平交道口处，经过某个磁头离开区段时等。 | 1、确认串口板对应PDCU配线连接状态，PDCU与室外检测点连接状态等；2、确认因外业干扰造成，进行复位操作恢复；3、进行复位操作恢复。 |
8 | 并口板输入锁闭（Input Locked） | 无法进行复零操作（并口板必须重启或更换） | 1、并口板两个输入通道配线错误；2、无法从硬件故障上区分的操作错误；3、并口板故障。 | 1、检测并口板1、2端子以及TB-C端子排等配线；2、对并口板热插拔操作后，进行区段复位；3、更换相应并口板。 |
9 | 并口板输入输出锁闭（Input & Output Locked） | 区段无状态输出，无法进行复零操作，并口板必须重启或更换 | 1、计轴主机ACE收到电磁干扰，例如受到未使用续流二极管或其他相似产品防护的复示继电器影响； | 1、检查复示继电器的连接； |
10 | 检测点磁头干扰（Ok, Defect Warning） | 计轴主机ACE基于相关区段的状态作出响应 | 1、如区段原状态为空闲状态、一轴占用状态，则区段显示受扰状态；2、如区段原状态多于一轴占用，则区段显示占用状态。 | 进行区段复位后恢复。 |
11 | 只有当检测点自检成功后，检测点状态才能转为正常 | 1、车辆正在磁头上方进行调车作业。如果该轴非车辆的第一轴，当车辆后退或继续前进时，不会导致区段受扰；2、车辆轮对直径不同；3、检测点设置错误；4、磁头或检测点硬件故障。 | 1、查看回放确认；2、对接外业进行确认；3、核对检测点设置并进行修改；4、确认磁头、检测点板卡工作状态，进行相应部件更换。 | |
12 | 检测点传输错误（UART Fault） | 至少一个检测点报文错误，如多个报文错误时，相关区段受扰 | 1、通信电缆出现电磁干扰；2、通信电缆连接的配线松动；3、检测点与计轴主机ACE间距离过长。 | 1、排查干扰源并进行屏蔽；2、确认检测点各部件工作状态，故障定位后进行更换；3、使用更大直径的电缆，或使用 ISDN / V.24转换器进行中继。 |
13 | 检测点漂移告警（drift warning） | 报文数量较多时，相关区段受扰 | 检测点有轮和无轮值的绝对值与参考值偏差过大。 | 使用计轴诊断箱对磁头有轮和无轮值、参考值进行重新测量并调整（取有轮和无轮值的绝对值相加除以2得出参考值并进行设置）。 |
表2 GDI诊断程序报文处理说明表
（1）AzLM计轴系统室内设备周期性维护主要是对机柜外观、内部部件进行检查及清洁。
（2）进行计轴预复位按钮功能测试，以及进行直接复位按钮功能测试。
（3）确认ACE机笼内各板卡灯位显示是否有异常。
（4）对ACE主机电源、EAK工作电源、继电器工作电源、机柜电阻测试、机柜风扇、检测终端工作电源进行电气特性测试。
（5）核对车站HMI各计轴区段状态空闲，无异常显示及报警信息，最后对机柜加锁确认。
（1）AzLM计轴系统室外设备周期性维护主要是对EAK箱盒以及计轴磁头外观进行检查、清洁。
（2）检查EAK箱盒内部配线、磁头安装螺栓紧固情况、过轨线管与钢轨底部间隙情况。
（3）对检测点工作电压、内部稳压电源、各磁头（有轮/无轮值）接收电压、各磁头参考电压进行测量调整。
（4）对EAK箱盒内部评估板、模拟板各灯位进行检查确认。
6、结语
AzLM计轴系统是现阶段在国际市场份额占有率高达52%以上的系统，其欧洲安全性登记已达到SIL-4级的标准，在抗干扰方面，室外设备采用电子单元与磁头组合模式，将感应电磁脉冲传输距离最短化，避免了电磁脉冲长距离传输中的各种干扰；室内与室外通信采用容错的ISDN数字传输，传输通道抗干扰性能加强；系统采用闭合电磁线圈检测模式，可对轮行和轮介质进行判断，同时在脉冲波形检测上采取了即鉴相有鉴幅的模式，使高抗干扰性能又进一步强化。
总而言之，AzLM计轴系统具有安全稳定、抗干扰性强以及维护调试简单等优点， 对于铁路及城轨的快速、智能化发展起到了很大的推进作用。
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