浅谈科安达计轴系统工作原理及常见故障处理

一、引言

在轨道交通快速发展的今天，对列车位置的检测，以确保行车安全显得尤为重要，而计轴系统作为检测轨道、道岔区段、道口和区间线路等区段是否空闲或被占用的有效手段，科安达计轴系统以其技术先进、可靠性高、适应性强的特点被应用于国内外许多铁路和城市轨道交通项目中，掌握科安达计轴系统原理，常见故障处理对于保障轨道交通高效、安全运行具有重要意义。

二、科安达计轴系统工作原理

2.1 系统组成

科安达计轴系统主要分为室外设备和室内设备，其中室外轮传感器是检测到列车经过轮缘的关键所在，每个轮传感器内均装有两套车轮传感器单元 SI 和 SII，从而提高检测准确率和有效性。室内设备主要是由放大板、复零板、计轴板、输出板、计算机等部分组成，互相配合完成放大、整形、计数、方向检测、存储以及传输等功能。

计轴系统还具备数据处理作用，它能够接收计轴板上数据，比如：车轮数、方向、时间等数据并存储下来，将处理后的数据通过通信设备传递到上位机或别的系统中，进行远程监管，上位机接收到数据后，实时显示车轮通过情况，便于工作人员远程监管[2]。

在实际运行中，有时会出现多轴、少轴、负轴、受扰等非正常状态，以上不良现象均可在计轴板上显示出来，并给出不同的灯位现象，且输出板均表示为占用状态，此时系统会判定室外区段为有列车占用，室内上位机或 LOW 机相应区段也会显示为占用的红光带。这就需要专业人员通过室内灯位判断与室外查看区段状况是否异常，并做出合理的处理手段，及时恢复轨道空闲状态。

三、科安达计轴系统常见故障处理

3.1 计轴设备故障导致区段持续占用或突然占用故障

3.1.1 故障现象

图 1 室外设备两套车轮传感器单元

在密铺型、高频率轨道的运用中，车站控制台或综控系统显示屏上，某一线路某一段的轨道区段状态指示灯，会长时间地处于红色常亮“占用”状态，明明该线段上已经无车停置，区间内也无车辆运行；有的线段明明是绿色空闲状态，突然间莫名其妙地变为红色状态“占用”，列车运行图在显示界面中突然变成乱码，联锁机发出巨响。

3.1.2 故障原因分析

（1）车轮传感器故障：车轮传感器长期处于室外恶劣环境中，可能因机械振动、潮湿、灰尘侵蚀、高温等原因损坏，导致其无法准确检测车轮信息，产生错误的轴脉冲信号，使系统误判轨道区段状态。例如，传感器内部的感应元件老化，灵敏度降低，可能将正常的轨道空闲状态误判为占用状态。

（2）电缆线路故障：在实际使用中，连接室外车轮传感器和室内设备的电缆，特别容易出状况。常见的问题有短路、断路，还有接触不良。一旦电缆短路，信号在传输过程中会被干扰，最后室内设备收到的就全是错误信号，容易误判。

2.2 工作流程

当列车车轮在车轮传感器检测区域内时，车轮传感器动作，由于靠近铁磁物体，导致车轮传感器内靠近车轮传感器的 LC 电路的阻尼发生变化，传感系统阻尼发生变化，阻尼变化将转换为电信号传输至室内放大板。车轮传感器的 2 套装置感应到车轮脉冲信号，经电缆传输至室内缓冲放大板 BA。该放大板将室外模拟车轮轴的脉冲信号放大、整型、滤波为数字信号，并通过恒流源电路将 12VDC 转换为传感器所需的 10VDC 恒流工作电压，同时监控其实时工况。一个放大板支持 2 个车轮传感器的接入。将数字信号经过放大板后，会进入到计轴板 AC 中 [1]。进一步分析接收的数字信号，通过算法判断列车运行方向、计算轮轴数量，进而确定轨道区段的空闲或占用状态。例如：空闲时，车轮经过，传感器计一轴则区段占用；占用时，轮轴驶出，另一车轮经过计一轴则区段空闲。

电缆断路相当于信号传输的路直接断了，室内设备根本接收不到车轮传感器检测到的任何信息，自然就会错误判断轨道区段的状态，说不定引发大问题。还有，电缆接头的地方要是松动、氧化也会出岔子。这些接触不良的情况会严重影响信号传输的质量，最后导致计轴设备罢工，出现故障。

（3）室内设备故障：放大板、计轴板等室内设备出现故障也可能导致区段持续占用或突然占用故障。如放大板的信号放大、整形电路损坏，无法将车轮传感器传来的信号正确转换为数字信号，会使计轴板接收到错误信号，进而错误判断轨道区段状态。计轴板自身的计数、判断逻辑出现问题，同样会导致对轨道区段状态的误判。

3.1.3 故障处理方法

（1）车轮传感器检查与更换：首先，通过专用检测仪器对车轮传感器进行检测，查看其是否能正常感应车轮经过，并输出正确的轴脉冲信号。若发现车轮传感器故障，及时进行更换。在更换过程中，严格按照安装规范操作，确保新传感器的安装位置准确无误，与钢轨的相对位置符合技术要求，以保证其检测精度。

（2）检查并修复电缆线路：使用电缆故障检测仪检测电缆线路是否存在短路、断路或接触不良的故障。对于短路故障，确定短路部位，修复破损的电缆线皮；对于断路故障，确定断路部位，对接续或更换破损的电缆线皮。对于电缆接头接触不良的故障，重新拧紧接头，处理接头处的氧化层，必要时涂抹导电膏，确保信号通路畅通。

（3）室内设备检修与更换：对放大板、计轴板等室内设备进行逐一检查。通过设备自带的诊断功能或专业检测工具，检测放大板的信号放大、整形功能是否正常，计轴板的计数、判断逻辑是否正确。若发现故障板卡，及时进行更换。更换后，对设备进行全面测试，确保其能正常工作，准确判断轨道区段状态。

3.2 丢轴故障

3.2.1 故障现象

轨道交通线路运行中，计轴系统丢轴故障引发了一系列的连锁反应。当列车通过一个计轴段时，车站控制台或调度中心监控画面显示系统上比实际多车轴数少记录车轴数。例如，一辆为3 节车厢的列车，车轴数为 12 个，经过一个计轴段时系统上记录车轴数为 10 个，少记录掉车轴数为2 个[3]。

3.2.2 故障原因

（1）车轮传感器安装位置偏差：车轮传感器在安装过程中，如果其与钢轨的相对位置发生偏差，超出了规定的安装范围，可能导致部分车轮无法被准确检测到，从而产生丢轴现象。例如，传感器安装位置过高或过低，会使车轮经过时，传感器的感应信号变弱或无法正常感应，导致系统漏计轴数。

（2）车轮与钢轨参数异常：车轮的磨损程度、钢轨的表面状况等参数会影响车轮传感器的感应效果。当车轮磨损严重或钢轨表面存在锈蚀、变形等情况时，车轮与传感器之间的电磁感应信号可能会受到干扰或减弱，使系统无法准确检测到车轮通过，造成丢轴故障。

（3）电磁干扰：轨道交通环境中存在多种电磁干扰源，如电力机车的牵引电流、附近的通信基站信号等。这些电磁干扰可能会影响车轮传感器的正常工作，导致其输出的轴脉冲信号出现错误或丢失，进而使计轴系统出现丢轴问题。

3.2.3 故障处理方法

（1）车轮传感器安装位置调整：用专用工具测量，选 0.1mm 级钢轨卡尺测传感器到钢轨横向距离，激光测距仪测传感器顶面到钢轨顶面垂直高度，均需符合图纸 ±2mm 要求。超标时用专用调整支架调整，其每刻度移动 0.5mm ，搭配适配非不锈钢垫片，直至达标。调整后用马达驱动的车轮模拟装置测试，速度 0-80km/h ，以 20km/h 为间隔从 20km/h 至 60km/h 运行，通过示波器和数据采集仪检测输出脉冲：需为清晰矩形，宽度 5-15ms ，频率误差 ±5% ，异常则重新调整至正常。

（2）车轮与钢轨参数检查与处理：为保障车轮传感器正常运行、避免丢轴故障，需定期检查车轮与钢轨。日常检查用专业工具测车轮磨损（精确至毫米级），查看钢轨有无锈蚀、变形等细微异常。车轮磨损超限时立即更换，过度磨损会降低运行稳定性，削弱传感器精度，增加丢轴风险。钢轨锈蚀、变形需对症处理：轻度锈蚀用专业设备除锈；变形由专业人员校正，严重变形则换轨[4]。确保车轮与钢轨参数正常，方可保障传感器稳定工作，维持计轴系统整体运行可靠性。

（3）计轴系统外围电磁干扰排查和防护：排查计轴系统周围的电磁干扰，确定电磁干扰源，对电力机车牵引电流等内部干扰源可通过改善供电和增加滤波等来进行防护，对外部通信基站等干扰源可通过屏蔽电缆和增加屏蔽罩等方法来防护电磁干扰对计轴系统的影响。计轴系统接地排查和改善：确保良好的接地效果，增强抗干扰的能力。

3.3 复零不成功故障

3.3.1 故障现象

在实际的轨道交通运行中，假如要复零计轴系统，那么相关的工作人员就要按照规则按下复零板相对应的两个区的复零按钮，并且要大于2 秒以上，复零之后要将计轴恢复为空闲计数，但是在按下之后，车站控制台或监控显示该轨道区的标志还存在，计轴板的轴数显示为0，输出板上还是输出一个占用的信息。

3.3.2 故障原因分析

（1）复零按钮或复零电路故障：复零按钮长期使用可能出现接触不良、损坏等问题，导致按下复零按钮后，复零信号无法正常传输到复零电路。复零电路中的继电器、电子元件等出现故障，也会使复零操作无法正常执行，造成复零不成功。

（2）计轴板故障：计轴板在运行过程中会出现软件错误、硬件故障等问题，无法正确接收复零命令，导致复零失败。例如，计轴板的存储芯片故障，无法将已经存储的轴数信息清零。

（3）系统通信故障：复零动作需要系统通信将复零指令由操作端发送到计轴系统的各个角落，系统通信不正常，包括通信线路故障、通信报文格式不正确，复零指令无法发送。

3.3.3 故障处理方法

（1）复零按钮与复零电路检查修理：检查复零按钮表面完好与否，使用万用表检查其接触电阻是否正常。若复零按钮损坏，及时对其进行更换。复零电路，逐个检查电路中的继电器件、元器件件等是否出现短路、断路及元器件损坏，若存在故障元器件，及时修理或更换，修理后进行复零试验，保证复零电平信号正常发送与执行。

（2）计轴板上检查与修复：对计轴板软件进行软件下载及硬件检查，对计轴板软件故障，进行软件正确下载及软件软件更新；对计轴板硬件故障，对计轴板硬件检查通过设备检测计轴板硬件检查，检查故障部位，进行更换处理；对计轴板更换后进行计轴板上电试验，功能正确后进行复零指令[5]。

（3）系统通信检查维护：检查系统通信线路连线是否存在损坏，断路、短路等，发现系统线路故障，立即修复更换系统线路，检查设备设置是否存在错误，通信协议是否正确，通信协议错误的，重新设置系统通信参数，通信正常。通过系统通信检查，恢复正常系统通信，将系统复零发送到计轴系统各个部件上，复零。

四、结论

科安达计轴系统轨道交通设备是为满足轨道交通系统安全、高效地运行而设计的，其系统工作原理复杂、精密，常见的故障种类繁多，掌握其工作原理，以及其常见的故障种类，并掌握处理方法，可以在实际工作中，快速、精准地排除并处理故障，这对提高轨道交通安全可靠性，提高运营效率，有利于轨道交通健康持续发展具有重要的意义。

参考文献

[1] 李志强， 郑婧婧. 泰雷兹计轴系统共享计轴点原理及故障处理[J]. 设备管理与维修 ，2020，（17）：63-64.

[2] 肖思弦 .AzLM 计轴系统在天津地铁运营中存在的问题及应对方案 [J]. 电子世界 ，2020，（12）：118-119.

[3]陈卫华.CBTC信号系统计轴子系统信息及故障的处理方式[J].铁道通信信号 ，2017，53（12）：87-89.

[4]张宏强.计轴系统特殊故障的分析与解决方案[J].城市轨道交通研究 ，2016，19（02）：125-127+133.

[5] 吴涛. 科安达- 提芬巴赫TAZII 计轴系统在地铁信号系统中的应用 [J]. 技术与市场 ，2015，22（08）：168-169.