通過機車信號記錄文件分析提升機車信號設備運用維護質量

孫守江，孫一鵬

（1.牡丹江電務段，黑龍江 牡丹江 157000；2.哈爾濱北方防務裝備股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

監控裝置是用于防止列車冒進信號、運行超速事故的重要行車設備，而機車信號就是監控裝置的千里眼，通過識別地面信息來輔助監控裝置下達正常運行、限速運行或是停車的指令。所以，機車信號設備穩定可靠地運行，對監控裝置發揮防止“兩冒一超”功能起到了不可或缺的作用。而要提升機車信號設備運用維護質量，通過機車信號運行記錄文件分析來發現問題、解決問題，就是一種極其重要的手段。下面對機車信號設備的組成結構、原理、功能進行簡單介紹，并在此基礎上就機車信號分析的相關問題逐一探討（因篇幅限制，本文統一使用科佳信號主機作為分析用例）。

1 機車信號設備組成結構和基本功能

（1）機車信號組成結構和基本原理。JT-C 型機車信號車載系統由機車信號主機、機車感應器、機感接線盒、連接電纜以及燈機構等組成。當機車運行至有碼區段后，機車運行方向第一輪對將軌道電路短路并形成短路電流。短路電流會在鋼軌上產生一個磁場，機車感應器切割這個磁場時會產生一個感應電動勢，這個感應電動勢就是機車信號接收到的電碼化信息。主機板對這個信息進行數字化處理后輸出點燈信號，通過燈機構向司機反映運行前方地面信號機的顯示狀態，并向LKJ2000 型監控裝置提供速度等級、燈顯、絕緣節以及其他信息。

（2）機車信號主機是一個有機整體，其組成結構和各插件基本功能如下。a. 機車信號主機由記錄板、主機板A、主機板B、連接板、電源板一、電源板二組成。b.主機板是機車信號系統的核心設備，JT-C 型機車信號有2 塊完全相同的主機板，采用2 乘2 取2 的方式進行工作，同時采集輸入的電碼化信息，各自進行雙路譯碼后輸出，兩塊主機板輸出信號進行比較，一致時方能輸出點燈信號。主機板A 與A 路接收線圈、電源板一構成一套系統，主機板B 與B 路接收線圈、電源板二構成一套系統，形成雙機熱備冗余，保證在一套機車信號設備故障的情況下系統能夠正常工作。主機板上的跳線可以根據使用環境的不同進行調整，保證機車信號在各種發碼制式、電化或非電化等情況下能夠正常工作。c. 連接板可以實現人工切換工作主機、自動根據端位條件選擇接收線圈、完成電源分配等功能。d.記錄板可以實時記錄機車信號設備工作狀態、機車輸入條件、乘務員操作和機車感應器接收到的原始地面信號。它通過電氣隔離的總線與主機板連接，同步采集運行狀態信息，使用512 MB 的CF 卡作為存儲器。它通過數據線與機車安全信息綜合監測裝置進行通訊，實時接收機車號、車次、速度、公里標等列車運行信息并與機車信號工作信息同步進行記錄。e. 電源板一和電源板二具有基本相同的電路設計，通過電源模塊能夠把機車供給的直流110 V 電源（和諧內5 型機車為74 V）轉換成機車信號設備工作需要的兩路48 V。其中一路輸出給信號主機各插件作為工作電源；另一路為由作為動態點燈電源，完成機車信號燈光輸出。當主機板正常工作時，動態點燈電源正常輸出。主機板一旦發生故障，動態點燈電源停止輸出，滿足故障導向安全的原則。電源板一設計有“運行－測試”開關，在庫內試驗無法轉換端位的情況下，開關轉換到測試位，通過按壓I、II 端按鈕人工選擇兩個端位的機車感應器，可以很方便地完成機車信號發碼試驗。

（3）燈機構。燈機構一般安裝在司機室兩塊風擋玻璃中間，采用雙面顯示，便于司機和副司機觀察燈機構點燈狀態。在燈機構的下面安裝有載頻切換開關，乘務員可以在機車操縱端通過載頻切換開關選擇上下行。載頻能否正常切換對機車信號是否正常工作有著舉足輕重的作用，現場經常發生乘務員載頻選擇錯誤導致的機車信號不上碼問題。

（4）機車感應器。機車感應器安裝在機車排障器后方，與機車牽引電機保持一定的距離，可以盡量減少電機產生的電磁干擾。它通過感應鋼軌上的電磁信號，輸入到機車信號主機板。機車感應器內部均有兩個線圈，分別對應主機板A 和主機板B，形成雙機熱備冗余。當A 路或B 路發生機車感應器線圈斷線、線圈短路、線纜斷線或短路等問題時，另一路仍然可以正常工作，完成地面信息接收譯碼和點燈輸出。機感接線盒把每端4個機感線圈兩兩串在一起，形成A、B 兩路機感接入機車信號主機。

（5）機車信號設備的功能。a. 接收和譯碼功能。JT-C 機車信號設備可接收ZPW-2000、UM71、極頻、移頻4 信息、移頻18 信息、交流計數等多種信號制式；通過數字芯片DSP 完成濾波、譯碼，避免了模擬電路電子元器件電特性發生變化導致的不穩定性。b. 輸出機車信號信息。JT-C 型機車信號設備可通過繼電器控制輸出綠燈、綠黃、黃燈、黃2、雙黃、紅黃、紅燈、白燈、黃2 閃、雙黃閃、紅黃閃等11 種燈光，還可以向監控裝置提供機車過絕緣節信息，滿足LKJ2000 型監控裝置距離校正的需求。

2 機車信號記錄功能詳解

為了能夠更好地理解機車信號記錄分析的相關內容，下面對機車信號記錄板的功能、波形存儲、記錄信息內容、存儲模式進行詳細介紹。

（1）機車信號記錄板的功能是對列車運行過程中機車信號設備采集到的地面發碼信息、列車運行狀態信息、機車信號工作狀態進行存儲。它安裝在機車信號主機箱內的第一插件位置，記錄存儲采用512 MB 容量的CF 卡（也可擴充到2 GB 容量），數據轉儲使用USB 數據接口，傳輸速率較高，便于作業人員進行記錄數據轉儲。也可以通過摘取CF 卡，將CF 卡內信息使用專用接口轉儲到計算機中。它能夠實時全面地記錄列車運行的車次、擔當機車號、地面發碼制式、波形、幅值、列車運行速度、越過信號機編號、乘務員對機車信號的操作、機車端位、機車電源電壓等信息。因采用了隔離方式進行數據傳輸，保證了記錄板一旦發生故障不會影響機車信號設備的正常工作。

（2）機車信號狀態數據和波形數據的存儲。a. 記錄板采用512 MB 容量的CF 卡作為存儲器，實時采集存儲列車運行信息、乘務員操作情況、地面發碼波形、幅值等信息，CF 卡可擴充為2 GB。b. 機車信號記錄數據可通過U 盤轉儲或CF 卡轉儲兩種方式進行轉儲。U 盤轉儲一般用于正常狀態下機車信號設備工作狀態分析，CF 卡轉儲一般用于發生機車信號故障進行波形、頻譜分析。

（3）機車信號記錄板主要記錄以下信息。a. 人工選擇條件，如乘務員選擇的上/下行條件、機車端位條件等。b． 機車信號輸出的燈光信息、速度等級信息、地面電碼化信息、過機信號等。c． 主機工作信息，如載頻、低頻、電壓幅值、主機跳線設置情況等。d. 主機工作條件信息，如外部供電電源信息、機箱溫度等。e． 監控裝置提供信息，如擔當牽引任務的車次、使用機車號、列車運行速度、監控時鐘、前方信號機種類及編號等。

（4）機車信號波形記錄采用無壓縮方式，可以全面、真實地記錄機車信號運行狀態信息，一旦發生機車信號故障、列車運行事故后，可以提供可靠性極高的記錄數據。

3 機車信號分析處理系統構成及功能

機車信號地面分析處理系統的主要作用是將車載記錄器的CF 卡內信息通過讀卡器或U 盤轉儲后以圖文方式展示界面，具備自動統計分析、圖表展示等功能，其主要功能有。（1）圖像操作功能。 分析人員可以對波形圖像進行進行壓縮、拉伸，滿足個性化的分析需求。（2）播放操作功能。分析人員可以使用正常播放、逐頁查看等方式對記錄進行分析，也可使用光標逐個時間節點查看記錄的所有信息，便于找到發生問題的記錄，判定故障發生的具體原因。（3）頻譜分析功能。在發生故障的時間段，可以選擇一段波形放大后進行查看，是否存在其他制式的干擾波形導致無法譯碼輸出。或者查看該時段波形的周期、幅值、發停碼間隔等是否滿足機車信號譯碼輸出要求。

4 分析作業質量存在問題，提升作業標準化水平

通過機車信號記錄文件分析，可以發現設備大、中、小、輔修作業和出、入庫檢測作業質量是否存在簡化作業問題，并通過數據的統計分析發現作業存在的普遍性問題、傾向性問題，采取有針對性的整改措施，防范因檢查試驗不到位造成設備帶故障或隱患出庫。作業文件分析重點盯控以下項點：（1）作業人員是否按要求進行開關機作業，設備自檢過程是否正常、是否能夠正常啟動。（2）作業人員是否按要求進行端位轉換和發碼試驗，檢查機車信號各燈位信號能否正常接收、機車牽引端位發生變化機車信號能否正常收碼。（3）作業人員是否按要求進行A/B 機切換試驗，檢查雙機熱備是否正常工作、有碼切機時能否保持信號正常接收和顯示。（4）作業人員是否按要求進行上/下行切換試驗，檢查上下行切換是否能夠正常動作、切換后信號主機能否正常收碼。

5 分析發生機車信號工作異常原因，及時采取整治措施

機車信號運行途中發生不上碼、掉碼、變燈、無碼區段上碼等問題，均可以通過分析機車信號，調取發生故障時的機車運行信息和地面發碼情況，來綜合判斷具體故障原因。

（1）首先應查看地面發碼低頻信息和載頻信息是否正常：ZPW-2000 上行載頻信息為2 000 Hz、2 600 Hz，下行載頻信息為1 700 Hz、2 300 Hz；移頻上行載頻信息為650 Hz、850 Hz，下行載頻信息為550 Hz、750Hz。ZPW-2000 制式機車信號低頻對應的燈光見表1。

表1 ZPW-2000 低頻信息與機車信號燈光對應關系表

如果載頻信息和低頻信息缺少任意一種或兩種都沒有，必然導致機車信號不上碼或者掉碼。

（2）其次查看地面信號的發碼制式對應的接收電壓幅值是否達到標準，ZPW-2000 系統接收電壓應不低于92.5 mV，移頻電化區段550 Hz 電壓不低于14.7 mV、650 Hz 電壓不低于13.5 mV、750 Hz 電壓不低于11.5 mV、850 Hz 電壓不低于9.2 mV，移頻非電化區段550 Hz 電壓不低于5.18 mV、650 Hz 電壓不低于4.72 mV、750 Hz 電壓不低于4.35 mV、850 Hz 電壓不低于4.16 mV，交流計數非電化區段電壓不低于10 mV，電化區段不低于8.6 mV。主機接收電壓小于機車信號靈敏度的要求，將會導致機車信號無法正常接收譯碼。

（3）再次查看信號主機的工作狀態是否正常，是否存在電源電壓異常波動、工作機是否來回切換、“A 機故障”和“B 機故障”欄是顯示故障，以上記錄出現問題必然導致信號主機不能正常工作。如果發生故障，應查看設備故障代碼，通過代碼分析信號主機的具體故障點。

（4）此外，應查看機車是否只在當前地點發生異常，如果機車信號在相鄰的運行區段均上碼正常，則排除機車故障的可能性，通知現場信號車間重點查找軌道電路和發碼設備質量問題。還可以調查經過該地點的其它車次是否上碼正常，來輔助判斷是否為地面設備問題。

（5）還可查看機車信號接收到地面碼后是否在規定的時間內點燈輸出，如果超出了規定時間無點燈輸出，且電壓靈敏度符合要求，則可判定為機車信號故障。機車信號設備ZPW－2000 信息應變時間的規定：綠5 燈1.2 s，綠4 燈1.0 s，綠3 燈2.0 s，綠2 燈1.9 s，綠燈2.0 s，綠黃燈1.7 s，黃2 燈1.6 s，黃燈1.4 s，雙黃1.3 s，雙黃閃1.2 s，黃2 閃1.2 s，紅黃0.9 s。可以看出紅黃燈應變時間最短，綠燈應變時間最長。

（6）機車信號掉碼原因分析。a. 發碼制式為極頻、交流計數等制式時，低頻信息極易受到外界干擾導致機車信號上碼慢或掉碼問題，通過對波形的分析，可以確定問題發生原因，如：交流計數50 Hz 制式時，如果機車干擾頻率同樣為50 Hz 且信號較強，就會淹沒有用信號，造成機車信號無法譯碼輸出；如果接收交流制式信息時，機車信號主機同時收到了移頻550 Hz－移頻850 Hz 信號，機車信號會判斷同時接收兩種制式信息，也無法譯碼輸出。b. 如果機車信號設備在停車狀態下能夠正常上碼，而在低速度運行時發生掉碼現象，則判斷可能為機車信號設備插件接觸不良，列車低速運行狀態下振動較大造成設備無法正常工作。

（7）有碼區段錯誤上碼。這種問題一般是地面發碼信息錯誤，通過分析錯誤上碼時的載頻和低頻信息、位置信息等，就可以判定發生問題的地點和原因。

6 分析特殊信息

根據機車信號主機使用的不同車型，檢查主機板跳線設置是否正確，防范信號制式設置錯誤造成運行中機車信號設備不上碼。

ZP1：設置為“0”，主機適用于電化區段運行，設置為“1”，主機適用于非電化區段運行。

交流計數制式設置：接收交接50 周信號，JL1/JL2設置為10，主機適用于非電化區段運行；接收交流25周信號，JL1/JL2 設置為01，主機適用于電化區段運行。

移頻制式設置：YP1/YP2/YP3 設置為100 時，主機適用于非電化區段運行；YP1/YP2/YP3 設置為010 時，主機適用于電化區段運行。

UM71、ZPW-2000 制式設置：ZPW1/ZPW2/ZPW3設置為100，電化和非電化區段主機板統一使用此設置方式。

以上各項設置在現場使用中須有機結合使用，如ZP1 設置為“1”時，即選擇非電化區段，那么分析各制式主機跳線設置，則交流計數須選擇交流“10”、移頻須選擇“100”、ZPW-2000 須選擇“100”。

分析人員分析主機板設置方式時，首先必須知道該車型屬于內燃還是電力機車，內燃機車應為非電化主機，電力機車應為電化主機，據此首先確認ZP1 的設置是否正確，不一致則為主機板制式使用錯誤。如果分析中發現ZP1 設置為電化而主機板各制式設置存在非電化情況，或者反過來ZP1 設置為非電化而主機板各制式設置為電化情況，均為主機板跳線設置錯誤。錯誤的設置一旦運行到對應區段，便會導致機車信號不上碼故障，引發行車概況甚至事故。

7 分析設備存在的隱患問題

（1）通過分析機車信號的全程運行記錄，檢查是否有異常的切機問題，如果某塊主機板不能正常工作，則工作過程中始終不能切到該塊主機板，如果人工切換，也會再次轉換到另一塊板工作。如果發現這樣的問題，就可以及時處置因作業人員未發現該問題而導致的故障隱患。

（2）通過分析也可以發現機車信號時鐘誤差大、不記錄TAX 箱傳送的列車運行信息、運行中制式頻繁變化、運行中頻繁記錄上電、機車型號和機車號記錄錯誤、記錄主機板故障、記錄主機板板內故障（板內多故障）、記錄機車信號線圈斷線、記錄主機板無碼切機、AB 機切換時記錄無主機、記錄電源電壓低或電壓高、記錄庫內無主機并滅燈、記錄燈反饋故障、信號電壓波形不準、主機板降級故障、跳線設置不正確、雙機記錄不一致等等問題，結合設備檢查確定產生問題的具體原因，及時采取相應的整治措施。