CN103019105A - 一种轨旁设备模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种轨旁设备模拟装置，该装置包括顺序连接的车载控制仿真器、轨旁设备仿真器、继电器组合架仿真器和联锁设备，其中所述继电器组合仿真器包括顺序连接的继电器组合仿真和驱采插箱；所述轨旁设备仿真器采用软件模拟轨旁设备，用于对轨旁设备进行操作，允许人工注入设备故障；所述继电器组合架仿真包括信号采集卡和信号驱动卡，用于采集继电器状态和驱动继电器；所述驱采插箱包括驱动、采集插箱和电源，所述插箱配有继电器板，用于实现继电器组合架仿真和被测设备间开关量信号的传输，及继电器状态的指示。通过该装置解决了现有模拟装置现场环境仿真度不高，测试的真实性和全面性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及列车自动控制(ATC)技术领域，特别涉及一种用于ATC测试的轨旁设备模拟装置。
背景技术
在现实轨道设备中，轨旁设备和继电器组合架是任何一条轨道线路中重要的基础设施。联锁设备得到的轨旁设备的状态，都是从继电器组合架上采集继电器状态获得的，所以轨旁设备和继电器组合架在轨道交通设备中就显得不可或缺。使用与安全型继电器接口的轨旁设备如计轴区段、信号机、道岔、屏蔽门、紧急停车按钮他们的作用解释如下：
信号机：根据联锁设置继电器的状态来显示不同的灯位指导行车。
道岔：根据联锁设置继电器的状态来搬动位置到定位或反位来使机车从一个股道行驶到另一个股道
计轴区段：两个计轴器之间定义为一个计轴区段，当区段检测到有列车占压时，会设置相应继电器的状态，联锁设备检测到继电器状态，在界面中显示占压。
屏蔽门：根据联锁设置继电器的状态来控制屏蔽门的开关。
紧急停车按钮：联锁从继电器采集紧急停车按钮状态，CBTC(基于通信的列车控制系统)级别下联锁将按钮状态发送给区域控制器(ZC)，由ZC发送给列车。点式状态下，联锁直接关闭信号机。
信号系统是安全设备，关乎着乘车人的生命安全。所以对信号系统测试的真实性及全面性就体现出来了。之前多数用例由于室内测试环境条件不具备且对现场环境仿真度不高，主要是轨旁设备及继电器组合架的仿真度不高，如测试联锁时，只测试应用软件，而不测试真实的驱采硬件，导致室内测试使用的软硬件版本不能与现场保持一致，使得测试用例结果不被信服，导致很多用例要到现场去测试。但现场测试周期长，模拟故障困难，测试效率不高。
发明内容
(一)所要解决的技术问题
本文提供一种轨旁设备模拟装置，解决了现有模拟装置现场环境仿真度不高，测试的真实性和全面性差的问题。
(二)技术方案
本发明提供一种轨旁设备模拟装置，该装置包括顺序连接的仿真车载控制器、轨旁设备仿真器、继电器组合架仿真器和交换机，所述继电器组合架仿真器包括顺序连接的继电器组合架仿真和驱采插箱；
所述轨旁设备仿真器采用软件模拟轨旁设备，用于对轨旁设备进行操作，允许人工注入设备故障；
所述继电器组合架仿真包括信号采集卡和信号驱动卡，用于采集继电器状态和驱动继电器；
所述驱采插箱，用于实现继电器组合架仿真和联锁设备间开关量信号的传输，及继电器状态的指示。
优选的，所述继电器板包括继电器采集板和继电器驱动板；
所述继电器采集板，用于采集联锁设备的开关量信号输出状态并将状态传输至信号采集卡；所述继电器驱动板，用于接收来自信号驱动卡的开关量信号输出状态，并传输至联锁设备。
优选的，所述继电器采集板包括：输入接口模块、滤波模块、继电器模块、采集开关量信号指示模块和输出接口模块；
所述输入接口模块与联锁设备开关量输出接口连接，用于采集联锁设备输出的开关量信号；
所述滤波模块，用于对采集到的开关量信号进行滤波处理；
所述继电器模块，用于实现信号采集卡与联锁设备间开关量信号的传输，以及实现二者之间的电气隔离；
所述采集开关量信号指示模块，用于对信号采集卡采集到的开关量信号进行指示；
所述输出接口模块与信号采集卡接口连接，用于将采集到的开关量信号传输至信号采集卡。
优选的，所述滤波模块包括一个二极管和一个RC滤波电路。
优选的，所述继电器驱动板包括：输入接口模块、继电器模块、开关量信号指示模块和输出接口模块；
所述输入接口模块与信号驱动卡接口连接，接收信号驱动卡的输出开关量信号；
所述继电器模块，用于实现信号驱动与联锁设备间开关量信号状态的传输，以及实现二者之间的电气隔离；
所述开关量信号指示模块，用于对联锁设备发送或接收到的开关量信号进行指示；
所述输出接口模块与联锁设备开关量输入接口连接，用于输出开关量信号给联锁设备。
优选的，所述电源为导轨式AC-DC电源。
优选的，所述继电器组合架仿真通过E100连接线与驱采插箱连接。
优选的，所述信号采集卡为128路数字采集卡，信号驱动卡为128路数字输出卡。
优选的，该装置还包括交换机，所述交换机分别与车载控制仿真器、轨旁设备仿真器和继电器组合架仿真连接。
(三)有益效果
通过本发明，使测试人员直观的看到整个站场全貌，在图形界面中就可做各种操作，增加各种注入故障功能，增加测试的便捷性；模拟现场环境，100％模拟现场轨旁设备的电气接口，如信号机根据联锁状态显示不同灯位，区段根据列车位置显示占用或空闲，道岔可以根据联锁状态或手动设置搬动到定位或反位，屏蔽门会根据联锁命令来进行开关显示，当列车经过应答器时，轨旁设备仿真器会把应答器信息发送给列车；模拟现场轨旁设备的时间特性(如计轴区段延迟2S汇报空闲)，这样可让更多的测试用例能在室内执行，增加测试结果的可信度，减少室外测试工作量。
附图说明
图1为本发明装置的组成结构示意图；
图2为继电器组合架仿真驱动驱采插箱控制继电器位置的步骤流程图；
图3为继电器组合架仿真采集驱采插箱的继电器状态，将继电器信息传输给轨旁设备仿真器并更新轨旁设备状态的步骤流程图；
图4为本发明实际硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明提供一种轨旁设备模拟装置，该装置包括顺序连接的仿真车载控制器(VOBC)、轨旁设备仿真器、继电器组合架仿真器和交换机，所述继电器组合仿真器包括顺序连接的继电器组合仿真和驱采插箱；
所述轨旁设备仿真器采用软件模拟轨旁设备，用于对轨旁设备进行操作，允许人工注入设备故障；
所述继电器组合架仿真器包括信号采集卡和信号驱动卡，用于采集继电器状态和驱动继电器；
所述驱采插箱包括，用于实现继电器组合架仿真器和联锁设备间开关量信号的传输，及继电器状态的指示。
本发明中，轨旁设备仿真器采用纯软件方式模拟信号机、屏蔽门、道岔、计轴器、区段、列车、站台、紧急停车按钮。绘制站场界面，在界面中可对轨旁设备进行操作，具备注入故障功能。
继电器组合架仿真+驱采插箱：采用软硬结合的方式模拟继电器组合架，软件部分继电器组合架仿真通过采集卡及驱动卡来采集和驱动继电器状态。在界面中含有继电器状态列表，可以进行手动更改继电器的状态。硬件部分驱采插箱由驱动插箱和采集插箱组成，每个插箱上面配有继电器板，每块继电器板配有小型继电器，每块继电器板配有指示灯来表示继电器的状态。
可看出，模拟轨旁及继电器组合架主要采用软硬结合的方式。
一方面，轨旁设备仿真器将设备状态传输给继电器组合架仿真，继电器组合架仿真驱动驱采插箱来控制继电器的位置，具体的工作步骤如图2所示：
(1)启动轨旁设备仿真器及继电器组合架仿真；
(2)轨旁设备仿真器将站场状态以UDP方式发送给继电器组合架仿真；
(3)继电器组合架仿真判断数据是否正确，即进行CRC校正，若否，则结束此次驱动工作；
(4)若是，则继电器组合架仿真器向驱采插箱发送驱动继电器命令；
(5)驱采插箱继电器状态更新，驱动结束。
同时，另一方面继电器组合架仿真采集驱采插箱的继电器状态，将继电器信息传输给轨旁设备仿真器并更新轨旁设备状态，具体工作流程如图3所示：
(1)启动轨旁设备仿真器及继电器组合架仿真软件；
(2)继电器组合架仿真采集驱采插箱继电器状态；
(3)继电器组合架仿真以UDP方式将继电器状态发送给轨旁设备仿真器；
(4)轨旁设备仿真器判断数据是否正确，若否，则结束采集更新工作；若是，则更新站场设备状态，结束工作。
其中，所述继电器板包括继电器采集板和继电器驱动板；
所述继电器采集板，用于采集联锁设备的开关量信号输出状态并将状态传输至信号采集卡；所述继电器驱动板，用于接收来自信号驱动卡的开关量信号输出状态，并传输至联锁设备。
所述继电器采集板包括：输入接口模块、滤波模块、继电器模块、采集开关量信号指示模块和输出接口模块；
所述输入接口模块与联锁设备开关量输出接口连接，用于采集联锁设备输出的开关量信号；
所述滤波模块，用于对采集到的开关量信号进行滤波处理；
所述继电器模块，用于实现信号采集卡与联锁设备间开关量信号的传输，以及实现二者之间的电气隔离；
所述采集开关量信号指示模块，用于对信号采集卡采集到的开关量信号进行指示；
所述输出接口模块与信号采集卡接口连接，用于将采集到的开关量信号传输至信号采集卡。
所述继电器驱动板包括：输入接口模块、继电器模块、开关量信号指示模块和输出接口模块；
所述输入接口模块与信号驱动卡接口连接，接收信号驱动卡的输出开关量信号；
所述继电器模块，用于实现信号驱动与联锁设备间开关量信号状态的传输，以及实现二者之间的电气隔离；
所述开关量信号指示模块，用于对联锁设备发送或接收到的开关量信号进行指示；
所述输出接口模块与联锁设备开关量输入接口连接，用于输出开关量信号给联锁设备。
具体的，本发明采用的硬件主要有：工控机，网线，128数字输出卡，128路数字采集卡，驱采插箱，E100连接线，硬件结构如图4所示，仿真VOBC工控机与轨旁设备仿真器的工控机、继电器组合架仿真的工控机通过网线顺序连接，继电器组合架仿真的工控机通过E100连接线与驱采插箱连接，驱采插箱通过信号连接线与联锁设备相连接。
其中，数字输出卡采用128路数字输出卡：装配在运行继电器组合架仿真的工控机的PCI插槽上，此卡具有128路隔离数字量输出通道，输出通道高电压隔离，宽输出范围(5-40VDC)，它是一款高密度的隔离数字量输入卡，它能够在更多的工业应用中监控。PCI-1758UDI的每个通道都具有中断和数字过滤功能。
数字采集卡采用研华128路数字采集卡：装配在运行继电器组合架仿真的工控机中的PCI插槽上，此卡具有128路隔离数字量输入通道，输出通道高电压隔离，宽输出范围(5-40VDC)，隔离输出通道上的高吸入式电流(最大90mA/通道)，每个端口都有电流保护，板卡ID开关。
该模拟装置还可包括交换机，交换机分别与仿真VOBC、轨旁设备仿真器和继电器组合仿真相连接，这里采用的交换机具有24个10/100Base-TX以太网端口。
驱采插箱包括继电器采集板、继电器驱动板、导轨式AC-DC电源、6U插箱组成：
继电器采集板：采集被测设备即联锁设备输出的开关量信号状态，将采集到的开关量信号状态传输至信号采集卡，继电器采集板由五个模块部分组成：(1)输入接口模块：与被测设备开关量输出接口连接，采集被测设备输出开关量信号状态；(2)滤波模块：对采集到的开关量信号进行滤波处理，将来自被测设备的自检脉冲信号幅度缓冲到测试设备可识别电平信号以下，以达到屏蔽干扰信号的目的。该模块由1个二极管和1个RC滤波电路构成，RC滤波电路利用电容充放电原理对信号进行滤波，二极管的作用为阻断经过滤波处理后的信号流入被测设备自检信号输入接口；(3)继电器模块：实现信号采集卡与被测设备之间开关量信号状态的传输，并实现二者之间的电气隔离；(4)采集开关量信号指示模块，采用发光二极管对信号采集卡采集到的开关量信号进行指示；(5)输出接口模块：与信号采集卡接口连接，将采集到的开关量信号状态传输至信号采集卡。
继电器驱动板：接收来自信号驱动卡的开关量信号输出状态，输出开关量信号至被测设备继电器驱动板由四个模块部分组成：(1)输入接口模块：与信号驱动卡接口连接，接收信号驱动卡的输出开关量信号状态。(2)继电器模块：实现信号驱动与被测设备之间开关量信号状态的传输，并实现二者之间的电气隔离。(3)开关量信号指示模块：采用发光二极管对被测设备发送或接收到的开关量信号进行指示。(4)输出接口模块：与被测设备开关量输入接口连接，输出开关量信号给被测设备。
导轨式AC-DC电源：导轨电源实现对继电器采集板、继电器驱动板、信号采集卡、信号驱动卡的供电。
6U插箱：实现继电器采集板、继电器驱动板插箱式安装。
E100连接线：连接数字采集卡、数字输出卡与驱采插箱。
本发明模拟轨旁设备的实现原理：
轨旁设备仿真器采用图形界面：根据线路数据使用按比例生成站场界面，线路中的轨旁设备位置按照真实线路中设备位置绘制在图形界面中。
模拟计轴器实现计轴区段空闲检测：要根据VOBC的ID判断是VOBC仿真器还是实际VOBC，对于实际VOBC，轨旁设备仿真器根据实际VOBC所对应的三维视景子系统提供的列车位置通过查询函数获得计轴区段空闲检测的结果；对于VOBC仿真器，轨旁设备仿真器根据VOBC仿真器提供的列车位置通过查询函数获得计轴区段空闲检测的结果。可以从联锁处获得命令，实现计轴区段锁闭解锁功能，允许用户人工注入设备故障(例如区段占用空闲，区段锁闭未锁闭，区段复零)。这里仿真VOBC和实际VOBC都会在系统上运行，测试双车追踪。
模拟道岔实现道岔的转动：可以从联锁处获得命令(道岔有转动命令时，联锁才会发送此命令)，也可以通过轨旁设备仿真器处的人机交互界面获得命令。如果道岔是双动道岔，那么道岔必须模拟双动道岔的联动。当道岔处于锁闭状态时，道岔不能转动。道岔转动时，从开始转动到转动达到期望位置的时间可以人工设置，默认为3S。模拟道岔实现锁闭解锁功能时，可以从联锁处获得命令，也可以通过轨旁设备仿真器处的人机交互界面获得命令。允许用户人工注入设备故障(如定位、反位、四开、锁闭、未锁闭、单独锁闭道岔、单独解锁道岔、故障锁闭道岔)
模拟信号机实现信号机的显示变化：可以从联锁处获得命令(信号机灯位有变化时，联锁才会发送此命令)，也可以通过轨旁设备仿真器处的人机交互界面获得命令。模拟信号机实现信号机的锁闭解锁时，可以从联锁处获得命令，也可以通过轨旁设备仿真器处的人机交互界面获得命令。允许用户人工注入设备故障(如单独锁闭信号机、单独解锁信号机、红灯亮、红灯灭灯、绿灯亮、绿灯灭灯、黄灯亮、黄灯灭灯)。
模拟屏蔽门：可以从联锁处获得命令(屏蔽门有动作时，联锁才会发送此命令)，也可以通过轨旁设备仿真器处的人机交互界面获得命令。模拟屏蔽门实现屏蔽门的互锁解除时，可以从联锁处获得命令(屏蔽门有动作时，联锁才会发送此命令)，也可以通过轨旁设备仿真器处的人机交互界面获得命令。允许用户人工注入屏蔽门故障(如开门、关门、锁闭、解锁、互锁解除)。、
模拟紧急停车按钮：可以从联锁处获得命令(紧急停车按钮有动作时，联锁才会发送此命令)，也可以通过轨旁设备仿真器处的人机交互界面获得命令。允许用户人工注入紧急停车按钮故障(如按下、释放)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种轨旁设备模拟装置，该装置包括顺序连接的车载控制仿真器、轨旁设备仿真器、继电器组合架仿真器和联锁设备，其特征在于，所述继电器组合架仿真器包括顺序连接的继电器组合架仿真和驱采插箱；
所述轨旁设备仿真器采用软件模拟轨旁设备，用于对轨旁设备进行操作，允许人工注入设备故障；
所述继电器组合架仿真包括信号采集卡和信号驱动卡，用于采集继电器状态和驱动继电器；
所述驱采插箱，用于实现继电器组合架仿真和联锁设备间开关量信号的传输，及继电器状态的指示。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述驱采插箱包括：继电器采集板、继电器驱动板、电源和插箱；
所述继电器采集板，用于采集被测设备的开关量信号输出状态并将状态传输至信号采集卡；所述继电器驱动板，用于接收来自信号驱动卡的开关量信号输出状态，并传输至联锁设备。所述插箱，用于实现继电器采集板、继电器驱动插箱式安装。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述继电器采集板包括：输入接口模块、滤波模块、继电器模块、采集开关量信号指示模块和输出接口模块；
所述输入接口模块与联锁设备开关量输出接口连接，用于采集联锁设备输出的开关量信号；
所述滤波模块，用于对采集到的开关量信号进行滤波处理；
所述继电器模块，用于实现信号采集卡与联锁设备间开关量信号的传输，以及实现二者之间的电气隔离；
所述采集开关量信号指示模块，用于对信号采集卡采集到的开关量信号进行指示；
所述输出接口模块与信号采集卡接口连接，用于将采集到的开关量信号传输至信号采集卡。
4.如权利要求3所述装置，其特征在于，所述滤波模块包括一个二极管和一个RC滤波电路。
5.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述继电器驱动板包括：输入接口模块、继电器模块、开关量信号指示模块和输出接口模块；
所述输入接口模块与信号驱动卡接口连接，接收信号驱动卡的输出开关量信号；
所述继电器模块，用于实现信号驱动与联锁设备间开关量信号状态的传输，以及实现二者之间的电气隔离；
所述开关量信号指示模块，用于对联锁设备发送或接收到的开关量信号进行指示；
所述输出接口模块与联锁设备开关量输入接口连接，用于输出开关量信号给联锁设备。
6.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述电源为导轨式AC-DC电源。
7.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述继电器组合架仿真通过E100连接线与驱采插箱连接。
8.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述信号采集卡为128路数字采集卡，信号驱动卡为128路数字输出卡。
9.如权利要求1所述装置，其特征在于，该装置还包括交换机，所述交换机分别与车载控制仿真器、轨旁设备仿真器和继电器组合架仿真连接。
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