CN103680235A - 用于zpw-2000a型自动闭塞系统实训的考核装置 - Google Patents

Abstract

一种用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置，涉及一种实训考核装置，包括上位机与下位机，上位机与下位机之间进行串口通信；所述的上位机带有能够设置考核题目并根据学生维修情况自动评分的软件，该上位机设置考核题目后，自动将数据与指令通过串口通信发送至下位机，下位机通过串口通信对上位机进行应答；下位机包括串口通信模块、中央控制模块、继电器驱动模块、继电器接口模块。本发明具有使用方便、考核公平公正、扩展性与可移植性好、具备通用数据采集功能、效率高、调试、维护、检修方便、成本低、实用性强等特点，具有较高的推广价值。

Description

用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置

技术领域

本发明涉及一种实训考核装置，特别是一种用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置。

背景技术

ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统属于轨道交通信号控制系统，在2002年通过铁道部的技术鉴定并在全路推广应用，铁道信号工在从事铁路信号设备维修养护时，必须掌握ZPW-2000A型自动闭塞系统的安装与维修技能。因此，各铁道类高职院校在铁道信号相关专业的人才培养、课程设置当中，ZPW-2000A自动闭塞实训系统的应用已经越来越广泛。

上述实训系统的硬件构成与铁道系统实际使用的信号设备完全一致，信号设备可分为室内设备、室外设备与系统防雷三部分，在ZPW-2000A自动闭塞系统实训中最重要的技能考核点是室内设备的维修。而在实际使用过程中，室内设备的故障类型通常是断路故障，因此教师在对学生进行考核时，必须模拟实际故障场景中的断线故障，以此方法来评价学生对技能点的掌握。

在实训教学中，室内设备部分使用“区间信号零散组合1”进行配线与检修实训，该组合共至少包括超过100个配线端子，教师在进行室内设备维修技能考核时，人为设置配线断路故障点需要耗费大量时间与精力；而且在考核中，难以对学生维修技能的过程进行评价，学生无法真正掌握实际工作中室内设备故障检修的方法，不能适应信号工的岗位需求。现有设备已无法满足教学的要求。

授权公告号为CN203204987U的专利公开了一种可自动设置故障及恢复故障的过程控制实训考核设备，该技术利用计算机PCI接口，开发了输入输出控制卡、信号输入输出连接器、输入输出继电器端子板，该设备用于过程控制实训，功能是通过计算机设置故障、自动记录学生检修结果并评分。该发明使用PCI接口，并使用专用的连接器，可移植性较差，并不利于系统升级维护；该设备在结构设计上没有保留冗余，不利于扩展；同时该设备没有信号反馈功能，无法适用于大多数实训过程考核。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置，使其具有使用方便、考核公平公正、扩展性与可移植性好、具备通用数据采集功能、效率高的特点。

解决上述技术问题的技术方案是：一种用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置，包括上位机与下位机，上位机与下位机之间进行串口通信；所述的上位机带有能够设置考核题目并根据学生维修情况自动评分的软件，该上位机设置考核题目后，自动将数据与指令通过串口通信发送至下位机，下位机通过串口通信对上位机进行应答；

所述的下位机包括串口通信模块、中央控制模块、继电器驱动模块、继电器接口模块，其中：

所述的中央控制模块，对上位机发送的数据进行处理，发出相关控制指令，同时负责监控ZPW-2000A型自动闭塞系统两路显示信号灯的灯丝继电器的通断状态，并将该监控数据传送至串口通信模块；

所述的串口通信模块用于将上位机发送的数据传送至中央控制模块，同时还将中央控制模块对两路显示信号灯灯丝继电器的通断状态监控数据发送至上位机，使上位机根据该监控数据在界面中转换显示信号灯的亮、灭状态； 

所述的继电器驱动模块根据中央控制模块发出的相关控制指令，对继电器接口模块发出接通或关断的控制信号；

所述的继电器接口模块设置有超过100个断路故障点，以达到模拟室内设备故障的目的，该继电器接口模块接收到接通或关断的控制信号后，对各个断路故障点进行接通或关断。

本发明的进一步技术方案是：所述的中央控制模块包括C8051F410单片机，该单片机自带多路A/D，用于对两路显示信号灯的灯丝继电器工作状态进行数据采集。

本发明的进一步技术方案是：所述的继电器驱动模块包括74HC595芯片、ULN2803芯片，ULN2803芯片用于驱动电磁继电器线圈，每一片ULN2803芯片可以驱动8个继电器；74HC595芯片用于串口输入转并口输出。

本发明的再进一步技术方案是：所述的继电器驱动模块必须能够对超过100个配线进行通断控制。

本发明的进一步技术方案是：所述的继电器接口模块包括超小型电磁继电器，该继电器接口模块与继电器驱动模块与之间采用排线相连。

由于采用上述结构，本发明之用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置具有以下有益效果：

1．使用方便、考核公平公正：

本发明使用VC开发上位机管理软件，教师使用该管理软件对轨道交通信号控制系统实训进行故障点设置，学生通过该管理软件对故障进行确认维修，管理软件可自动对维修过程进行评分，具有使用方便、考核公平公正的优点，可对学生维修技能的过程进行真实评价，使学生真正掌握实际工作中室内设备故障检修的方法，从而适应信号工的岗位需求。

2．提高了系统的扩展性与可移植性：

本发明的上位机与下位机通过串口通信模块进行通讯，便于系统升级，并极大地提高了系统的扩展性与可移植性。

此外，下位机的继电器驱动模块使用74HC595芯片与ULN2803芯片搭建。ULN2803芯片的作用是驱动电磁继电器线圈，每一片ULN2803芯片可以驱动8个继电器。74HC595芯片的作用是串口输入转并口输出，用4片74HC595级联，此时只需通过单片机的4根IO口线作为输入，便可扩展至32位并行数据输出。用单片机控制4组32位并口数据输出，只需16根IO口线，可以完成128个继电器的通/断控制。因此，本发明在满足设备研制要求的同时，留出了一定的冗余，进一步提高了系统的扩展性。

3．具备通用数据采集功能：

本发明下位机的中央控制模块使用C8051F410单片机研制开发，该单片机自带多路A/D，可用于两路显示信号灯灯丝继电器的通断状态的监控数据采集。

4．效率高：

本发明通过继电器接口模块设置有超过100个断路故障点，以达到模拟室内设备故障的目的，该继电器接口模块在继电器驱动模块的控制下，可对各个断路故障点进行接通或关断。因此，本发明可使教师在进行室内设备维修技能考核时，无需人为设置配线断路故障点，节省了大量时间与精力，效率得到大大提高。

5．调试、维护、检修方便：

继电器接口模块中使用了超小型电磁继电器，并且继电器驱动模块与继电器接口模块之间用排线相连。这种结构方便调试，也为后期使用中的设备本身的维护、检修带来了很大的方便。

6．成本低、实用性强，具有较高的推广价值。  

下面，结合附图和实施例对本发明之用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置的总体结构框图，

图2：本发明的中央控制模块与串口通信模块的电路原理图，

图3：本发明的继电器驱动模块的部分电路原理图，

图4：本发明的继电器接口模块的部分电路原理图。

具体实施方式

实施例一：

一种用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置，包括上位机与下位机，上位机与下位机之间进行串口通信；所述的上位机使用VC开发上位机管理软件，该管理软件带有能够设置考核题目并根据学生维修情况自动评分功能，该上位机设置考核题目后，自动将数据与指令通过串口通信发送至下位机，下位机通过串口通信对上位机进行应答；

所述的下位机包括串口通信模块、中央控制模块、继电器驱动模块、继电器接口模块，其中：

所述的中央控制模块，对上位机发送的数据进行处理，发出相关控制指令，同时负责监控ZPW-2000A型自动闭塞系统两路显示信号灯的灯丝继电器的通断状态，并将该监控数据传送至串口通信模块；该中央控制模块包括C8051F410单片机，该单片机自带多路A/D，用于对两路显示信号灯的灯丝继电器工作状态进行数据采集。

所述的串口通信模块用于将上位机发送的数据传送至中央控制模块，同时还将中央控制模块对两路显示信号灯灯丝继电器的通断状态监控数据发送至上位机，使上位机根据该监控数据在界面中转换显示信号灯的亮、灭状态； 

所述的继电器驱动模块根据中央控制模块发出的相关控制指令，对继电器接口模块发出接通或关断的控制信号；该继电器驱动模块必须能够对超过100个配线进行通断控制；所述的继电器驱动模块包括74HC595芯片、ULN2803芯片，ULN2803芯片用于驱动电磁继电器线圈，每一片ULN2803芯片可以驱动8个继电器；74HC595芯片用于串口输入转并口输出。用4片74HC595级联，此时只需通过单片机的4根IO口线作为输入，便可扩展至32位并行数据输出。用单片机控制4组32位并口数据输出，只需16根IO口线，可以完成128个继电器的通/断控制，满足设备研制要求的同时，留出了一定的冗余。

所述的继电器接口模块设置有超过100个断路故障点，以达到模拟室内设备故障的目的，该继电器接口模块接收到接通或关断的控制信号后，对各个断路故障点进行接通或关断。所述的继电器接口模块包括超小型电磁继电器，该继电器接口模块与继电器驱动模块与之间采用排线相连。这种结构方便调试，也为后期使用中的设备本身的维护、检修带来了很大的方便。

在图1中，公开的是本发明总体结构框图，其中上位机管理软件使用VC开发，该管理软件具备设置故障点、自动评分的功能。教师在软件中出题，上位机将题目中的故障点信息与指令通过串口发送至下位机。当学生查出故障点后，只需要在软件中勾选相应的故障点图标，软件自动判断学生选择的正确性，一旦学生选对了，软件就通过串口通知单片机将故障点恢复完好。

在图2中，公开的是本发明的中央控制模块与串口通信模块的电路原理图。单片机选用C8051F410单片机，该单片机内部集成多路8位A/D，能够完成通用数据采集的功能。串口通信模块选用MAX3232电平转换芯片搭建。单片机9～12脚的网络标签为DIN_A、SCLK_A、RCLK_A、RCLR_A，负责控制A组继电器驱动电路；同理13～16脚控制B组；25～28脚控制C组；29～32脚控制D组。17、18脚设置为A/D输入，用于采集灯丝继电器的状态。

在图3中，公开的是本发明的继电器驱动模块的部分电路原理图，包括4片74HC595串口/并口转换芯片级联，用于扩展单片机的IO口线。它们分别编号为A1、A2、A3、A4，以上组成“A组继电器驱动电路”；整个装置包括A、B、C、D四组继电器驱动电路，限于篇幅，图3中只画出A组电路原理图，其余三组继电器驱动电路结构相同。四组继电器驱动电路构成继电器驱动模块，每一组驱动电路可驱动32个继电器，四组驱动电路一共能够驱动128个继电器，满足设备开发需求。

上述4片74HC595芯片级联的具体实施方式为：A1的串口输出端口9脚与A2串口输入端口14脚相连，A2的串口输出端口9脚与A3串口输入端口14脚相连，A3的串口输出端口9脚与A4串口输入端口14脚相连。

图3中ULN2803达林顿管驱动芯片用于驱动继电器线圈，每片芯片对应驱动8个继电器。

在图4中，公开的是本发明的继电器接口模块的部分电路原理图，篇幅所限，图中只画出了8路继电器接口电路，其余继电器接口电路在结构上相同。包括排线R1、接地端口、灯丝继电器接口、8个继电器、8个接线端子。实施过程中：灯丝继电器接口与图2中的单片机17、18脚相连；“排线R1”与图3中的“排线1”用软排线相连，用于接受图3继电器驱动模块的控制信号。

图4中电磁继电器采用G6K-2F-Y-5V信号继电器，该继电器体积较小，能够满足设备整体体积要求。继电器动触点与常闭触电连接“接线端子”，这样在继电器无动作时，保证设备与ZPW-2000A实训设备的接线无断路故障，在接到上位机指令后，单片机控制相应继电器吸合，产生断路故障。同样，在接到指令后单片机可以控制继电器释放，恢复故障点。

Claims (5)

1.一种用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置，其特征在于：包括上位机与下位机，上位机与下位机之间进行串口通信；所述的上位机带有能够设置考核题目并根据学生维修情况自动评分的软件，该上位机设置考核题目后，自动将数据与指令通过串口通信发送至下位机，下位机通过串口通信对上位机进行应答；

所述的下位机包括串口通信模块、中央控制模块、继电器驱动模块、继电器接口模块，其中：

所述的中央控制模块，对上位机发送的数据进行处理，发出相关控制指令，同时负责监控ZPW-2000A型自动闭塞系统两路显示信号灯的灯丝继电器的通断状态，并将该监控数据传送至串口通信模块；

所述的串口通信模块用于将上位机发送的数据传送至中央控制模块，同时还将中央控制模块对两路显示信号灯灯丝继电器的通断状态监控数据发送至上位机，使上位机根据该监控数据在界面中转换显示信号灯的亮、灭状态； 

所述的继电器驱动模块根据中央控制模块发出的相关控制指令，对继电器接口模块发出接通或关断的控制信号；

所述的继电器接口模块设置有超过100个断路故障点，以达到模拟室内设备故障的目的，该继电器接口模块接收到接通或关断的控制信号后，对各个断路故障点进行接通或关断。

2.根据权利要求1所述的用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置，其特征在于：所述的中央控制模块包括C8051F410单片机，该单片机自带多路A/D，用于对两路显示信号灯的灯丝继电器工作状态进行数据采集。

3.根据权利要求1所述的用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置，其特征在于：所述的继电器驱动模块包括74HC595芯片、ULN2803芯片，ULN2803芯片用于驱动电磁继电器线圈，每一片ULN2803芯片可以驱动8个继电器；74HC595芯片用于串口输入转并口输出。

4.根据权利要求3所述的用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置，其特征在于：所述的继电器驱动模块必须能够对超过100个配线进行通断控制。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于ZPW-2000A型自动闭塞系统实训的考核装置，其特征在于：所述的继电器接口模块包括超小型电磁继电器，该继电器接口模块与继电器驱动模块与之间采用排线相连。

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