CN109035956A - 一种用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置 - Google Patents

Abstract

本发明创造公开了一种用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置，包括轨道小车、分站装置以及总站装置；轨道小车包括小车控制器、小车无线通信模块、驱动电机、电机驱动器、应答检测模块以及电源模块；分站装置包括分站上位机以及至少两个地面应答器；总站装置包括总站上位机以及总站无线通信模块。该指挥控制实训装置利用轨道小车、分站装置以及总站装置构成实训装置，能够模拟城市轨道交通行车情况，便于轨道电话闭塞现场教学，并具有控制逻辑合理、受控对象参与模拟演示、结构简单，具有良好的应用前景。

Description

一种用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置

技术领域

本发明创造涉及一种指挥控制实训装置，尤其是一种用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置。

背景技术

随着世界经济的快速发展，世界城市化不断加剧，经济交往日益频繁，流动人口急剧增加，城市轨道增多，轨道行业兴起的同时轨道运营安全也越来越明显。作为城市轨道交通重要的信号系统，轨道小车自动控制装备是一个庞大而复杂，具有高技术含量的行车指挥自动化系统，其中任何设备发生故障，都会对安全运营产生影响。此时，必须通过启用降级模式确保运营安全，维持服务，其中，电话闭塞法就是一种简便而有效的降级运营模式。

当信号系统发生故障时需要采用非正常情况下的行车组织轨道小车采用降级模式运行，当最低一级信号控制系统即联锁控制发生故障时需要使用人工调度组织行车，即采用电话闭塞法组织行车。国内铁路公司对于电话闭塞法的启用条件基本相同，但是在运行过程中，因为自然因素以及其他因素，对闭塞区段的长度要求却各不相同分为一站一区间、一站两区间、两站两区间等多种形式。而现有的教学装置和方法无法同时满足各大铁路公司的不同闭塞区长度的要求。这对现有的电话闭塞教学方法和实训手段提出了棘手的问题。因此有必要设计出一套适用性强的城市轨道电话闭塞的调度指挥实训装置就成了轨道司机培训必需要完成的任务。

发明内容

发明创造的目的：提供用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置，能够满足城市轨道电话闭塞的调度指挥实训，为轨道司机培训提供便捷。

技术方案：本发明创造所述的用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置，包括轨道小车、分站装置以及总站装置；轨道小车包括小车控制器、小车无线通信模块、驱动电机、电机驱动器、应答检测模块以及电源模块；分站装置包括分站上位机以及至少两个地面应答器；总站装置包括总站上位机以及总站无线通信模块；小车控制器分别与小车无线通信模块、电机驱动器以及应答检测模块电连接；驱动电机与电机驱动器电连接，用于驱动轨道小车行走；电源模块分别为小车控制器、小车无线通信模块、应答检测模块以及电机驱动器供电；总站上位机与总站无线通信模块电连接；总站无线通信模块与小车无线通信模块无线通信；应答检测模块与地面应答器无线通信；总站上位机与各个分站上位机局域网连接。利用局域网连接总站上位机与各个分站上位机能够有效提高信息传输的速度和可靠性。

进一步地，应答检测模块包括应答处理器和应答线圈；应答处理器与小车控制器电连接；应答线圈与应答处理器电连接。利用应答检测模块能够与地面应答器进行通信，获取模拟进出站信息。

进一步地，小车控制器、小车无线通信模块、应答处理器以及电机驱动器均设置于PCB主板上；PCB主板通过支撑柱固定安装在小车底盘上；在小车底盘上旋转式安装有四个轨道轮；电源模块包括充电模块和电池；电池固定安装在小车底盘上；充电模块设置于PCB主板上；充电模块与电池电连接；应答线圈安装在小车底盘的下侧；在小车底盘上设置有减速器，驱动电机通过减速器驱动轨道轮旋转。利用PCB主板集成式安装，有效减小轨道小车的体积，且利用支撑柱固定安装PCB主板和小车底盘，实现分层安装，有利于轨道小车内部空间利用。

进一步地，在小车底盘上固定安装有小车外壳；PCB主板位于小车外壳内。利用小车外壳能够实现内部电路结构的有效防护。

进一步地，在PCB主板上还设有换向开关、蜂鸣器、蜂鸣器按钮、启停按钮、加速开关、电源开关以及通信天线；换向开关、蜂鸣器、蜂鸣器按钮、启停按钮、加速开关均与小车控制器电连接；电源开关串接在电源模块的供电线路上；通信天线与小车无线通信模块电连接。

进一步地，换向开关、蜂鸣器、蜂鸣器按钮、启停按钮、加速开关、电源开关以及通信天线均位于PCB主板的上侧面上；在小车外壳的顶部且位于PCB主板的上方设有操作窗口。利用操作窗口方便人工进行开关控制。

进一步地，在小车外壳的前后两端面上均设有指示灯；小车控制器与指示灯电连接。

本发明创造与现有技术相比，其有益效果是：利用轨道小车、分站装置以及总站装置构成实训装置，能够模拟城市轨道交通行车情况，便于轨道电话闭塞现场教学，并具有控制逻辑合理、受控对象参与模拟演示、结构简单，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明创造的整体结构示意图；

图2为本发明创造的轨道小车结构示意图；

图3为本发明创造的PCB主板上侧面结构示意图；

图4为本发明创造的PCB主板下侧面结构示意图；

图5为本发明创造的小车底盘侧面结构示意图；

图6为本发明创造的小车底盘底部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造技术方案进行详细说明，但是本发明创造的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

如图1所示，本发明创造提供的用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置包括：轨道小车、分站装置以及总站装置；轨道小车包括小车控制器3、小车无线通信模块11、驱动电机16、电机驱动器1、应答检测模块以及电源模块；分站装置包括分站上位机以及两个地面应答器，两个地面应答器分别安装在分站的进站位置和出站位置处；总站装置包括总站上位机以及总站无线通信模块；小车控制器3分别与小车无线通信模块11、电机驱动器1以及应答检测模块电连接；驱动电机16与电机驱动器1电连接，用于驱动轨道小车行走；电源模块分别为小车控制器3、小车无线通信模块11、应答检测模块以及电机驱动器1供电；总站上位机与总站无线通信模块电连接；总站无线通信模块与小车无线通信模块11无线通信；应答检测模块与地面应答器无线通信；总站上位机与各个分站上位机局域网连接。

进一步地，应答检测模块包括应答处理器22和应答线圈17；应答处理器22与小车控制器3电连接；应答线圈17与应答处理器22电连接。

如图2-6所示，小车控制器3、小车无线通信模块11、应答处理器22以及电机驱动器1均设置于PCB主板18上；PCB主板18通过支撑柱20固定安装在小车底盘21上；在小车底盘21上旋转式安装有四个轨道轮13；电源模块包括充电模块2和电池15；电池15固定安装在小车底盘21上；充电模块2设置于PCB主板18上；充电模块2与电池15电连接；应答线圈17安装在小车底盘21的下侧；在小车底盘21上设置有减速器19，驱动电机16通过减速器19驱动轨道轮13旋转。在小车底盘21上固定安装有小车外壳12；PCB主板18位于小车外壳12内。在PCB主板18上还设有换向开关4、蜂鸣器10、蜂鸣器按钮5、启停按钮6、加速开关7、电源开关9以及通信天线8；换向开关4、蜂鸣器10、蜂鸣器按钮5、启停按钮6、加速开关7均与小车控制器3电连接；电源开关9串接在电源模块的供电线路上；通信天线8与小车无线通信模块11电连接。换向开关4、蜂鸣器10、蜂鸣器按钮5、启停按钮6、加速开关7、电源开关9以及通信天线8均位于PCB主板18的上侧面上；在小车外壳12的顶部且位于PCB主板18的上方设有操作窗口。在小车外壳12的前后两端面上均设有指示灯14；小车控制器3与指示灯14电连接。

本发明创造提供的用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置中：电池15采用一节18650电池，充电模块2采用现有的升压模块，可实现3.7V到5V的升压输出，同时也可以实现向电池15进行充电的功能；启停按钮6采用一个方头轻触开关，从而实现“移动或停止”的切换控制；蜂鸣器按钮5采用一个方头轻触开关，实现对蜂鸣器10的开关控制，按下则响；换向开关4采用两档的拨动开关，实现轨道小车运行方向的切换，只有“前或后”两种方向；加速开关7采用三档的拨动开关，实现小车电机的运转速度切换，共有三个速度档位，中间一档为最常用速度，另外两档分别为低速档和高速档，对应的轨道小车具体运行速度可以通过程序和传动齿轮齿数比进行细部的调整；小车无线通信模块11采用Lora技术无线模块；指示灯14在小车外壳12的前后两端面上均设有两个，且一个是红色一个是白色；小车控制器3采用以AVR单片机为内核的集成电路Atmega328P的Arduino开发板，共有1对硬件串口引脚(RX0、TX1)、12路数字量I/O(D2-D13)、8路模拟量输入(A0-A7)。前6路模拟量输入(A0-A5)也可工作在数字量I/O模式下(D14-D19)，在数字量I/O中，D3、D5、D6、D9、D10、D11这6路I/O可通过输出固定频率PWM来实现模拟量的输出。

应答检测模块采用MFRC522模块构成的读卡器，地面应答器采用无源电子标签，例如M1白卡，读卡器的应答线圈17对无源电子标签充电后采集标签信息；M1白卡拥有16个扇区(0-15)，每个扇区含有4个块区(0-3)，每块可存储16字节的数据。M1白卡用来模拟站台，用轨道小车的读卡来模拟轨道小车到站情况。轨道小车每次读取卡片都会储存该卡片编号并向总站无线通信模块发送一串序列，序列包含轨道小车状况与卡片编号，总站上位机通过连接的总站无线通信模块读取序列，并通过局域网控制分站上位机播放相应的视频段作为响应。卡片编号格式：“站点编号|行为编号|上下行编号”。三种编号均占用2个字节，由“|”符号分隔，符号占用1个字节。三种编号分别解释如下：

1、站点编号：采用16进制表示，虽占用2个字节，但实际能表示出的站点编号只有256个，从“00”开始到“FF”结束。只代表站点序号，不影响分站上位机视频播放；

2、行为编号：只有“01”、“02”、“03”以及“0X”这四种模式，前三种分别对应进站、停站、出站的状况，最后一种为特殊状况。除了“03”，其他3种都会对应一段视频的播放；

3、上下行编号：只有“01”、“02”两种情况，表示站点属于上行站点或是下行站点。相同站点，上下行不同则情况不同，影响视频播放；

4、轨道小车返回序列中的轨道小车状况：只有“0x|0”、“0x|1”两种情况，分隔号前为轨道小车编号，占用2个字节，显示范围为0-255(“00”到“FF”)；分隔号后为轨道小车方向标志，上行时“0”代表正方向，下行时“1”代表正方向。两者都不会对视频播放造成影响，仅作为信号传回。

列表举例：(轨道小车序号为“00”，方向始终为正方向)

卡片编号	站点	行为	上下行	传回的序列	视频播放
						01|01|01	一号站点	进站	上行	00|0|01|01|01	上行进站视频
01|02|01	一号站点	停站	上行	00|0|01|02|01	上行停站视频
						01|03|01	一号站点	出站	上行	00|0|01|03|01	无
01|01|02	一号站点	进站	下行	00|1|01|01|02	下行进站视频
						01|02|02	一号站点	停站	下行	00|1|01|02|02	下行停站视频
01|03|02	一号站点	出站	下行	00|1|01|03|02	无

需要注意的是，出站视频的播放需要一条特殊序列进行触发。当小车经过停站站点后，会停止运行。若要再次运行必须按下启停按钮6，启停按钮6按下后，小车再次开始运行，并返回包含特殊行为编号“0X”的序列，此时上位机才会开始播放出站视频(出站视频也会因上下行状况的不同而不同)。

本发明创造提供的用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置在实训时，首先通过电源开关9接通电源，轨道小车从起始点出发，按下蜂鸣器按钮5，再按下启停按钮6，轨道小车开始出站；调节加速开关7使轨道小车开始加速前行，当到达一个站点时，应答检测模块检测到位于进站位置处的地面应答器时，小车迅速减速停止运行，并通过小车无线通信模块11发送无线信号，总站的总站无线通信模块接收信号，并通过总站上位机传输至局域网，总站上位机与各总站上位机开始小车进站监控画面水平播放演示；按下蜂鸣器按钮5，再按下启停按钮6，轨道小车开始出站，轨道小车的小车无线通信模块11发送无线信号，总站无线通信模块接收信号传输至总站上位机，总站上位机和分站上位机开始演示小车出站监控画面，当站点的应答检测模块检测到位于出站位置处的地面应答器时，推动调节加速开关7加速出站。当需要换向时，拨动轨道小车的换向开关4，可以实现轨道小车反向移动。轨道小车前进时，头部的指示灯14白灯亮，红灯不亮；轨道小车反向时，尾部的指示灯14，红灯亮，白灯不亮。

本发明创造提供的用于城市轨道电话闭塞的调度指挥实训装置可以有效解决现有教学方法和设备的不足，且具有调试、维护、检修方便、成本低、实用性强等特点，安全稳定、体积小、方便移动、控制逻辑合理，真实模拟城市轨道交通行车情况，便于现场教学演示操作，有较高的推广价值。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明创造，但其不得解释为对本发明创造自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明创造的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (7)

1.一种用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置，其特征在于：包括轨道小车、分站装置以及总站装置；轨道小车包括小车控制器、小车无线通信模块、驱动电机、电机驱动器、应答检测模块以及电源模块；分站装置包括分站上位机以及至少两个地面应答器；总站装置包括总站上位机以及总站无线通信模块；小车控制器分别与小车无线通信模块、电机驱动器以及应答检测模块电连接；驱动电机与电机驱动器电连接，用于驱动轨道小车行走；电源模块分别为小车控制器、小车无线通信模块、应答检测模块以及电机驱动器供电；总站上位机与总站无线通信模块电连接；总站无线通信模块与小车无线通信模块无线通信；应答检测模块与地面应答器无线通信；总站上位机与各个分站上位机局域网连接。

2.根据权利要求1所述的用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置，其特征在于：应答检测模块包括应答处理器和应答线圈；应答处理器与小车控制器电连接；应答线圈与应答处理器电连接。

3.根据权利要求2所述的用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置，其特征在于：小车控制器、小车无线通信模块、应答处理器以及电机驱动器均设置于PCB主板上；PCB主板通过支撑柱固定安装在小车底盘上；在小车底盘上旋转式安装有四个轨道轮；电源模块包括充电模块和电池；电池固定安装在小车底盘上；充电模块设置于PCB主板上；充电模块与电池电连接；应答线圈安装在小车底盘的下侧；在小车底盘上设置有减速器，驱动电机通过减速器驱动轨道轮旋转。

4.根据权利要求3所述的用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置，其特征在于：在小车底盘上固定安装有小车外壳；PCB主板位于小车外壳内。

5.根据权利要求4所述的用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置，其特征在于：在PCB主板上还设有换向开关、蜂鸣器、蜂鸣器按钮、启停按钮、加速开关、电源开关以及通信天线；换向开关、蜂鸣器、蜂鸣器按钮、启停按钮、加速开关均与小车控制器电连接；电源开关串接在电源模块的供电线路上；通信天线与小车无线通信模块电连接。

6.根据权利要求5所述的用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置，其特征在于：换向开关、蜂鸣器、蜂鸣器按钮、启停按钮、加速开关、电源开关以及通信天线均位于PCB主板的上侧面上；在小车外壳的顶部且位于PCB主板的上方设有操作窗口。

7.根据权利要求4所述的用于城市轨道电话闭塞教学的指挥控制实训装置，其特征在于：在小车外壳的前后两端面上均设有指示灯；小车控制器与指示灯电连接。