CN111341182A - 用于轨道交通电力系统培训的教学系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及用于轨道交通电力系统培训的教学系统，属于轨道交通电力教学技术领域，本申请的教学系统包括：设置在模拟电力系统设备房内的仿真电力系统，该仿真电力系统的线路中各电力设备处对应连接有用于实现线路故障模拟的开关器件；控制台终端，用于基于用户的输入设定，输出控制指令驱动所述开关器件动作，以实现线路故障的模拟复现或恢复；教学用电路展板，其与所述控制台终端通信连接，用于展示仿真电力系统的线路原理及运行状态。本申请的技术方案，有利于提升该教学系统的产品竞争力。
Description
技术领域
本申请属于轨道交通电力教学技术领域，具体涉及一种用于轨道交通电力系统培训的教学系统。
背景技术
随着轨道交通行业发展，对于行业从业人员提出了更高的要求，需要对相关人员进行培训考核，以满足行业发展要求。基于此，出现了各种应用于轨道交通行业培训的教学设备或教学系统。在针对轨道交通电力系统的培训中，现有的教学系统不能简单有效的实现故障教学，产品竞争力不足，影响了产品的应用前景。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种用于轨道交通电力系统培训的教学系统，可简单有效实现电力系统故障教学。
为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：
本申请提供一种用于轨道交通电力系统培训的教学系统，该教学系统包括：
设置在模拟电力系统设备房内的仿真电力系统，该仿真电力系统的线路中各电力设备处对应连接有用于实现线路故障模拟的开关器件；
控制台终端，用于基于用户的输入设定，输出控制指令驱动所述开关器件动作，以实现线路故障的模拟复现或恢复；
教学用电路展板，其与所述控制台终端通信连接，用于展示仿真电力系统的线路原理及运行状态。
可选地，还包括用于承载所述开关器件的电力系统故障电路板；
所述电力系统故障电路板上设置有相互电连接的通信控制单元和主控单元，所述主控单元通过通信控制单元与控制台终端进行通信交互；所述主控单元被配置为，
接收控制台终端下发的控制指令，基于所述控制指令生成并输出控制开关器件动作的逻辑电平信号，
以及将接收到的开关器件和电力设备的工作状态信息上传给控制台终端。
可选地，所述电力系统故障电路板上承载的开关器件为多个；
所述电力系统故障电路板在主控单元输出端口与各开关器件控制端之间、设置有锁存器单元和达林顿管驱动阵列，以实现对多个开关器件的控制驱动。
可选地，仿真电力系统线路中各电力设备处对应连接有用于实现线路故障模拟的开关器件，包括，
将开关器件与电力设备串联接入线路，用于模拟该设备导通失效所导致的线路故障。
可选地，仿真电力系统线路中各电力设备处对应连接有用于实现线路故障模拟的开关器件，还包括，
将开关器件与电力设备并联接入线路，用于模拟该设备分断失效所导致的线路故障。
可选地，所述控制台终端上设置有教师机软件模块、逻辑处理软件模块以及数据库模块；
所述数据库模块中存储有仿真电力系统的静态属性数据；
所述教师机软件模块，用于接收教师用户的故障输入设定，并将设定信息存储在数据库模块中；
所述逻辑处理软件模块，用于接收并缓存电力系统故障电路板上传的工作状态信息，基于所述工作状态信息、所述设定信息和所述静态属性数据进行逻辑计算处理，生成下发的故障控制指令。
可选地，所述逻辑处理软件模块还用于，基于所述工作状态信息和所述静态属性数据进行逻辑计算处理，得到仿真电力系统的运行状态数据，并根据所述运行状态数据控制所述教学用电路展板进行显示刷新。
可选地，所述电力系统故障电路板上的开关器件配置有手动控制开关；所述控制台终端上还设置有学员考试软件模块；
所述学员考试软件模块，用于基于学员用户的输入，触发逻辑处理软件模块下发故障控制指令；
在学员用户现场对仿真电力系统进行故障检测判断，并进而为解除故障对所述手动控制开关进行操作后，所述逻辑处理软件模块，还用于根据上传的开关器件工作状态变化信息，对学员用户的故障点解除数量和解除顺序进行计算判断，基于计算判断结果对学员用户的故障解除操作进行打分，并将打分结果发送给学员考试软件模块进行显示输出。
可选地，所述开关器件包括电路板式继电器。
可选地，所述电力设备包括配备有开闭器组件的断路器设备。
本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：
本申请技术方案中设置实物形式的仿真电力系统，通过控制连接入仿真电力系统线路上用于实现线路故障模拟的开关器件，来实现线路故障的模拟复现或恢复，简单有效的实现了电力系统故障教学。并且结合控制台终端的软件模块，可有效实现对故障修复的实操考核，有利于教学培训目标的实现，提升了该教学系统产品的竞争力。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请一个实施例提供的用于轨道交通电力系统培训的教学系统的框图示意图；
图2为本申请一个实施例提供的用于轨道交通电力系统培训的教学系统中电力系统故障电路板主控部分的原理示意图；
图3为图2所示实施例中电力系统故障电路板端口扩展部分的原理示意图；
图4为图2所示实施例中电力系统故障电路板驱动控制部分的原理示意图；
图5为图2所示实施例中电力系统故障电路板开关器件工作状态检测电路的原理示意图；
图6为本申请一个实施例中控制台终端部分的框图示意图；
图7为本申请一个实施例中教学用电路展板的实物示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
如背景技术中所述，针对轨道交通电力系统的培训中，现有的教学系统不能简单有效的实现故障教学。针对于此，本申请提出一种用于轨道交通电力系统培训的教学系统，可简单有效实现电力系统故障教学。
图1为本申请一实施例中用于轨道交通电力系统培训的教学系统的框图示意图。
如图1所示，该教学系统包括：
设置在模拟电力系统设备房内的仿真电力系统100，该仿真电力系统的线路中各电力设备处对应连接有用于实现线路故障模拟的开关器件；
需要说明的是，这里的仿真电力系统100由真实的电力设备构成，但从安全和实际实现角度出发，仿真电力系统中的电流电压并非真实的高压、大电流；实际实施中，系统的具体线路连接构成可仿照真实场景或基于教学目的进行布置。
系统线路中各电力设备处对应连接有可控开关器件，用来实现线路故障模拟，其连接方式包括，
将开关器件与电力设备串联接入线路，用于模拟该设备导通失效所导致的线路故障；将开关器件与电力设备并联接入线路，用于模拟该设备分断失效所导致的线路故障。举例而言，电力设备为一断路器设备A，将一开关器件a与设备A串联，当控制开关器件a打开，则无论设备A处于什么状态，设备A所控制回路都是断路状态，即相当于断路器设备A的导通能力失效，从而可实现对设备A导通失效所导致的系统线路故障的模拟。类似的，将开关器件与电力设备并联来模拟设备分断失效所导致的系统线路故障，对此这里就不再详述了。
回到图1，该教学系统还包括控制台终端200，用于基于用户的输入设定，输出控制指令驱动开关器件动作，以实现线路故障的模拟复现或恢复；
这里的控制台终端指运行有配套软件的计算机终端，其作为上位机根据用户的输入控制下位的开关器件动作；一般的，控制台终端布置在模拟电力系统设备房外，可由教师用户进行设定操作，来实现教学所需故障模拟复现和恢复。
如图1所示，还包括教学用电路展板300，其与控制台终端200通信连接，用于展示仿真电力系统的线路原理及运行状态。容易理解的是，教学用电路展板可用于如下教学场景，即教师用户利用教学用电路展板对学员用户讲解系统的线路原理，并结合模拟电力系统设备房内的仿真电力系统和展板展示的系统运行状态来分析故障现象，实现示例教学。
本申请技术方案中设置实物形式的仿真电力系统，通过控制连接入仿真电力系统线路上用于实现线路故障模拟的开关器件，来实现线路故障的模拟复现或恢复，简单有效的实现了电力系统故障教学，有利于教学系统产品的竞争力提升。
为便于理解本申请的技术方案，下面以另一实施例对本申请的技术方案进行进一步说明。
在前文实施例的基础上，如图1所示，该实施例中开关器件设置在电力系统故障电路板400上，即教学系统还包括用于承载开关器件的电力系统故障电路板400；
如图1所示，电力系统故障电路板400上设置有相互电连接的通信控制单元和主控单元，主控单元通过通信控制单元与控制台终端200进行通信交互；
主控单元被配置为，接收控制台终端下发的控制指令，基于控制指令生成并输出控制开关器件动作的逻辑电平信号，
以及将接收到的开关器件和电力设备的工作状态信息上传给控制台终端。
具体的，图2所示为该实施例中电力系统故障电路板主控部分的原理示意图，如图2所示，为减少外围电路，这里主控单元采用STM32F103单片机芯片，其中PA0-PA7为外围控制电路控制引脚，P8-PA12为外围控制电路的使能引脚；通信控制单元采用隔离型485芯片RSM3485ECHT，来实现与控制台终端的串口通信交互。
容易理解的是，一台电力设备可能具有多个分断点，仿真电路系统线路中电力设备也不只一台，因此教学系统中需要多个开关器件。
为增加集成度，该实施例中一块电力系统故障电路板400上承载的开关器件为多个(例如大于8个)，为控制实现方便，需对STM32F103单片机芯片(主控单元)进行端口扩展，图3所示为端口扩展实现部分的局部原理示意图。
如图3所示，电力系统故障电路板400在主控单元(STM32F103单片机芯片)输出端口与各开关器件控制端之间、设置有锁存器单元(这里为74HC573)和达林顿管驱动阵列(这里为ULN2803)，以实现对多个开关器件的控制驱动。举例而言，本实施例中采用5组图3中所示的电路，即在该实施例中一块电力系统故障电路板400最多可实现对40个开关器件的驱动控制。
本实施例中，开关器件采用电路板式继电器，为实现对控制电路与外接电路(这里指连接继电器线圈的电路)的电气隔离，增强电路板运行稳定性，如图4所示，电路中通过采用TLP521光耦隔离芯片，来对主控电路与外接电路进行隔离。
此外，这里再对主控单元将接收到的开关器件和电力设备的工作状态信息上传给控制台终端的实现方式进行简要说明。
针对继电器(开关器件)，通过如图5所示的电路来检测继电器的线圈得电状态，并将其转换为单片机可接受的电平信号，再将该电平信号通过锁存器传输至单片机的输入输出口(如图2中PB组中的可用端口)，进而来实现对开关器件工作状态信息的实时上传。
针对电力设备的工作状态信息上传，本实施例的实现方式为，采集并上传电力设备基于自身配置而输出的表示其工作状态的信号。举例而言，电力设备为本身配备有开闭器组件的断路器设备，开闭器组件的输出信号表示断路器设备的工作状态，可采用类似图5的电路采集该输出信号，再将该信号通过锁存器传输给单片机的输入输出口(如图2中PB组中的可用端口)，进而实现对电力设备工作状态信息的实时上传。
下面再对该实施例中控制台终端200的功能实现进行介绍。
如图6所示，控制台终端200上设置有教师机软件模块、逻辑处理软件模块以及数据库模块；
数据库模块中存储有仿真电力系统的静态属性数据，例如构成仿真电力系统的电力设备的名字、类型、串并联关系、子母关系等；教师机软件模块，用于接收教师用户的故障输入设定，并将设定信息存储在数据库模块中；
逻辑处理软件模块，用于接收并缓存电力系统故障电路板上传的工作状态信息，基于工作状态信息、设定信息和静态属性数据进行逻辑计算处理，生成下发的故障控制指令；
逻辑处理软件模块还用于，基于工作状态信息和静态属性数据进行逻辑计算处理，得到仿真电力系统的运行状态数据，并根据该运行状态数据控制教学用电路展板300进行显示刷新。举例而言，如图7所示为本实施例中所采用的教学用电路展板的实物示意图。
在另一实施例中，教学系统还可提供实操考核功能，该实施例中，在前文实施例的基础上，电力系统故障电路板上的开关器件配置有手动控制开关(图中未示出)，而控制台终端上(如图6所示)设置有学员考试软件模块。
以下结合实操考核流程、对实操考核核心功能的实现进行简要说明：
在实操考核场景下，
首先，教师用户基于考核目的，预先通过教师机软件模块进行故障输入设定，设定信息(这里设定信息包括故障配置信息，以及相应的标准解除方式信息)被存储在数据库模块中；
之后，学员用户在学员考试软件模块的界面上进行相关操作输入，选择进行实操考核；
控制台终端后台中，学员考试软件模块，基于学员用户的输入，触发逻辑处理软件模块下发故障控制指令(故障控制指令的生成，具体详见前文实施例中对逻辑处理软件模块的介绍)；相应的，电力系统故障电路板上的主控单元接收下发的故障控制指令，基于该指令生成并输出控制开关器件动作的逻辑电平信号，驱动相应开关器件动作，使模拟电力系统设备房内的电力系统线路出现对应的线路故障；
再之后，学员用户进入模拟电力系统设备房内，基于对系统线路相关位置的检测测量对故障进行分析判断，并根据判断结果操作开关器件配置的手动控制开关，进行线路故障的修复解除；
控制台终端后台中，在学员用户现场对仿真电力系统进行故障检测判断，并进而为解除故障对手动控制开关进行操作后，逻辑处理软件模块，根据上传的开关器件工作状态变化信息，对学员用户的故障点解除数量和解除顺序进行计算判断，基于计算判断结果对学员用户的故障解除操作进行打分(基于与数据库模块中标准解除方式信息的比较)，并将打分结果发送给学员考试软件模块进行显示输出。
以上就是对实操考核核心功能实现的介绍，本领域技术人员容易理解的是，基于上述核心功能，结合数据库功能和账号管理体系，可以构建考试题库、实现对不同学员用户的实操考核，对此本申请就不进行详细介绍了。
本申请采用以上技术方案，在可简单有效的实现电力系统故障教学的基础上，结合控制台终端的软件模块，实现了对学员用户的故障修复实操考核功能，这有利于教学培训目标的实现，也进一步提升了该教学系统产品的竞争力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于轨道交通电力系统培训的教学系统，其特征在于，包括：
设置在模拟电力系统设备房内的仿真电力系统，该仿真电力系统的线路中各电力设备处对应连接有用于实现线路故障模拟的开关器件；
控制台终端，用于基于用户的输入设定，输出控制指令驱动所述开关器件动作，以实现线路故障的模拟复现或恢复；
教学用电路展板，其与所述控制台终端通信连接，用于展示仿真电力系统的线路原理及运行状态。
2.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，还包括用于承载所述开关器件的电力系统故障电路板；
所述电力系统故障电路板上设置有相互电连接的通信控制单元和主控单元，所述主控单元通过通信控制单元与控制台终端进行通信交互；所述主控单元被配置为，
接收控制台终端下发的控制指令，基于所述控制指令生成并输出控制开关器件动作的逻辑电平信号，
以及将接收到的开关器件和电力设备的工作状态信息上传给控制台终端。
3.根据权利要求2所述的教学系统，其特征在于，所述电力系统故障电路板上承载的开关器件为多个；
所述电力系统故障电路板在主控单元输出端口与各开关器件控制端之间、设置有锁存器单元和达林顿管驱动阵列，以实现对多个开关器件的控制驱动。
4.根据权利要求2所述的教学系统，其特征在于，仿真电力系统线路中各电力设备处对应连接有用于实现线路故障模拟的开关器件，包括，
将开关器件与电力设备串联接入线路，用于模拟该设备导通失效所导致的线路故障。
5.根据权利要求4所述的教学系统，其特征在于，仿真电力系统线路中各电力设备处对应连接有用于实现线路故障模拟的开关器件，还包括，
将开关器件与电力设备并联接入线路，用于模拟该设备分断失效所导致的线路故障。
6.根据权利要求2所述的教学系统，其特征在于，所述控制台终端上设置有教师机软件模块、逻辑处理软件模块以及数据库模块；
所述数据库模块中存储有仿真电力系统的静态属性数据；
所述教师机软件模块，用于接收教师用户的故障输入设定，并将设定信息存储在数据库模块中；
所述逻辑处理软件模块，用于接收并缓存电力系统故障电路板上传的工作状态信息，基于所述工作状态信息、所述设定信息和所述静态属性数据进行逻辑计算处理，生成下发的故障控制指令。
7.根据权利要求6所述的教学系统，其特征在于，所述逻辑处理软件模块还用于，基于所述工作状态信息和所述静态属性数据进行逻辑计算处理，得到仿真电力系统的运行状态数据，并根据所述运行状态数据控制所述教学用电路展板进行显示刷新。
8.根据权利要求6所述的教学系统，其特征在于，所述电力系统故障电路板上的开关器件配置有手动控制开关；所述控制台终端上还设置有学员考试软件模块；
所述学员考试软件模块，用于基于学员用户的输入，触发逻辑处理软件模块下发故障控制指令；
在学员用户现场对仿真电力系统进行故障检测判断，并进而为解除故障对所述手动控制开关进行操作后，所述逻辑处理软件模块，还用于根据上传的开关器件工作状态变化信息，对学员用户的故障点解除数量和解除顺序进行计算判断，基于计算判断结果对学员用户的故障解除操作进行打分，并将打分结果发送给学员考试软件模块进行显示输出。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的教学系统，其特征在于，所述开关器件包括电路板式继电器。
10.根据权利要求9所述的教学系统，其特征在于，所述电力设备包括配备有开闭器组件的断路器设备。
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