CN111754833A - 应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，包括信号模拟层和软件控制层，其中信号模拟层用于模拟真实的信号设备，还原现场环境，其中信号设备包括信号机、道岔以及轨道电路；所述软件控制层包括PLC驱动软件和轨旁适配器软件，其中轨旁适配器软件发送相应的驱动命令给PLC驱动软件，PLC驱动软件识别驱动命令，实现相应的信号模拟层动作，复现现场故障状况。与现有技术相比，本发明具有支持室内完整组合架的继电器电路运行及故障培训，更有利于培训学员了解现场设备工作状态等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高铁信号实训系统，尤其是涉及一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统。
背景技术
随着高速铁路的快速发展，到2019年底，中国高速铁路营业总里程达到3.5万千米。里程的快速增长、线路复杂程度的提升、事故发生的多样性和不确定性，对调度指挥人员、电务维护人员快速做出正确反应提出了更高的要求。
高铁信号仿真培训系统用来培训调度人员，在复杂而又多变的铁路运行环境中，如何安全、高效的调度指挥列车运行。当面临诸多不利于列车运行的情况时，如何准确采取措施，保障列车安全。现有的CTC仿真培训系统已基本实现基于真实CTC系统的列车运行场景虚拟化、作业流程可视化、培训工种类型多样化以及评分系统智能化，而且开始研制动态设置调整运行场景功能，能够最大程度的不依赖于标准试题，更加灵活的、实时的设置运行场景。
目前仿真系统主要以软件实现为主，无法真实的反应现场继电器电路、信号设备正常或故障状况。车站值班员和调度员上岗之前，如果无法使用真实现场使用的行车环境进行培训，在实际面临问题时(例如：轨道继电器出现故障)，由于未曾了解过故障机制，会出现没有头绪，无法对当前突发情况做出正确判断。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，包括信号模拟层和软件控制层，其中信号模拟层用于模拟真实的信号设备，还原现场环境，其中信号设备包括信号机、道岔以及轨道电路；
所述软件控制层包括PLC驱动软件和轨旁适配器软件，其中轨旁适配器软件发送相应的驱动命令给PLC驱动软件，PLC驱动软件识别驱动命令，实现相应的信号模拟层动作，复现现场故障状况。
优选地，所述的信号模拟层包括：
信号机电路模块，用于模拟真实信号机工作；
道岔电路模块，用于模拟真实道岔工作；
轨道电路模块，用于模拟真实轨道电路工作；
PLC控制器模块，分别与信号机电路模块、道岔电路模块和轨道电路模块连接。
优选地，所述的信号模拟层还包括分别与PLC控制器模块和软件控制层通信的PLC网络模块。
优选地，所述的信号机电路模块包括信号机控制继电器和信号机故障继电器，所述的信号机控制继电器的触点和信号机故障继电器的触点串联接入电路中；
将反应故障的信号机故障继电器串联到信号机控制继电器中，吸气则接通电路，表明设备正常工作，反之则电路断路，信号机控制继电器无法工作，表明设备异常。
优选地，所述的信号机故障继电器为信号机灯丝故障继电器，所述的信号机的每个灯丝均设置信号机故障继电器。
优选地，所述的道岔电路模块包括道岔控制继电器和道岔故障继电器，所述的道岔控制继电器的触点和道岔故障继电器的触点串联接入电路中；
所述的道岔故障继电器反应电路的接通状态，当上电时，所述的道岔故障继电器吸起，道岔控制继电器接通，表明设备正常工作，反之则电路断开，道岔控制继电器无法通电和动作，表明设备异常。
优选地，所述的道岔包括尖轨和星轨，对于尖轨和星轨分别设置相应的定位失表示、反位失表示的道岔故障继电器，并且串联到道岔控制继电器电路中。
优选地，所述的轨道电路模块包括轨道控制继电器和轨道故障继电器，所述的轨道控制继电器的触点和轨道故障继电器的触点串联接入电路中；
所述的轨道故障继电器用于反应电路的接通状态，当上电时，所述的轨道故障继电器吸起，电路接通，表明设备正常工作；反之则电路断开，所述的轨道控制继电器无法通电、动作，表明设备异常。
优选地，所述的轨旁适配器软件同PLC驱动软件通过UDP协议进行数据传输，所述的轨旁适配器软件根据培训需求向PLC驱动软件发送驱动指令，进而控制继电器动作。
优选地，所述的PLC驱动软件获取轨旁适配器软件的操作指令，解析处理后，并将继电器驱动命令通过UDP协议发送给PLC网络通信模块，进行命令的内部解析，输出高低电平，进而驱动PLC相应的继电器，来达到设备仿真的效果。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明支持室内完整组合架的继电器电路运行及故障培训，更有利于培训学员了解现场设备工作状态。
2)本发明支持室外灵活设置部分真实信号机、道岔、轨道电路，做到最大程度还原现场设备工作状况。
3)本发明使得PLC驱动软件可配置化，使得软件更加灵活化，当需要增加或者减少设备时，只需要修改配置文件，连接到相应的PLC端口上，即可实现。
附图说明
图1为本发明轨旁设备模拟系统的结构示意图；
图2为本发明信号机组合架电路模块的结构示意图；
图3为本发明道岔组合架电路模块的结构示意图；
图4为本发明轨道电路组合架电路模块的结构示意图；
图5为本发明PLC驱动软件控制流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明轨旁基础信号设备模拟系统主要用来模拟现场设备，最大程度的反应现场设备在工作中的状态,其主要是由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要由PLC机柜及其继电器组成，用来模拟真实的信号设备，还原现场环境，其中包括信号机、道岔以及轨道电路；软件部分主要包括PLC驱动软件和轨旁适配器软件，其中轨旁适配器软件可以发送相应的驱动命令给PLC驱动软件，PLC驱动软件的功能是识别驱动命令，实现相应的PLC继电器的动作，复现现场故障状况。
如图1所示，应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，包括信号模拟层1和软件控制层2，其中信号模拟层1用于模拟真实的信号设备，还原现场环境，其中信号设备包括信号机、道岔以及轨道电路；
所述软件控制层2包括PLC驱动软件22和轨旁适配器软件21，其中轨旁适配器软件发送相应的驱动命令给PLC驱动软件，PLC驱动软件识别驱动命令，实现相应的信号模拟层动作，复现现场故障状况。
所述的信号模拟层1包括：
信号机电路模块12，用于模拟真实信号机工作；
道岔电路模块13，用于模拟真实道岔工作；
轨道电路模块14，用于模拟真实轨道电路工作；
PLC控制器模块11，分别与信号机电路模块12、道岔电路模块13和轨道电路模块14连接；
PLC网络模块15。
其中PLC控制器模块使用三菱Q系列PLC控制器。由于可扩展性，最大可分别采集和驱动4096个数据点，能够满足铁路现场各种继电器众多的条件。
信号机电路模块用来模拟真实信号机工作。由于现场情况下，信号机故障即为信号机灯丝故障，可以为信号机的每个灯丝设置信号机故障继电器，用来反应设备的工作状态。将反应故障的继电器串联到控制继电器中，吸气则接通电路，表明设备正常工作。反之则电路断路，控制继电器无法工作，灯丝断丝。
道岔电路模块用来模拟真实道岔工作。实际道岔由尖轨和星轨构成，可设置两类轨道继电器分别模拟。由于道岔存在定位失表示、反位失表示、定反位失表示三种故障，尖轨和星轨分别设置相应的定位失表示、反位失表示继电器，并且串联到实际轨道继电器电路中，当表示继电器处于吸起状态时，代表轨道继电器电路为通，反之则为断。若电路为断开状态，轨道继电器则为断电状态，即为落下状态，从而达到失表示的功能。
轨道电路模块用来模拟真实轨道电路工作。轨道电路可设置轨道继电器，来模拟实际轨道电路工作状况。对于轨道电路，可设置轨道电路占用故障，将故障继电器同轨道继电器串联，当故障继电器吸起时，表示电路接通，正常工作；反之则电路断路，轨道继电器处于落下的常态。可以达到模拟轨道电路故障的功能。
轨旁适配器是仿真系统中的重要软件之一，连接联锁、列控等系统，是轨旁设备模拟系统的外部接口，可以根据培训需求，向PLC驱动软件发送驱动指令，进而控制继电器动作。轨旁适配器同PLC驱动软件通过UDP协议进行数据传输。
PLC驱动软件的主要功能是获取轨旁适配器软件的操作指令，解析处理后，并将继电器驱动命令通过UDP协议发送给PLC网络通信模块，进行命令的内部解析，输出高低电平，进而驱动PLC相应的继电器，来达到设备仿真的效果。此软件为可配置软件，可通过配置文件，设置PLC端子所对应的内部软原件的名称以及真实继电器的名称，可根据需要，增加、删减、修改PLC端子同设备之间的映射关系，达到灵活使用的目的。
如图2所示，信号机电路模块是由信号机控制继电器和信号机故障继电器组成，继电器采用菲尼克斯的继电器模块(PLC-RPT-24UC/21AU/RW)。图中为5043信号机黄灯仿真电路，信号机控制继电器(5043-U-KJ)反应灯丝的工作状态。将继电器的A1和A2触点接入电路中，继电器通电时，A1和A2可以接通。信号机故障继电器(5043-U-GZJ)反应电路的接通状态，当上电时，信号机故障继电器吸起，电路接通，表明设备正常工作。反之则电路断开，信号机控制继电器无法通电、动作，表明设备异常。
如图3所示，道岔电路模块是由道岔控制继电器和道岔故障继电器组成，继电器采用菲尼克斯的继电器模块(PLC-RPT-24UC/21AU/RW)。图中为4号道岔尖轨定位和反位表示仿真电路，道岔控制继电器(4-JG-FBJ-KJ)反应道岔的工作状态。将继电器的A1和A2触点接入电路中，继电器通电时，A1和A2可以接通。道岔故障继电器(4-JG-FBJ-GZJ)反应电路的接通状态，当上电时，道岔故障继电器吸起，电路接通，表明设备正常工作。反之则电路断开，道岔控制继电器无法通电、动作，表明设备异常。
如图4所示，轨道电路模块是由控制继电器和故障继电器组成，继电器采用菲尼克斯的继电器模块(PLC-RPT-24UC/21AU/RW)。图中为16道岔轨道电路仿真电路，轨道控制继电器(16DG-GJ)反应轨道电路的工作状态。将继电器的A1和A2触点接入电路中，继电器通电时，A1和A2可以接通。轨道故障继电器(16DG-GZJ)反应电路的接通状态，当上电时，轨道故障继电器吸起，电路接通，表明设备正常工作。反之则电路断开，轨道控制继电器无法通电、动作，表明设备异常。
如图5所示，PLC驱动软件的功能就是：将轨旁适配器发送的驱动命令解析，根据PLC网络模块的通信协议，封装为PLC控制器能够识别的信息流，发送给PLC控制器，使得PLC控制器驱动相应的继电器电路。软件通过读取配置文件，获得要控制的继电器数目，对应的端口号，通过轮询的方式等待轨旁适配器发送驱动命令，完成驱动功能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，其特征在于，包括信号模拟层和软件控制层，其中信号模拟层用于模拟真实的信号设备，还原现场环境，其中信号设备包括信号机、道岔以及轨道电路；
所述软件控制层包括PLC驱动软件和轨旁适配器软件，其中轨旁适配器软件发送相应的驱动命令给PLC驱动软件，PLC驱动软件识别驱动命令，实现相应的信号模拟层动作，复现现场故障状况。
2.根据权利要求1所述的一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，其特征在于，所述的信号模拟层包括：
信号机电路模块，用于模拟真实信号机工作；
道岔电路模块，用于模拟真实道岔工作；
轨道电路模块，用于模拟真实轨道电路工作；
PLC控制器模块，分别与信号机电路模块、道岔电路模块和轨道电路模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，其特征在于，所述的信号模拟层还包括分别与PLC控制器模块和软件控制层通信的PLC网络模块。
4.根据权利要求2所述的一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，其特征在于，所述的信号机电路模块包括信号机控制继电器和信号机故障继电器，所述的信号机控制继电器的触点和信号机故障继电器的触点串联接入电路中；
将反应故障的信号机故障继电器串联到信号机控制继电器中，吸气则接通电路，表明设备正常工作，反之则电路断路，信号机控制继电器无法工作，表明设备异常。
5.根据权利要求4所述的一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，其特征在于，所述的信号机故障继电器为信号机灯丝故障继电器，所述的信号机的每个灯丝均设置信号机故障继电器。
6.根据权利要求2所述的一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，其特征在于，所述的道岔电路模块包括道岔控制继电器和道岔故障继电器，所述的道岔控制继电器的触点和道岔故障继电器的触点串联接入电路中；
所述的道岔故障继电器反应电路的接通状态，当上电时，所述的道岔故障继电器吸起，道岔控制继电器接通，表明设备正常工作，反之则电路断开，道岔控制继电器无法通电和动作，表明设备异常。
7.根据权利要求6所述的一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，其特征在于，所述的道岔包括尖轨和星轨，对于尖轨和星轨分别设置相应的定位失表示、反位失表示的道岔故障继电器，并且串联到道岔控制继电器电路中。
8.根据权利要求2所述的一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，其特征在于，所述的轨道电路模块包括轨道控制继电器和轨道故障继电器，所述的轨道控制继电器的触点和轨道故障继电器的触点串联接入电路中；
所述的轨道故障继电器用于反应电路的接通状态，当上电时，所述的轨道故障继电器吸起，电路接通，表明设备正常工作；反之则电路断开，所述的轨道控制继电器无法通电、动作，表明设备异常。
9.根据权利要求2所述的一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，其特征在于，所述的轨旁适配器软件同PLC驱动软件通过UDP协议进行数据传输，所述的轨旁适配器软件根据培训需求向PLC驱动软件发送驱动指令，进而控制继电器动作。
10.根据权利要求3所述的一种应用于高铁信号实训系统的轨旁基础信号设备仿真系统，其特征在于，所述的PLC驱动软件获取轨旁适配器软件的操作指令，解析处理后，并将继电器驱动命令通过UDP协议发送给PLC网络通信模块，进行命令的内部解析，输出高低电平，进而驱动PLC相应的继电器，来达到设备仿真的效果。
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|---|---|---|---|---|
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