CN112149200B - 一种信号联锁系统数字化模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种信号联锁系统数字化模拟装置，包括上位机和下位机；所述下位机，包括MCU控制器、光电隔离器、开关量驱动输出模块、采集电路模块、接口模块和电源模块；所述MCU控制器通过光电隔离器连接所述开关量驱动输出模块，所述开关量驱动输出模块连接所述接口模块；所述MCU控制器通过光电隔离器连接所述采集电路模块，所述采集电路模块通过所述接口模块连接信号机；所述上位机，通过串口或有线网络接口与所述下位机连接进行信息交互，内置应用软件程序，用以实现向下位机发送控制模拟轨道区段占用和出清命令、发送控制模拟紧急停车按钮指令，接收下位机的信号机、道岔状态信息并进行显现。

Description

一种信号联锁系统数字化模拟装置
技术领域
本发明涉及轨道信号系统调试、试验领域，尤其是用于轨道信号联锁系统调试、试验的专用装置，具体为轨道信号联锁系统室内模拟试验的专用装置，检查联锁系统功能、逻辑关系及室内相关配线是否正确的调试、试验装置。
背景技术
传统模拟盘制作流程：首先根据施工图纸中的站场图来剪裁板材，并按一定比例绘制站场图图纸，按照图纸上的标注在板材上进行开孔安装拨动开关和LED灯，每个站场图轨道区段数量繁多，每个轨道区段需要对应一个拨动开关。
因此传统的铁路（城市轨道交通）信号模拟联锁试验装置制作工序繁多且复杂，制作周期长，体积大且携带不便；而且在制作及安装过程中安全隐患多，容易造成设备及人员伤害。另外，每个段厂、集中站站场图不一样，每个联锁区站场图信号设备布置情况不统一，施工结束后板材和站场图便不可再利用；所以传统装置便不可重复性使用，造成资源浪费；同时传统装置能够绘制验证的轨道区段比较短，遇到长轨道区间时无法完成体现整个轨道区间，呈现效果不直观。还有，需要根据联锁图表在微机联锁系统上排列进路，纯人工方式操作拨动开关模拟列车运行，模拟盘上对应信号机点亮；由于操作过程繁琐枯燥会造成出错率高，同时造成效率低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种信号联锁系统数字化模拟装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明提供了一种信号联锁系统数字化模拟装置，包括上位机和下位机；所述下位机，包括MCU控制器、光电隔离器、开关量驱动输出模块、采集电路模块、接口模块和电源模块；所述MCU控制器通过光电隔离器连接所述开关量驱动输出模块，所述开关量驱动输出模块连接所述接口模块；所述MCU控制器通过光电隔离器连接所述采集电路模块，所述采集电路模块通过所述接口模块连接信号机；所述上位机，通过串口或有线网络接口与所述下位机连接进行信息交互，内置应用软件程序，用以实现向下位机发送控制模拟轨道区段占用和出清命令、发送控制模拟紧急停车按钮指令，接收下位机的信号机、道岔状态信息并进行显现。
基于上述，所述接口模块包括轨道电路接口模块、转辙机电路接口模块、紧急停车按钮电路接口模块和信号机电路接口模块。
基于上述，所述下位机的MCU控制器采用STM32系列单片机。
基于上述，所述开关量驱动输出模块包括三极管Q1、光电隔离器U1和继电器J；所述三极管Q1的基极通过电阻R2接到所述光电隔离器U1的第二输出端，所述光电隔离器U1的第一输出端连接电压端；所述光电隔离器U1的第一输入端通过电阻R1连接到所述MCU控制器的控制输出端，所述光电隔离器U1的第二输入端接地；所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极和发射极之间串接电阻R3；所述三极管的集电极通过所述继电器J的线圈连接至电压端，所述继电器J线圈的两端还并联二极管D1和发光二极管LED1，所述继电器J的常开开关两端作为该信号联锁系统数字化模拟装置的模拟输出端。
基于上述，所述采集电路模块包括光电隔离器、限流网络和达林顿驱动芯片ULN2803A，所述限流网络包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R1和所述电阻R2串联后一端连接信号机交流电压正端，另一端连接所述光电隔离器的第一输入端；所述电阻R3和所述电阻R4串联后一端连接信号机交流电压负端，另一端连接所述光电隔离器的第二输入端；所述光电隔离器的第一输出端连接所述达林顿驱动芯片ULN2803A的1B引脚，所述光电隔离器的第二输出端连接所述达林顿驱动芯片ULN2803A的GND引脚；所述达林顿驱动芯片ULN2803A的1C引脚作为输出接至所述MCU控制器的输入端；所述达林顿驱动芯片ULN2803A的1C引脚上还连接有发光二极管LED2。
基于上述，所述应用软件程序设置用于绘制站场图或者导入电子档CAD图纸的画图模块。
基于上述，所述应用软件程序基于c#语言进行开发，用以实现轨道区段、信号机、紧停元素的位置大小可变，实现通过配置拖拽各元素来进行绘制站场图，通过操作上位机完成模拟轨道区段的占用和出清，屏蔽门的开、关门，紧停按钮的启用和解除。
基于上述，该信号联锁系统数字化模拟装置的外接接口采用弹簧按压式端子。
基于上述，该信号联锁系统数字化模拟装置的外接接口采用弹簧按压式端子。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说：
1、本发明通过上位机和下位机的信息交互，实现装置的联锁控制功能，解决传统手工制作程序繁杂的问题，节省开孔、焊接等繁琐工作，缩短施工周期，提高工作效率；
2、摆脱了现场厂家站场图配置信息的限制，用户可以根据实际施工图纸自定义硬件接口，配置硬件ID信息，硬件可重复性使用，避免资源浪费，降低生产成本，节约资源，提升了检测智能化；
3、实现无纸化办公的原则，提供的CAD电子图纸导入到上位机中，上位机进行解码分析生成未配置信息的新的站场图，用户只需进一步完善信息和配置ID即可实现站场图的绘制工作；上位机还有站场图保存功能，对施工中期，查看图纸，设备功能调试有很大帮助；在新线验证测试时，图纸不全的情况下，用户可以调阅老线保存的站场图，进行区段、信号机属性、数量及位置的更改重新生成现场实际站场图即可；
4、数字化模拟盘设备实现了系统数字化、自动化，无需人工到测试位置来回搬动开关，只需在上位机操作，减少人力资源，提高工作效率，避免人工方式拨动开关误操作的影响，更加安全高效。
附图说明
图1是本发明的原理接口框图。
图2是本发明的开关量驱动输出模块的电路原理图。
图3是本发明的采集电路模块的电路原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，一种信号联锁系统数字化模拟装置，包括上位机和下位机；
所述下位机，包括MCU控制器、光电隔离器、开关量驱动输出模块、电源模块和接口模块，所述接口模块包括采集电路模块、轨道电路接口模块、转辙机电路接口模块、紧急停车按钮电路接口模块和信号机电路接口模块；
所述MCU控制器通过光电隔离器连接所述开关量驱动输出模块，所述开关量驱动输出模块分别连接所述轨道电路接口模块、所述转辙机电路接口模块和所述紧急停车按钮电路接口模块；
所述MCU控制器通过光电隔离器连接所述采集电路模块，所述采集电路模块连接所述信号机电路接口模块；
所述上位机，通过串口或有线网络接口与所述下位机连接进行信息交互，内置应用软件程序，用以实现向下位机发送控制模拟轨道区段占用和出清命令、发送控制模拟紧急停车按钮指令，接收下位机的信号机、道岔状态信息并进行显现；所述应用软件程序设置用于绘制站场图或者导入电子档CAD图纸的画图模块。
具体的，如图2和图3所示，所述下位机的MCU控制器采用STM32系列单片机。所述开关量驱动输出模块包括三极管Q1、光电隔离器U1和继电器J；所述三极管Q1的基极通过电阻R2接到所述光电隔离器U1的第二输出端，所述光电隔离器U1的第一输出端连接电压端；所述光电隔离器U1的第一输入端通过电阻R1连接到所述MCU控制器的控制输出端，所述光电隔离器U1的第二输入端接地；所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极和发射极之间串接电阻R3；所述三极管的集电极通过所述继电器J的线圈连接至电压端，所述继电器J线圈的两端还并联二极管D1和发光二极管LED1，所述继电器J的常开开关两端作为该信号联锁系统数字化模拟装置的模拟输出端。
所述采集电路模块包括光电隔离器、限流网络和达林顿驱动芯片ULN2803A，所述限流网络包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R1和所述电阻R2串联后一端连接信号机交流电压正端，另一端连接所述光电隔离器的第一输入端；所述电阻R3和所述电阻R4串联后一端连接信号机交流电压负端，另一端连接所述光电隔离器的第二输入端；所述光电隔离器的第一输出端连接所述达林顿驱动芯片ULN2803A的1B引脚，所述光电隔离器的第二输出端连接所述达林顿驱动芯片ULN2803A的GND引脚；所述达林顿驱动芯片ULN2803A的1C引脚作为输出接至所述MCU控制器的输入端；所述达林顿驱动芯片ULN2803A的1C引脚上还连接有发光二极管LED2。
本发明信号联锁系统数字化模拟装置基于STM32系列单片机进行开发，STM32的MCU和MPU融高性能、实时性、数字信号处理、低功耗、低电压于一身，同时保持高集成度和开发简易的特点。开关量驱动输出模块利用光电隔离器将下位机和现场设备进行安全隔离，在验证过程联锁关系的过程中现场设备不受影响；在其它实施例中，该信号联锁系统数字化模拟装置的外接接口统一使用了弹簧按压式端子，使用时只需从分线盘引下线缆接入即可，线缆连接较方便，无需进行焊接、打孔等制作工序；
采集电路模块采用高度集成PCB板进行制作，可以同时采集多个信号机状态，验证测试功能更为完善安全可靠，体积更小便于携带安装，工作效率大大提高，人力成本大大降低。
下位机面板上相应的轨道区段指示灯、信号机指示灯、紧停指示灯进行表示，呈现效果更加直观；上位机和下位机通信成功，通信状态指示灯亮绿灯，反之变为灭灯。
本发明上位机的应用软件程序基于c#语言进行开发，用以实现轨道区段、信号机、紧停元素的位置大小可变，实现通过配置拖拽各元素来进行绘制站场图，通过操作上位机完成模拟轨道区段的占用和出清，屏蔽门的开、关门，紧停按钮的启用和解除，操作简单，无需人工来回搬动开关来模拟列车的占用和出清，提高了作业效率，同时具有通用性，避免资源的浪费，大大节约了生产成本。
本发明通过上位机操作自定义硬件接口信息，导入应用软件，上位机通过串口或有线网络发出指令到下位机。下位机接收到数据后，通过开关量驱动输出模块构通转辙机室内定位、反位表示电路，模拟站台紧急停车按钮的状态及模拟列车在轨道运行，利用采集电路模块采集信号机、道岔状态。同时将信息状态反馈至MCU控制器，MCU控制器通过串口或有线网络将信息发送至上位机显示出来。信号联锁系统采集到相应信息，即可以判断室内施工配线连接是否正确，同时验证联锁系统逻辑关系的正确性。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (3)

1.一种信号联锁系统数字化模拟装置，应用于城市轨道交通系统，其特征在于：包括上位机和下位机；
所述下位机，包括MCU控制器、光电隔离器、开关量驱动输出模块、采集电路模块、接口模块和电源模块；
所述MCU控制器通过光电隔离器连接所述开关量驱动输出模块，所述开关量驱动输出模块连接所述接口模块；
所述MCU控制器通过光电隔离器连接所述采集电路模块，所述采集电路模块通过所述接口模块连接信号机；
所述上位机，通过串口或有线网络接口与所述下位机连接进行信息交互，内置应用软件程序，用以实现向下位机发送控制模拟轨道区段占用和出清命令、发送控制模拟紧急停车按钮指令，接收下位机的信号机、道岔状态信息并进行显现；
所述接口模块包括轨道电路接口模块、转辙机电路接口模块、紧急停车按钮电路接口模块和信号机电路接口模块；
所述开关量驱动输出模块包括三极管Q1、光电隔离器U1和继电器J；所述三极管Q1的基极通过电阻R2接到所述光电隔离器U1的第二输出端，所述光电隔离器U1的第一输出端连接电压端；所述光电隔离器U1的第一输入端通过电阻R1连接到所述MCU控制器的控制输出端，所述光电隔离器U1的第二输入端接地；所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极和发射极之间串接电阻R3；所述三极管的集电极通过所述继电器J的线圈连接至电压端，所述继电器J线圈的两端还并联二极管D1和发光二极管LED1，所述继电器J的常开开关两端作为该信号联锁系统数字化模拟装置的模拟输出端；
所述采集电路模块包括光电隔离器、限流网络和达林顿驱动芯片ULN2803A，所述限流网络包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R1和所述电阻R2串联后一端连接信号机交流电压正端，另一端连接所述光电隔离器的第一输入端；所述电阻R3和所述电阻R4串联后一端连接信号机交流电压负端，另一端连接所述光电隔离器的第二输入端；所述光电隔离器的第一输出端连接所述达林顿驱动芯片ULN2803A的1B引脚，所述光电隔离器的第二输出端连接所述达林顿驱动芯片ULN2803A的GND引脚；所述达林顿驱动芯片ULN2803A的1C引脚作为输出接至所述MCU控制器的输入端；所述达林顿驱动芯片ULN2803A的1C引脚上还连接有发光二极管LED2；
所述应用软件程序设置用于绘制站场图或者导入电子档CAD图纸的画图模块；所述应用软件程序基于c#语言进行开发，用以实现轨道区段、信号机、紧停元素的位置大小可变，实现通过配置拖拽各元素来进行绘制站场图，通过操作上位机完成模拟轨道区段的占用和出清，屏蔽门的开、关门，紧停按钮的启用和解除。
2.根据权利要求1所述的信号联锁系统数字化模拟装置，其特征在于：所述下位机的MCU控制器采用STM32系列单片机。
3.根据权利要求1所述的信号联锁系统数字化模拟装置，其特征在于：该信号联锁系统数字化模拟装置的外接接口采用弹簧按压式端子。
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