CN112798897B - 一种铁路信号系统模拟试验装置及模拟试验方法 - Google Patents

Abstract

一种铁路信号系统模拟试验装置，铁路信号系统包括依次电性连接的控制台、联锁机、微机接口柜、室外继电器组、室外分线盘和多个信号室外设备，模拟试验装置包括上位计算机、微机接口驱采试验机构和信号室外设备模拟机构；微机接口驱采试验机构包括微机接口驱采总控单元、多个驱动子单元和多个采集子单元，微机接口驱采总控单元与上位计算机通信连接，驱动子单元和采集子单元均与微机接口柜电性连接；信号室外设备模拟机构包括室外设备模拟总控单元和多个与信号室外设备相对应的模拟负载单元，模拟负载单元与室外分线盘电性连接。本发明能够自动对铁路信号系统的室外继电器组和各信号室外设备进行模拟试验，提升了试验效率和试验结果的精确度。

Description

一种铁路信号系统模拟试验装置及模拟试验方法

技术领域

本发明涉及铁路信号系统领域，具体的说是一种铁路信号系统模拟试验装置及模拟试验方法。

背景技术

铁路信号工程中，在机械室各机柜配线完成后，需及时进行模拟试验，但此时往往受各系统（联锁、列控）设备安装、软件编制进度的影响不能及时进行，必须等待设备全部安装完成后才能开始试验，导致无法根据试验结果快速对铁路信号系统进行纠错，延误了铁路信号系统投入使用的时间。并且，现有技术中对铁路信号进行模拟试验过程中主要依赖于试验人员的人工操作，对试验人员的技术水平要求高，并且效率低。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种铁路信号系统模拟试验装置及模拟试验方法，能够自动对铁路信号系统的继电电路进行模拟试验，提升了试验效率和试验结果的精确度。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种铁路信号系统模拟试验装置，所述铁路信号系统包括依次电性连接的控制台、联锁机、微机接口柜、继电器组合、室外分线盘和多个信号室外设备，所述模拟试验装置包括上位计算机、微机接口驱采试验机构和信号室外设备模拟机构；所述微机接口驱采试验机构包括微机接口驱采总控单元、多个驱动子单元和多个采集子单元，微机接口驱采总控单元与所述上位计算机通信连接，驱动子单元和采集子单元均与所述微机接口柜电性连接，所有驱动子单元并联并且与微机接口驱采总控单元电性连接，所有采集子单元串联后与微机接口驱采总控单元电性连接，所有驱动子单元和所有采集子单元均与微机接口驱采总控单元通信连接；所述信号室外设备模拟机构包括室外设备模拟总控单元和多个与所述信号室外设备相对应的模拟负载单元，模拟负载单元与所述室外分线盘电性连接。

作为上述铁路信号系统模拟试验装置的进一步优化：所述模拟负载单元包括轨道电路模拟单元、信号机模拟单元和转辙机模拟单元。

作为上述铁路信号系统模拟试验装置的进一步优化：所述轨道电路模拟单元包括多个轨道电路模拟开关、多个指示灯和多个轨道电路模拟开关量采集器，轨道电路模拟开关、指示灯和轨道电路模拟开关量采集器一一对应，轨道电路模拟开关与指示灯并联，轨道电路模拟开关与轨道电路模拟开关量采集器和所述室外分线盘均电性连接。

作为上述铁路信号系统模拟试验装置的进一步优化：所述信号机模拟单元包括多个信号模拟子单元，信号模拟子单元包括并联的负载电容和带色表示灯，负载电容的一端串联有断丝试验模拟开关，负载电容的另外一端以及断丝试验模拟开关均与所述室外分线盘电性连接。

作为上述铁路信号系统模拟试验装置的进一步优化：所述信号模拟子单元还包括电流电压采集模块，电流电压采集模块与所述带色表示灯电性连接。

作为上述铁路信号系统模拟试验装置的进一步优化：所述转辙机模拟单元包括切换控制模块、表示模拟模块和动作模拟模块，切换控制模块与所述室外分线盘、表示模拟模块和动作模拟模块均电性连接。

一种铁路信号系统模拟试验方法，基于上述的一种铁路信号系统模拟试验装置，包括微机接口驱采试验部分和信号室外设备模拟部分；

所述微机接口驱采试验部分包括如下步骤：

SA1、根据所述微机接口柜和所述继电器组合配置驱采信息关系表；

SA2、根据驱采信息关系表将所述驱动子单元和所述采集子单元与微机接口柜电性连接；

SA3、将驱动子单元和采集子单元与所述微机接口驱采总控单元电性连接，并且将微机接口驱采总控单元与所述上位计算机通信连接；

SA4、根据驱采信息关系表通过上位计算机向微机接口驱采总控单元发送微机接口驱采试验指令；

SA5、微机接口驱采总控单元根据微机接口驱采试验指令控制驱动子单元动作；

SA6、驱动子单元动作驱动所述继电器组合中的部分继电器励磁，进而使继电器的接点闭合；

SA7、采集子单元从继电器的接点获取到电信号后生成继电器状态信息并且上传至微机接口驱采总控单元；

SA8、微机接口驱采总控单元将继电器状态信息上传至上位计算机进行显示；

所述信号室外设备模拟部分包括如下步骤：

SB1、根据所述信号室外设备编制模拟配置表；

SB2、根据模拟配置表将所述模拟负载单元与所述室外分线盘电性连接；

SB3、根据模拟配置表通过所述上位计算机向所述室外设备模拟总控单元发送信号室外设备模拟指令；

SB4、室外设备模拟总控单元根据信号室外设备模拟指令驱动所述模拟负载单元并且接收模拟负载单元的反馈。

有益效果：本发明能够完成对继电器组合的驱动和状态采集，以及对信号室外设备的模拟和控制，并且根据试验需求完成驱采信息与室外分线盘输出状态的一致性核对，进而得出试验结果，整个过程能够自动进行，大幅提升了试验效率，并且无需现场设备完全安装到位，将试验时间大幅提前；本发明能够将现有模拟过程中数据的人工比对转换为上位计算机的自动比对，不依赖于试验人员的技术水平，保证了试验的完整性和准确性，同时简化了试验操作步骤，降低了试验对人员的技术水平要求，加快了试验进度。

附图说明

图1是本发明模拟试验装置的整体结构示意图；

图2是驱动子单元和采集子单元的设置方式示意图；

图3是采集子单元的原理图；

图4是驱动子单元的第一种原理图；

图5是驱动子单元的第二种原理图；

图6是信号室外设备模拟机构的结构示意图；

图7是轨道电路模拟单元的结构示意图；

图8是轨道电路模拟单元的集中供电原理图；

图9是轨道电路模拟单元应用于ZPW-2000系列轨道电路时的原理图；

图10是信号机模拟单元的结构示意图；

图11是信号机模拟单元用于模拟进站信号机时的原理图；

图12是信号机模拟单元用于模拟出站信号机时的原理图；

图13是信号机模拟单元用于模拟调车信号机时的原理图；

图14是转辙机模拟单元模拟过程的流程图；

图15是转辙机模拟单元的结构示意图；

图16是直流转辙机的原理图；

图17是交流转辙机的原理图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

铁路信号系统包括依次电性连接的控制台、联锁机、微机接口柜、继电器组合、室外分线盘和多个信号室外设备。铁路信号系统为现有技术，在此不再赘述，在铁路信号系统中，控制台通过联锁机和微机接口柜对继电器组合进行控制，进而通过继电器组合对室外分线盘进行调节，最终对信号室外设备进行远程控制。

如图1、2和6所示，一种铁路信号系统模拟试验装置，包括上位计算机、微机接口驱采试验机构和信号室外设备模拟机构。

微机接口驱采试验机构包括微机接口驱采总控单元、多个驱动子单元和多个采集子单元，微机接口驱采总控单元与上位计算机通信连接，驱动子单元和采集子单元均与微机接口柜电性连接，所有驱动子单元并联并且与微机接口驱采总控单元电性连接，所有采集子单元串联后与微机接口驱采总控单元电性连接，所有驱动子单元和所有采集子单元均与微机接口驱采总控单元通信连接。

信号室外设备模拟机构包括室外设备模拟总控单元和多个与信号室外设备相对应的模拟负载单元，模拟负载单元与室外分线盘电性连接。

本发明中，微机接口驱采试验机构用于对继电器组合进行模拟试验，以验证继电器组合能否快速准确地响应控制，具体地说，驱动子单元用于驱动室外继电器动作，采集子单元用于获取室外继电器的状态，进而判断室外继电器是否能够响应控制指令，微机接口驱采总控单元用于完成上位计算机与驱动子单元和采集子单元之间的信号传输和转换过程。信号室外设备模拟机构用于完成对各信号室外设备的模拟和控制，根据实际的试验需求，可以选择合适的模拟负载单元完成试验。目前，信号室外设备主要包括轨道电路、信号机和转辙机，因此模拟负载单元包括轨道电路模拟单元、信号机模拟单元和转辙机模拟单元，轨道电路模拟单元用于对轨道电路进行模拟试验，信号机模拟单元用于对信号机进行模拟试验，转辙机模拟单元用于对转辙机进行模拟试验。

上位计算机可以采用便携式计算机或者工控机，通过有线通信或者无线通信与微机接口驱采总控单元通信连接，例如wifi、以太网或者RS485等。微机接口驱采总控单元采用32位嵌入式计算机作为核心，并且具有2路CAN总线接口、1路以太网接口、1路wifi接口、1路USB OTG接口和1个SD卡接口，其中嵌入式计算机用于完成上位计算机与驱动子单元和采集子单元之间的信号转换过程，以太网接口和wifi接口用于与上位计算机进行通信，完成上位计算机与驱动子单元和采集子单元之间的信号传输过程，CAN总线接口用于完成与驱动子单元和采集子单元之间的通信过程，SD卡接口用于连接SD卡，SD卡用于存储相关数据，例如从上位计算机接收到的指令、驱动子单元的驱动参数或者采集子单元采集到的数据等，USB OTG接口用于将SD卡中的数据导出到移动存储设备中，以便于备份或者进行数据分析。此外，微机接口驱采总控单元内部集成三路DC24V直流供电电源，其中一路电源用于向微机接口驱采总控单元、驱动子单元和采集子单元供电，另外两路电源相互独立，用于向驱动子单元驱动的继电器线圈提供激励电源。

驱动子单元和采集子单元均采用铁路信号系统中信号联锁、列控系统选用的标准接插件作为连接微机接口柜的插头，驱动子单元和采集子单元均包括一个前端控制板，前端控制板包括CPU、CAN通信电路、用于将微机接口驱采总控单元的24V供电转换为5V和3.3V的基础电源电路、LED指示电路和总线接口，其中LED指示电路电性连接有状态指示灯，状态指示灯用于实时展现驱动子单元或者采集子单元的运行状态。除了前端控制板之外，驱动子单元还包括与前端控制板电性连接的驱动板，在本实施例中，驱动板具有32路驱动信号输出，每路驱动能力为50mA和24VDC，采集子单元还包括与前端控制板电性连接的采集板，在本实施例中，采集板采集32路开关量信号，信号额定电压范围为0~24V，最大支持DC30V电压输入，驱动板和采集板均是成熟的现有技术，在此不再赘述，在本发明其它的实施方式中，可以根据实际的需求选择合适的驱动板和采集板。两个相邻的驱动子单元或者采集子单元之间的通信采用标准TYPE-C电缆相连接。采集子单元的电路原理如图3所示，驱动子单元的电路原理如图4和5所示，即驱动子单元可以采用两种设置方式，分别是图4中的并联设置方式和图5中的独立设置方式。

室外设备模拟总控单元采用32位嵌入式计算机作为核心，具备3路CAN总线接口、1路以太网接口、1路wifi接口、1路USB OTG接口和1个SD卡接口，室外设备模拟总控单元内部还集成一路微机板件供电电源，用于向室外设备模拟总控单元和各模拟负载单元供电，CAN总线接口采用高速磁隔离技术，有较高的抗干扰能力，室外设备模拟总控单元与各模拟负载单元间采用TYPE-C综合总线连接，总线包括2芯CAN通讯线、1芯信号线、2芯电源线等，可实现自动双向通讯和双向编址，室外设备模拟总控单元通过wifi、以太网或者RS485接口等与上位计算机进行控显数据交换，并且将各模拟负载单元的状态实时传递给上位计算机，并根据上位计算机指令控制各子单元中模拟开关的动作。

如图7、8和9所示，轨道电路模拟单元的具体结构为：轨道电路模拟单元包括多个轨道电路模拟开关、多个指示灯和多个轨道电路模拟开关量采集器，轨道电路模拟开关、指示灯和轨道电路模拟开关量采集器一一对应，轨道电路模拟开关与指示灯并联，轨道电路模拟开关与轨道电路模拟开关量采集器和所述室外分线盘均电性连接。轨道电路模拟单元用于模拟轨道电路的占用或者出清情况，具体地说，用轨道电路模拟开关的闭合或者断开模拟轨道电路的占用状态，因为轨道电路模拟开关与指示灯是并联的，所以当轨道电路模拟开关闭合的时候指示灯断电并且熄灭，当轨道电路模拟开关断开的时候指示灯上电并且亮起，通过观察指示灯现场人员能够快速获取当前的模拟状态，轨道电路模拟开关量采集器用于采集轨道电路模拟开关的当前状态并且上传至室外设备模拟总控单元，进而由室外设备模拟总控单元将轨道电路模拟开关的状态上传至上位计算机，便于后端人员观察和记录。

进一步的，轨道电路模拟单元包括一个箱体，轨道电路模拟开关设置在箱体顶部，指示灯设置在轨道电路模拟开关上，在试验过程中，既可以通过上位计算机和室外设备模拟总控单元对轨道电路模拟单元进行远程控制，也可以由现场人员直接操作轨道电路模拟开关进行现场控制。

如图10至13所示，信号机模拟单元用于对铁路信号系统的出站信号机、进站信号机和调车信号机进行模拟。信号机模拟单元包括多个信号模拟子单元，信号模拟子单元包括并联的负载电容和带色表示灯，负载电容的一端串联有断丝试验模拟开关，负载电容的另外一端以及断丝试验模拟开关均与室外分线盘电性连接。其中带色表示灯用于标识信号机的状态，不同类型的信号机所采用的信号灯的数量和颜色都是不同的，因此可以根据试验需求将若干个带色表示灯作为一个整体用于试验一种信号机，通过控制断丝试验模拟开关的通断，可以控制带色表示灯亮起或者熄灭，进而完成试验。信号模拟子单元还包括电流电压采集模块，电流电压采集模块与带色表示灯电性连接，电压电流采集模块用于采集带色表示灯的运行参数，室外设备模拟总控单元在通过电压电流采集模块获取到带色表示灯的运行参数后上传至上位计算机，便于后端人员观察和记录。带色表示灯可以采用与指示灯相同的设置方式，使现场人员可以直接控制断丝试验模拟开关来对带色表示灯进行现场控制。

如图14至17所示，转辙机模拟单元包括切换控制模块、表示模拟模块和动作模拟模块，切换控制模块与室外分线盘、表示模拟模块和动作模拟模块均电性连接。在模拟试验过程中，切换控制模块首先根据检测到的与室外分线盘的输出电压进行判断，当检测到110V时，将表示模拟模块接入；当检测到220V或380V电压时，将动作模拟模块接入，动作模拟负载，在接入50s后自动断开。具体地说，转辙机模拟单元包括整流二极管、转辙机模拟表示灯、负载电阻、转辙机模拟开关和转辙机电流电压采集器等部分。切换控制模块与室外设备模拟总控单元间信息传递采用TYPE-C综合线缆实现。转辙机模拟单元可以用于模拟直流转辙机或者交流转辙机，具体的原理分别如图16和17所示。当转辙机模拟单元用于模拟直流转辙机时，表示模拟模块包括直流定位反位整流电路和一个第一表示切断试验开关，直流定位反位整流电路包括两个直流整流组件，直流整流组件包括第一整流二极管、第一负载电阻和第一表示灯，其中第一整流二极管与第一负载电阻串联后与第一表示灯并联，两个直流整流组件的第一表示灯的颜色不同，直流整流组件的其中一个公共端与切换控制模块电性连接，直流整流组件的另外一个公共端与第一表示切断试验开关的一端连接，第一表示切断试验开关的另外一端与切换控制模块电性连接，动作模拟模块包括两个第二负载电阻，第二负载电阻的一端与切换控制模块电性连接，两个第二负载电阻的另外一端连接后与切换控制模块电性连接。在本实施例中，两个第一表示灯的颜色分别是黄色和绿色，其中绿色的第一表示灯为定位表示灯，黄色的第一表示灯为反位表示灯，当切换控制模块向直流表示模拟模块供电时，可以通过控制第一切断试验开关通断的方式控制定位表示灯或者反位表示灯亮起，进而完成直流转辙机的断表示模拟试验。当转辙机模拟单元用于模拟交流转辙机时，表示模拟模块包括交流定位反位整流电路和一个第二表示切断试验开关，交流定位反位整流电路包括两个交流整流组件，交流整流组件包括第二整流二极管、第三负载电阻和第二表示灯，第二整流二极管与第三负载电阻串联后与第二表示灯并联，两个交流整流组件的第二表示灯的颜色不同，交流整流组件的两个公共端均与切换控制模块电性连接，并且两个交流整流组件的其中一个公共端连接后与第二表示切断模拟开关的一端电性连接，第二表示切断模拟开关的另外一端与切换控制模块电性连接，动作模拟模块包括六个第四负载电阻，六个第四负载电阻平均分为两组，同组的三个第四负载电阻呈星型连接形成三个公共端，两组第四负载电阻的其中一个公共端连接后与切换控制模块电性连接，两组第四负载电阻的另外两个公共端均与切换控制模块电性连接。在本实施例中，两个第一表示灯的颜色分别是黄色和绿色，其中绿色的第一表示灯为定位表示灯，黄色的第一表示灯为反位表示灯，当切换控制模块向直流表示模拟模块供电时，可以通过控制第一切断试验开关通断的方式控制定位表示灯或者反位表示灯亮起，进而完成直流转辙机的断表示模拟试验。

一种铁路信号系统模拟试验方法，基于上述的一种铁路信号系统模拟试验装置，包括微机接口驱采试验部分和信号室外设备模拟部分。

微机接口驱采试验部分包括SA1至SA7。

SA1、根据微机接口柜和继电器组合配置驱采信息关系表。

SA2、根据驱采信息关系表将驱动子单元和采集子单元与微机接口柜电性连接。

SA3、将驱动子单元和采集子单元与微机接口驱采总控单元电性连接，并且将微机接口驱采总控单元与上位计算机通信连接。

SA4、根据驱采信息关系表通过上位计算机向微机接口驱采总控单元发送微机接口驱采试验指令。

SA5、微机接口驱采总控单元根据微机接口驱采试验指令控制驱动子单元动作。

SA6、驱动子单元动作驱动继电器组合中的部分继电器励磁，进而使继电器的接点闭合。

SA7、采集子单元从继电器的接点获取到电信号后生成继电器状态信息并且上传至微机接口驱采总控单元。

SA8、微机接口驱采总控单元将继电器状态信息上传至上位计算机进行显示。

信号室外设备模拟部分包括SB1至SB4。

SB1、根据信号室外设备编制模拟配置表。

SB2、根据模拟配置表将模拟负载单元与室外分线盘电性连接。

SB3、根据模拟配置表通过上位计算机向室外设备模拟总控单元发送信号室外设备模拟指令。

SB4、室外设备模拟总控单元根据信号室外设备模拟指令驱动模拟负载单元并且接收模拟负载单元的反馈。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种铁路信号系统模拟试验装置，所述铁路信号系统包括依次电性连接的控制台、联锁机、微机接口柜、继电器组合、室外分线盘和多个信号室外设备，其特征在于：所述模拟试验装置包括上位计算机、微机接口驱采试验机构和信号室外设备模拟机构；

所述微机接口驱采试验机构包括微机接口驱采总控单元、多个驱动子单元和多个采集子单元，微机接口驱采总控单元与所述上位计算机通信连接，驱动子单元和采集子单元均与所述微机接口柜电性连接，所有驱动子单元并联并且与微机接口驱采总控单元电性连接，所有采集子单元串联后与微机接口驱采总控单元电性连接，所有驱动子单元和所有采集子单元均与微机接口驱采总控单元通信连接；

所述信号室外设备模拟机构包括室外设备模拟总控单元和多个与所述信号室外设备相对应的模拟负载单元，模拟负载单元与所述室外分线盘电性连接；

所述模拟负载单元包括轨道电路模拟单元、信号机模拟单元和转辙机模拟单元；

所述轨道电路模拟单元包括多个轨道电路模拟开关、多个指示灯和多个轨道电路模拟开关量采集器，轨道电路模拟开关、指示灯和轨道电路模拟开关量采集器一一对应，轨道电路模拟开关与指示灯并联，轨道电路模拟开关与轨道电路模拟开关量采集器和所述室外分线盘均电性连接。

2.如权利要求1所述的一种铁路信号系统模拟试验装置，其特征在于：所述信号机模拟单元包括多个信号模拟子单元，信号模拟子单元包括并联的负载电容和带色表示灯，负载电容的一端串联有断丝试验模拟开关，负载电容的另外一端以及断丝试验模拟开关均与所述室外分线盘电性连接。

3.如权利要求2所述的一种铁路信号系统模拟试验装置，其特征在于：所述信号模拟子单元还包括电流电压采集模块，电流电压采集模块与所述带色表示灯电性连接。

4.如权利要求1所述的一种铁路信号系统模拟试验装置，其特征在于：所述转辙机模拟单元包括切换控制模块、表示模拟模块和动作模拟模块，切换控制模块与所述室外分线盘、表示模拟模块和动作模拟模块均电性连接。

5.一种铁路信号系统模拟试验方法，基于如权利要求1所述的一种铁路信号系统模拟试验装置，其特征在于：包括微机接口驱采试验部分和信号室外设备模拟部分；

所述微机接口驱采试验部分包括如下步骤：

SA1、根据所述微机接口柜和所述继电器组合配置驱采信息关系表；

SA2、根据驱采信息关系表将所述驱动子单元和所述采集子单元与微机接口柜电性连接；

SA3、将驱动子单元和采集子单元与所述微机接口驱采总控单元电性连接，并且将微机接口驱采总控单元与所述上位计算机通信连接；

SA4、根据驱采信息关系表通过上位计算机向微机接口驱采总控单元发送微机接口驱采试验指令；

SA5、微机接口驱采总控单元根据微机接口驱采试验指令控制驱动子单元动作；

SA6、驱动子单元动作驱动所述继电器组合中的部分继电器励磁，进而使继电器的接点闭合；

SA7、采集子单元从继电器的接点获取到电信号后生成继电器状态信息并且上传至微机接口驱采总控单元；

SA8、微机接口驱采总控单元将继电器状态信息上传至上位计算机进行显示；

所述信号室外设备模拟部分包括如下步骤： SB1、根据所述信号室外设备编制模拟配置表；

SB2、根据模拟配置表将所述模拟负载单元与所述室外分线盘电性连接；

SB3、根据模拟配置表通过所述上位计算机向所述室外设备模拟总控单元发送信号室外设备模拟指令；

SB4、室外设备模拟总控单元根据信号室外设备模拟指令驱动所述模拟负载单元并且接收模拟负载单元的反馈。

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