CN114019871A - 一种铁路室外信号模拟系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路室外信号模拟系统及方法，本发明采用室外信号模拟设备生成铁路室外信号，并通过室内信号控制设备控制铁路设备模拟运行电路工作，从而实现多种铁路设备的联动控制模拟；同时，还通过下位机实时监控室内信号模拟设备的工作状态，从而得到工作状态信息，其实质相当于得到了各个铁路设备的模拟工作状态信息；最后，本发明利用上位机作为模拟盘，将工作状态信息与铁路场站图进行联动显示；由此，本模拟系统无需一站一盘，一盘一用，也无需人工操作，自动化程度高，可在复杂铁路场站环境中使用，具备通用性，便携性，且模拟功能多样，观察直观全面。

Description

一种铁路室外信号模拟系统及方法

技术领域

本发明属于铁路室外信号模拟技术领域，具体涉及一种铁路室外信号模拟系统及方法。

背景技术

信号系统是铁路系统的重要组成部分，而室内信号控制设备又是信号系统中的控制核心，其工作的可靠性与铁路运输安全有着密切联系；在铁路信号工程施工中，由于铁路室内与室外信号设备的施工是分开进行的，如要测试室内信号设备的工作是否正常，必须保证室外信号设备已经施工完毕，才能进行相关测试，且测试过程中还需要不断观测室内外信号设备的状态，从而会导致耗费大量的人力、物力，而且成本高，效率低，不便判断解决故障。

因此，为了解决上述问题，国内外通常采用传统手工制作模拟盘来模拟室外信号设备进行室内外的信号调试；比如，采用白板作为盘面，盘面上加装开关按钮和灯泡等元件来模拟信号机和轨道电路，显示铁路信号状态；当信号机和轨道电路较多，单个模拟盘不能满足时，还需要制作多个模拟盘进行级联，实现对铁路区间数量的拓展，以便完成信号模拟。

但是，上述模拟设备存在以下问题：传统模拟盘需要手工制作，而且只能“一站一盘”、“一盘一用”，每个铁路场站建设都需要重新设计制作，建设完成后废弃，不能重复使用；也无法用于室内信号设备的后期维护检测，造成了资源的极大浪费；随着国内铁路系统的高速发展，铁路场站往往庞大且复杂，传统手工模拟盘需要级联多个盘面去模拟检测，需要占用较大空间；检测动作需要通过人工操作来完成，检测结果需要人工观察来采集，当多个盘面集中显示时，难以对整个站场情况进行全面直观观察；因此，提供一种数字化的室外信号模拟设备成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁路室外信号模拟系统及方法，以解决传统模拟盘占地空间大、无法重复使用以及难以对站场情况进行全面观察的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种铁路室外信号模拟系统，包括：室外信号模拟设备、室内信号控制设备以及上位机；

所述上位机通信连接所述室外信号模拟设备，用于向所述室外信号模拟设备发送模拟轨道状态控制指令；

所述室外信号模拟设备包括下位机、室外信号产生电路以及铁路设备模拟运行电路，其中，所述下位机电连接所述室外信号产生电路，用于根据所述模拟轨道状态控制指令控制所述室外信号产生电路工作，生成铁路室外信号；

所述室内信号控制设备包括分线盘，其中，所述分线盘的输入端电连接所述室外信号产生电路，所述分线盘的输出端电连接所述铁路设备模拟运行电路，用于根据所述铁路室外信号驱动所述铁路设备模拟运行电路工作；

所述下位机还电连接所述铁路设备模拟运行电路，用于采集所述铁路设备模拟运行电路以及所述室外信号产生电路的工作状态信息；

所述上位机还用于生成铁路场站图，并将所述工作状态信息在所述铁路场站图上进行联动显示。

基于上述公开的内容，本发明利用上位机下发模拟轨道状态控制指令，并通过室外信号模拟设备生成铁路室外信号；然后，利用室内信号控制设备控制室外信号模拟设备中的铁路设备模拟运行电路工作，从而模拟铁路中各个设备基于铁路室外信号的工作状态(如信号机的工作状态)；同时，还利用下位机实时采集室外信号模拟设备中各个电路的工作状态，也就相当于采集到了各个铁路设备的工作状态信息；最后，将工作状态信息传输至上位机，并在铁路场站图上进行联动显示；由此，本发明无需一站一盘，一盘一用，也无需人工操作，可在复杂铁路场站环境中使用，具备通用性、便携性，且与场站图联动显示，观察直观全面。

在一个可能的设计中，所述铁路室外信号包括：行车信号以及分区占用信号；

所述室外信号产生电路包括模拟轨道电路，其中，所述下位机电连接所述模拟轨道电路，用于根据所述模拟轨道状态控制指令驱动所述模拟轨道电路内对应的继电器工作，实现模拟行车和分区占用，得到所述行车信号以及所述分区占用信号。

基于上述公开的内容，本发明利用模拟轨道电路来模拟铁路列车的行车情况，即轨道是否被占用或是否处于空闲，从而产生相应的铁路室外信号，以便根据该信号控制铁路设备模拟运行电路运行，从而模拟不同铁路设备的联动控制。

在一个可能的设计中，所述模拟轨道电路包括串联连接的第一电阻以及继电器。

基于上述公开的内容，本发明用继电器的开关与否，来模拟轨道的占用以及空闲状态，即继电器闭合，表示轨道被占用(即轨道上有列车)，继电器断开，表示轨道处于空闲状态；而电阻一方面用于模拟铁路轨道阻值，另一方面则是为了限制传送的移频信号电压值，避免越区干扰。

在一个可能的设计中，所述铁路设备模拟运行电路包括：所述铁路设备模拟运行电路包括模拟信号机电路，其中，所述分线盘根据所述铁路室外信号驱动所述模拟信号机电路内的灯丝继电器动作，实现信号灯工作模拟。

基于上述公开的内容，本发明则是根据铁路室外信号，模拟轨道信号灯变换，从而根据上述电路的工作状态，判别铁路设备的联动控制是否正常。

在一个可能的设计中，所述室内信号控制设备还包括联锁设备，所述铁路设备模拟运行电路还包括模拟转辙机电路；

所述联锁设备通过所述分线盘电连接所述模拟转辙机电路，将转辙机模拟控制信号传输至所述模拟转辙机电路，并根据所述转辙机模拟控制信号驱动所述模拟转辙机电路内的道岔动作继电器动作，实现道岔转换模拟。

基于上述公开的内容，可通过联锁设备向模拟转辙机电路输出转辙机模拟控制信号，从而模拟轨道的道岔转换，并根据上述电路的工作状态，判别铁路设备的联动控制是否正常。

在一个可能的设计中，所述模拟转辙机电路包括动作电路单元以及表示电路单元，其中，所述动作电路单元包括定操动作电路单元以及反操动作电路单元，所述表示电路单元包括定位表示电路单元以及反位表示电路单元。

在一个可能的设计中，所述上位机包括数据服务模块以及数据展示模块；其中，所述数据服务模块通信连接所述下位机，用于接收所述工作状态信息，所述数据展示模块用于生成铁路场站图，并将所述工作状态信息在所述铁路场站图上进行联动显示。

基于上述公开的内容，将工作状态信息与铁路场站图进行联动显示，可直观反映铁路设备联动控制情况，显示直观，便于全面观察。

在一个可能的设计中，还包括智能终端，其中，所述智能终端通信连接所述上位机。

第二方面，本发明提供了一种铁路室外信号模拟方法，使用第一方面中的铁路室外信号模拟系统进行模拟，包括：

上位机向下位机发送模拟轨道状态控制指令；

下位机接收所述模拟轨道状态控制指令，并驱动所述室外信号产生电路工作，生成铁路室外信号；

下位机将所述铁路室外信号发送至分线盘；

所述分线盘接收所述铁路室外信号，并驱动所述铁路设备模拟运行电路进行相应的动作；

所述下位机采集所述室外信号产生电路以及所述铁路室外信号的工作状态信息，并发送至所述上位机；

所述上位机接收所述工作状态信息，并将所述工作状态信息在所述铁路场站图上进行联动显示。

本发明获得的有益效果：

(1)本发明无需一站一盘，一盘一用，也无需人工操作，自动化程度高，可在复杂铁路场站环境中使用，具备通用性、便携性，且与场站图联动显示，观察直观全面。

(2)模拟功能多样，设置有模拟信号机以及模拟转辙机电路，能够实现轨道道岔转换模拟以及信号灯切换模拟，避免了传统的模拟盘因缺少转辙机的状态模拟，导致功能有限，而无法实现铁路场站情况的完整模拟，存在检测漏洞的问题。

(3)能够实现远程控制，使用便捷性以及实用性进一步提高，便于广泛推广和使用。

附图说明

图1为本发明提供的铁路室外信号模拟系统的结构示意图；

图2是本发明提供的室外信号模拟设备与室内信号控制设备的通信结构示意图；

图3为本发明提供的模拟轨道电路的具体电路图；

图4为本发明提供的模拟转辙机电路的具体电路图；

图5为本发明提供的模拟转辙机电路的等效电路图；

图6为本发明提供的模拟信号机电路的具体电路图。

图7是本发明提供的铁路室外信号模拟方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例

如图1～6所示，本实施例第一方面所提供的铁路室外信号模拟系统，采用室外信号模拟设备生成铁路室外信号，并通过室内信号控制设备控制铁路设备模拟运行电路工作，从而实现多种铁路设备的联动控制模拟；同时，还通过下位机实时监控室内信号模拟设备的工作状态，从而得到工作状态信息，其实质相当于得到了各个铁路设备的模拟工作状态信息；最后，本发明利用上位机作为模拟盘，将工作状态信息与铁路场站图进行联动显示；由此，本模拟系统无需一站一盘，一盘一用，也无需人工操作，自动化程度高，可在复杂铁路场站环境中使用，具备通用性，便携性，且模拟功能多样，观察直观全面。

如图1～6所示，本实施例第一方面所提供的铁路室外信号模拟系统，可以但不限于包括：室外信号模拟设备、室内信号控制设备以及上位机。

即在本实施例中，上位机作为模拟盘前端，实现传统手工模拟盘的盘面状态显示功能；同时，还作为控制指令下发终端，即所述上位机通信连接所述室外信号模拟设备，用于向所述室外信号模拟设备发送模拟轨道状态控制指令。

参见图1和图2，在本实施例中，举例所述室外信号模拟设备可以但不限于包括下位机、室外信号产生电路以及铁路设备模拟运行电路；其中，下位机作为室外信号模拟设备的控制中心，其用于接收上位机发送的轨道状态控制指令，并基于该指令驱动室外信号产生电路工作；即所述下位机电连接所述室外信号产生电路，用于根据所述模拟轨道状态控制指令控制所述室外信号产生电路工作，生成铁路室外信号。

在本实施例中，举例下位机与上位机之间可以但不限于通过无线网络技术实现数据的传输，例如，使用WIFI模块实现数据的传输；当然，还可使用诸如4G、5G模块和/或RS485通信模块实现数据传输。

在本实施例中，举例铁路室外信号可以但不限于包括：行车信号以及分区占用信号；也就是根据行车信号以及分区占用信号去控制铁路设备模拟运行电路工作，从而实现铁路设备的联动控制，并实时在上位机上进行显示。

在本实施例中，举例室外信号产生电路可以但不限于包括：模拟轨道电路；即下位机电连接模拟轨道电路；而铁路室外信号产生的实质则为：下位机根据轨道状态控制指令模拟轨道电路内的继电器工作，以实现模拟行车以及分区占用，从而得到行车信号以及所述分区占用信号。

下述提供模拟轨道电路的其中一种电路结构：

参见图3，在本实施例中，举例所述模拟轨道电路可以但不限于包括：串联连接的第一电阻以及继电器；同时，还可在模拟轨道电路的输入端连接轨道发送器，在其输出端连接轨道接收器；以便实现轨道状态控制信息的传输，以及铁路室外信号的传输。

由此，模拟轨道电路的工作原理为：用继电器的开关与否，来模拟轨道的占用以及空闲状态，即继电器闭合，表示轨道被占用(即轨道上有列车)；而继电器断开，则表示轨道处于空闲状态。

由于模拟轨道电路的输入端上串接有轨道发送器，输出端上串接有轨道接收器，而每个接收器都要接收2种频率的信息，一为主轨道本区段频率信息；二为小轨道列车运行前方区段频率信息；同时，因轨道接收器的接收电平在40mV左右，若电平过低，则轨道接收器将不予处理，而电平过高，接收器则会自动关闭其处理信息功能；因此，在本实施例中，举例第一电阻的阻值为12KΩ，其作用为：一方面用于模拟铁路轨道阻值，另一方面则是为了限制传送的移频信号电压值，保证只有相邻接收器可以接收到电压值在30-50mV之间的移频信号，避免越区干扰。

由此，通过前述对模拟轨道电路的阐述，即可利用电阻和继电器实现轨道占用或空闲的模拟，从而生成铁路室外信号。

参见图1，在本实施例中，举例所述室内信号控制设备可以但不限于包括：分线盘以及联锁设备，而铁路设备模拟运行电路可以但不限于包括：模拟转辙机电路以及模拟信号机电路；其中，分线盘一方面用于接收铁路室外信号，另一方面则将铁路室外信号传输至模拟信号机，即所述分线盘的输入端电连接所述室外信号产生电路，所述分线盘的输出端电连接所述铁路设备模拟运行电路中的模拟信号机，用于根据所述铁路室外信号驱动所述模拟信号机电路内的灯丝继电器动作，实现信号灯的工作模拟。

而联锁设备则通过分线盘电连接模拟转辙机电路，将转辙机模拟控制信号传输至模拟转辙机电路，并根据所述转辙机模拟控制信号驱动所述模拟转辙机电路内的道岔动作继电器动作，以实现道岔转换模拟。

通过上述阐述，本实施例可根据铁路室外信号以及转辙机模拟控制信号，进行道岔转换模拟以及信号灯模拟，从而根据上述电路的工作状态，判别铁路设备的联动控制是否正常。

由于铁路设备中，转辙机分为动作型和表示型，动作型可模拟转辙机的全部动作(反操、反表、定操和定表)，并检测转辙机定操反操时的电流，定表反表时的电压；表示型可模拟转辙机的定表和反表，检测转辙机定表反表时的电压，并有断表示功能；因此，在本实施例中，举例所述模拟转辙机电路包括动作电路单元以及表示电路单元，其中，所述动作电路单元包括定操动作电路单元以及反操动作电路单元，所述表示电路单元包括定位表示电路单元以及反位表示电路单元；具体电路可参见图4和图5。

参见图4和图5，由此，本实施例即可通过动作电路单元以及表示电路单元实内的道岔继电器动作，模拟室外转辙机节点动作，从而实现道岔转换功能。

在本实施例中，模拟信号灯电路的具体电路参见图6所示，其工作原理为：

一个模拟信号机由若干模拟信号灯模块组成，模拟信号灯模块用负载来模拟信号灯；模拟信号灯电路中的灯丝继电器用于检测当负载开路时(即灯丝断丝时)信号灯的工作状况。

因此，根据现场实际工作环境，信号机供电电压为AC220V，当电流值达到120mA-150mA时，灯丝继电器工作；为了让灯丝继电器动作，需要在点灯回路模拟一个负载，使其回路电流在120mA-150mA；而当电流值达到120mA-150mA时(此门限值可以通过上机位修改)，则判断为信号机中的相应灯位亮灯；同时，对每个信号灯设置由上机位控制的信号机切断继电器，实现对信号灯的断丝试验功能。

由此，本实施例即可通过前述电路的工作状态信息，从而实现铁路设备模拟运行状态的检测，即所述下位机还电连接所述铁路设备模拟运行电路，用于采集所述铁路设备模拟运行电路以及所述室外信号产生电路的工作状态信息。

结合对前述电路的详细阐述，即可得到本实施例中的工作状态信息的具体内容：

即模拟轨道电路的占用空闲状态信息；模拟信号机的电流、点灯、断丝状态信息；以及模拟转辙机动作电流、电压和定反位表示电压等信息。

因此，下位机只需将上述工作状态信息传输至上位机，即可实现铁路设备的联动控制模拟显示。

另外，在本实施例中，为了直观的显示前述铁路设备的联动控制状态，上位机还可生成铁路场站图，以便将所述工作状态信息在所述铁路场站图上进行联动显示，从而直观的显示模拟状态。

在本实施例中，举例上位机可以但不限于包括：数据服务模块以及数据展示模块；其中，所述数据服务模块通信连接所述下位机，用于接收所述工作状态信息，所述数据展示模块用于生成铁路场站图，并将所述工作状态信息在所述铁路场站图上进行联动显示。

在本实施例中，数据展示模块用于铁路场站图的绘制、图元与模拟设备的绑定、模拟跑车和规划线路等，可以实现铁路场站图绘制、编辑、存储以及加载，各图元的移动、旋转、缩放、删除、属性修改以及绘图结果的存储和展示；模拟跑车线路可导入导出，可设置列车长度和列车行进速度等；同时，还可用于操作向室外信号模拟设备发送模拟轨道状态控制指令(即区间占用和模拟行车指令)；以及接收工作状态信息，与铁路场站图结合，联动显示模拟信号机和转辙机的运行状态。

另外，在本实施例中，铁路室外信号模拟系统中的上位机还通信连接有智能终端；通过上述设计，即可利用智能终端(诸如手机、平板和/或笔记本电脑等)实现模拟的远程控制，以提高使用的便捷性。

由此通过前述对铁路室外信号模拟系统的详细描述，本发明采用室外信号模拟设备生成铁路室外信号，并通过室内信号控制设备控制铁路设备模拟运行电路工作，从而实现多种铁路设备的联动控制模拟；同时，还通过下位机实时监控室内信号模拟设备的工作状态，从而得到工作状态信息，其实质相当于得到了各个铁路设备的模拟工作状态信息；最后，本发明利用上位机作为模拟盘，将工作状态信息与铁路场站图进行联动显示；由此，本模拟系统无需一站一盘，一盘一用，也无需人工操作，自动化程度高，可在复杂铁路场站环境中使用，具备通用性，便携性，且模拟功能多样，观察直观全面。

如图7所示，本实施例第二方面提供了一种使用第一方面所述的铁路室外模拟信号系统进行铁路信号的模拟方法，可以但不限于包括如下步骤S101～S106。

S101.上位机向下位机发送模拟轨道状态控制指令。

S102.下位机接收所述模拟轨道状态控制指令，并驱动所述室外信号产生电路工作，生成铁路室外信号。

S103.下位机将所述铁路室外信号发送至分线盘。

S104.所述分线盘接收所述铁路室外信号，并驱动所述铁路设备模拟运行电路进行相应的动作。

S105.所述下位机采集所述室外信号产生电路以及所述铁路室外信号的工作状态信息，并发送至所述上位机。

S106.所述上位机接收所述工作状态信息，并将所述工作状态信息在所述铁路场站图上进行联动显示。

本实施例提供的模拟方法的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见实施例第一方面，于此不再赘述。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铁路室外信号模拟系统，其特征在于，包括：室外信号模拟设备、室内信号控制设备以及上位机；

所述上位机通信连接所述室外信号模拟设备，用于向所述室外信号模拟设备发送模拟轨道状态控制指令；

所述室外信号模拟设备包括下位机、室外信号产生电路以及铁路设备模拟运行电路，其中，所述下位机电连接所述室外信号产生电路，用于根据所述模拟轨道状态控制指令控制所述室外信号产生电路工作，生成铁路室外信号；

所述室内信号控制设备包括分线盘，其中，所述分线盘的输入端电连接所述室外信号产生电路，所述分线盘的输出端电连接所述铁路设备模拟运行电路，用于根据所述铁路室外信号驱动所述铁路设备模拟运行电路工作；

所述下位机还电连接所述铁路设备模拟运行电路，用于采集所述铁路设备模拟运行电路以及所述室外信号产生电路的工作状态信息；

所述上位机还用于生成铁路场站图，并将所述工作状态信息在所述铁路场站图上进行联动显示。

2.如权利要求1所述的一种铁路室外信号模拟系统，其特征在于，所述铁路室外信号包括：行车信号以及分区占用信号；

所述室外信号产生电路包括模拟轨道电路，其中，所述下位机电连接所述模拟轨道电路，用于根据所述模拟轨道状态控制指令驱动所述模拟轨道电路内对应的继电器工作，实现模拟行车和分区占用，得到所述行车信号以及所述分区占用信号。

3.如权利要求2所述的一种铁路室外信号模拟系统，其特征在于，所述模拟轨道电路包括串联连接的第一电阻以及继电器。

4.如权利要求1所述的一种铁路室外信号模拟系统，其特征在于，所述铁路设备模拟运行电路包括模拟信号机电路，其中，所述分线盘根据所述铁路室外信号驱动所述模拟信号机电路内的灯丝继电器动作，实现信号灯工作模拟。

5.如权利要求1所述的一种铁路室外信号模拟系统，其特征在于，所述室内信号控制设备还包括联锁设备，所述铁路设备模拟运行电路还包括模拟转辙机电路；

所述联锁设备通过所述分线盘电连接所述模拟转辙机电路，将转辙机模拟控制信号传输至所述模拟转辙机电路，并根据所述转辙机模拟控制信号驱动所述模拟转辙机电路内的道岔动作继电器动作，实现道岔转换模拟。

6.如权利要求5所述的一种铁路室外信号模拟系统，其特征在于，所述模拟转辙机电路包括动作电路单元以及表示电路单元，其中，所述动作电路单元包括定操动作电路单元以及反操动作电路单元，所述表示电路单元包括定位表示电路单元以及反位表示电路单元。

7.如权利要求1所述的一种铁路室外信号模拟系统，其特征在于，所述上位机包括数据服务模块以及数据展示模块；其中，所述数据服务模块通信连接所述下位机，用于接收所述工作状态信息，所述数据展示模块用于生成铁路场站图，并将所述工作状态信息在所述铁路场站图上进行联动显示。

8.如权利要求1所述的一种铁路室外信号模拟系统，其特征在于，还包括智能终端，其中，所述智能终端通信连接所述上位机。

9.一种铁路室外信号模拟方法，其特征在于，使用权利要求1～7任意一项所述的铁路室外信号模拟系统进行模拟，包括：

上位机向下位机发送模拟轨道状态控制指令；

下位机接收所述模拟轨道状态控制指令，并驱动所述室外信号产生电路工作，生成铁路室外信号；

下位机将所述铁路室外信号发送至分线盘；

所述分线盘接收所述铁路室外信号，并驱动所述铁路设备模拟运行电路进行相应的动作；

所述下位机采集所述室外信号产生电路以及所述铁路室外信号的工作状态信息，并发送至所述上位机；

所述上位机接收所述工作状态信息，并将所述工作状态信息在所述铁路场站图上进行联动显示。

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