CN115019585B - 一种转辙机故障诊断的教学考核系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转辙机故障诊断的教学考核系统及其控制方法，其系统包括故障设置控制器和人机交互模块，所述人机交互模块用于设置转辙机的电路故障、并将控制指令发送至故障设置控制器，所述故障设置控制器接收人机交互模块发送的控制指令，对转辙机的电路进行故障诊断。本发明操作方式简单，降低了对考官的专业技能水平要求，并避免了考官因混淆不同转辙机控制电路而造成的考核事故。

Description

一种转辙机故障诊断的教学考核系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种转辙机故障诊断的教学考核系统及其控制方法。

背景技术

随着我国铁路事业不断发展，当今列车正朝向高速、重载方向发展，对铁路信号设备的要求越来越高。转辙机是铁路信号系统重要的地面设备，是提速的重要保障，在既有线路、客运专线提速道岔中被广泛使用。目前我国铁路大量应用的转辙机主要有ZD6、ZD(J)9、S700K系列转辙机，以及ZY系列电液转辙机。各型电动、电液转辙机控制电路经过了几次变革，稳定性及安全性不断提高，已经基本定型。但由于转辙机控制电路中的电气器件较多，动作频率高，运行环境条件恶劣，所以发生故障的范围较广，故障点也多。因此，在实际的运营维护过程中，社会需要大批量精通业务的信号维护人员，如何精准判断出各型转辙机控制电路故障是信号维护人员必备的技能，学员在走向工作岗位之前都需要进行培训并通过技术考核，但目前普遍使用的转辙机教学平台仅能设置断线故障，无法模拟混线故障，致使通过考核的学员在实际工作中动手能力仍存在不足。

为了使学员尽快掌握这一技能，目前的培训基地一般建设有转辙机或电液转辙机教学平台，这些教学平台是按照现场设备进行设计，将机械室设备、室外设备集中设置于教学平台车上。它由道岔、熔断器、操纵表示盘、交流380V电源、交流220V电源、直流24V控制电源、转辙机、电缆盒、分线盘端子、道岔电路板、道岔操纵按钮等设备组成。但是在这类教学平台下学习及考核，还存在一些局限性：

(1)真实的现场工作环境中，转辙机控制电路除了存在断线故障外，还存在由于电缆绝缘层破损而造成的混线故障以及短路故障。电缆绝缘层破损程度不同，在相邻控制线路上产生的干扰电压不同，带来的故障现象也略有不同。但上述转辙机教学平台仅能设置断线故障，无法模拟混线故障，致使通过考核的学员在实际工作中动手能力仍存在不足。

(2)转辙机控制电路电气器件较多，电路较复杂，学员在上述转辙机教学平台上学习，仅依靠万用表对各处电压/电流进行测量，而对整个电路中各点的电压/电流值没有一个直观的、全面的了解，学员普遍反映学习效果不是太好。在真实的现场工作环境中，一旦发生混线故障，用万用表测量的电压值也千奇百怪的，导致出现问题后很难发现故障原因。

(3)在批量学员考核过程中，考官需要频繁设置各种电路故障，并根据答题卷评判学员是否通过考核，因此对考官的专业技能水平要求较高。目前在我国应用的转辙机控制电路也有型号，要让考官精通每一种电路显然是不现实的，这种现状也导致在考核过程中出现评判失误的情况。

现有技术一种铁路提速道岔仿真转辙机，包括室内电路和室外的转辙机道岔控制电路，所述室内电路包括主组合继电器并通过其触点组的接通或断开将外部A、B、C三相电源与输出接线点X1、X2、X3、X4和X5连接，所述室内电路通过输出接线点X1、X2、X3、X4和X5与转辙机道岔控制电路连接；所述室内电路保持与现场一致，所述转辙机道岔控制电路包括：整流盒、道岔继电器DJ、时间继电器TJ和用于模拟转辙机电机的三相负载。该铁路提速道岔仿真转辙机设计简单，安装灵活，成本低，其电路完全实际道岔控制电路，与真实的转辙机一样能够给出表示，能进行多点断相、断点、错相等故障模拟，极好地仿真了铁路现场实际，能满足铁路院校实验实训教学，但该铁路提速道岔仿真转辙机无人机交互。

发明内容

本发明提供一种转辙机故障诊断的教学考核系统及其控制方法，仅需通过鼠标及键盘操作的方式在人机交互模块上设置电路故障，操作方式简单。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种转辙机故障诊断的教学考核系统，包括故障设置控制器和人机交互模块，所述人机交互模块用于设置转辙机的电路故障、并将控制指令发送至故障设置控制器，所述故障设置控制器接收人机交互模块发送的控制指令，对转辙机的电路进行故障诊断。

上述方案中，人机交互模块可以为计算机，显示出故障类型、所有关键点的电压/电流值、故障现象描述等详细信息，并给出答题卷的评判标准。

进一步的，转辙机的电路故障包括有断线故障、短路故障及混线故障，故障设置控制器对转辙机的断线故障、短路故障及混线故障进行诊断。

进一步的，故障设置控制器设有混线电压模拟电路对转辙机进行混线故障诊断，所述混线电压模拟电路包括电压源QKZ、电压源QKF、电缆、电阻R1、数字电位器R2、接点1GJ和偏极继电器JGJ；电压源QKZ分别和电阻R1的一端、接点1GJ的一端连接；电阻R1的另一端、接点1GJ的另一端、数字电位器R2的L端和W端、偏极继电器JGJ的一端分别与电缆上Q点连接；电压源QKF分别与偏极继电器JGJ的另一端、数字电位器R2的H端连接；电缆上Q点为剥去绝缘层的金属导体部分，对应为转辙机道岔控制电路中故障点；故障设置控制器的输出端和数字电位器R2连接，通过故障设置控制器输出模拟电压来模拟混线电压的方式模拟混线故障，即故障设置控制器输出模拟电压来调节数字电位器R2的阻值，使得施加在Q点的电压在一定范围内变化，当Q点电压大于偏极继电器JGJ的吸合电压时，即使接点1GJ是断开的，那么偏极继电器JGJ也会吸起，进而模拟混线故障。

进一步的，故障设置控制器和数字电位器之间设有数字电位器接口电路，数字电位器接口电路包括故障设置控制器和数字电位器R2；故障设置控制器通过DIN、SCLK、CS控制线与数字电位器R2连接，故障设置控制器与数字电位器R2之间采用SPI总线通信，通过CS片选信号扩展多路数字电位器；数字电位器R2接收故障设置控制器发出的控制信号，在内部时钟逻辑的时序控制下，控制信号经过移位寄存器、锁存器及解码电路，控制内部的模拟电阻，从而改变H端与W端之间的电阻值。

进一步的，故障设置控制器输出的模拟电压通过专家数据库进行选择，专家数据库包含各种混线故障与多点混线电压之间的对应关系，具体选择方法如下：在现场易发生混线故障的线缆上加装多处电压/电流传感器，以获取实时运行数据，利用实时运行数据与历史故障数据，通过数据筛选与特征值提取，将神经网络、支持向量机、遗传算法运用在电缆混线状态监测上，通过数据处理与机器学习，得到所需模拟电压。

上述方案中，转辙机在长期的运营维保过程中积累了大量的数据，其中一部分是发生各种混线故障后采集的故障数据(称为历史故障数据)；还有一部分是已经有混线情况发生，但还没有对电路产生错误的影响(即还未显示出故障现象)，如果混线情况进一步恶化，则可能会发生故障；另外的数据就是系统处于正常状态下的实时运行数据。对上述数据进行数据筛选与特征值提取，可得到专家数据库。利用现有技术中神经网络、支持向量机、遗传算法等机器学习算法可建立系统模型，有了系统模型，就可利用采集到的实时运行数据对系统的故障报警/预警进行判断。本故障设置控制器中没有部署故障报警/预警诊断算法，而是仅使用了包含各种混线故障与多点混线电压之间对应关系的专家数据库，用于对故障的设置。

进一步的，故障设置控制器对转辙机进行断线故障诊断，断线故障采用继电器的输出方式，继电器的常闭触点串联接在待模拟故障点的线段处，当需要模拟断线故障时，故障设置控制器执行人机交互模块的控制指令，继电器线圈得电，从而断开常闭触点，模拟出断线故障，该继电器的常开触点作为数字量输入信号接入故障设置控制器，用以监视继电器输出状态是否正常。

进一步的，故障设置控制器对转辙机进行短路故障诊断，短路故障采用继电器的输出方式，继电器的常开触点并联接在待模拟故障点的线段两端，当需要模拟短路故障时，故障设置控制器执行人机交互模块的控制指令，继电器线圈得电，从而闭合常开触点，模拟出短路故障，该继电器的常闭触点作为数字量输入信号接入故障设置控制器，用以监视继电器输出状态是否正常。

进一步的，所述故障设置控制器为STM32F407系列CPU芯片。

一种转辙机故障诊断教学考核系统的控制方法，应用于一种转辙机故障诊断的教学考核系统中，包括以下步骤：

S1：人机交互模块发送控制指令至故障设置控制器；

S2：故障设置控制器接收来自人机交互模块的控制指令并输出控制信号，设置断线故障、短路故障或混线故障；

S3：在易发生混线故障的线缆上加装电压/电流传感器，电压/电流传感器采集模拟量信号并输入到故障设置控制器，故障设置控制器得到电压/电流值并发送给人机交互模块进行显示。

上述方案中，所述步骤S2包括：通过故障设置控制器输出控制信号控制故障点处继电器的通断设置断线故障、短路故障；故障设置控制器接收到电压/电流传感器采集转辙机故障点处的电压/电流值，然后与目标控制值进行对比，判断断线故障设置是否正常；故障设置控制器接收到电压/电流传感器采集转辙机故障点处的电压/电流值，然后与目标控制值进行对比，判断短路故障设置是否正常。

上述方案中，所述人机交互模块根据使用者的不同，设置有管理员、教师、学员三个权限级别。管理员具有最高权限，能够选择转辙机类型，设置电路故障，初始化转辙机所有参数，对控制电路的工作参数进行实时显示；能够选择转辙机类型，设置电路故障，能够对控制电路的工作参数进行实时显示；学员具有最低权限，仅能够对控制电路的工作参数进行实时显示。不同的权限级别均由账号密码控制，由管理员更改所有的密码，教师、学员没有权变更自己的密码。

为了确保模拟故障的准确性，对相应线段处的电压/电流进行采样，并不会对转辙机控制电路造成影响。

本发明设置人机交互模块，考官可选择转辙机控制电路类型，设置电路故障，系统可根据真实的现场故障现象，通过故障设置控制器通过调节数字电位器R2的阻值来模拟不同的电缆绝缘层破损程度，从而在转辙机线路上产生不同的干扰电压。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

对比现有转辙机控制电路电气器件较多、电路较复杂的现状，本发明教学考核系统实时采集所有关键点的电压/电流值，在人机交互模块上显示在同一界面中。

本发明使用教学考核系统进行批量学员考核时，考官不必频繁地手动打开、设置及锁闭专用的故障设置控制箱，仅需通过鼠标及键盘操作的方式在人机交互模块上设置各种电路故障，操作方式简单。电路故障设置完成后，人机交互模块界面上会显示出故障类型、所有关键点的电压/电流值、故障现象描述等详细信息，并给出答题卷的评判标准，极大地降低了对考官的专业技能水平要求，并避免了考官因混淆不同转辙机控制电路而造成的考核事故。

附图说明

图1为本发明实施例提供的转辙机的故障设置方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的转辙机故障诊断的教学考核系统示意图；

图3是本发明实施例提供的混线电压模拟电路示意图；

图4是本发明实施例提供的数字电位器接口电路图；

图5是本发明实施例提供的转辙机道岔控制表示盘示意图；

图6是本发明实施例提供的转辙机道岔控制电路示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都是本发明保护的范围。

实施例1

为了便于理解，请参阅图1-图5，本发明提供的一种转辙机故障诊断的教学考核系统的一个实施例，包括：

一种转辙机故障诊断的教学考核系统，包括故障设置控制器和人机交互模块，所述人机交互模块用于设置转辙机的电路故障、并将控制指令发送至故障设置控制器，所述故障设置控制器接收人机交互模块发送的控制指令，对转辙机的电路进行故障诊断。

具体的，转辙机的电路故障包括有断线故障、短路故障及混线故障，故障设置控制器对转辙机的断线故障、短路故障及混线故障进行诊断。

上述方案中，故障设置控制器通过控制继电器对转辙机的断线故障、短路故障进行诊断，继电器包括继电器状态输入和继电器输出；继电器输出指单片机输出一个信号，使得继电器的线圈得电/失电。继电器状态输入指单片机采集继电器的触点状态，这样做的目的是出于系统安全性及可靠性的考虑，单片机发出继电器线圈得电/失电信号后，单片机要监控继电器触点是否处于正确状态，只有触点处于正确的状态，才能用于系统的控制。

具体的，故障设置控制器和数字电位器之间设有数字电位器接口电路，数字电位器接口电路包括故障设置控制器和数字电位器R2；故障设置控制器通过DIN、SCLK、CS控制线与数字电位器R2连接，故障设置控制器与数字电位器R2之间采用SPI总线通信，通过CS片选信号扩展多路数字电位器；数字电位器R2接收故障设置控制器发出的控制信号，在内部时钟逻辑的时序控制下，控制信号经过移位寄存器、锁存器及解码电路，控制内部的模拟电阻，从而改变H端与W端之间的电阻值。

具体的，故障设置控制器设有混线电压模拟电路对转辙机进行混线故障诊断，所述混线电压模拟电路包括电压源QKZ、电压源QKF、电缆、电阻R1、数字电位器R2、接点1GJ和偏极继电器JGJ；电压源QKZ分别和电阻R1的一端、接点1GJ的一端连接；电阻R1的另一端、接点1GJ的另一端、数字电位器R2的L端和W端、偏极继电器JGJ的一端分别与电缆上Q点连接；电压源QKF分别与偏极继电器JGJ的另一端、数字电位器R2的H端连接；电缆上Q点为剥去绝缘层的金属导体部分，对应为转辙机道岔控制电路中故障点；故障设置控制器的输出端和数字电位器R2连接，通过故障设置控制器输出模拟电压来模拟混线电压的方式模拟混线故障，即故障设置控制器输出模拟电压来调节数字电位器R2的阻值，使得施加在Q点的电压在一定范围内变化，当Q点电压大于偏极继电器JGJ的吸合电压时，即使接点1GJ是断开的，那么偏极继电器JGJ也会吸起，进而模拟混线故障。

具体的，故障设置控制器对转辙机进行断线故障诊断，断线故障采用继电器的输出方式，继电器的常闭触点串联接在待模拟故障点的线段处，当需要模拟断线故障时，故障设置控制器执行人机交互模块的控制指令，继电器线圈得电，从而断开常闭触点，模拟出断线故障，该继电器的常开触点作为数字量输入信号接入故障设置控制器，用以监视继电器输出状态是否正常；如果故障设置控制器出现软件逻辑故障或硬件故障，可切断故障设置控制器供电电源，使继电器线圈失电，常闭触点接通。

具体的，故障设置控制器对转辙机进行短路故障诊断，短路故障采用继电器的输出方式，继电器的常开触点并联接在待模拟故障点的线段两端，当需要模拟短路故障时，故障设置控制器执行人机交互模块的控制指令，继电器线圈得电，从而闭合常开触点，模拟出短路故障，该继电器的常闭触点作为数字量输入信号接入故障设置控制器，用以监视继电器输出状态是否正常；如果故障设置控制器出现软件逻辑故障或硬件故障，可切断故障设置控制器供电电源，使继电器线圈失电，常开触点断开。

本发明所述故障设置控制器为PLC控制器或单片机，本实施例采用STM32F407系列CPU芯片。数字电位器R2采用MAX5402数字电位器。

实施例2

具体地，在实施例1的基础上，结合具体的实施例子对方案进行说明，进一步体现本方案的技术效果。具体为：

一种转辙机故障诊断教学考核系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：人机交互模块发送控制指令至故障设置控制器；

S2：故障设置控制器接收来自人机交互模块的控制指令并输出控制信号，设置断线故障、短路故障或混线故障；

S3：在易发生混线故障的线缆上加装电压/电流传感器，电压/电流传感器采集模拟量信号并输入到故障设置控制器，故障设置控制器得到电压/电流值并发送给人机交互模块进行显示。

具体的，所述步骤S2包括：通过故障设置控制器输出控制信号控制故障点处继电器的通断设置断线故障、短路故障；故障设置控制器接收到电压/电流传感器采集转辙机故障点处的电压/电流值，然后与目标控制值进行对比，判断断线故障设置是否正常；故障设置控制器接收到电压/电流传感器采集转辙机故障点处的电压/电流值，然后与目标控制值进行对比，判断短路故障设置是否正常。

故障设置控制器控制数字电位器生成合适的模拟电压，Q点对应图6中转辙机道岔控制电路中的某些点位，这些点位为剥去绝缘层漏出金属导体部分，与电位器的L端、W端连接在一起，从而将混线电压施加到转辙机道岔控制电路中。施加混线电压的点可以有很多。图6的转辙机道岔控制电路中存在多组隔离的电源，所电压源QKZ、QKF与不同的电源连接。

各种混线故障与多点混线电压之间的对应关系根据现场长期积累的混线故障处理经验获得。

上述方案中，为了达到对混线故障的预警与诊断目标，在现场易发生混线故障的线缆上加装多处电压/电流传感器，以获取实时电压/电流数据。利用实时运行的电压/电流数据与历史故障数据，通过数据筛选与特征值提取，将现有的转辙机故障预警与诊断方法运用在电缆混线状态监测上，通过数据处理与机器学习反应出故障与健康状态特征以达到故障预警与诊断的目标，诊断方法如神经网络、支持向量机、遗传算法等。

本发明提出的教学考核系统以ZYJ7型电液转辙机控制电路为研究对象，同样适用于ZD6、ZD(J)9、S700K系列转辙机控制电路，ZY系列电液转辙机控制电路，以及其它转辙机控制电路。由于不同系列转辙机控制电路原理具有较大的差异，转辙机道岔控制电路对应的外围输入输出接口也不同，所以具有不同的人机交互模块。在首次开展教学活动前，需要由管理员身份登录系统，通过人机交互模块选择ZY、ZD6、ZD(J)9、S700K等系列转辙机控制电路类型，如果保存这个更改设置，则下次系统重启后无论以管理员，还是教师(考官)、学员登录系统，都能保持上次的转辙机控制电路设置。

每个级别具有不同的权限级别，教师使用教学考核系统进行教学演示及批量学员考核时，考官不必频繁地手动打开、设置及锁闭专用的故障设置控制箱，而是通过鼠标及键盘在人机交互模块上设置电路故障，可设置的故障类型丰富，操作方式简单。故障设置完成后，界面上会显示出故障类型、所有关键点的电压/电流值、故障现象描述等详细信息。尤其是针对考官，还能给出学员答题卷的评判标准，极大地降低了对考官的专业技能水平要求，避免了考官因混淆不同转辙机控制电路而造成的考核事故。

学员在学习过程中，可以直观地总览所有关键点的电压/电流信号，再借助万用表测量，达到对各种断线故障、短路故障及混线故障发生后各测量点信号有较深层次理解，有助于迅速排查、解决现场发生的各类复杂故障。

数字电位器亦称可编程电阻器，是一种代替传统机械电位器的新型CMOS数字、模拟混合信号处理的集成电路。故障设置控制器接收来自人机交互模块的控制指令，通过程序控制数字电位器的输出，即输出一个目标电阻值。本发明数字电位器R2选用MAX5402数字电位器。如图4所示，故障设置控制器(即图中CPU)通过DIN、SCLK、CS控制线与数字电位器R2连接，故障设置控制器与数字电位器R2之间采用SPI总线通信，通过CS片选信号扩展多路数字电位器。数字电位器R2接收故障设置控制器发出的控制信号，在内部时钟逻辑的时序控制下，数据经过移位寄存器、锁存器及解码电路，控制数字电位器R2内部的模拟电阻网络，从而改变H端与W端之间的电阻值。

实施例3

具体地，在实施例1的基础上，结合具体的实施例子对方案进行说明，进一步体现本方案的技术效果。具体为：

以ZYJ7型电液转辙机为例，介绍目前常用的转辙机控制电路教学及考核实施方案。ZYJ7型电液转辙机由主机和SH6型转换锁闭器两部分组成，分别用于第一牵引点和第二牵引点。为了模拟故障，在转辙机控制电路中需要模拟故障的线段处串联一个手动开关，再通过延长线将手动开关集中放于一个密封的故障设置控制柜中，每个手动开关有“ON”和“OFF”两种状态，“ON”表示接通开关，“OFF”表示断开开关。当所有的手动开关在“ON”状态，表示控制电路的所有线缆是正常的，学员可以在这种状态下实现正常的道岔定操、道岔反操功能，以及定表、反表的表示功能。如果将某个手动开关设置在“OFF”状态，可模拟为表示控制电路的某个点处于断开状态，此时无法实现正常的道岔定操、反操功能，也无法实现定表、反表的表示功能。

道岔控制表示盘上设置有表示道岔状态的“定表”、“挤岔”、“反表”指示灯，道岔控制表示盘上设置有控制道岔的“总定”、“道岔”和“总反”按钮。“总反”表示反位，“定表”表示定位。

道岔定位状态：指道岔位置开通直向，列车经过道岔后，直向运行；道岔反位状态：指道岔位置开通侧向，列车经过道岔后，侧向运行。

操纵道岔从定位向反位转换，即同时按下道岔控制表示盘上“总反”及“道岔”按钮，道岔向反位动作。当道岔操纵到反位后，“反表”指示灯点亮，反位表示电路导通光带点亮。操纵道岔从反位向定位转换，同时按下道岔控制表示盘上“总定”及“道岔”按钮，这时道岔向定位动作。当道岔操纵到定位后，“定表”指示灯点亮，定位表示电路导通光带点亮。当道岔被挤或道岔因故不能到位时，“反表”指示灯、“定表”指示灯均熄灭，“挤岔”指示灯点亮给出报警表示，反位表示电路导通光带、定位表示电路导通光带均熄灭。

电路导通光带：为了清楚显示出定位及反位状态下道岔控制电路中各回路的导通情况，一般采用不同颜色的发光二极管(LED)来进行显示。在控制盘正面看到的导通光带是由均匀分布的一串LED显示的，LED嵌在不同颜色线条中。图6是从控制盘面反面看到的LED布置图，其中包含了不同颜色LED、电缆、限流电阻等。导通光带仅用于显示各回路的导通情况，不参与电路控制。

手动开关集中放置在故障设置控制柜中，在平时的学习过程中，学员可自行设置故障，然后根据故障现象，借助电压/电流表找出故障原因。在学员正式考核前，由考官先设置好故障点，然后锁上故障设置控制箱，以防学员看到考官设置的故障点而影响考核结果。学员考核时，借助万用表找出故障原因并填写答题卷，到了规定的考核时间上交答题卷，由改卷考官评判是否通过考核。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种转辙机故障诊断的教学考核系统，其特征在于，包括故障设置控制器和人机交互模块，所述人机交互模块用于设置转辙机的电路故障、并将控制指令发送至故障设置控制器，所述故障设置控制器接收人机交互模块发送的控制指令，对转辙机的电路进行故障诊断；

转辙机的电路故障包括有断线故障、短路故障及混线故障，故障设置控制器对转辙机的断线故障、短路故障及混线故障进行诊断；

故障设置控制器设有混线电压模拟电路对转辙机进行混线故障诊断，所述混线电压模拟电路包括电压源QKZ、电压源QKF、电缆、电阻R1、数字电位器R2、接点1GJ和偏极继电器JGJ；电压源QKZ分别和电阻R1的一端、接点1GJ的一端连接；电阻R1的另一端、接点1GJ的另一端、数字电位器R2的L端和W端、偏极继电器JGJ的一端分别与电缆上Q点连接；电压源QKF分别与偏极继电器JGJ的另一端、数字电位器R2的H端连接；电缆上Q点为剥去绝缘层的金属导体部分，对应为转辙机道岔控制电路中故障点；故障设置控制器的输出端和数字电位器R2连接，通过故障设置控制器输出模拟电压来模拟混线电压的方式模拟混线故障，即故障设置控制器输出模拟电压来调节数字电位器R2的阻值，使得施加在Q点的电压在一定范围内变化，当Q点电压大于偏极继电器JGJ的吸合电压时，即使接点1GJ是断开的，那么偏极继电器JGJ也会吸起，进而模拟混线故障。

2.根据权利要求1所述一种转辙机故障诊断的教学考核系统，其特征在于，故障设置控制器和数字电位器之间设有数字电位器接口电路，数字电位器接口电路包括故障设置控制器和数字电位器R2；故障设置控制器通过DIN、SCLK、CS控制线与数字电位器R2连接，故障设置控制器与数字电位器R2之间采用SPI总线通信，通过CS片选信号扩展多路数字电位器；数字电位器R2接收故障设置控制器发出的控制信号，在内部时钟逻辑的时序控制下，控制信号经过移位寄存器、锁存器及解码电路，控制内部的模拟电阻，从而改变H端与W端之间的电阻值。

3.根据权利要求2所述一种转辙机故障诊断的教学考核系统，其特征在于，故障设置控制器输出的模拟电压通过专家数据库进行选择，专家数据库包含各种混线故障与多点混线电压之间的对应关系，具体选择方法如下：在现场易发生混线故障的线缆上加装多处电压/电流传感器，以获取实时运行数据，利用实时运行数据与历史故障数据，通过数据筛选与特征值提取，将神经网络、支持向量机、遗传算法运用在电缆混线状态监测上，通过数据处理与机器学习，得到所需模拟电压。

4.根据权利要求3所述一种转辙机故障诊断的教学考核系统，其特征在于，故障设置控制器对转辙机进行断线故障诊断，断线故障采用继电器的输出方式，继电器的常闭触点串联接在待模拟故障点的线段处，当需要模拟断线故障时，故障设置控制器执行人机交互模块的控制指令，继电器线圈得电，从而断开常闭触点，模拟出断线故障，该继电器的常开触点作为数字量输入信号接入故障设置控制器，用以监视继电器输出状态是否正常。

5.根据权利要求4所述一种转辙机故障诊断的教学考核系统，其特征在于，故障设置控制器对转辙机进行短路故障诊断，短路故障采用继电器的输出方式，继电器的常开触点并联接在待模拟故障点的线段两端，当需要模拟短路故障时，故障设置控制器执行人机交互模块的控制指令，继电器线圈得电，从而闭合常开触点，模拟出短路故障，该继电器的常闭触点作为数字量输入信号接入故障设置控制器，用以监视继电器输出状态是否正常。

6.根据权利要求1所述一种转辙机故障诊断的教学考核系统，其特征在于，所述故障设置控制器为STM32F407系列CPU芯片。

7.一种转辙机故障诊断教学考核系统的控制方法，应用于权利要求1～6任一项所述一种转辙机故障诊断的教学考核系统中，其特征在于，包括以下步骤：

S1：人机交互模块发送控制指令至故障设置控制器；

S2：故障设置控制器接收来自人机交互模块的控制指令并输出控制信号，设置断线故障、短路故障或混线故障；

S3：在易发生混线故障的线缆上加装电压/电流传感器，电压/电流传感器采集模拟量信号并输入到故障设置控制器，故障设置控制器得到电压/电流值并发送给人机交互模块进行显示。

8.根据权利要求7所述一种转辙机故障诊断教学考核系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：通过故障设置控制器输出控制信号控制故障点处继电器的通断设置断线故障、短路故障；故障设置控制器接收到电压/电流传感器采集转辙机故障点处的电压/电流值，然后与目标控制值进行对比，判断断线故障设置是否正常；故障设置控制器接收到电压/电流传感器采集转辙机故障点处的电压/电流值，然后与目标控制值进行对比，判断短路故障设置是否正常。

Images