CN204360686U - 轨道交通计轴仿真系统 - Google Patents

Abstract

一种轨道交通计轴仿真系统，包括轨旁模块、数据处理模块和计算机，所述轨旁模块包括传感器和电子单元，传感器通过电缆与电子单元连接；所述传感器安装在模拟钢轨旁的驶入端和驶出端，用于采集进出轨道区间的轮轴信息和判定列车运行方向，并将信息传送给电子单元；电子单元包括核算器板和模拟板，用于处理计算进出轨道区间的轮轴数，并将模拟车轮信息转换成数字车轮脉冲送到数据处理模块，数据处理模块用于向传感器进行数据轮询，处理来自电子单元的数据，判定区段占用状况，向计算机发送区段占用或空闲的信息。该仿真系统实现轨道交通控制领域中区间空闲检查设备的功能，与真实现场工作情况模拟对接，仿真过程和结果直观，教学效果好。

Description

轨道交通计轴仿真系统

技术领域

本实用新型涉及一种铁路实验实训教学系统，特别是一种轨道交通计轴仿真系统。

背景技术

随着通信、计算机网络技术的飞速发展，基于无线通信的列车自动控制(CBTC)系统由于具备可以缩短列车之间的行车间隔，提高行车效率、车一地之间的信息交换，不再依赖于传统的轨道电路、列车位置由列车自己测定、列车与控制中心之间保持不间断地双向通信、不同编组的列车，可以以最高的密度，运行于同一线路、从以硬件为基础的系统，向以软件为基础的系统演变的特点，在城市轨道交通的信号系统中得到了广泛的应用。在采用基于无线通信的列车运行控制系统(或者对于非通信列车)的城轨线路，当无线通信故障的情况时，由于轨道电路的投资相对较高，近年来，作为城市轨道交通CBTC系统的后备模式，普遍采用计轴设备替代轨道电路，用计轴设备检查列车的位置，构成“降级”信号。

计轴设备作为轨道电路的替代品，当列车运行自动控制(ATC)系统故障的情况下，由其构成联锁、闭塞系统，以确保列车运行安全。有些城市轨道交通在运营初期，列车运行自动控制(ATC)系统的ATP子系统还不能运用，所以，基于计轴设备的信号系统可以作为后备的信号系统，投入运营。对于CBTC系统车载信号，车载信号作为主体信号；但是对于非通信列车或CBTC发生故障时，没有车载信号，列车只能由司机操纵，根据地面信号的显示运行，而设置于道岔区域的地面信号联锁控制，还是依赖于计轴器来检测轨道区段的空间。

可见，计轴设备无论是在铁路还是在城市轨道交通信号系统中都处于非常重要的地位，计轴设备的原理与维护方法的掌握，也是铁路高职院校人才培养的一个重要目标。

存在的问题是：

1．目前，适用于教学与实训的计轴设备非常缺乏；

2．真实的计轴设备由于造价高、安装难度大，而且真实计轴设备计算机处理过程为内部运算，运算过程对于学生来说不够直观，因而不适合应用在铁路院校的教学与实训中；

3．在学校环境中，多采用将真实站场模拟至沙盘上的模式，线路与列车运行状况并不是真实的，所以安装真实计轴室外设备比较困难。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述问题，提供一套轨道交通计轴仿真系统，以克服已有技术所存在的上述不足，满足铁路院校实验实训教学需求。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种轨道交通计轴仿真系统，其特征在于：包括轨旁模块、数据处理模块和计算机，所述轨旁模块包括传感器和电子单元，传感器通过电缆与电子单元连接，所述电子单元、数据处理模块与计算机相互之间通过电缆连接；

所述传感器是监测模拟区段内车轮轮对探测点和模拟区段的分界点，安装在模拟区段钢轨的驶入端和驶出端，用于采集进出模拟区段的轮轴信息和判定列车运行方向，并将信息传送给电子单元；

所述电子单元包括核算器板和模拟板，用于处理计算进出模拟区段的轮轴数，并将模拟车轮信息转换成数字车轮脉冲送到数据处理模块；

所述数据处理模块用于向监测模拟区段内的传感器进行数据轮询，处理来自电子单元的数据，判定区段占用状况，向计算机发送区段占用或空闲的信息；

所述数据处理模块包括信号处理电路及计数处理电路，信号处理电路与计数处理电路通过标准通信协议的串口接口连接；

信号处理电路用于：向监测模拟区段内的传感器进行数据轮询，处理来自电子单元的数据。

计数处理电路用于：判定区段占用状况，向计算机发送区段占用或空闲的信息；

所述计算机用于：接收数据处理模块送来的区段占用或空闲的信息，显示模拟列车进入监测区段时的轮轴数以及驶出监测区段时的轮轴数并进行对比分析，如进、出轮轴数不一致时发出提示警告。

其进一步的技术方案是：所述传感器为漫反射式避障传感器-磁头，每个轮对识别点设置两套紧密相依的磁头：一套设在模拟区段的驶入端，一套设在模拟区段的驶出端。

其更进一步的技术方案是：所述核算器板采用HP961计数器，计数器的输入端和输出端分别与安装在模拟区段驶入端和驶出端的磁头连接，输入端用于计数器的递增计数，输出端用于计数器的递减计数。

由于采取上述技术方案，本实用新型之轨道交通计轴仿真系统及用其进行仿真的方法具有如下有益效果：

1. 本实用新型之轨道交通计轴仿真系统利用多种传感器检测模拟列车占用模拟线路的情况，将计算机与传感器以及数据处理模块一起组成通信系统，利用通信协议及编程方法进行串口通信，实现微机与传感器之间的实时数据传送，对传感器传送过来的数据进行采集，并储存，然后对储存的数据进行统计和显示、打印，将进出两个计轴点之间的车轴电脉冲信号进行计数和比较，以判断模拟区间（或轨道区段）是否空闲，实现轨道交通控制领域中区间空闲检查设备的功能，与真实现场工作情况模拟对接，仿真方法简便、易于掌握，仿真过程和结果直观，教学效果好；

2．本实用新型之轨道交通计轴仿真系统体积小，电路设计简单，宜于实现和安装，可满足铁路院校沙盘道岔检测表示的实训需求，可大幅节约培训成本，提高培训效率，提高培训水平。

附图说明

图1：本实用新型之轨道交通计轴仿真系统结构框图；

图中：

10—模拟轨道，101—模拟区段，21、22—传感器，31、32—电子单元，311、321—核算器板，312、322—模拟板，41、42—数据处理模块，411、421—信号处理电路，412、422—计数处理电路，5—计算机，6—打印机。

具体实施方式

一种轨道交通计轴仿真系统，包括轨旁模块、数据处理模块和计算机，所述轨旁模块包括传感器和电子单元，传感器21和22安装在模拟区段钢轨的驶入端和驶出端并通过电缆与电子单元31和32连接，所述电子单元通过电缆分别与两路数据处理模块41和42连接，两路数据处理模块通过电缆与计算机5连接，计算机5连接打印机6；

所述传感器是监测模拟区段内车轮轮对探测点和模拟区段的分界点，用于采集进出模拟区段的轮轴信息和判定列车运行方向，并将信息传送给电子单元；所述电子单元包括核算器板311和321以及模拟板312和322，用于处理计算进出模拟区段的轮轴数，并将模拟车轮信息转换成数字车轮脉冲送到数据处理模块； 所述数据处理模块用于向监测模拟区段内的传感器进行数据轮询，处理来自电子单元的数据，判定区段占用状况，向计算机发送区段占用或空闲的信息；

所述数据处理模块包括信号处理电路411和421及计数处理电路412和422，信号处理电路与计数处理电路通过标准通信协议的串口接口连接；

信号处理电路用于：向监测模拟区段内的传感器进行数据轮询，处理来自电子单元的数据。

计数处理电路用于：判定区段占用状况，向计算机发送区段占用或空闲的信息；

所述计算机用于：接收数据处理模块送来的区段占用或空闲的信息，显示模拟列车进入监测区段时的轮轴数以及驶出监测区段时的轮轴数并进行对比分析，如进、出轮轴数不一致时发出提示警告。

所述传感器为漫反射式避障传感器-磁头，每个轮对识别点设置两套紧密相依的磁头：一套设在模拟区段的驶入端，一套设在模拟区段的驶出端。

所述核算器板采用HP961计数器，计数器的输入端和输出端分别与安装在模拟区段驶入端和驶出端的磁头连接，输入端用于计数器的递增计数，输出端用于计数器的递减计数。

采用上述轨道交通计轴仿真系统进行仿真的方法如下：

（1）取一段等比例钢轨模型作为一个模拟区段，分别将两个传感器放置模拟区段两头轨道旁，一头作为驶入端，另一头作为驶出端；

（2）将计数器接上电源220V，此时计数器显示为零；

（3）将两块超薄磁钢吸附于等比例模拟列车的各两组轮对之间、即一个转向架的一侧，然后用绳子固定车钩，将放置在钢轨上的模拟列车从驶入端向驶出端拖动；

（4）当火车模型开始经过驶入端传感器时，吸附于轮对上的磁钢的磁感线被切割，传感器接收到感应磁场、并产生一个感应磁场，计数器开始递增计数，此时计数为一，说明一个轮对进入了该区间，计算机显示该区段有车占用；

（5）当列车经过驶出端传感器时，与驶出端传感器连接的计数器输出端接收信号并作递减计数，计算机将信息与计数器递增计数的结果对比：

如果计数器的数字一致，即进入轨道区段的轮轴数等于离开的轮轴数，说明列车完全离开该区间，轨道区段空闲，则发出空闲表示信息；

如果计数器的数字不一致，即离开的轮轴数与进入轨道区段的轮轴数不相等，判定为列车在该区段车钩松脱，或是没完全离开该区间，区段未出清，则发出区段占用信息提示警告。

工作原理及动作过程

（一）计轴仿真设备是利用漫反射式避障传感器、计数器来记录和比较驶入和驶出轨道区段的车轴数，以此来判断轨道区段的占用或空闲，其基本原理是：

1．当有车轮通过时，两个传感器会分别向电子单元发送信号，而这两个信号在时间上的先后，可供电子单元判定列车在轨道区段的运行方向；

2．当模拟列车进入模拟区段时，轮对经过驶入端传感器时，会产生计数脉冲，计数处理器先判定运行方向，之后对计数脉冲进行累加计数（递增计数），并同时发出区段占用信息；当模拟列车离开轨道区段，轮对经过驶出端传感器时，其计数处理器进行减轴计算（递减计数）。最后对车轴数的计算结果比较判断，若进入轨道区段的轮轴数等于离开的轮轴数，就可以认为轨道区段空闲，发出空闲表示信息；否则，为轨道区段占用，发出警告。

（二）计数器基本工作原理

计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。

计数器的种类很多，按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器、按技术过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预制数和可编计数器等等。

（三）HP961计数器工作原理

 本实用新型使用HP961型计数器，它的计数方式分为两种，计数方式编号分别用000001，代表高速计数方式（30~30KHz)；000002代表低速计数方式(0~30Hz）；视频中所演示的计数方式为低速计数方式.ln1(9)和ln2(10)为输入端，公共端com为编号7，当ln1（9）端接受信号时，计数器为加数；当ln2(10)接受信号时，计数器为减数。

本仪器输入为下降沿有效，对于输出为触点的传感器表现为由断开到闭合瞬间计数；对于输出为电平信号的传感器表现为由高电平到低电平的跳变的瞬间计数，视频中所演示的传感器为第一种。

Claims (3)

1.一种轨道交通计轴仿真系统，其特征在于：包括轨旁模块、数据处理模块和计算机，所述轨旁模块包括安装在模拟区段钢轨的驶入端和驶出端的传感器和电子单元，传感器通过电缆与电子单元连接，驶入端和驶出端的电子单元通过电缆分别与两路数据处理模块连接，两路数据处理模块通过电缆与计算机连接；

用于采集进出模拟区段轮轴信息和判定列车运行方向、并将信息传送给电子单元的传感器安装在模拟区段钢轨的驶入端和驶出端； 

用于处理计算进出模拟区段的轮轴数、并将模拟车轮信息转换成数字车轮脉冲送到数据处理模块电子单元包括核算器板和模拟板； 

用于向监测模拟区段内的传感器进行数据轮询、向计算机发送区段占用或空闲的信息处理的数据处理模块包括信号处理电路及计数处理电路，信号处理电路与计数处理电路通过标准通信协议的串口接口连接。

2.如权利要求1所述的轨道交通计轴仿真系统，其特征在于：所述传感器为漫反射式避障传感器-磁头，每个轮对识别点设置两套紧密相依的磁头：一套设在模拟区段的驶入端，一套设在模拟区段的驶出端。

3.如权利要求1或2所述的轨道交通计轴仿真系统，其特征在于：所述核算器板采用HP961计数器，计数器的输入端和输出端分别与安装在模拟区段驶入端和驶出端的磁头连接，输入端用于计数器的递增计数，输出端用于计数器的递减计数。