CN209447355U - 一种铁路沙盘系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种铁路沙盘系统，包括沙盘、列车、沙盘上的至少一对轨道以及控制器，所述一对轨道串联在轨道状态检测电路中，所述控制器采样连接所述轨道状态检测电路；所述列车底部设有导电体，所述导电体在列车运行在所述轨道上时连通所述一对轨道。本实用新型通过将一对轨道串设在轨道状态检测电路中，当列车在轨道上运行时，两条轨道连通，从而使得轨道状态检测电路检测到该信息，并将该信息发送给控制器，检测方法简单可靠。

Description

一种铁路沙盘系统

技术领域

本实用新型涉及一种铁路沙盘系统，属于铁路运输技术领域。

背景技术

随着科技的不断发展，沙盘被应用到各行各业，特别是在铁路相关的行业得到了企业、单位的认可。通过沙盘模拟，对机车乘务员进行培训，可以使学员们有一种身临其境的感受，同时能够感受市场的残酷竞争，以一种情景化的方式对学员进行培训，在某种程度上大大提高了培训效率。尽管很多企业都设计出了各种各样的沙盘，但是这些沙盘比较简单，沙盘中的各个模型都是静止的，在某种程度上不能满足需求，渐渐地一些大学，企业开始研究动态的沙盘，但是仍存在一些缺陷，如仅能对车站的部分轨道进行搭建，沙盘中的各个控制模块，分别集成在不同的板子上，一些非正常行车还是不能进行训练。

例如，授权公告号为CN206470982U的中国实用新型专利文件公开了一种铁路信号仿真教学系统，包括仿真沙盘、仿真控制模块以及仿真运行控制器，通过仿真控制模块以及仿真运行控制器与现实的信号控制中心相连，通过在控制中心的控制平台上的操作，向仿真沙盘下达各项操作指令，从而还原真实的铁路信号操作。但是，为了满足控制和实训的要求，需要获知列车是否在轨的信息；而且对于复杂的沙盘，存在多列轨道，还需要获知列车在哪条轨道上运行。因此，为了提高仿真结果的有效性，需要准确地获知列车是否在轨运行的信息。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种铁路沙盘系统，用于解决如何检测列车是否在轨的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种铁路沙盘系统，包括沙盘、列车、沙盘上的至少一对轨道以及控制器，所述一对轨道串联在轨道状态检测电路中，所述控制器采样连接所述轨道状态检测电路；所述列车底部设有导电体，所述导电体在列车运行在所述轨道上时连通所述一对轨道。

本实用新型的有益效果是：通过将一对轨道串设在轨道状态检测电路中，当列车在轨道上运行时，两条轨道连通，从而使得轨道状态检测电路检测到该信息，并将该信息发送给控制器，检测方法简单可靠。

进一步的，为了实现列车是否在轨运行的检测，所述控制器直接连接所述轨道状态检测电路。

进一步的，为了实现列车是否在轨运行的检测，所述控制器通过隔离电路连接所述轨道状态检测电路。

进一步的，为了实现光电隔离，所述隔离电路包括一个第一光电耦合器，所述第一光电耦合器的原边串设在所述轨道状态检测电路中，所述第一光电耦合器的副边连接所述控制器。

进一步的，为了实现列车是否在轨运行的检测，所述控制器通过一个轨道继电器和隔离电路连接所述轨道状态检测电路，所述隔离电路包括一个第一光电耦合器；所述第一光电耦合器的副边连接所述控制器；所述轨道继电器的线圈串设在所述轨道状态检测电路中，所述轨道继电器的触点串设在所述第一光电耦合器的原边回路中。

进一步的，为了对信号机灯光进行控制，还包括信号机灯光控制电路，所述控制器控制连接所述信号机灯光控制电路，所述信号机灯光控制电路用于控制连接信号机灯光回路。

进一步的，为了提高信号机灯光控制的可靠性，所述信号机灯光控制电路包括第二光电耦合器，所述第二光电耦合器的原边连接所述控制器，所述第二光电耦合器的副边连接信号机灯光控制继电器的线圈，所述信号机灯光控制继电器的触点用于串设在信号机灯光回路中。

进一步的，为了对转辙机正反转进行控制，还包括道岔控制电路，所述道岔控制电路包括转辙机正操线圈和转辙机反操线圈；转辙机正操线圈和转辙机反操线圈通过道岔控制继电器的触点连接交流电源，所述道岔控制继电器的线圈连接所述控制器。

附图说明

图1是本实用新型铁路沙盘系统的结构原理图；

图2是本实用新型轨道状态检测电路的电路原理图；

图3是本实用新型信号机灯光控制电路的电路原理图；

图4是本实用新型道岔控制电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

本实施例提供了一种铁路沙盘系统，包括沙盘、上位机、微控制器、道岔控制电路、信号机灯光控制电路、轨道状态检测电路、模型列车控制电路。该系统通过上位机向微控制器(可表示为MCU)发送消息，微控制器经过判断分析发送给相应的电路，进而驱动相应的设备动作。

其中，该沙盘上设置有行车技术设施和设备、景观装饰、车站和模型列车(可简称为列车)。行车技术设施和设备包括轨道、道岔、转辙机和信号机。轨道采用铜镀铬材质，具有良好的抗氧化性能，以防止轨道氧化造成模型列车的供电接触不良现象。道岔和转辙机采用进口设备，可以保证模拟列车运行的稳定性和通过性。信号机采用发光二极管实现信号机灯光显示，显示颜色种类为红、黄、绿、蓝、白，包含进站信号机、出站信号机、进路信号机、通过信号机、调车信号机等类型。景观装饰一般为布置在铁路沿线的景物，如标志性建筑、居民楼、树木、花草等。

需要说明是，上述沙盘设置仅仅是作为一种具体的实施例，但是在保证设置有列车、轨道、道岔、转辙机和信号机等基础设施的情况下，可以根据实际需要，对该沙盘上设置的设备进行修改。

如图1所示，上位机通过RS485总线通信连接微控制器，并通过该微控制器连接道岔控制电路、信号机灯光控制电路、模型列车控制电路和轨道状态检测电路。其中，微控制器可以由单片机、PLC等集成模块来实现。道岔控制电路通过串口线连接转辙机，用于控制转辙机正反转，信号机灯光控制电路通过串口线连接信号机，模型列车控制电路通过WIFI连接模型列车。当微控制器接收到上位机发送的行车命令后，微控制器经过联锁计算后向道岔控制电路、信号机灯光控制电路、模型列车控制电路和轨道状态检测电路传递命令，各个电路接收到命令后进行相应的操作，并将反馈信息经过微控制器反馈给上位机，实现闭环控制。

为了方便将各个部分模块化，以节约了成本，便于控制，道岔控制电路、信号机灯光控制电路、轨道状态检测电路和模型列车控制电路均集成在该微控制器上，并通过一根串口线与微控制器进行连接。当然，作为其他的实施方式，也可以将道岔控制电路、信号机灯光控制电路、轨道状态检测电路和模型列车控制电路与微控制器分开设置。

需要说明的，上位机和微处理器的作用是下发指令，并根据指令进行相应计算来控制道岔控制电路、信号机灯光控制电路、模型列车控制电路和轨道状态检测电路的运行，并接收这些电路的反馈信息。作为其他的实施方式，该上位机和微处理器也可以由一个控制器来实现，例如可以是一个PC机。

轨道状态检测电路(轨道状态空闲/占用检测单元)用于实时采集道岔的状态，即检测轨道上有无列车经过，微处理器MCU通过一个轨道继电器K1和隔离电路连接该轨道状态检测电路。如图2所示，该轨道状态检测电路串设有待检测的一对轨道(图2中未给出)和轨道继电器K1的线圈。隔离电路包括一个第一光电耦合器U4，轨道继电器K1的触点串设在该第一光电耦合器U4的原边回路中，第一光电耦合器U4的副边连接微处理器MCU。为了实现道岔实时状态的检测，对应的，列车底部设有导电体，在列车运行在轨道上时，该导电体连通该对轨道。

上述的轨道状态检测电路的工作原理是：当有列车运行在某对轨道上，则列车上的导电体连通该对轨道，轨道继电器K1的线圈带电，轨道继电器K1的触点闭合，第一光电耦合器U4导通，微处理器MCU检测到的电位由高变低，从而微处理器MCU检测到该轨道上有列车运行的信息。

当然，为了实现道岔实时状态的检测，作为其他的实施方式，上述轨道状态检测电路可以有多种可替换的实现方案。例如，该轨道状态检测电路包括电源和接地电阻，并将检测点串联在该轨道状态检测电路中，微处理器MCU采样连接该检测点，待检测的一对轨道串联在电源和接地电阻之间，其中一对轨道中的一根轨道连接高电平，另一条轨道连接检测点和接地电阻。此时，当检测点的电压由低电位变为高电位时，说明该轨道上有列车运行；作为该轨道状态检测电路的变形，该轨道状态检测电路也可以包括电源和上拉电阻，并将检测点串联在该轨道状态检测电路中，微处理器MCU采样连接该检测点，待检测的一对轨道串联在地和上拉电阻之间，其中一对轨道中的一根轨道连接地，另一条轨道连接检测点、上拉电阻和电源。此时，当检测点的电压由高电位变为低电位时，说明该轨道上有列车运行。此两种方式省去了轨道继电器和隔离电路，属于控制器直接连接轨道状态检测电路的方式。

再如，在图2实施例的基础上，还可以省去轨道继电器，仅保留隔离电路，即直接将隔离电路中的第一光电耦合器的原边串设到轨道状态检测电路中即可。

如图3所示，信号机灯光控制电路(信号机控制单元)包括第二光电耦合器U3，第二光电耦合器U3的原边通过限流电阻R3连接微处理器MCU，第二光电耦合器U3的副边连接信号机灯光控制继电器K2的线圈，信号机灯光控制继电器K2的触点用于串设在信号机灯光回路中，该信号机灯光回路中串设有信号机LAMP1。

信号机灯光控制电路工作原理是，当微控制器MCU输出高电平信号时，第二光电耦合器U3导通，进而信号机灯光控制继电器K2的线圈带电，信号机灯光控制继电器K2的触点闭合，信号机灯光回路导通，信号机LAMP1亮。

当然，为了实现对信号机灯光回路的控制，上述的信号机灯光控制电路也可以有多种变形。例如，在不考虑干扰也能满足应用需求的情况下，可以省去第二光电耦合器U3，此时用于连接第二光电耦合器U3副边的信号机灯光控制继电器K2的线圈的一端直接连接微控制器MCU的输出引脚，并对应修改微控制器MCU中相应输出引脚的有关程序，当微控制器MCU输出低电平时，信号机LAMP1亮。再者，也可以省去信号机灯光控制继电器K2，此时直接将第二光电耦合器U3的副边串设在信号机灯光回路中。

如图4所示，道岔控制电路(道岔定/反位控制单元)包括两个光电耦合器U1和U2、两个道岔控制继电器J1和J2、转辙机正操线圈L2和转辙机反操线圈L1以及整流电路。其中，光电耦合器U1的原边通过限流电阻R1与微控制器MCU的一个输出引脚相连接，光电耦合器U1的副边与道岔控制继电器J1的线圈相连。光电耦合器U2的原边通过限流电阻R2与微控制器MCU的另外一个输出引脚相连接，光电耦合器U2的副边与道岔控制继电器J2的线圈相连。交流18V接口JP1通过整流电路将交流电转变为24V直流电，为道岔控制继电器J1和J2的线圈所在的线路供电。转辙机正操线圈L2和转辙机反操线圈L1串联连接，并通过道岔控制继电器J1和J2的触点连接交流18V接口JP1以连接交流电源，当然，也可以将道岔控制继电器J1和J2的触点直接连接交流电源。其中，道岔控制继电器J1的触点可以选择连通交流18V接口JP1和转辙机反操线圈L1的非串联点以及交流18V接口JP1和转辙机正操线圈L2的非串联点，道岔控制继电器J2的触点用于连接交流18V接口JP1以及转辙机正操线圈L2和转辙机反操线圈L1的串联点。

上述道岔控制电路的工作原理是，当微控制器下发“反操”命令时，信号经过限流电阻的限流和光电耦合器的隔离，控制道岔控制继电器J1的触点1接触到触点4，道岔控制继电器J2的触点1接触到触点4，转辙机反操线圈L1带电，控制转辙机将左侧道岔打开，从而实现转辙机的“反操”，列车可以从该轨道通过；当微控制器下发“正操”命令时，信号经过限流电阻的限流和光电耦合器的隔离，控制道岔控制继电器J1触点1接触到触点2，继电器J2的触点1接触到触点4，转辙机正操线圈L2带电，控制转辙机将右侧道岔打开，从而实现转辙机的“正操”。

当然，上述道岔控制电路仅是给出了一个具体的实施例，也可以采用现有技术中其他的电路来实现如下功能：当微控制器下发“反操”命令时，转辙机反操线圈L1带电；当微控制器下发“正操”命令时，转辙机正操线圈L2带电。例如，在图4的基础上，可以省去光电耦合器U2和道岔控制继电器J2，此时直接将转辙机正操线圈L2和转辙机反操线圈L1的串联点连接到交流电源。再者，还可以将转辙机正操线圈L2和转辙机反操线圈L1的分别连接交流电源，此时交流电源分别给转辙机正操线圈L2和转辙机反操线圈L1供电，并给转辙机正操线圈L2和转辙机反操线圈L1分别串联一个继电器的触点，并由微控制器控制连接这两个继电器的线圈。

模型列车控制电路(模型列车控制单元)采用无线通信方式与模型列车进行信息传递和反馈，例如该无线通信方式为WIFI、4G等。模型列车控制电路接收微控制器发送的列车的方向、速度等信息，并将该信息发送给模型列车，以控制模型列车的加速和减速、变换方向等。另外，模型列车在接收到信息后，还会将自身的方向、速度以及位置相关信息反馈给微控制器，以便于实时地了解模型列车的信息。

上述铁路沙盘系统的工作原理为：上位机接收到行车计划后，将行车信息传送给微控制器，经过微控制器的联锁计算，将处理好的信息发送给道岔控制电路、信号机灯光控制电路、轨道状态检测电路和模型列车控制电路。道岔控制电路获取到指令后控制转辙机动作，打开相应道岔，同时信号机灯光控制电路控制对应轨道上信号机灯光亮，模型列车控制电路向模型列车发送相关的速度信息，模型列车根据接收到的信息以规定的速度通过道岔，并将位置、速度信息及时地传回到微控制器，方便实时了解模型列车运行状况和位置信息。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铁路沙盘系统，包括沙盘、列车、沙盘上的至少一对轨道以及控制器，其特征在于，所述一对轨道串联在轨道状态检测电路中，所述控制器采样连接所述轨道状态检测电路；所述列车底部设有导电体，所述导电体在列车运行在所述轨道上时连通所述一对轨道。

2.根据权利要求1所述的铁路沙盘系统，其特征在于，所述控制器直接连接所述轨道状态检测电路。

3.根据权利要求1所述的铁路沙盘系统，其特征在于，所述控制器通过隔离电路连接所述轨道状态检测电路。

4.根据权利要求3所述的铁路沙盘系统，其特征在于，所述隔离电路包括一个第一光电耦合器，所述第一光电耦合器的原边串设在所述轨道状态检测电路中，所述第一光电耦合器的副边连接所述控制器。

5.根据权利要求1所述的铁路沙盘系统，其特征在于，所述控制器通过一个轨道继电器和隔离电路连接所述轨道状态检测电路，所述隔离电路包括一个第一光电耦合器；所述第一光电耦合器的副边连接所述控制器；所述轨道继电器的线圈串设在所述轨道状态检测电路中，所述轨道继电器的触点串设在所述第一光电耦合器的原边回路中。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的铁路沙盘系统，其特征在于，还包括信号机灯光控制电路，所述控制器控制连接所述信号机灯光控制电路，所述信号机灯光控制电路用于控制连接信号机灯光回路。

7.根据权利要求6所述的铁路沙盘系统，其特征在于，所述信号机灯光控制电路包括第二光电耦合器，所述第二光电耦合器的原边连接所述控制器，所述第二光电耦合器的副边连接信号机灯光控制继电器的线圈，所述信号机灯光控制继电器的触点用于串设在信号机灯光回路中。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的铁路沙盘系统，其特征在于，还包括道岔控制电路，所述道岔控制电路包括转辙机正操线圈和转辙机反操线圈；转辙机正操线圈和转辙机反操线圈通过道岔控制继电器的触点连接交流电源，所述道岔控制继电器的线圈连接所述控制器。