淺談城軌信號機模擬實訓系統設計

易翠英，童川

（四川鐵道職業學院，四川 成都 610097）

1 選題的意義

城軌信號機是城市軌道交通系統中非常重要的設備，用來指示城軌列車運行，保障行車安全。雖然在正常運行時城軌信號機處于滅燈的狀態，但是，在降級模式和車輛段運行時，信號機還是處于點燈狀態。對于信號專業的學生而言，熟練掌握城軌信號機點燈電路檢修和維護的技能還是非常有必要的。但是，學校既有的點燈電路與6502 綁定，影響大、安全隱患大、故障設置和修復都非常困難，而且與城軌信號機的顯示也有差異。因此，在調研當前城市軌道交通信號顯示的情況下，利用計算機技術與繼電接口電路結合，通過I/O 控制器設置故障，開發一套貼近現場實際的城軌信號機模擬實訓系統，有利于加強學生對點燈電路繼電器動作規律的掌握、城軌信號機燈光顯示含義的理解以及點燈電路斷線故障查找和處理能力的培養等，為《城軌信號基礎課程》《城軌聯鎖》等課程的學習提供設備支撐，為實踐教學提供有利條件。

2 硬件結構

城軌信號機模擬實訓系統硬件結構如圖1 所示。系統包括控顯機、I/O 控制器、城軌信號機繼電器接口電路、LED 信號機、24V 直流模塊和220V 交流電源。

圖1 城軌信號機模擬實訓系統硬件結構

（1）控顯機通過RS232 接線與I/O 控制器之間進行實時通信，并通過軟件仿真實現人機交互功能，如圖1 所示。通過顯示器為實訓學生提供操作控制和實時顯示的人機交互界面，可以完成站場圖形的顯示、電路圖的顯示和縮放、信號開放的操作、點燈電路斷線故障的設置和恢復等功能。

（2）I/O 控制器采用DAM3200 驅動模塊和DAM3208D 采集模塊。通過DAM3200 驅動模塊接收控顯機下發的命令，控制點燈電路中各接點斷開或閉合，實現對電路斷線故障的設置和恢復。通過DAM3208D 采集模塊可以采集各繼電器的狀態信息并送給控顯機進行實時顯示，同時也將信息存儲作為聯鎖運算的依據。

（3）圖2 為部分城軌信號機繼電器接口電路。該電路由燈絲繼電器DJ、二燈絲繼電器2DJ、列車信號繼電器LXJ、引導信號繼電器YXJ、正線信號繼電器ZXJ、點燈繼電器DDJ 構成。DDJ 接收到DAM3200 驅動命令后勵磁吸起，控制室外信號機滅燈，當DDJ 接到命令斷開勵磁電路DDJ 落下，接通室外點燈電路DJ 吸起，室外信號機點亮紅燈；排列正線接車進路后，LXJ 和ZXJ 接收到DAM3200 驅動命令后勵磁吸起，接通點燈電路DJ吸起，信號機顯示綠色燈光；排列側線接車進路后，LXJ 接收到DAM3200 驅動命令后勵磁吸起，接通點燈電路DJ 吸起，信號機顯示黃色燈光；排列引導接車進路后，YXJ 接收到DAM3200 驅動命令后勵磁吸起，接通點燈電路2DJ 吸起，信號機顯示紅+黃燈光。在點燈電路上設置了57 個故障點，每個故障點與DAM3200 的接點一一連接，通過DAM3200 控制這些接點的閉合和斷開，從而控制實際點燈電路的閉合和斷開，方便進行電路斷線故障的設置和恢復。

圖2 部分城軌信號機繼電器接口電路

（4）信號機采用三顯示LED 信號機，從上到下的燈位分別是黃、綠、紅。

（5）需要兩種電源，一種是220V 交流電源，作為信號機點燈、I/O 控制器工作以及計算機工作電源；另一種是24V 直流電源，作為繼電器的動作電源，通過24V 直流模塊，可以將220V 交流電源轉變為24V 直流電源。

3 軟件結構

根據教學需求以及實訓學生的訓練習慣，將實訓軟件系統劃分為四個模塊，分別是電路圖模塊（顯示和縮放）、站場模塊、故障設置模塊及通信模塊。模塊劃分如圖3 所示。

圖3 軟件系統模塊劃分

圖4 電路圖

（1）在電路圖模塊上，可以實現電路圖顯示和縮放功能。當系統與I/O 控制器建立通信后，根據采集模塊采集各繼電器的狀態信息，顯示由各繼電器接點溝通的點燈電路圖，比如，采集到DJ 是勵磁狀態，電路圖上的DJ 繼電器圖形符號也會隨之變為勵磁狀態，也就是說，整張電路圖會隨著繼電器的狀態（吸起或落下）溝通不同的電路走向。并且在電路上的不同位置會顯示1-57 個斷線故障點，每個故障點與室外控制器的接點一一對應，控制器的接點常態為閉合，也就是說，常態下電路上的各故障點都是接通的。為了看圖方便，通過鼠標滾動可以進行電路圖像的放大和縮小。

（2）在故障設置模塊上，可以實現故障設置、修復以及評分功能。在進行故障設置時，操作人員需要點擊點燈電路圖上的各個故障點，系統會依次記錄下所有的故障點并進行排序處理，保證一次只會出現一個故障點，如圖5 所示。

圖5 設置故障點

在進行故障修復時，操作人員點擊點燈電路圖上的故障點，然后確認即可，如圖6 所示。查找訓練時，不管前一個故障點是否正確修復，系統都會修復前一個故障點，然后再出現下一個故障點，直到所有的故障點全部出現。一旦設置為故障點，與之連接的控制器的接點變為斷開，對應的繼電器接口電路也斷開，DJ 或2DJ 兩端沒有電流經過，DJ 或2DJ 落下，電路故障。反之，進行故障修復時，是將對應控制器的接點變為閉合。為了成績統計方便，在設置故障點時，需要設定故障查找時間，以及單個故障點的分數。一旦設定時間結束或者操作人員選擇結束任務后，成績統計的界面就會出現，可以查看分數、時間、漏查或錯查的地方。

圖6 修復故障點

（3）在站場模塊上可以實現站場顯示、操作命令的接收和處理。站場圖上的信號機,會根據采集的繼電器的狀態信息，顯示不同的燈光，如表1。

表1

在站場圖上可以進行進路辦理、點燈操作、取消操作等，如圖7 所示。在站場圖上收到命令后，系統首先對命令進行判斷處理，然后再輸出命令到控制器控制不同接點閉合或者斷開。如辦理進路，首先要判斷是正線接車還是側線接車，如果是正線接車進路，LXJ 和ZXJ為1，此時，下發命令到控制器，控制LXJ 和ZXJ 勵磁電路上的接點閉合，室外的LXJ 和ZXJ 會勵磁。同時，系統不斷地檢查DJ 的狀態，如果DJ 因電路故障落下，系統將不再驅動LXJ 和ZXJ，此時，下發命令到控制器，控制LXJ 和ZXJ 勵磁電路上的接點斷開，室外的LXJ 和ZXJ 會失磁落下。

圖7 站場命令下達

（4）在通信模塊上系統通過RS232 接口與I/O 控制器連接。通過采集模塊可以采集各繼電器的狀態信息，采集信息為1 判斷繼電器為吸起狀態，采集信息為0 判斷繼電器為落下狀態。系統經過命令處理后，通過控制模塊控制電路中的接點接通或閉合。同時，命令是否成功發送到控制模塊，也會在界面上提醒，這樣保證發送信息的準備性。

4 結語

本文開發了一套城軌信號機模擬實訓系統，重點對其硬件結構和軟件結構分別進行了闡述。在實訓系統上通過控制器設置故障，不僅實現故障設置鼠標化，而且也降低了設備的磨耗，延長設備壽命。通過繼電器接點吸起落下溝通不同的電路，讓復雜的電路原理清晰化。通過評分和時間管理，使得成績考核自動化，提高學生的學習興趣和積極性，最終通過不斷的訓練增強學生的動手操作能力。