列车驾驶故障仿真实验装置及方法

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列车驾驶故障仿真实验装置及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及教学实验装备，具体为列车驾驶故障仿真实验装置及方法。\n背景技术\n[0002] 目前，许多高校开设了城市轨道交通车辆与检修课程，但是大多数的高校只采购少量实训设备，仅能满足少量学生操作，尤其是联系到一体化课程的开展，无法达到让大多数学生操作实训设备的目的；另外，学校大多采购真实列车使用的控制模块和立体三维投影模块，这些设备属于标准件，精度高，需要专业人员维护，使得城市轨道交通车辆与检修课程的实验设备成本和设备维护成本比较高。因此，迫切需要研发一种教具有较低的价格和可满足多人同时实验设备，设备功能以“够用”为准则，简化控制模块，以锻炼学生的动手能力和提高对列车自动控制原理的理解能力，更好的满足城市轨道交通相关一体化教学要求。\n发明内容\n[0003] 本发明的任务之一是提供一种列车驾驶故障仿真实验装置，实现在列车动态试验时如何进行列车驾驶故障仿真，简化实训设备内部的列车控制电路，降低实训设备成本。\n[0004] 本任务通过下述技术方案来实现：\n[0005] 列车驾驶故障仿真实验装置，包括电源和壳体，其特征在于：所述壳体上设置人机界面和列车故障仿真开关组，壳体内部设置可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器连接有列车故障仿真开关组，相应故障开关量触发可编程逻辑控制器内含的故障设置模块，使得可编程逻辑控制器将对应的故障信息输出显示到人机界面上；所述可编程逻辑控制器还连接有动态实验模块，动态实验模块设置在所述壳体内；\n[0006] 所述可编程逻辑控制器进行如下列车驾驶故障仿真实验步骤：\n[0007] (1)设置所述可编程逻辑控制器为modbus从站；\n[0008] (2)判断是否选择所述动态实验模块的运行方向，如果是，牵引运行动态实验模块，否则运行步骤(3)；\n[0009] (3)判断可编程逻辑控制器扫描是否有故障信息，如果有故障信息，向所述人机界面输出\n[0010] 显示故障信息，否则运行步骤(4)；\n[0011] (4)可编程逻辑控制器读取当前动态实验模块运行的位置信息，显示当前距离；\n[0012] (5)按运动算法计算位置指令；\n[0013] (6)位置指令限幅处理；\n[0014] (7)位置脉冲输出；\n[0015] (8)指向下一采样时刻；\n[0016] (9)判断动态实验模块是否到达预设位置，如果是，结束，否则跳转步骤(3)。\n[0017] 本发明进一步的改进方案包括：\n[0018] 所述故障设置模块还包括气制动施加或缓解状态检测开关故障模块和/或停车制动施加或缓解检测开关故障模块和/或车门故障模块和/或火警报警模块和/或列车零速检测状态模块和/或单节车状态检测故障模块和/或车钩状态检测故障模块，上述各模块连接对应的开关量。\n[0019] 所述列车驾驶故障仿真实验装置还包括设备状态指示灯和设备操作开关组，所述可编程逻辑控制器还连接有车辆操作模块、信号控制模块和司控器控制模块，对应的设备操作开关组分别控制车辆操作模块、信号控制模块和司控器控制块，使得相应设备状态指示灯显示亮灭状态。\n[0020] 所述电源是为该装置提供24V和5V的开关电源。\n[0021] 所述壳体的后高110cm，前高90cm，宽50cm。\n[0022] 所述人机界面和所述列车故障仿真开关组设置在所述壳体的顶面，顶面为平面或折面。\n[0023] 所述列车故障仿真开关组或开关量为空气开关。\n[0024] 所述可编程逻辑控制器包括\n[0025] 可编程逻辑控制器主控单元，用于列车故障信息处理和烧录学生写好的可编程逻辑控制器程序；\n[0026] 以及可编程逻辑控制器扩展单元，用于连接可编程逻辑控制器通讯模块，该可编程逻辑控制器通讯模块实现可编程逻辑控制器主控单元与动态实验模块通信。\n[0027] 本发明的任务之二是提供一种采用所述列车驾驶故障仿真实验装置实现的列车驾驶故障仿真实验方法，能够更好地锻炼学生的动手能力，提高学生对列车自动控制原理的理解能力。\n[0028] 本任务通过下述技术方案来实现：\n[0029] 采用所述列车驾驶故障仿真实验装置实现的列车驾驶故障仿真实验方法，所述列车驾驶故障仿真实验装置连接有动态实验模块，其特征在于包括如下步骤：\n[0030] (1)设置所述可编程逻辑控制器为modbus从站；\n[0031] (2)判断是否选择所述动态实验模块的运行方向，如果是，牵引运行动态实验模块，否则运行步骤(3)；\n[0032] (3)判断可编程逻辑控制器扫描是否有故障信息，如果有故障信息，向所述人机界面输出显示故障信息，否则运行步骤(4)；\n[0033] (4)可编程逻辑控制器读取当前动态实验模块运行的位置信息，显示当前距离；\n[0034] (5)按运动算法计算位置指令；\n[0035] (6)位置指令限幅处理；\n[0036] (7)位置脉冲输出；\n[0037] (8)指向下一采样时刻；\n[0038] (9)判断动态实验模块是否到达预设位置，如果是，结束，否则跳转步骤(3)。\n[0039] 本发明的优点：\n[0040] 1)本列车驾驶故障仿真实验装置通过抗干扰能力强，对环境要求低的工业设备可编程逻辑控制器(简称PLC)和人机界面实现对列车运行及监控程序的仿真，主要解决A型地铁列车控制电路的简化处理和继电器控制到PLC程序控制的转化，实现了设备小型化处理，满足普通教室多台设备同时运行的需求。\n[0041] 2)本列车驾驶故障仿真实验装置还可以通过车辆操作模块、信号控制模块和司控器控制块实现练习列车常规操作。\n[0042] 3)通过学生烧录到PLC主控单元的PLC程序，利用列车驾驶故障仿真实验装置的PLC扩展单元和PLC通讯模块进行PLC主控单元与动态实验模块之间的通信，模拟伺服电机动车实验，实现列车驾驶故障仿真实验方法，能够更好地锻炼学生的动手能力，提高学生对列车自动控制原理的理解能力。\n附图说明\n[0043] 图1为本发明列车驾驶故障仿真实验装置的俯视图；\n[0044] 图2为图1的人机界面之检修界面图；\n[0045] 图3为图1的左视图；\n[0046] 图4为图1的电路控制连接图；\n[0047] 图5为采用图1装置实现的列车驾驶故障仿真实验方法的流程图。\n具体实施方式\n[0048] 如图1，列车驾驶故障仿真实验装置，包括电源和壳体1，壳体1的操作控制面板上设置人机界面2(即为触摸屏)和列车故障仿真开关组3，壳体1内部设置可编程逻辑控制器(简称PLC)，PLC连接列车故障仿真开关组3，相应故障开关量触发PLC内含的故障设置模块，使得PLC将对应的故障信息输出显示到人机界面2上。\n[0049] 所述电源是为该装置提供24V和5V的开关电源，所述开关电源由380V三相交流电源的一相和零线供电。开关电源连接电源开关。\n[0050] 所述故障设置模块还包括气制动施加或缓解状态检测开关故障模块和/或停车制动施加或缓解检测开关故障模块和/或车门故障模块和/或火警报警模块和/或列车零速检测状态模块和/或单节车状态检测故障模块和/或车钩状态检测故障模块，上述各模块连接对应的开关量。\n[0051] 本装置将列车控制电路转换为PLC控制程序后，通过西门子组态软件实现控制列车状态，使得学生通过人机界面对PLC运行状态的时时监控，模拟列车的监控状况。\n[0052] 如图2，通过所述人机界面2进行辅助设备监控，查看车间电源和/或辅助逆变器和/或主逆变器和/或制动系统和/或单元车车门状态和/或空压机和/或空调系统状态，及时发现故障信息。如图1和图2，本装置通过故障区域列车故障仿真开关组3可以方便的设置故障，触摸屏上显示相应A节车和/或B节车和/或C节车设备的故障信息状态红色，学生可以直观的看到各种故障下列车的各指示灯状态和故障信息的具体内容。\n[0053] 利用满足逻辑关系条件的开关量触发PLC主控单元，由人机界面2显示软件内预先设定的故障信息，实现模拟真实列车发生故障时的故障现象。\n[0054] 如故障设置区域列车故障仿真开关组3处打下车钩状态检测开关，触摸屏的子界面信号屏显示一个红手掌，显示信息“紧急制动”，触摸屏上车辆受电弓图标显示降下状态；\n如图2，触摸屏的子界面浏览屏显示DC/DC红点，主逆变器(即为VVVF)红点；操作控制面板上列车牵引条件设备模块7处受电弓降弓灯亮，列车牵引条件设备模块7处主断分灯亮。\n[0055] 如打下故障设置区域列车故障仿真开关组3的火警报警开关，触摸屏的子界面车辆监控屏显示火警闪烁信息，伴随报警声音。\n[0056] 如图1，所述列车驾驶故障仿真实验装置还包括设备状态指示灯和设备操作开关组，PLC还连接有车辆操作模块、信号控制模块4、司控器控制模块5和司机台激活钥匙开关\n6，对应的设备操作开关组分别控制车辆操作模块、信号控制模块4和司控器控制模块5，使得相应设备状态指示灯显示亮灭状态，学生观察设备状态指示灯来了解列车各设备运行状态，从而实现学生练习列车常规操作的目的。\n[0057] 所述车辆操作模块包括列车牵引条件设备模块7，还包括左车门控制模块91和/或右车门控制模块92；车辆操作模块通过开关量控制车门状态和运行速度，并可以通过人机界面2查看受电弓状态，停车制动状态，左右车门状态，火警状态，事件清单：事件发生时间、事件详情及处理意见。\n[0058] 所述信号控制模块4通过信号开关量控制设备运行速度信号、速度为零保护信号、目标距离信号、列车运行状态信号、旁路开关启用信号和报站及广播信号。\n[0059] 所述列车故障仿真开关组3、开关量以及设备操作开关组为空气开关。\n[0060] 如图3，所述壳体1的后高110cm，前高90cm，宽50cm。人机界面2和列车故障仿真开关组3设置在壳体的顶面(即操作控制面板)，顶面为平面或折面，该列车驾驶故障仿真实验装置前低后高的设计便于更清楚观察人机界面2，便于更方便地操作列车故障仿真开关组3和设备操作开关组。\n[0061] 本装置通过抗干扰能力强，对环境要求低的工业设备PLC和人机界面2实现对列车运行及监控程序的仿真，主要解决A型地铁列车控制电路的简化处理和继电器控制到PLC程序控制的转化，实现了设备小型化处理，满足普通教室多台设备同时运行的需求。\n[0062] 如图4，本装置采用西门子PLC设备，包括\n[0063] PLC主控单元，用于列车故障信息处理和烧录学生写好的PLC程序；\n[0064] 以及PLC扩展单元，用于连接PLC通讯模块，该PLC通讯模块实现PLC主控单元与动态实验模块通信，可实现伺服电机动车实验。\n[0065] 动态实验模块为一伺服步进电机，驱动器接收脉冲来驱动伺服步进运动以模拟仿真列车运行。通过PLC主控单元与动态实验模块通信，PLC主控单元可以控制模拟仿真列车运行方向以及计算模拟仿真列车运行距离。动态实验模块可设置在壳体1内或壳体1外，优选设置在壳体1内，以进一步减小设置的空间体积。\n[0066] 列车驾驶故障仿真实验装置通过PLC扩展单元和PLC通讯模块连接动态实验模块实现伺服电机动车实验，该试验准备过程如下：\n[0067] 1、激活实验装置：打上司机台激活钥匙开关6，司机台激活活；打上列车蓄电池激活开关，激活列车操作。\n[0068] 2、实验装置初始状态：牵引条件设备模块7处，受电弓降弓灯亮，受电弓升弓灯灭，主断合灯灭，主断分灯亮，停车制动施加灯亮，停车制动缓解灯灭灯，气制动施加灯亮，气制动缓解灯灭；左关门灯91亮，右关门灯92亮。\n[0069] 3、动车实验准备过程：牵引条件设备模块7处，按下带指示灯的受电弓升弓按钮，受电弓升弓灯亮，受电弓降弓灯灭，按下带指示灯的主断合按钮，主断合灯亮，主断分灯灭；\n在列车故障仿真开关组3处，打上停车制动逻辑开关2K50，打下停车制动逻辑开关2K51，牵引条件设备模块7处的停车制动缓解灯亮，停车制动施加灯灭；按下左关门91，右关门按钮\n92，两边关门灯亮；在列车故障仿真开关组3处，打上气制动逻辑开关2K54，打下停车制动逻辑开关2K53，牵引条件设备模块7处的气制动制动缓解灯亮，气制动施加灯灭；从站PLC控制所述伺服步进电机。\n[0070] 如图5，采用所述的列车驾驶故障仿真实验装置实现的列车驾驶故障仿真实验方法，包括如下步骤：\n[0071] (1)设置所述可编程逻辑控制器为modbus从站；\n[0072] (2)判断是否选择动态实验模块的运行方向，如果是，牵引运行动态实验模块，否则运行步骤(3)；\n[0073] (3)判断可编程逻辑控制器扫描是否有故障信息，如果有故障信息，向所述人机界面2输出显示故障信息，否则运行步骤(4)；\n[0074] (4)可编程逻辑控制器读取当前动态实验模块运行的位置信息，显示当前距离；\n[0075] (5)按运动算法计算位置指令；\n[0076] (6)位置指令限幅处理；\n[0077] (7)位置脉冲输出；\n[0078] (8)指向下一采样时刻；\n[0079] (9)判断动态实验模块是否到达预设位置，如果是，结束，否则跳转步骤(3)。\n[0080] 本发明不局限于上述具体实施方式，本领域的普通技术人员根据本发明做出的进一步拓展均落入本发明的保护范围。