謝 剛，楊 揚(yáng)

(西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610031)

車站信號自動控制實驗課程構(gòu)建

謝 剛，楊 揚(yáng)

(西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610031)

車站信號自動控制是鐵路信號專業(yè)的一門理論與實踐并重的課程。文中針對課程的特點(diǎn)，并基于實驗室的聯(lián)鎖實驗系統(tǒng)，給出了配套實驗課程的建設(shè)方案。方案包括課程性質(zhì)、目標(biāo)、思路和每個實驗設(shè)計的目的、內(nèi)容、操作要點(diǎn)，以及整個課程考核評價方式。通過實驗使學(xué)生可以很好地理解和掌握車站信號自動控制的理論知識的同時，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計和工程實踐應(yīng)用能力。

實驗教學(xué)；車站信號；聯(lián)鎖；系統(tǒng)仿真

車站信號控制系統(tǒng)的主要功能是通過技術(shù)手段使信號機(jī)、道岔、軌道電路等基本信號設(shè)備安全規(guī)定的要求工作，以保證列車或調(diào)車車列在站內(nèi)完成復(fù)雜的運(yùn)輸作業(yè)[1-2]。它對于鐵路運(yùn)輸安全以及運(yùn)輸效率的提高非常重要。因而，車站信號控制相關(guān)課程自然成為了鐵路信號專業(yè)學(xué)習(xí)的核心課程[3]。車站信號控制實驗是專門配合鐵路信號專業(yè)的必修課“車站信號自動控制”而專門開設(shè)的課程。通過實驗的方式，讓學(xué)生實際動手操作，以深入理解和掌握理論課程所學(xué)知識。

1 實驗?zāi)繕?biāo)及思路

通過實驗課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)囌韭?lián)鎖控制系統(tǒng)有直觀形象的認(rèn)識和學(xué)習(xí)，并實際動手進(jìn)行操作、維護(hù)及故障處理，具備完成相應(yīng)職業(yè)崗位工作任務(wù)所需的方法和社會能力，勝任鐵路信號基礎(chǔ)設(shè)備的設(shè)計、維護(hù)、工程應(yīng)用等崗位工作[4]。通過學(xué)習(xí)達(dá)到以下認(rèn)知目標(biāo)：

(1)掌握聯(lián)鎖系統(tǒng)基本概念，結(jié)構(gòu)層次和硬件組成；

(2)掌握聯(lián)鎖系統(tǒng)的繼電電路邏輯和動作原理；

(3)熟知聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性、安全性的基本理論和實施方法；

(4)掌握聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作使用、基本故障的查找和排除等日常維護(hù)。

本課程總體思路是以軌道交通信號與控制專業(yè)相關(guān)工作任務(wù)和職業(yè)技能為依據(jù)，確定課程目標(biāo)，設(shè)計課程內(nèi)容，以工作任務(wù)為線索構(gòu)建任務(wù)引領(lǐng)型課程。以車站信號自動控制課程的基本組成和教學(xué)內(nèi)容為主線，根據(jù)學(xué)生認(rèn)知能力的特點(diǎn)，設(shè)計了多媒體課程、現(xiàn)場演示、動手操作等教學(xué)環(huán)節(jié)，以達(dá)到良好的教學(xué)目的[5]。

2 實驗教學(xué)系統(tǒng)

車站聯(lián)鎖實驗系統(tǒng)是為鐵路信號專業(yè)的車站信號自動控制、計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)等專業(yè)課程而設(shè)置的實驗教學(xué)系統(tǒng)。該實驗系統(tǒng)包括車站計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)(實物)和車站計算機(jī)聯(lián)鎖仿真系統(tǒng)(軟件)。

2.1 車站計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

車站計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)由計算機(jī)聯(lián)鎖上位機(jī)、維修機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)、繼電器接口組合架及信號機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)等設(shè)備構(gòu)成，設(shè)備組成結(jié)構(gòu)如圖1所示[6]。

圖1 計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 車站計算機(jī)聯(lián)鎖仿真系統(tǒng)

車站計算機(jī)聯(lián)鎖仿真系統(tǒng)由服務(wù)器和多臺學(xué)員機(jī)構(gòu)成，設(shè)備組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。每臺學(xué)員機(jī)相當(dāng)于一套車站聯(lián)鎖系統(tǒng)，供1名學(xué)員獨(dú)立進(jìn)行實驗。

車站計算機(jī)聯(lián)鎖仿真系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，由上位機(jī)軟件和聯(lián)鎖機(jī)軟件組成，兩個軟件安裝在固定PC機(jī)內(nèi)，二者間通過網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行通信。聯(lián)鎖機(jī)軟件在專業(yè)聯(lián)鎖邏輯的基礎(chǔ)上，結(jié)合仿真系統(tǒng)的需求設(shè)計而成，保證了邏輯關(guān)系的正確性。

圖2 計算機(jī)聯(lián)鎖仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

上位機(jī)軟件的主要功能為站場動態(tài)顯示[7]；對信號機(jī)、道岔、軌道電路等信號設(shè)備進(jìn)行故障設(shè)置，如信號機(jī)燈絲斷絲、道岔失去表示、軌道電路故障占用等；實現(xiàn)模擬車列自動前行或由操作員模擬車列占用和出清情況，模擬車列的前行。

2.3 實驗所采用的車站站場

實驗采用的車站站場如下圖3所示，由19架信號機(jī)(進(jìn)站信號機(jī)：X、ST和SH；出站兼調(diào)車信號機(jī)：S1、SII、S3、X1、XII和X3；其他均為調(diào)車信號機(jī))、7組道岔(1、3、2/4、6/8、10/12、14、16)和各軌道電路構(gòu)成，其中，上行方向為雙發(fā)車口。

圖3 實驗用車站站場圖

3 實驗項目內(nèi)容

根據(jù)上述聯(lián)鎖實驗系統(tǒng)，開發(fā)了具體的實驗項目，見表1。

前三個實驗基于計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，主要為硬件操作，讓學(xué)生對車站聯(lián)鎖系統(tǒng)有直觀形象的認(rèn)識，深入理解和掌握系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和控制過程。

后面五個實驗基于計算機(jī)聯(lián)鎖仿真系統(tǒng)，方便更多的同學(xué)同時進(jìn)行實驗，并且可以完成更為復(fù)雜的聯(lián)鎖操作以及故障模擬。各實驗主要內(nèi)容如下：

表1 車站信號自動控制實驗項目

(1)計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)認(rèn)知實驗

實驗?zāi)康模簩W(xué)生通過對車站計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件實物的認(rèn)知，了解計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理和故障安全性，掌握進(jìn)路的實際執(zhí)行過程。

實驗內(nèi)容：實驗教師結(jié)合具體設(shè)備講解計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理，通過辦理列車進(jìn)路、調(diào)車進(jìn)路，以及模擬行車過程等來揭示進(jìn)路處理過程。由參與實驗的同學(xué)動手操作，辦理進(jìn)路并模擬行車過程，觀察繼電器動作，結(jié)合6502繼電電路理解進(jìn)路實際的動作過程。

(2)聯(lián)鎖I/O配線實驗

實驗?zāi)康模菏煜ぢ?lián)鎖機(jī)I/O模塊及相關(guān)引腳的定義，掌握鐵路信號繼電器的結(jié)構(gòu)和接線方式，并進(jìn)行正確連接。

實驗內(nèi)容：實驗老師講解聯(lián)鎖機(jī)I/O模塊的結(jié)構(gòu)原理，對I/O模塊的對外輸出和出入采集進(jìn)行配線示范。學(xué)生根據(jù)聯(lián)鎖配線的基本要則，在理解和掌握了聯(lián)鎖基本控制原理的基礎(chǔ)上，實際動手進(jìn)行電路的連接，記錄相關(guān)設(shè)備的控制和動作過程。

(3)S700K轉(zhuǎn)轍機(jī)配線實驗

實驗?zāi)康模?掌握S700K電動轉(zhuǎn)轍機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、功能，接線方式和多點(diǎn)牽引的控制電路邏輯。

實驗內(nèi)容：實驗老師對S700K轉(zhuǎn)轍機(jī)的結(jié)構(gòu)原理及動作過程進(jìn)行講解。學(xué)生結(jié)合理論課上學(xué)習(xí)的S700K的繼電控制電路，實際動手完成轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路的連接以及轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部電路節(jié)點(diǎn)的連接。學(xué)生對轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行單獨(dú)操作，驗證電路連接正確與否，觀察并記錄相關(guān)繼電器的動作順利，理解轉(zhuǎn)折機(jī)解鎖、轉(zhuǎn)換、鎖閉控制的邏輯實現(xiàn)過程。

(4)聯(lián)鎖表編制實驗

正確編制聯(lián)鎖表對于理解和實現(xiàn)聯(lián)鎖邏輯具有重要的指導(dǎo)意義[6]。

實驗?zāi)康模毫私饴?lián)鎖表的基本構(gòu)成要素和含義，掌握聯(lián)鎖表編制的思路方法。

實驗內(nèi)容：學(xué)生根據(jù)實驗系統(tǒng)的站場圖，編制實驗老師指定的列車進(jìn)路、調(diào)車進(jìn)路的聯(lián)鎖表。結(jié)合6502的繼電電路理解進(jìn)路的聯(lián)鎖邏輯。

(5)進(jìn)路選擇實驗

實驗?zāi)康模毫私庥嬎銠C(jī)聯(lián)鎖仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，熟悉仿真實驗系統(tǒng)的使用。通過辦理進(jìn)路過程、單個設(shè)備的操作過程，驗證各種進(jìn)路的選路處理過程。

實驗內(nèi)容:實驗教師結(jié)合具體設(shè)備講解計算機(jī)聯(lián)鎖教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理。實驗教師通過辦理進(jìn)路、設(shè)備動作等使學(xué)生熟悉仿真系統(tǒng)的實驗。由實驗同學(xué)動手操作，進(jìn)行各種情況的進(jìn)路辦理，并驗證邏輯關(guān)系。

(6)進(jìn)路模擬行車實驗

實驗?zāi)康模和ㄟ^模擬行車了解進(jìn)路的各種正常解鎖方式特點(diǎn)。通過辦理進(jìn)路的各種解鎖，驗證各種進(jìn)路的解鎖過程的工作原理和工作時序。

實驗內(nèi)容：實驗教師通過辦理各種進(jìn)路并通過模擬行車過程來進(jìn)行正常解鎖。由實驗同學(xué)動手操作，進(jìn)行各種進(jìn)路在模擬行車情況下的正常解鎖情況，區(qū)分各種進(jìn)路正常解鎖時機(jī)上的差別，并驗證進(jìn)路正常解鎖過程的邏輯關(guān)系。

(7)進(jìn)路解鎖實驗

實驗?zāi)康模毫私膺M(jìn)路的取消進(jìn)路和人工解鎖方式各種使用場合及聯(lián)鎖條件上的差別。通過人工辦理進(jìn)路的各種解鎖，驗證取消進(jìn)路和人工解鎖過程的工作原理和工作時序。

實驗內(nèi)容：實驗教師通過辦理各種進(jìn)路的取消進(jìn)路和人工解鎖，使學(xué)生熟悉聯(lián)鎖教學(xué)系統(tǒng)的實驗執(zhí)行過程。由實驗同學(xué)動手操作，進(jìn)行各種進(jìn)路在各種情況下的取消進(jìn)路和人工解鎖，并驗證進(jìn)路解鎖過程。

(8)進(jìn)路故障處理實驗

實驗?zāi)康模毫私夤收?安全性在鐵路車站聯(lián)鎖系統(tǒng)中起的重要作用。熟悉進(jìn)路中可能的各種故障及故障處理辦法。

實驗內(nèi)容：實驗教師辦理各種進(jìn)路和模擬行車，通過設(shè)置各種故障來使進(jìn)路進(jìn)行安全解鎖。由實驗同學(xué)根據(jù)下列進(jìn)路故障情況，通過辦理進(jìn)路、模擬行車和故障設(shè)置，并通過故障處理辦法來使故障情況下的進(jìn)路進(jìn)行安全性解鎖。并從6502繼電電路的角度解釋原因。

4 實驗方式與評價

整個實驗體系的建立，注重了理論與實際的結(jié)合，采用了圖片、視頻、實物設(shè)備等作為教學(xué)資源，設(shè)計了聯(lián)鎖系統(tǒng)操作維護(hù)場景，并根據(jù)實驗內(nèi)容讓學(xué)生獨(dú)立或分組完成。教學(xué)過程以學(xué)生為主體、實驗教師為主導(dǎo)，以掌握專業(yè)知識為目標(biāo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性[8-9]。在對學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價時，采用過程評價與目標(biāo)評價并重的體系，結(jié)合課堂提問、操作過程、疑難問題處理以及課后實驗報告等環(huán)節(jié)，綜合評價學(xué)生成績。

5 結(jié)束語

整個實驗課程基于實驗室專業(yè)的車站信號軟硬件實驗系統(tǒng)，開設(shè) 8個單列實驗，總共16個學(xué)時，基本涵蓋車站信號自動控制課程的所有內(nèi)容。學(xué)生從對聯(lián)鎖實物系統(tǒng)的認(rèn)知、配線開始，到聯(lián)鎖表的編制，再到特殊故障情況的操作處理，逐步深入，掌握系統(tǒng)的組成、原理、邏輯關(guān)系和信號設(shè)備的動作過程。經(jīng)過實踐，實驗項目符合鐵路信號專業(yè)對學(xué)生知識和動手能力的要求，取得了很好的效果。

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[2]趙志熙.車站信號控制系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

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Development of Experimental Course for Automatic Control of Railway Station Signaling

XIE Gang, YANG Yang

(Shool of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031,China)

Automatic Control of Railway Station Signaling course is a both theoretical and practical course. According to the characteristics of this course, this paper proposes a building program of supporting experimental courses. The program includes the nature, target, and ideas of this course and the purpose, content and operating points of each experimental design. It also gives the examination and evaluation methods. Through the experimental teaching, it is not only to make students understand and master the basic theory of the course better, but also can improve the innovative design and engineering application ability.

experimental education; railway station signaling; interlock; system simulation

2015-02-26；修改日期:2015-03-12

謝 剛(1987-),男,碩士,工程師,研究方向:軌道交通信號及控制。

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.055