周北明，丘柳東（重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶　401120）

?

城市軌道交通綜合仿真實驗室建設(shè)方案

周北明，丘柳東
（重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶401120）

摘要：隨著重慶市城市軌道交通的迅猛發(fā)展，城市軌道運營維護(hù)急需大量的高素質(zhì)、高技能人才，這對學(xué)校、企業(yè)的職業(yè)教育和員工培訓(xùn)提出更高的要求。完善的實訓(xùn)保障則是其關(guān)鍵因素，它直接影響著城市軌道交通運行的安全性。從人才培養(yǎng)需求出發(fā)，通過校企合作，建設(shè)城市軌道交通綜合仿真實驗實訓(xùn)室。實驗實訓(xùn)室依托于完全仿真的1：3比例的車輛，信號，供配電等模型，通過軟硬件的結(jié)合，給學(xué)生的知識和技能的提升提供一個不錯的平臺。

關(guān)鍵詞：軌道交通； 1：3車輛； 仿真

1　建設(shè)意義

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，緊密結(jié)合國家軌道交通的長遠(yuǎn)發(fā)展與現(xiàn)實需求，秉承“提升專業(yè)服務(wù)能力，服務(wù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，結(jié)合實際人員需求，我們制定了機(jī)電一體化城市軌道控制專業(yè)培養(yǎng)方案，圍繞這個方案，需要建成為之配套的實驗實訓(xùn)室。

隨著重慶市城市軌道交通的發(fā)展，目前對于人才的需求比較迫切，尤其是一線的操作，維護(hù)以及檢修人員的需求。在每公里城市軌道的運營過程中需要50-60名工作人員。重慶市規(guī)劃局公布了主城軌道交通“九線一環(huán)”全部270個站點?！熬啪€一環(huán)”遠(yuǎn)景線網(wǎng)線路總長513公里，涉及主城區(qū)2737平方公里，包括渝中區(qū)、南岸區(qū)、沙坪壩區(qū)、江北區(qū)、九龍坡區(qū)、大渡口區(qū)的全部行政區(qū)域，及渝北區(qū)、北碚區(qū)、巴南區(qū)的部分行政區(qū)域。到2020年，初步建成“六線一環(huán)”，主城區(qū)軌道交通基本線網(wǎng)密度為0.46公里/平方公里，人才需求旺盛。

實驗室的建設(shè)目標(biāo)，本著教學(xué)與實際相結(jié)合的理念，打造涵蓋城市軌道交通四大主要系統(tǒng)的精品實驗實訓(xùn)室，為重慶乃至全國的城市軌道交通的工程建設(shè)以及安全高效運營提供優(yōu)質(zhì)的人才。

人才培養(yǎng)目標(biāo)面向城市地鐵、城市輕軌、客運專線、高速鐵路等軌道交通領(lǐng)域，培養(yǎng)具有城市軌道交通通信信號自動控制設(shè)備的操作、維護(hù)、常見故障處理及施工管理能力和智能化電子儀表維護(hù)能力，具有“精維修、能操作、會營銷、懂管理”和良好職業(yè)道德、創(chuàng)新精神和可持續(xù)發(fā)展能力的高等技術(shù)應(yīng)用型技術(shù)人才。為規(guī)劃中的重慶軌道客運專線提供人才支撐，服務(wù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2　建設(shè)的目標(biāo)

城市軌道交通實驗實訓(xùn)中心建成投入使用以后，使得城市軌道交通控制的專業(yè)教學(xué)具有系統(tǒng)的，完備的功能，在實踐教學(xué)，教師培訓(xùn)，技能考核，鑒定將發(fā)揮更大的作用。

2.1服務(wù)于專業(yè)核心課程

實訓(xùn)中心將服務(wù)于軌道控制專業(yè)的核心課程，核心課程立足于我們的專業(yè)背景以及就業(yè)需求，在專業(yè)的定位中產(chǎn)生了實訓(xùn)設(shè)備的需求，如果項目建設(shè)成功，將更有利于培養(yǎng)方案的實施，更能體現(xiàn)我們的專業(yè)特色。

2.2構(gòu)建校企合作的專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊

通過軌道交通實驗實訓(xùn)中心的建設(shè)，為提高教師實際技能，增強(qiáng)專業(yè)能力提供了平臺，為建設(shè)一支數(shù)量充足，結(jié)構(gòu)合理，專兼結(jié)合的專業(yè)建設(shè)團(tuán)隊提供了條件。在該實驗實訓(xùn)室的建設(shè)過程中，我們的思路是通過教師的全程參與，充分投入，為增強(qiáng)教師專業(yè)技能與理論知識產(chǎn)生了極大的促進(jìn)。

2.3提高社會服務(wù)功能和專業(yè)科研水平

以城市軌道交通實驗實訓(xùn)室為依托，廣泛開展企業(yè)職工培訓(xùn)，不斷提高社會服務(wù)能力，廣泛開展教學(xué)科研活動，為建設(shè)軌道專業(yè)提供理論支持。

3　實驗實訓(xùn)室建設(shè)方案

在我們前期的資料收集以及調(diào)研研討的基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)背景以及學(xué)生就業(yè)情況的分析，初步確定建立與城市軌道控制專業(yè)核心課程相關(guān)的實驗實訓(xùn)模塊4個，分別為城市軌道站場設(shè)備與線路，城市軌道交通信號與運營，城市軌道交通車輛設(shè)備，城市軌道交通牽引供電。

4　實驗實訓(xùn)設(shè)備功能要求

4.1城市軌道交通信號模型

（1）模型尺寸：30米×8米

（2）模型軌道采用1:3特制鋼軌制作；采用無渣道床，鋪設(shè)在實訓(xùn)室一樓地面。車站站臺等全部采用鋼架組件、優(yōu)質(zhì)ABS板、高強(qiáng)度工程塑料搭建，用壓克力板裝飾，站臺仿真制作。

（3）模型包括2個集中站、1個通過站、1個車輛段，共設(shè)8組道岔，16架信號機(jī)，24個軌道區(qū)段，其中7組道岔采用1:3改裝型S7OOK型電動轉(zhuǎn)轍機(jī)控制，車輛段內(nèi)1組信號道岔采用實物S7OOK型電動轉(zhuǎn)轍機(jī)控制；信號機(jī)按實物1:3仿真制作，信號機(jī)的各種顯示均由計算機(jī)操縱仿真軟件按進(jìn)路所需求信號顯示；軌道區(qū)段采用1:3特制鋼軌制作。

其中車輛段單開道岔作為信號道岔實訓(xùn)室系統(tǒng)設(shè)計，包括一副基本軌和一副尖軌，設(shè)置3架信號機(jī)，安裝一臺實物S700K電動轉(zhuǎn)轍機(jī)，并設(shè)置一個組合柜，組合柜內(nèi)安裝一個道岔組合，三個信號機(jī)組合，一個區(qū)段組合。其控制由計算機(jī)操縱，控制組合柜內(nèi)道岔組合，再經(jīng)道岔組合驅(qū)動S700K電動轉(zhuǎn)轍機(jī)的動作。學(xué)生能同在現(xiàn)場一樣，對道岔進(jìn)行動作電壓、動作電流、故障電壓、故障電流、表示電壓的測試，并且能實現(xiàn)道岔動作電路故障、表示電路故障的查找與處理。

（4）三個地鐵車站，包括島式站臺、側(cè)式站臺等形式。其中側(cè)式站臺一邊配備一套1:3車站屏蔽門；與車輛的塞拉門相對應(yīng)，打開檢修蓋可以清晰的看到內(nèi)部零件的形狀與所在位置，能夠與車門實現(xiàn)聯(lián)動。同時能實現(xiàn)三種控制方法：1、系統(tǒng)級控制（與車門聯(lián)動）2、就地級控制。（由列車駕駛員或站務(wù)人員在站臺的就地控制盤（PSL）上對屏蔽門進(jìn)行“開/關(guān)門”的控制方式。）3、手動操作。（由站臺人員或乘客對屏蔽門進(jìn)行的操作。當(dāng)控制系統(tǒng)電源故障或個別屏蔽門操作機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，站臺工作人員可在站臺側(cè)用“專用鑰匙”或乘客在軌道側(cè)通過“開門把手”打開屏蔽門。

（5）供電方式需提供接觸網(wǎng)供電，接觸網(wǎng)供電采用36V安全電壓。由受電弓取電至車體內(nèi)，經(jīng)逆變器升壓至AC220V，確保供電穩(wěn)定，車體內(nèi)配置UPS不間斷電源。整流、逆變后供牽引電機(jī)。

4.2城軌車輛模型

實訓(xùn)室配備2臺地鐵車輛，地鐵車輛模型參照重慶地鐵車輛1:3制作，在軌道曲線半徑局限范圍之內(nèi)。每臺車設(shè)置一套電動客室車門，打開檢修蓋可以清晰的看到內(nèi)部零件的形狀與所在位置，各零部件均可自由拆裝，可以模擬電動門的各種實際故障。車窗、塞拉門、緊急開門手柄、緊急通話裝置，能看到車門的結(jié)構(gòu)，同時能與屏蔽門聯(lián)動。

車體、轉(zhuǎn)向架、受電弓、車輪和軌道均采用金屬材質(zhì)制作。

每臺車輛設(shè)置2臺全鋼轉(zhuǎn)向架，一臺機(jī)車驅(qū)動裝置；制動方式采用盤形空氣制動。減振分一系和二系，一系為鋼質(zhì)彈簧和減震器，二系為空氣彈簧減振，能在車體，軸箱和轉(zhuǎn)向架之間起減振作用。

每臺車輛設(shè)置1臺受電弓，1:3仿真制作。

車輛模型外觀和重慶地鐵車輛一致，經(jīng)過變頻使用三相（交流380V）牽引電機(jī)驅(qū)動，可遙控或電腦控制。根據(jù)相應(yīng)的控制命令，對列車運行情況進(jìn)行操作，包括機(jī)車前進(jìn)、機(jī)車后退、機(jī)車加速前進(jìn)、機(jī)車加速后退、機(jī)車停車等?？刂婆_應(yīng)能夠?qū)崟r顯示車輛的位置信息和運行狀態(tài)信息。車輛分快慢兩檔運行控制，可以自動調(diào)節(jié)車輛運行速度，快檔運行速度不低于6公里/小時、慢檔不高于4公里/小時，具有大于10公里/小時的運行能力。

4.3OCC控制中心

OCC控制中心主要包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信服務(wù)器、ATS服務(wù)器、模擬機(jī)車控制服務(wù)器、ATP/ATO服務(wù)器、C_LOW服務(wù)器和調(diào)監(jiān)服務(wù)器。

（1）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。用于保存系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)，車站數(shù)據(jù)，中間運算結(jié)果等信息。

（2）通信服務(wù)器。承載各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，保持各個系統(tǒng)之間的通信連接。

接收微機(jī)聯(lián)鎖仿真系統(tǒng)的機(jī)車控制命令，并將機(jī)車控制命令發(fā)送到相應(yīng)機(jī)車。

當(dāng)用戶通過機(jī)車控制框中相應(yīng)功能按鈕來手動控制機(jī)車時，能實時將控制狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)給微機(jī)聯(lián)鎖仿真系統(tǒng)。

（3）ATS服務(wù)器。用于列車識別、跟蹤、車次號顯示；自動/人工進(jìn)路設(shè)置；自動/人工運行調(diào)整；時刻表編制和管理；系統(tǒng)狀態(tài)顯示；列車運行及信號設(shè)備的監(jiān)視和報警；運行信息的記錄、統(tǒng)計和回放等。

（4）機(jī)車控制服務(wù)器。模擬機(jī)車控制系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的機(jī)車控制命令給對應(yīng)的模擬機(jī)車，從而實現(xiàn)模擬機(jī)車根據(jù)列車運行狀態(tài)而自動運行。同時自動根據(jù)區(qū)間信號進(jìn)行站場間的行車作業(yè)。

（5）ATO/ATP服務(wù)器。用于自動駕駛運行；列車自動折返；采用軌道電路監(jiān)測列車位置；列車自動限速和制動停車（限速分為兩個檔位，快檔和慢檔）等。

（6）C_LOW服務(wù)器。應(yīng)具有進(jìn)路控制功能，自動閉塞控制功能，進(jìn)路的自動功能，信號機(jī)的顯示及設(shè)置 ，軌道空閑處理功能 ，道岔控制功能，接收調(diào)度員進(jìn)路操作命令或者ATS控制指令，排列進(jìn)路；同時具有拒絕執(zhí)行錯誤的操作命令，對于操作失誤及不滿足聯(lián)鎖的狀況給出提示；對于設(shè)備故障或重要信息給出提示；故障診斷、信號設(shè)備監(jiān)督和報警功能等。

（7）調(diào)監(jiān)服務(wù)器。用于顯示全線路軌道、信號機(jī)、道岔狀態(tài)，監(jiān)視列車的運行和車次編號，軌道占用、出清等顯示狀態(tài)信息。

4.4車站系統(tǒng)

車站系統(tǒng)包括一臺車輛段微機(jī)聯(lián)鎖服務(wù)器、2臺LOW微機(jī)聯(lián)鎖服務(wù)器和1臺LCP服務(wù)器。

車輛段微機(jī)聯(lián)鎖服務(wù)器。計算機(jī)界面與鐵科院的TYJL-II型車站計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)一致具有信號控制功能、道岔控制功能、軌道控制功能、進(jìn)路辦理與解鎖功能。

LOW微機(jī)聯(lián)鎖服務(wù)器。采用與西門子ATC控制系統(tǒng)一致的LOW操作界面，軟件元素、操作按鈕、顯示和響應(yīng)方式必須與現(xiàn)場實際操作一致；在中央故障或授權(quán)操作時，可以切換到LOW本地操作模式，進(jìn)行控制；

LCP服務(wù)器。位于控制室的現(xiàn)場控制盤，實現(xiàn)對列車的扣車、放行、跳停、緊急停車等功能；操作界面形狀、尺寸、操作按鈕與現(xiàn)場一致，操作能實際反映到模型上對列車的控制。

4.5牽引供電系統(tǒng)

模型架設(shè)接觸網(wǎng)，設(shè)置1個牽引變電所。接觸網(wǎng)（可通電）采用半補(bǔ)償懸掛裝置與全補(bǔ)償懸掛裝置，車站采用硬橫跨，線路上設(shè)有分段絕緣器、錨段關(guān)節(jié)、中心錨節(jié)、饋電線、電連接器、回流線等設(shè)備及各種線路、信號標(biāo)志齊全，接觸網(wǎng)可通電演示牽引變電遠(yuǎn)程控制平臺模擬軟件，信號設(shè)自動閉塞。接觸線、鋼軌均為銅制。

（1）牽引供電系統(tǒng)模擬系統(tǒng)主要實現(xiàn)牽引供電的模擬功能，實現(xiàn)牽引供電的模擬仿真，物理上按電氣化供電直供加回流線方式并以一定比例縮小，展現(xiàn)真實系統(tǒng)；接觸網(wǎng)采用直供加回流線簡單鏈型懸掛方式，各段控制單獨送電，采用安全電壓。

（2）可以實現(xiàn)牽引變電所的計算機(jī)綜合控制功能。利用計算機(jī)控制軟件實現(xiàn)對牽引供電的控制，仿真牽引供電控制及操作功能（包含對變壓器、隔離開關(guān)、斷路器的開斷操作），通過控制模擬調(diào)度屏實現(xiàn)真實供電系統(tǒng)的調(diào)度仿真。

5　結(jié)束語

通過該建設(shè)方案來實現(xiàn)軌道交通控制專業(yè)的教學(xué)，能夠全面貫徹職業(yè)教育理念，圍繞突出職業(yè)特點和實際技能，1:3比例的軌道車輛、線路、供配電等模型，既能夠直觀的展現(xiàn)出軌道交通系統(tǒng)設(shè)備的特點，又能避免采用實際設(shè)備所帶來的高昂成本。本方案以實際仿真位出發(fā)點，讓學(xué)生直觀地接受教學(xué)內(nèi)容，把復(fù)雜抽象的城市軌道交通控制理論知識簡單形象化加深對其的理解鞏固和掌握，并提高了學(xué)生實際的動手能力和維修能力，為城市軌道交通控制專業(yè)的人才培養(yǎng)提供有力的支撐。

參考文獻(xiàn)：

［1］張?zhí)焱?，馬松花，支斌，韓增盛.城市軌道交通綜合仿真實訓(xùn)基地建設(shè)的研究［J］.實驗室研究與探索，2013（08）:244.

［2］邢紅霞.城市軌道交通列車自動控制系統(tǒng)實驗室建設(shè)方案［J］.城市軌道交通研究，2011（09）:76

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.123

作者簡介：周北明（1982-），男，湖北武漢人，碩士，講師，主要從事電力電子與電氣傳動方面的研究。