适用于轨道电路设备的实验盘及实验方法与流程

本发明涉及一种轨道交通信号与控制技术领域的教学实验设备，尤其是一种适用于轨道电路设备的实验盘及实验方法。

背景技术：

随着我国轨道交通行业的快速发展，其在专业人才需求方面呈现出了两个特点：一是数量大；二是实践能力要求高。轨道电路是关系行车安全的重要基础设备，也是影响铁路运输效率的关键因素。因此，为提高学生的实践能力特别是轨道电路设备的故障检测和维修能力，很多开设轨道交通类专业的高职院校和地方性本科院校通常采用将学生带到铁路现场观摩学习的教学方式。然而，铁路现场具有严格的安全规范，并且轨道电路设备的维修时间紧迫，很多情况下学生只能看不能动手实践。这大大降低了实践教学的效果。为解决这一问题，并保证“教”与“用”的一致性，很多院校采购了与铁路现场一致的真实轨道电路设备。然而，与铁路现场一致轨道电路设备具有较强的演示性，但不具有实验、实训功能，主要原因如下：

(1)与铁路现场一致的真实轨道电路设备不能体现轨道电路设备工作的中间过程和联锁关系，如采集电路、励磁电路、输入电路和发码电路的工作过程和它们之间的相互关系。

(2)实验、实训中需要进行故障设置和应急处置训练,则必须在轨道电路设备既有电路上进行故障设置。这样不仅影响配线使用寿命，并且设置时间长、难度大，还容易暴露故障设置痕迹，从而影响实验、实训效果。

中国专利申请2015102456225公开了一种轨道电路-机车信号的教学实验系统和方法，该教学实验系统包括实验计算机，数据采集卡，机车信号灯控制电路，开关元件，机车信号灯；所述实验计算机与数据采集卡连接，所述的数据采集卡的数字输出端与机车信号灯控制电路、开关元件、机车信号灯依次连接，模拟现实中轨道电路-机车信号的实际运作。本发明基于虚拟仪器实现轨道电路-机车信号系统，可以在一定程度上降低教学成本。然而虚拟仿真设备破环了“教”与“用”的一致性，并容易造成学生的二次认知，严重影响实验、实训效果。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服与铁路现场一致的轨道电路在教学方面上的缺点和上述现有技术的不足，提供一种适用于真实轨道电路设备的实验盘及实验方法，其能保证“教”与“用”的一致性，并能更方便地设置故障以及体现轨道电路设备工作中间过程和联锁关系，以增加配线使用寿命，缩短故障设置时间、降低故障设置难度和避免暴露故障设置痕迹，从而有效提高实验、实训效果。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种适用于轨道电路设备的实验盘，包括控制面板和安装在控制面板一侧的器件收纳盒，控制面板上设置有开关控制电路，器件收纳盒中设置有故障描述显示电路；所述开关控制电路包含轨道继电器器采集电路、轨道继电器励磁电路、轨道继电器输入电路、轨道继电器的发码电路和四个双触点两档拨动式开关；

所述四个双触点两档拨动式开关中的第一档动静触点分别接入轨道继电器器采集电路、轨道继电器励磁电路、轨道继电器输入电路和轨道继电器的发码电路；

所述四个双触点两档拨动式开关中的第二档动静触点的静触点均通过公共接地线接地，动触点分别接入故障描述显示电路中，提供故障信息。

第一个双触点两档拨动式开关的第一档动静触点分别接入轨道继电器的采集电路，其位置在计算机接口柜和轨道电路所在的组合架之间；

第二个双触点两档拨动式开关的第一档动静触点分别接入轨道继电器励磁电路，其位置设置在电气集中组合柜中；

第三个双触点两档拨动式开关的第一档动静触点分别接入轨道继电器输入电路，其位置在分线柜与电气集中组合柜之间；

第四个双触点两档拨动式开关的第一档动静触点分别接入轨道继电器的发码电路，其位置在电气集中组合柜与区间组合柜之间。

所述第一个双触点两档拨动式开关的第一档动触点与侧面组合端子c连接，侧面组合端子c与电气集中组合柜中轨道电路的采集电路的第一中间接点连接；

第一个双触点两档拨动式开关的第一档静触点与侧面组合端子c连接，且侧面组合端子c与电气集中组合柜中轨道电路的采集电路的第二中间接点连接。

所述第二个双触点两档拨动式开关的第一档动触点与侧面组合端子c连接，且侧面组合端子c与电气集中组合柜中轨道电路中轨道继电器励磁电路线圈的第一中间接点连接；

第二个双触点两档拨动式开关的第一档静触点与侧面组合端子c连接，且侧面端子c与电气集中组合柜中轨道电路中轨道继电器励磁电路线圈的第二中间接点连接。

所述第三个双触点两档拨动式开关的第一档动触点与侧面组合端子c连接，且侧面组合端子c与电气集中组合柜中轨道电路中轨道继电器输入电路的第一中间接点连接；

第三个双触点两档拨动式开关的第一档静触点与侧面组合端子c连接，且侧面组合端子c与电气集中组合柜中轨道电路中轨道继电器输入电路的第二中间接点连接。

所述第四个双触点两档拨动式开关的第一档动触点与侧面组合端子c连接，且侧面组合端子c与电气集中组合柜中轨道电路中发码电路的轨道复示继电器的第一中间接点连接；

第四个双触点两档拨动式开关的第一档静触点与侧面组合端子c连接，且侧面组合端子c与电气集中组合柜中轨道电路中发码电路的轨道复示继电器的第二中间接点连接。

所述故障描述显示电路包括1个dc-dc降压电源模块、1个单片机、1个显示屏、1条公共接地线、4个上拉电阻，所述dc-dc降压电源模块的输入端的两个接点分别连接公共接地线和轨道继电器的电源线，输出端分别与四个上拉电阻、单片机、液晶显示屏相接。

所述第一个双触点两档拨动式开关的第二档动静触点中的动触点通过第一个上拉电阻串联后连接到dc-dc降压模块的输出端，且第二档动触点与单片机第一输入端相连；

第二个双触点两档拨动式开关的第二档动静触点中的动触点通过第二个上拉电阻串联后连接到dc-dc降压模块的输出端，且第二档动触点与单片机第二输入端相连；

第三个双触点两档拨动式开关的第二档动静触点中的动触点通过第三个上拉电阻串联后连接到dc-dc降压模块的输出端，且第二档动触点与单片机第三输入端相连；

第四个双触点两档拨动式开关的第二档动静触点中的第二档动触点通过第四个上拉电阻串联后连接到dc-dc降压模块的输出端，且第二档动触点与单片机第四输入端相连。

所述单片机的4个输入端分别对应与4个双触点两档拨动式开关相连，输出端与液晶显示屏相连。

所述控制面板固定在轨道电路所在的电气集中组合柜的第二层正面。

所述显示屏安装在器件收纳盒正面上，所述器件收纳盒固定在电气集中组合柜第二层正面。

侧面组合端子c安装在电气集中组合柜第二层背面的一侧。

一种适用于轨道电路设备的实验盘的实验方法，步骤如下：

1）第一个双触点两档拨动式开关常态处于闭合状态，将第一个双触点两档拨动式开关断开后，轨道电路微机接口柜到电气集中组合柜中轨道继电器的采集电路出现开路故障，显示屏显示轨道红光带、轨道继电器的状态及其端电压值，此模拟完成轨道继电器的采集开路故障；

2）第二个双触点两档拨动式开关常态处于闭合状态，将第二个双触点两档拨动式开关断开后，电气集中组合柜中轨道继电器的励磁电路出现开路故障，显示屏显示轨道红光带、轨道继电器的状态及其端电压值，此模拟完成轨道继电器的励磁电路的开路故障；

3）第三个双触点两档拨动式开关常态处于断开状态，将第三个双触点两档拨动式开关闭合后，分线柜到电气集中组合柜中轨道继电器的输入电路出现短路故障，显示屏显示轨道红光带、轨道继电器的状态及其端电压值，此模拟完成轨道继电器的输入短路故障；

4）第四个双触点两档拨动式开关常态处于闭合状态，将第四个双触点两档拨动式开关断开后，区间组合柜中轨道继电器的发码电路出现开路故障，显示屏显示轨道红光带、轨道继电器的状态及其端电压值，此模拟完成轨道继电器的发码电路的开路故障。

5）模拟组合故障，一共16种组合，其中包括1种正常状态组合和15种故障组合；四个双触点两档拨动式开关处于常态时，是组合中的正常状态；断开任意双触点两档拨动式开关的其中一个或多个，显示屏能够显示出对应的故障现象及其轨道继电器状态和端电压值。

所述的16种故障分别轨道继电器的采集开路故障，轨道继电器的励磁电路的开路故障，轨道继电器的输入短路故障，轨道继电器的发码开路故障，轨道继电器的采集开路故障与轨道继电器的励磁电路的开路故障，轨道继电器的采集开路故障与轨道继电器的输入短路故障，轨道继电器的采集开路故障与轨道继电器的发码电路故障，轨道继电器的励磁电路的开路故障与轨道继电器的输入短路故障，轨道继电器的励磁电路的开路故障与轨道继电器的发码电路故障，轨道继电器的输入短路故障与轨道继电器的发码开路故障，轨道继电器的采集开路故障、轨道继电器的励磁电路的开路故障与轨道继电器的输入短路故障，轨道继电器的采集开路故障、轨道继电器的励磁电路的开路故障与轨道继电器的发码开路故障，轨道继电器的采集开路故障、轨道继电器的输入短路故障与轨道继电器的发码开路故障，轨道继电器的励磁电路的开路故障、轨道继电器的输入短路故障与轨道继电器的发码开路故障，轨道继电器的采集开路故障、轨道继电器的励磁电路的开路故障、轨道继电器的输入短路故障与轨道继电器的发码开路故障。

本发明可对轨道电路设备中最典型的电路联锁点进行故障模拟，分别为轨道电路中轨道继电器的采集电路故障模拟、轨道电路中轨道继电器的励磁电路故障模拟、轨道电路中轨道继电器的输入电路故障模拟和轨道电路中轨道继电器的发码电路故障。本发明将轨道电路设备中复杂的联锁电路集成在由双触点两档拨动式开关控制的实验盘中，可以更方便地设置故障、体现轨道电路设备的中间工作过程和联锁关系，从而有效提高实验、实训和考核的效果。

本发明具有如下特点：

(1)本发明通过双触点两档拨动式开关设置故障，避免了修改轨道电路设备配线的操作，从而降低了故障设置难度，提高了设备使用寿命；

(2)本发明分别在轨道继电器器采集电路、轨道继电器励磁电路、轨道继电器输入电路和轨道继电器的发码电路的关键位置设置了双触点两档拨动式开关，能刚好地反映轨道电路设备的工作和体现铁路信号的联锁关系；本发明选取轨道电路中关键电路中的接点进行改造，通过侧面组合端子将改造的接点分别与双触点两档拨动式开关两端连接实现开路、短路控制，通过拨动双触点两档拨动式开关的闭合、断开完成实验盘的操纵。

(3)本发明利用液晶显示屏显示每种故障的描述，可以进行单人单组的实训或考核；本发明故障描述显示电路可显示轨道电路的调整或红光带故障、轨道继电器状态、轨道继电器端电压值。

(4)本发明结合了与铁路现场一致的计算机联锁控制系统，实现对真实轨道电路设备的控制，避免了学生的二次认知，保证了“教”与“用”的一致性。

附图说明

图1是本发明电路系统图；

图2是故障描述显示电路图；

图3是轨道电路故障模拟实验图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-图3所示，适用于轨道电路设备的实验盘，包括控制面板和安装在控制面板一侧的器件收纳盒，控制面板上设置有开关控制电路，器件收纳盒中设置有故障描述显示电路；所述开关控制电路包含四个双触点两档拨动式开关、轨道继电器器采集电路、轨道继电器励磁电路、轨道继电器输入电路和轨道继电器的发码电路；

四个双触点两档拨动式开关中的第一档动静触点分别接入轨道继电器器采集电路、轨道继电器励磁电路、轨道继电器输入电路和轨道继电器的发码电路；

四个双触点两档拨动式开关中的第二档动静触点的静触点均通过公共接地线接地，动触点分别接入故障描述显示电路中，提供故障信息。

如图1所示，轨道电路实验盘包括控制面板，控制面板集成有操纵电路，操纵电路包括侧面组合端子c、第一双触点两档拨动式开关k1、第二双触点两档拨动式开关k2、第三双触点两档拨动式开关k3、第四双触点两档拨动式开关k4、开关检测模块、显示模块和电源模块。

第一双触点两档拨动式开关k1的第一档动触点k11与侧面组合端子c-1连接，且侧面组合端子c-1与电气集中组合柜中轨道电路的采集电路的中间接点1连接，第一双触点两档拨动式开关k1的第一档静触点k12与侧面组合端子c-2连接，且侧面组合端子c-2与电气集中组合柜中轨道电路的采集电路的中间接点2连接。

第一双触点两档拨动式开关第二档动触点k13与开关检测模块第一输入端连接（即第二档动触点通过第一个上拉电阻串联后连接到dc-dc降压模块的输出端out+，且第二档动触点与单片机第一输入端p1.0相连），第一双触点两档拨动式开关第二档静触点k14与开关检测模块的第一输出端连接（即公共接地线），开关检测模块与显示模块连接。

第二双触点两档拨动式开关k2的第一档动触点k21与侧面组合端子c-3连接，且侧面组合端子c-3与电气集中组合柜中轨道电路中轨道继电器励磁电路线圈的中间接点3连接，第二双触点两档拨动式开关k2的第一档静触点k22与侧面组合端子c-4连接，且侧面组合端子c-4与电气集中组合柜中轨道电路中轨道继电器励磁电路线圈的中间接点4连接。

第二双触点两档拨动式开关第二档动触点k23与开关检测模块第二输入端连接（即第二档动触点通过第二个上拉电阻串联后连接到dc-dc降压模块的输出端out+，且第二档动触点与单片机第二输入端p1.1相连），第二双触点两档拨动式开关第二档静触点k24与开关检测模块的第二输出端连接（即公共接地线），开关检测模块与显示模块连接。

第三双触点两档拨动式开关k3的第一档动触点k31与侧面组合端子c-5连接，且侧面组合端子c-5与电气集中组合柜中轨道电路中轨道继电器输入电路的中间接点5，第三双触点两档拨动式开关k3的第一档静触点k32与侧面组合端子c-6连接，且侧面组合端子c-6与电气集中组合柜中轨道电路中轨道继电器输入电路的中间接点6连接。

第三双触点两档拨动式开关第二档动触点k33与开关检测模块第三输入端连接（第二档动触点通过第三个上拉电阻串联后连接到dc-dc降压模块的输出端out+，且第二档动触点与单片机第三输入端p1.2相连），第三双触点两档拨动式开关第二档静触点k34与开关检测模块的第三输出端连接（即公共接地线），开关检测模块与显示模块连接。

第四双触点两档拨动式开关k4的第一档动触点k41与侧面组合端子c-7连接，且侧面组合端子c-7与电气集中组合柜中轨道电路中发码电路的轨道复示继电器的中间接点7连接。第四双触点两档拨动式开关k4的第一档静触点k42与侧面组合端子c-8连接，且侧面组合端子c-8与电气集中组合柜中轨道电路中发码电路的轨道复示继电器的中间接点8连接。

第四双触点两档拨动式开关第二档动触点k43与开关检测模块第四输入端连接（即第二档动触点通过第四个上拉电阻串联后连接到dc-dc降压模块的输出端out+，且第二档动触点与单片机第四输入端p1.3相连），第四双触点两档拨动式开关第二档静触点k44与开关检测模块的第四输出端连接（即公共接地线），开关检测模块与显示模块连接。

本发明选取轨道电路中关键电路中的接点进行改造，通过侧面组合端子将改造的接点分别与双触点两档拨动式开关两端连接实现开路、短路控制，通过拨动双触点两档拨动式开关的闭合、断开完成实验盘的操纵。

如图2所示。一种故障描述显示电路包括开关检测模块、显示模块和电源模块。

开关检测模块，包括1个dc-dc的降压（24v转5v）模块、1条公共接地线、4个10kω上拉电阻、一个器件收纳盒和1个单片机，第一双触点两档拨动式开关k1的第二档动触点k13与开关检测模块中单片机的p1.0引脚连接，第二双触点两档拨动式开关k2的第二档动触点k23与开关检测模块中单片机的p1.1引脚连接，第三双触点两档拨动式开关k3的第二档动触点k33与开关检测模块中单片机的p1.2引脚连接，第四双触点两档拨动式开关k4的第二档动触点k43与开关检测模块中单片机的p1.3引脚连接。

第一、第二、第三、第四双触点两档拨动式开关第二档静触点k14、k24、k34、k44与开关检测模块中单片机的gnd引脚连接。同时开关检测模块中的上拉电阻一端连接到dc-dc降压模块的输出端out+，另一端分别连接第一、第二、第三、第四双触点两档拨动式开关第二档动触点k13、k23、k33、k43。

显示电路模块即1块12864液晶显示屏，开关检测模块中单片机的p2.6、p2.5、p2.7、p3.2、p3.4引脚依次连接到液晶显示屏的rs、r/w、e、psb、rst引脚，液晶显示屏的vdd和a引脚接入dc-dc降压模块的输出端out+5v，液晶显示屏的vss和k引脚接入dc-dc降压模块的输出端out-。

本发明故障描述显示电路可显示轨道电路的调整或红光带故障、轨道继电器状态、轨道继电器端电压值。

电源模块由24v直流电源屏和dc-dc降压模块组成，其特征在于dc-dc降压模块输入端in+接入电气组合柜零层正24v端子，输入端in-接入电气集中组合柜零层负24v端子，输出端out+依次接入上拉电阻的一端、开关检测模块中单片机输入端vcc引脚和显示模块液晶显示屏vdd引脚，输出端out-接入开关检测模块中单片机gnd引脚和显示模块液晶显示屏vss引脚。本模块可提供开关检测模块中的单片机、显示模块中的液晶显示屏所需的+5v工作电压。

以上所述的故障描述显示电路都安装在一个器件收纳盒中，并将显示模块中液晶显示屏安装在盒子一侧，第一、第二、第三、第四双触点两档拨动式开关k1、k2、k3、k4固定在同一控制面板，控制面板固定在轨道电路所在的电气集中组合柜的第二层。

本发明包括控制面板、器件收纳盒、侧面组合端子c。控制面板中安装四个双触点两档拨动式开关k1、k2、k3、k4，且固定在电气集中组合柜的第二层正面。器件收纳盒安装在控制面板一侧，且含有1个dc-dc的降压（24v转5v）模块，4个10kω上拉电阻，1个stc89c51单片机最小系统，1块12864液晶显示屏及其他附属电路，且固定在电气集中组合柜第二层正面。侧面组合端子c安装在电气集中组合柜的第二层背面的一侧。

如图3所示，本发明提出的具体轨道电路故障模拟实验方法如下：

1）第一双触点两档拨动开关k1常态处于闭合状态，将第一双触点两档拨动式开关k1断开后，轨道电路微机接口柜到电气集中组合柜中轨道继电器的采集电路出现开路故障，12864液晶显示屏显示轨道红光带、轨道继电器的状态及其端电压值，此模拟完成轨道继电器的采集开路故障；

2）第二双触点两档拨动开关k2常态处于闭合状态，将第三双触点两档拨动式开关k2断开后，电气集中组合柜中轨道继电器的励磁电路出现开路故障，12864液晶显示屏显示轨道红光带、轨道继电器的状态及其端电压值，此模拟完成轨道继电器的励磁电路的开路故障；

3）第三双触点两档拨动开关k3常态处于断开状态，将第三双触点两档拨动式开关k3闭合后，分线柜到电气集中组合柜中轨道继电器的输入电路出现短路故障，12864液晶显示屏显示轨道红光带、轨道继电器的状态及其端电压值，此模拟完成轨道继电器的输入短路故障；

4）第四双触点两档拨动式开关k4常态处于闭合状态，将第四双触点两档拨动式开关k4断开后，区间组合柜中轨道继电器的发码电路出现开路故障，12864液晶显示屏显示轨道红光带、轨道继电器的状态及其端电压值，此模拟完成轨道继电器的发码电路的开路故障。

5）本轨道电路实验盘还可以模拟组合故障，一共16种组合，其中包括1种正常状态组合和15种故障组合。四个双触点两档拨动式开关处于常态时，是组合中的正常状态。断开任意双触点两档拨动式开关的其中一个或多个，12864液晶显示屏可以显示出对应的故障现象及其轨道继电器状态和端电压值，

以上所述的16种故障分别为轨道继电器的采集开路故障，轨道继电器的励磁电路的开路故障，轨道继电器的输入短路故障，轨道继电器的发码开路故障，轨道继电器的采集开路故障与轨道继电器的励磁电路的开路故障，轨道继电器的采集开路故障与轨道继电器的输入短路故障，轨道继电器的采集开路故障与轨道继电器的发码电路故障，轨道继电器的励磁电路的开路故障与轨道继电器的输入短路故障，轨道继电器的励磁电路的开路故障与轨道继电器的发码电路故障，轨道继电器的输入短路故障与轨道继电器的发码开路故障，轨道继电器的采集开路故障、轨道继电器的励磁电路的开路故障与轨道继电器的输入短路故障，轨道继电器的采集开路故障、轨道继电器的励磁电路的开路故障与轨道继电器的发码开路故障，轨道继电器的采集开路故障、轨道继电器的输入短路故障与轨道继电器的发码开路故障，轨道继电器的励磁电路的开路故障、轨道继电器的输入短路故障与轨道继电器的发码开路故障，轨道继电器的采集开路故障、轨道继电器的励磁电路的开路故障、轨道继电器的输入短路故障与轨道继电器的发码开路故障。

综上所述：本发明可对轨道电路设备中最典型的电路联锁点进行故障模拟，分别为轨道电路中轨道继电器的采集电路故障模拟、轨道电路中轨道继电器的励磁电路故障模拟、轨道电路中轨道继电器的输入电路故障模拟和轨道电路中轨道继电器的发码电路故障。本发明将轨道电路设备中复杂的联锁电路集成在由双触点两档拨动式开关控制的实验盘中，可以更方便地设置故障、体现轨道电路设备的中间工作过程和联锁关系，从而有效提高实验、实训和考核的效果。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。