车站信号自动控制实验课程构建

谢 刚，杨 扬

(西南交通大学 信息科学与技术学院，成都 610031)

车站信号自动控制实验课程构建

谢 刚，杨 扬

(西南交通大学 信息科学与技术学院，成都 610031)

车站信号自动控制是铁路信号专业的一门理论与实践并重的课程。文中针对课程的特点，并基于实验室的联锁实验系统，给出了配套实验课程的建设方案。方案包括课程性质、目标、思路和每个实验设计的目的、内容、操作要点，以及整个课程考核评价方式。通过实验使学生可以很好地理解和掌握车站信号自动控制的理论知识的同时，提高学生的创新设计和工程实践应用能力。

实验教学；车站信号；联锁；系统仿真

车站信号控制系统的主要功能是通过技术手段使信号机、道岔、轨道电路等基本信号设备安全规定的要求工作，以保证列车或调车车列在站内完成复杂的运输作业[1-2]。它对于铁路运输安全以及运输效率的提高非常重要。因而，车站信号控制相关课程自然成为了铁路信号专业学习的核心课程[3]。车站信号控制实验是专门配合铁路信号专业的必修课“车站信号自动控制”而专门开设的课程。通过实验的方式，让学生实际动手操作，以深入理解和掌握理论课程所学知识。

1 实验目标及思路

通过实验课程的学习，学生能够对车站联锁控制系统有直观形象的认识和学习，并实际动手进行操作、维护及故障处理，具备完成相应职业岗位工作任务所需的方法和社会能力，胜任铁路信号基础设备的设计、维护、工程应用等岗位工作[4]。通过学习达到以下认知目标：

(1)掌握联锁系统基本概念，结构层次和硬件组成；

(2)掌握联锁系统的继电电路逻辑和动作原理；

(3)熟知联锁系统的可靠性、安全性的基本理论和实施方法；

(4)掌握联锁系统的操作使用、基本故障的查找和排除等日常维护。

本课程总体思路是以轨道交通信号与控制专业相关工作任务和职业技能为依据，确定课程目标，设计课程内容，以工作任务为线索构建任务引领型课程。以车站信号自动控制课程的基本组成和教学内容为主线，根据学生认知能力的特点，设计了多媒体课程、现场演示、动手操作等教学环节，以达到良好的教学目的[5]。

2 实验教学系统

车站联锁实验系统是为铁路信号专业的车站信号自动控制、计算机联锁系统等专业课程而设置的实验教学系统。该实验系统包括车站计算机联锁系统(实物)和车站计算机联锁仿真系统(软件)。

2.1 车站计算机联锁系统

车站计算机联锁系统由计算机联锁上位机、维修机、联锁机、继电器接口组合架及信号机、转辙机等设备构成，设备组成结构如图1所示[6]。

图1 计算机联锁系统结构

2.2 车站计算机联锁仿真系统

车站计算机联锁仿真系统由服务器和多台学员机构成，设备组成结构如图2所示。每台学员机相当于一套车站联锁系统，供1名学员独立进行实验。

车站计算机联锁仿真系统组成结构，由上位机软件和联锁机软件组成，两个软件安装在固定PC机内，二者间通过网络接口进行通信。联锁机软件在专业联锁逻辑的基础上，结合仿真系统的需求设计而成，保证了逻辑关系的正确性。

图2 计算机联锁仿真系统结构

上位机软件的主要功能为站场动态显示[7]；对信号机、道岔、轨道电路等信号设备进行故障设置，如信号机灯丝断丝、道岔失去表示、轨道电路故障占用等；实现模拟车列自动前行或由操作员模拟车列占用和出清情况，模拟车列的前行。

2.3 实验所采用的车站站场

实验采用的车站站场如下图3所示，由19架信号机(进站信号机：X、ST和SH；出站兼调车信号机：S1、SII、S3、X1、XII和X3；其他均为调车信号机)、7组道岔(1、3、2/4、6/8、10/12、14、16)和各轨道电路构成，其中，上行方向为双发车口。

图3 实验用车站站场图

3 实验项目内容

根据上述联锁实验系统，开发了具体的实验项目，见表1。

前三个实验基于计算机联锁系统，主要为硬件操作，让学生对车站联锁系统有直观形象的认识，深入理解和掌握系统的基本结构和控制过程。

后面五个实验基于计算机联锁仿真系统，方便更多的同学同时进行实验，并且可以完成更为复杂的联锁操作以及故障模拟。各实验主要内容如下：

表1 车站信号自动控制实验项目

(1)计算机联锁系统认知实验

实验目的：学生通过对车站计算机联锁系统硬件实物的认知，了解计算机联锁系统结构、工作原理和故障安全性，掌握进路的实际执行过程。

实验内容：实验教师结合具体设备讲解计算机联锁系统结构、工作原理，通过办理列车进路、调车进路，以及模拟行车过程等来揭示进路处理过程。由参与实验的同学动手操作，办理进路并模拟行车过程，观察继电器动作，结合6502继电电路理解进路实际的动作过程。

(2)联锁I/O配线实验

实验目的：熟悉联锁机I/O模块及相关引脚的定义，掌握铁路信号继电器的结构和接线方式，并进行正确连接。

实验内容：实验老师讲解联锁机I/O模块的结构原理，对I/O模块的对外输出和出入采集进行配线示范。学生根据联锁配线的基本要则，在理解和掌握了联锁基本控制原理的基础上，实际动手进行电路的连接，记录相关设备的控制和动作过程。

(3)S700K转辙机配线实验

实验目的： 掌握S700K电动转辙机的基本结构、功能，接线方式和多点牵引的控制电路逻辑。

实验内容：实验老师对S700K转辙机的结构原理及动作过程进行讲解。学生结合理论课上学习的S700K的继电控制电路，实际动手完成转辙机控制电路的连接以及转辙机内部电路节点的连接。学生对转辙机进行单独操作，验证电路连接正确与否，观察并记录相关继电器的动作顺利，理解转折机解锁、转换、锁闭控制的逻辑实现过程。

(4)联锁表编制实验

正确编制联锁表对于理解和实现联锁逻辑具有重要的指导意义[6]。

实验目的：了解联锁表的基本构成要素和含义，掌握联锁表编制的思路方法。

实验内容：学生根据实验系统的站场图，编制实验老师指定的列车进路、调车进路的联锁表。结合6502的继电电路理解进路的联锁逻辑。

(5)进路选择实验

实验目的：了解计算机联锁仿真系统结构，熟悉仿真实验系统的使用。通过办理进路过程、单个设备的操作过程，验证各种进路的选路处理过程。

实验内容:实验教师结合具体设备讲解计算机联锁教学系统结构、工作原理。实验教师通过办理进路、设备动作等使学生熟悉仿真系统的实验。由实验同学动手操作，进行各种情况的进路办理，并验证逻辑关系。

(6)进路模拟行车实验

实验目的：通过模拟行车了解进路的各种正常解锁方式特点。通过办理进路的各种解锁，验证各种进路的解锁过程的工作原理和工作时序。

实验内容：实验教师通过办理各种进路并通过模拟行车过程来进行正常解锁。由实验同学动手操作，进行各种进路在模拟行车情况下的正常解锁情况，区分各种进路正常解锁时机上的差别，并验证进路正常解锁过程的逻辑关系。

(7)进路解锁实验

实验目的：了解进路的取消进路和人工解锁方式各种使用场合及联锁条件上的差别。通过人工办理进路的各种解锁，验证取消进路和人工解锁过程的工作原理和工作时序。

实验内容：实验教师通过办理各种进路的取消进路和人工解锁，使学生熟悉联锁教学系统的实验执行过程。由实验同学动手操作，进行各种进路在各种情况下的取消进路和人工解锁，并验证进路解锁过程。

(8)进路故障处理实验

实验目的：了解故障-安全性在铁路车站联锁系统中起的重要作用。熟悉进路中可能的各种故障及故障处理办法。

实验内容：实验教师办理各种进路和模拟行车，通过设置各种故障来使进路进行安全解锁。由实验同学根据下列进路故障情况，通过办理进路、模拟行车和故障设置，并通过故障处理办法来使故障情况下的进路进行安全性解锁。并从6502继电电路的角度解释原因。

4 实验方式与评价

整个实验体系的建立，注重了理论与实际的结合，采用了图片、视频、实物设备等作为教学资源，设计了联锁系统操作维护场景，并根据实验内容让学生独立或分组完成。教学过程以学生为主体、实验教师为主导，以掌握专业知识为目标，充分发挥学生的主观能动性[8-9]。在对学习情况进行评价时，采用过程评价与目标评价并重的体系，结合课堂提问、操作过程、疑难问题处理以及课后实验报告等环节，综合评价学生成绩。

5 结束语

整个实验课程基于实验室专业的车站信号软硬件实验系统，开设 8个单列实验，总共16个学时，基本涵盖车站信号自动控制课程的所有内容。学生从对联锁实物系统的认知、配线开始，到联锁表的编制，再到特殊故障情况的操作处理，逐步深入，掌握系统的组成、原理、逻辑关系和信号设备的动作过程。经过实践，实验项目符合铁路信号专业对学生知识和动手能力的要求，取得了很好的效果。

[1]王永信，喻喜平，翟红兵.车站信号自动控制[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[2]赵志熙.车站信号控制系统[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[3]吴仕勋，王宏刚.轨道交通通信信号专业人才培养体系新探[J].中国电力教育，2014(12):23-24.

[4]马丽，赵晴，曹永红，等.独立学院自动化专业课程教学体系改革实践与研究[J].中国教育技术装备，2014(6)：80-81.

[5]王海峰，郭进.构建铁路“车站信号自动控制”课程新体系思考[J].西南交通大学学报，2003(6)：100-102.

[6]杨扬，郭进.车站信号控制系统[M].成都：西南交通大学出版社，2012.

[7]林瑜筠，吕永昌.计算机联锁[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[8]崔宏巍，朱方来.多层次协同式教学平台构建与研究[J].实验技术与管理，2014,31(3)：143-146.

[9]刘伯鸿，李国宁，陈永刚，等.构建铁路特殊专业课程新体系，提高人才培养质量[J].自动化与仪表仪器，2013(4)218-219.

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

谢 刚(1987-),男,硕士,工程师,研究方向:轨道交通信号及控制。

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.055