城市軌道交通綜合仿真實(shí)驗(yàn)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）

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城市軌道交通綜合仿真實(shí)驗(yàn)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(yùn)營(yíng)維護(hù)急需大量的高素質(zhì)、高技能人才，這對(duì)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(shí)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(yùn)行的安全性。從人才培養(yǎng)需求出發(fā)，通過(guò)校企合作，建設(shè)城市軌道交通綜合仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室依托于完全仿真的1：3比例的車(chē)輛，信號(hào)，供配電等模型，通過(guò)軟硬件的結(jié)合，給學(xué)生的知識(shí)和技能的提升提供一個(gè)不錯(cuò)的平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：軌道交通； 1：3車(chē)輛； 仿真

1　建設(shè)意義

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，緊密結(jié)合國(guó)家軌道交通的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展與現(xiàn)實(shí)需求，秉承“提升專(zhuān)業(yè)服務(wù)能力，服務(wù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，結(jié)合實(shí)際人員需求，我們制定了機(jī)電一體化城市軌道控制專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案，圍繞這個(gè)方案，需要建成為之配套的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室。

隨著重慶市城市軌道交通的發(fā)展，目前對(duì)于人才的需求比較迫切，尤其是一線(xiàn)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(yùn)營(yíng)過(guò)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(xiàn)一環(huán)”全部270個(gè)站點(diǎn)?！熬啪€(xiàn)一環(huán)”遠(yuǎn)景線(xiàn)網(wǎng)線(xiàn)路總長(zhǎng)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(xiàn)一環(huán)”，主城區(qū)軌道交通基本線(xiàn)網(wǎng)密度為0.46公里/平方公里，人才需求旺盛。

實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)目標(biāo)，本著教學(xué)與實(shí)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(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室，為重慶乃至全國(guó)的城市軌道交通的工程建設(shè)以及安全高效運(yùn)營(yíng)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(yùn)專(zhuān)線(xiàn)、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(hào)自動(dòng)控制設(shè)備的操作、維護(hù)、常見(jiàn)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(huì)營(yíng)銷(xiāo)、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(yùn)專(zhuān)線(xiàn)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(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心建成投入使用以后，使得城市軌道交通控制的專(zhuān)業(yè)教學(xué)具有系統(tǒng)的，完備的功能，在實(shí)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(zhuān)業(yè)核心課程

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

2.2構(gòu)建校企合作的專(zhuān)業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)

通過(guò)軌道交通實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)，為提高教師實(shí)際技能，增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)能力提供了平臺(tái)，為建設(shè)一支數(shù)量充足，結(jié)構(gòu)合理，專(zhuān)兼結(jié)合的專(zhuān)業(yè)建設(shè)團(tuán)隊(duì)提供了條件。在該實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)過(guò)程中，我們的思路是通過(guò)教師的全程參與，充分投入，為增強(qiáng)教師專(zhuān)業(yè)技能與理論知識(shí)產(chǎn)生了極大的促進(jìn)。

2.3提高社會(huì)服務(wù)功能和專(zhuān)業(yè)科研水平

以城市軌道交通實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室為依托，廣泛開(kāi)展企業(yè)職工培訓(xùn)，不斷提高社會(huì)服務(wù)能力，廣泛開(kāi)展教學(xué)科研活動(dòng)，為建設(shè)軌道專(zhuān)業(yè)提供理論支持。

3　實(shí)驗(yàn)實(shí)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(zhuān)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(zhuān)業(yè)核心課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)模塊4個(gè)，分別為城市軌道站場(chǎng)設(shè)備與線(xiàn)路，城市軌道交通信號(hào)與運(yùn)營(yíng)，城市軌道交通車(chē)輛設(shè)備，城市軌道交通牽引供電。

4　實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備功能要求

4.1城市軌道交通信號(hào)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(wú)渣道床，鋪設(shè)在實(shí)訓(xùn)室一樓地面。車(chē)站站臺(tái)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(tái)仿真制作。

（3）模型包括2個(gè)集中站、1個(gè)通過(guò)站、1個(gè)車(chē)輛段，共設(shè)8組道岔，16架信號(hào)機(jī)，24個(gè)軌道區(qū)段，其中7組道岔采用1:3改裝型S7OOK型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制，車(chē)輛段內(nèi)1組信號(hào)道岔采用實(shí)物S7OOK型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制；信號(hào)機(jī)按實(shí)物1:3仿真制作，信號(hào)機(jī)的各種顯示均由計(jì)算機(jī)操縱仿真軟件按進(jìn)路所需求信號(hào)顯示；軌道區(qū)段采用1:3特制鋼軌制作。

其中車(chē)輛段單開(kāi)道岔作為信號(hào)道岔實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括一副基本軌和一副尖軌，設(shè)置3架信號(hào)機(jī)，安裝一臺(tái)實(shí)物S700K電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)，并設(shè)置一個(gè)組合柜，組合柜內(nèi)安裝一個(gè)道岔組合，三個(gè)信號(hào)機(jī)組合，一個(gè)區(qū)段組合。其控制由計(jì)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(dòng)S700K電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)作。學(xué)生能同在現(xiàn)場(chǎng)一樣，對(duì)道岔進(jìn)行動(dòng)作電壓、動(dòng)作電流、故障電壓、故障電流、表示電壓的測(cè)試，并且能實(shí)現(xiàn)道岔動(dòng)作電路故障、表示電路故障的查找與處理。

（4）三個(gè)地鐵車(chē)站，包括島式站臺(tái)、側(cè)式站臺(tái)等形式。其中側(cè)式站臺(tái)一邊配備一套1:3車(chē)站屏蔽門(mén)；與車(chē)輛的塞拉門(mén)相對(duì)應(yīng)，打開(kāi)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(chē)門(mén)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。同時(shí)能實(shí)現(xiàn)三種控制方法：1、系統(tǒng)級(jí)控制（與車(chē)門(mén)聯(lián)動(dòng)）2、就地級(jí)控制。（由列車(chē)駕駛員或站務(wù)人員在站臺(tái)的就地控制盤(pán)（PSL）上對(duì)屏蔽門(mén)進(jìn)行“開(kāi)/關(guān)門(mén)”的控制方式。）3、手動(dòng)操作。（由站臺(tái)人員或乘客對(duì)屏蔽門(mén)進(jìn)行的操作。當(dāng)控制系統(tǒng)電源故障或個(gè)別屏蔽門(mén)操作機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，站臺(tái)工作人員可在站臺(tái)側(cè)用“專(zhuān)用鑰匙”或乘客在軌道側(cè)通過(guò)“開(kāi)門(mén)把手”打開(kāi)屏蔽門(mén)。

（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(chē)體內(nèi)，經(jīng)逆變器升壓至AC220V，確保供電穩(wěn)定，車(chē)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(chē)輛模型

實(shí)訓(xùn)室配備2臺(tái)地鐵車(chē)輛，地鐵車(chē)輛模型參照重慶地鐵車(chē)輛1:3制作，在軌道曲線(xiàn)半徑局限范圍之內(nèi)。每臺(tái)車(chē)設(shè)置一套電動(dòng)客室車(chē)門(mén)，打開(kāi)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(dòng)門(mén)的各種實(shí)際故障。車(chē)窗、塞拉門(mén)、緊急開(kāi)門(mén)手柄、緊急通話(huà)裝置，能看到車(chē)門(mén)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)能與屏蔽門(mén)聯(lián)動(dòng)。

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

每臺(tái)車(chē)輛設(shè)置2臺(tái)全鋼轉(zhuǎn)向架，一臺(tái)機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置；制動(dòng)方式采用盤(pán)形空氣制動(dòng)。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(chē)體，軸箱和轉(zhuǎn)向架之間起減振作用。

每臺(tái)車(chē)輛設(shè)置1臺(tái)受電弓，1:3仿真制作。

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

4.3OCC控制中心

OCC控制中心主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、通信服務(wù)器、ATS服務(wù)器、模擬機(jī)車(chē)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(kù)服務(wù)器。用于保存系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)，車(chē)站數(shù)據(jù)，中間運(yùn)算結(jié)果等信息。

（2）通信服務(wù)器。承載各個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，保持各個(gè)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(chē)控制命令，并將機(jī)車(chē)控制命令發(fā)送到相應(yīng)機(jī)車(chē)。

當(dāng)用戶(hù)通過(guò)機(jī)車(chē)控制框中相應(yīng)功能按鈕來(lái)手動(dòng)控制機(jī)車(chē)時(shí)，能實(shí)時(shí)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(chē)識(shí)別、跟蹤、車(chē)次號(hào)顯示；自動(dòng)/人工進(jìn)路設(shè)置；自動(dòng)/人工運(yùn)行調(diào)整；時(shí)刻表編制和管理；系統(tǒng)狀態(tài)顯示；列車(chē)運(yùn)行及信號(hào)設(shè)備的監(jiān)視和報(bào)警；運(yùn)行信息的記錄、統(tǒng)計(jì)和回放等。

（4）機(jī)車(chē)控制服務(wù)器。模擬機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的機(jī)車(chē)控制命令給對(duì)應(yīng)的模擬機(jī)車(chē)，從而實(shí)現(xiàn)模擬機(jī)車(chē)根據(jù)列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)而自動(dòng)運(yùn)行。同時(shí)自動(dòng)根據(jù)區(qū)間信號(hào)進(jìn)行站場(chǎng)間的行車(chē)作業(yè)。

（5）ATO/ATP服務(wù)器。用于自動(dòng)駕駛運(yùn)行；列車(chē)自動(dòng)折返；采用軌道電路監(jiān)測(cè)列車(chē)位置；列車(chē)自動(dòng)限速和制動(dòng)停車(chē)（限速分為兩個(gè)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(dòng)閉塞控制功能，進(jìn)路的自動(dòng)功能，信號(hào)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(shí)具有拒絕執(zhí)行錯(cuò)誤的操作命令，對(duì)于操作失誤及不滿(mǎn)足聯(lián)鎖的狀況給出提示；對(duì)于設(shè)備故障或重要信息給出提示；故障診斷、信號(hào)設(shè)備監(jiān)督和報(bào)警功能等。

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

4.4車(chē)站系統(tǒng)

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

車(chē)輛段微機(jī)聯(lián)鎖服務(wù)器。計(jì)算機(jī)界面與鐵科院的TYJL-II型車(chē)站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)一致具有信號(hào)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(mén)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(chǎng)實(shí)際操作一致；在中央故障或授權(quán)操作時(shí)，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(chǎng)控制盤(pán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的扣車(chē)、放行、跳停、緊急停車(chē)等功能；操作界面形狀、尺寸、操作按鈕與現(xiàn)場(chǎng)一致，操作能實(shí)際反映到模型上對(duì)列車(chē)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(gè)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(chē)站采用硬橫跨，線(xiàn)路上設(shè)有分段絕緣器、錨段關(guān)節(jié)、中心錨節(jié)、饋電線(xiàn)、電連接器、回流線(xiàn)等設(shè)備及各種線(xiàn)路、信號(hào)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(tái)模擬軟件，信號(hào)設(shè)自動(dòng)閉塞。接觸線(xiàn)、鋼軌均為銅制。

（1）牽引供電系統(tǒng)模擬系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)牽引供電的模擬功能，實(shí)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(xiàn)方式并以一定比例縮小，展現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)；接觸網(wǎng)采用直供加回流線(xiàn)簡(jiǎn)單鏈型懸掛方式，各段控制單獨(dú)送電，采用安全電壓。

（2）可以實(shí)現(xiàn)牽引變電所的計(jì)算機(jī)綜合控制功能。利用計(jì)算機(jī)控制軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引供電的控制，仿真牽引供電控制及操作功能（包含對(duì)變壓器、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器的開(kāi)斷操作），通過(guò)控制模擬調(diào)度屏實(shí)現(xiàn)真實(shí)供電系統(tǒng)的調(diào)度仿真。

5　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該建設(shè)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)軌道交通控制專(zhuān)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(diǎn)和實(shí)際技能，1:3比例的軌道車(chē)輛、線(xiàn)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(diǎn)，又能避免采用實(shí)際設(shè)備所帶來(lái)的高昂成本。本方案以實(shí)際仿真位出發(fā)點(diǎn)，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(shí)簡(jiǎn)單形象化加深對(duì)其的理解鞏固和掌握，并提高了學(xué)生實(shí)際的動(dòng)手能力和維修能力，為城市軌道交通控制專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)提供有力的支撐。

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

作者簡(jiǎn)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(dòng)方面的研究。