一种用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置及方法技术领域
本发明涉及一种用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置及方法，属于城市轨道车辆控制教学技术领域。
背景技术
目前，在教学领域，用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置都是根据目前城市实际在运营的轨道交通车辆进行仿制，在结构和形式上与实物类似，因此，存在以下缺点，
（1）实训装置占地面积大，不便于现场教学；
（2）可运用于教学的空间和功能等比较匮乏，主要体现在，控制逻辑不合理或与真实逻辑不完全相符，电气控制终端不可视、缺乏受控对象模拟演示、缺乏故障排查功能等缺点，不便于现场教学。
发明内容
本发明目的是为了克服现有的城市实际在运营的轨道交通车辆进行仿制，在结构和形式上与实物类似存在的不足。本发明的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置及方法，体积小，便于现场教学，并具有外形逼真开放、控制逻辑合理、受控对象参与模拟演示、可设置和排查运行故障功能，结构简单，容易实现，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置，其特征在于：包括司机控制台、电气控制终端和PLC受控模拟对象，
所述司机控制台，用于实现城市轨道车辆的静动态检测、司机控制台上的各功能键和指示灯检测，控制受电弓、牵引与制动、乘客信息系统模拟对象工作，并显示PLC受控模拟对象的工作状态；
所述电气控制终端，用于接收司机控制台的控制信号，处理后发送给PLC受控模拟对象，控制PLC受控模拟对象工作，并实时检测PLC受控模拟对象的工作状态，反馈给司机控制台；
所述PLC受控模拟对象，用于接收电气控制终端的控制信号，模拟城市轨道车辆的正常运行，并反馈给电气控制终端，
所述司机控制台通过通信电缆与电气控制终端相连接，所述电气控制终端通过通信电缆与PLC受控模拟对象相连接。
前述的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置，其特征在于：所述电气控制终端包括控制柜、操作指示单元、断路器组、PLC控制器、信号采集板、继电器组、接线端子排、第一开关电源、第二开关电源、第一通信电缆、第二通信电缆、蓄电池组，所述控制柜内设有多层水平设置的网孔架，所述操作指示单元、断路器组、PLC控制器、信号采集板、继电器组、接线端子排、第一开关电源、第二开关电源依次设置在各层的网孔架上，所述第一通信电缆、第二通信电缆设置在控制柜的两侧，所述蓄电池组设置在控制柜的底部，所述PLC控制器的输入端通过第一通信电缆与司机控制台的输出端相连接，所述PLC控制器的输出端通过第二通信电缆与PLC受控模拟对象相连接。
前述的前述的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置，其特征在于：所述控制柜内还设有用于放置第一通信电缆、第二通信电缆的布线槽。
前述的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置，其特征在于：所述PLC受控模拟对象包括受电弓、空调出风口、动态地图显示板、监控视频显示面板、语音提示喇叭孔、滚动字幕屏、模拟转向架和PLC受控柜，
所述受电弓设置在PLC受控柜的顶部上方，用于演示接收电气控制终端控制信号后的升降动作；
所述空调出风口设置在PLC受控柜前面板的上部，用于演示接收电气控制终端控制信号后的出风状态；
所述动态地图显示板设置在空调出风口下方的PLC受控柜前面板上，用于演示接收电气控制终端控制信号后的到站状态的地图闪烁；
所述监控视频显示面板、语音提示喇叭孔、滚动字幕屏并排设置在动态地图显示板下方的PLC受控柜前面板上，所述用于显示监控视频，所述语音提示喇叭孔用于演示接收电气控制终端控制信号后的语音提示和报站状态，所述滚动字幕屏用于显示到站信息；
所述模拟转向架设置在PLC受控柜内部的下方，所述模拟转向架用于演示接收电气控制终端控制信号后的运行或者停止。
前述的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置，其特征在于：所述司机控制台、控制柜、PLC受控柜的底部均设有万向轮，且万向轮上均设有脚刹。
基于前述的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置的实训方法，其特征在于：包括手动操作模式、自动操作模式，
所述手动操作模式，包括以下实训方式，
学员通过司机控制台控制手柄，处于惰行位置，出现以下状态：
（A1）当模式选择旋钮处于停止位置状态，停放制动有效、摩擦制动有效，显示制动状态，牵引电机静止，且所有制动施加指示灯亮；
（A2）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，停放制动无效，若有零速信号时，摩擦制动有效、牵引电机静止；若无零速信号时，电机靠惯性运动，停放制动无效、摩擦制动无效，且所有制动施加指示灯不亮；
（A3）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，若有零速信号，摩擦制动有效、牵引电机静止，若车辆侧门未关好、逃生门未关好、司机室门未关好或者紧急解锁激活，触发声响报警，显示相应的报警状态；
（A4）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，若无零速信号，电机靠惯性运动，停放制动无效、摩擦制动无效，若车辆侧门未关好、逃生门未关好、司机室门未关好或者紧急解锁激活，触发声响报警，显示相应的报警状态，车辆紧急制动；
学员通过司机控制台控制手柄，处于牵引位置，出现以下状态：
（B1）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，若车辆侧门关好、逃生门和司机室门关好、紧急解锁没有激活的条件下，门关好指示灯亮，停放制动无效、摩擦制动无效、制动缓解指示灯亮，气压表显示0bar；
（B2）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，若车辆侧门未关好、逃生门未关好、司机室门未关好或者紧急解锁激活，声响报警，车辆制动，气压表显示回升2bar气压，并显示相应的报警状态；
（B3）若司机警惕开关被按下，模式选择旋钮处于手动状态，则控制要求为摩擦制动无效、停放制动无效、制动缓解指示灯亮，牵引电机运行，最高转速为40km/h，并显示相应的转速；若司机警惕开关被松开2秒，则控制要求为列车紧急制动，此时，摩擦制动有效、牵引电机停转，气压表显示回升2bar气压，显示制动报警状态；
（B4）若司机警惕开关被按下，模式选择旋钮处于限速向前状态，则控制要求为摩擦制动无效、停放制动无效、制动缓解指示灯亮，牵引电机运行，最高转速为20km/h，显示相应的转速；若司机警惕开关被松开2秒，则控制要求变为紧急制动，即摩擦制动有效、牵引电机停转，气压表显示回升2bar气压，显示制动报警状态；
（B5）若司机警惕开关被按下，模式选择旋钮处于洗车状态，则控制要求为摩擦制动无效、停放制动无效、制动缓解指示灯亮，牵引电机运行，最高转速为3km/h，显示相应的转速；若司机警惕开关被松开2秒，则控制要求变为紧急制动，即摩擦制动有效、牵引电机停转，气压表显示回升2bar气压，显示制动报警状态；
（B6）若司机警惕开关被按下，模式选择旋钮处于限速向后状态，则控制要求为摩擦制动无效、停放制动无效、制动缓解指示灯亮，牵引电机运行，最高转速为10km/h，显示相应的转速；若司机警惕开关被松开2秒，则控制要求变为紧急制动，即摩擦制动有效、牵引电机停转，气压表显示回升2bar气压，显示制动报警状态；
（B7）学员通过司机控制台控制手柄，转换到惰行位置，若车辆处于非制动状态，会触发紧急制动，显示制动报警状态；
学员通过司机控制台控制手柄，处于制动或快速制动位置，出现以下状态：
（C1）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，则控制要求为摩擦制动有效、牵引电机停转，气压表显示回升2bar气压，显示制动状态；
（C2）模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，若摩擦制动无效，摩擦制动故障指示灯亮，声响报警，显示相应的报警信息；
所述自动操作模式，包括以下实训方式，
学员通过司机控制台控制手柄，处于惰行位置，若模式选择旋钮处于自动状态，当车辆所有门关好、紧急解锁无激活、无报警，显示相应运行图标，在自动运行准备条件具备时，按下自动控制键，自动控制键键自带指示灯常亮，车辆将以70km/h速度自动运行至下一站，到站后车速为零，语音报出当前站点信息，动态地图运行至相应站点，车轮停止运动时车速为零，此时，自动控制键键自带指示灯熄灭，车辆门自动开启，待乘客上、下车完毕后，需进行关门操作，待门关好后，自动控制键自带指示灯闪烁，再次按下自动控制键，车辆以70km/h速度自动运行，直到车辆运行至终点。
前述的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置的实训方法，其特征在于：在自动操作模式中，若遇到故障报警，车辆紧急制动，待相应故障排查解决完毕后，自动控制键自带指示灯闪烁，再次按下自动控制键，车辆以70km/h速度自动运行。
本发明的有益效果是：本发明的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置及方法，体积小，便于现场教学，并具有外形逼真开放、控制逻辑合理、受控对象参与模拟演示、可设置和排查运行故障功能，结构简单，容易实现，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置的结构示意图。
图2是本发明的司机控制台的结构示意图。
图3是本发明的电气控制终端的结构示意图。
图4是本发明的PLC受控模拟对象的结构示意图。
附图中标记的含义如下：
1：司机控制台；2：电气控制终端；201：控制柜；202：操作指示单元；203：断路器组；204：PLC控制器；205：信号采集板；206：继电器组；207：接线端子排；208：第一开关电源；209：第二开关电源；210：第一通信电缆；211：第二通信电缆；212：蓄电池组；3：PLC受控模拟对象；301：受电弓；302：空调出风口；303：动态地图显示板；304：监控视频显示面板；305：语音提示喇叭孔；306：滚动字幕屏；307：模拟转向架；308：PLC受控柜。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明做进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置，包括司机控制台1、电气控制终端2和PLC受控模拟对象3，
如图2所示，所述司机控制台1，用于实现城市轨道车辆的静动态检测、司机控制台上的各功能键和指示灯检测，控制受电弓、牵引与制动、乘客信息系统模拟对象工作，并显示PLC受控模拟对象3的工作状态；
所述电气控制终端2，用于接收司机控制台1的控制信号，处理后发送给PLC受控模拟对象3，控制PLC受控模拟对象3工作，并实时检测PLC受控模拟对象3的工作状态，反馈给司机控制台1；
所述PLC受控模拟对象3，用于接收电气控制终端2的控制信号，模拟城市轨道车辆的正常运行，并反馈给电气控制终端2，
所述司机控制台1通过通信电缆与电气控制终端2相连接，所述电气控制终端2通过通信电缆与PLC受控模拟对象3相连接。
如图3所示，所述电气控制终端2包括控制柜201、操作指示单元202、断路器组203、PLC控制器204、信号采集板205、继电器组206、接线端子排207、第一开关电源208、第二开关电源209、第一通信电缆210、第二通信电缆211、蓄电池组212，所述控制柜201内设有多层水平设置的网孔架213，所述操作指示单元202、断路器组203、PLC控制器204、信号采集板205、继电器组206、接线端子排207、第一开关电源208、第二开关电源209依次设置在各层的网孔架213上，所述第一通信电缆210、第二通信电缆211设置在控制柜201的两侧，所述蓄电池组212设置在控制柜201的底部，所述PLC控制器204的输入端通过第一通信电缆210与司机控制台1的输出端相连接，所述PLC控制器204的输出端通过第二通信电缆210与PLC受控模拟对象3相连接。
所述控制柜201内还设有用于放置第一通信电缆210、第二通信电缆211的布线槽212。
如图4所示，所述PLC受控模拟对象3包括受电弓301、空调出风口302、动态地图显示板303、监控视频显示面板304、语音提示喇叭孔305、滚动字幕屏306、模拟转向架307和PLC受控柜308，
所述受电弓301设置在PLC受控柜308的顶部上方，用于演示接收电气控制终端2控制信号后的升降动作；
所述空调出风口302设置在PLC受控柜308前面板的上部，用于演示接收电气控制终端2控制信号后的出风状态；
所述动态地图显示板303设置在空调出风口302下方的PLC受控柜308前面板上，用于演示接收电气控制终端2控制信号后的到站状态的地图闪烁；
所述监控视频显示面板304、语音提示喇叭孔305、滚动字幕屏306并排设置在动态地图显示板303下方的PLC受控柜308前面板上，所述用于显示监控视频，所述语音提示喇叭孔305用于演示接收电气控制终端2控制信号后的语音提示和报站状态，所述滚动字幕屏306用于显示车辆内模拟温度及车辆模拟速度；
所述模拟转向架307设置在PLC受控柜308内部的下方，所述模拟转向架307用于演示接收电气控制终端2控制信号后的运行或者停止。
所述司机控制台1、控制柜201、PLC受控柜308的底部均设有万向轮，且万向轮上均设有脚刹。
基于上述的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置的实训方法，包括手动操作模式、自动操作模式，
所述手动操作模式，包括以下实训方式，
学员通过司机控制台控制手柄，处于惰行位置，出现以下状态：
（A1）当模式选择旋钮处于停止位置状态，停放制动有效、摩擦制动有效，显示制动状态，牵引电机静止，且所有制动施加指示灯亮；
（A2）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，停放制动无效，若有零速信号时，摩擦制动有效、牵引电机静止；若无零速信号时，电机靠惯性运动，停放制动无效、摩擦制动无效，且所有制动施加指示灯不亮；
（A3）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，若有零速信号，摩擦制动有效、牵引电机静止，若车辆侧门未关好、逃生门未关好、司机室门未关好或者紧急解锁激活，触发声响报警，显示相应的报警状态；
（A4）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，若无零速信号，电机靠惯性运动，停放制动无效、摩擦制动无效，若车辆侧门未关好、逃生门未关好、司机室门未关好或者紧急解锁激活，触发声响报警，显示相应的报警状态，车辆紧急制动；
学员通过司机控制台控制手柄，处于牵引位置，出现以下状态：
（B1）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，若车辆侧门关好、逃生门和司机室门关好、紧急解锁没有激活的条件下，门关好指示灯亮，停放制动无效、摩擦制动无效、制动缓解指示灯亮，气压表显示0bar；
（B2）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，若车辆侧门未关好、逃生门未关好、司机室门未关好或者紧急解锁激活，声响报警，车辆制动，气压表显示回升2bar气压，并显示相应的报警状态；
（B3）若司机警惕开关被按下，模式选择旋钮处于手动状态，则控制要求为摩擦制动无效、停放制动无效、制动缓解指示灯亮，牵引电机运行，最高转速为40km/h，并显示相应的转速；若司机警惕开关被松开2秒，则控制要求为列车紧急制动，此时，摩擦制动有效、牵引电机停转，气压表显示回升2bar气压，显示制动报警状态；
（B4）若司机警惕开关被按下，模式选择旋钮处于限速向前状态，则控制要求为摩擦制动无效、停放制动无效、制动缓解指示灯亮，牵引电机运行，最高转速为20km/h，显示相应的转速；若司机警惕开关被松开2秒，则控制要求变为紧急制动，即摩擦制动有效、牵引电机停转，气压表显示回升2bar气压，显示制动报警状态；
（B5）若司机警惕开关被按下，模式选择旋钮处于洗车状态，则控制要求为摩擦制动无效、停放制动无效、制动缓解指示灯亮，牵引电机运行，最高转速为3km/h，显示相应的转速；若司机警惕开关被松开2秒，则控制要求变为紧急制动，即摩擦制动有效、牵引电机停转，气压表显示回升2bar气压，显示制动报警状态；
（B6）若司机警惕开关被按下，模式选择旋钮处于限速向后状态，则控制要求为摩擦制动无效、停放制动无效、制动缓解指示灯亮，牵引电机运行，最高转速为10km/h，显示相应的转速；若司机警惕开关被松开2秒，则控制要求变为紧急制动，即摩擦制动有效、牵引电机停转，气压表显示回升2bar气压，显示制动报警状态；
（B7）学员通过司机控制台控制手柄，转换到惰行位置，若车辆处于非制动状态，会触发紧急制动，显示制动报警状态；
学员通过司机控制台控制手柄，处于制动或快速制动位置，出现以下状态：
（C1）当模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，则控制要求为摩擦制动有效、牵引电机停转，气压表显示回升2bar气压，显示制动状态；
（C2）模式选择旋钮处于手动、限速向前、洗车、限速向后四种状态之一时，若摩擦制动无效，摩擦制动故障指示灯亮，声响报警，显示相应的报警信息；
所述自动操作模式，包括以下实训方式，
学员通过司机控制台控制手柄，处于惰行位置，若模式选择旋钮处于自动状态，当车辆所有门关好、紧急解锁无激活、无报警，显示相应运行图标，在自动运行准备条件具备时，按下自动控制键，自动控制键键自带指示灯常亮，车辆将以70km/h速度自动运行至下一站，到站后车速为零，语音报出当前站点信息，动态地图运行至相应站点，车轮停止运动时车速为零，此时，自动控制键键自带指示灯熄灭，车辆门自动开启，待乘客上、下车完毕后，需进行关门操作，待门关好后，自动控制键自带指示灯闪烁，再次按下自动控制键，车辆以70km/h速度自动运行，直到车辆运行至终点。
在自动操作模式中，若遇到故障报警，车辆紧急制动，待相应故障排查解决完毕后，自动控制键自带指示灯闪烁，再次按下自动控制键，车辆以70km/h速度自动运行。
综上所述，本发明的用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置及方法，能够实现控制逻辑与目前民用的城市轨道交通车辆控制逻辑一致的城市轨道交通车辆控制实训平台，并模拟真实城市轨道交通车辆的功能和运行状态（受电弓、动态地图、语音报站、字幕提示、空调、监控系统及转向架），作为教学设备，具有真实性强、专业性强、针对性强等特点；教师可根据车辆运行状态，模拟设置线路、信号、运行状态及检测多项故障，并引导学生逐一进行排除，真正做到理论与实践相结合；还解决目前模拟司机室占地面积大、无法移动、教学空间狭窄等缺点，将实训装置开放化、可视化，可批量投入教学，解决以往“少部分人操作，多人观摩”的教学弊端，实现人人可操作，有利于教学单位的教学管理和实验室建设；运用模块化设计，真实感强、外形美观、操作方便，体积小，便于现场教学，并具有外形逼真开放、控制逻辑合理、受控对象参与模拟演示、可设置和排查运行故障功能，结构简单，容易实现，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。