城市轨道交通综合仿真实验室建设方案

摘 要：随着重庆市城市轨道交通的迅猛发展，城市轨道运营维护急需大量的高素质、高技能人才，这对学校、企业的职业教育和员工培训提出更高的要求。完善的实训保障则是其关键因素，它直接影响着城市轨道交通运行的安全性。从人才培养需求出发，通过校企合作，建设城市轨道交通综合仿真实验实训室。实验实训室依托于完全仿真的1：3比例的车辆，信号，供配电等模型，通过软硬件的结合，给学生的知识和技能的提升提供一个不错的平台。

关键词：轨道交通； 1：3车辆； 仿真

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

1 建设意义

随着国家经济的发展，紧密结合国家轨道交通的长远发展与现实需求，秉承“提升专业服务能力，服务经济建设，结合实际人员需求，我们制定了机电一体化城市轨道控制专业培养方案，围绕这个方案，需要建成为之配套的实验实训室。

随着重庆市城市轨道交通的发展，目前对于人才的需求比较迫切，尤其是一线的操作，维护以及检修人员的需求。在每公里城市轨道的运营过程中需要50-60名工作人员。重庆市规划局公布了主城轨道交通“九线一环”全部270个站点。“九线一环”远景线网线路总长513公里，涉及主城区2737平方公里，包括渝中区、南岸区、沙坪坝区、江北区、九龙坡区、大渡口区的全部行政区域，及渝北区、北碚区、巴南区的部分行政区域。到2020年，初步建成“六线一环”，主城区轨道交通基本线网密度为0.46公里/平方公里，人才需求旺盛。

实验室的建设目标，本着教学与实际相结合的理念，打造涵盖城市轨道交通四大主要系统的精品实验实训室，为重庆乃至全国的城市轨道交通的工程建设以及安全高效运营提供优质的人才。

人才培养目标面向城市地铁、城市轻轨、客运专线、高速铁路等轨道交通领域，培养具有城市轨道交通通信信号自动控制设备的操作、维护、常见故障处理及施工管理能力和智能化电子仪表维护能力，具有“精维修、能操作、会营销、懂管理”和良好职业道德、创新精神和可持续发展能力的高等技术应用型技术人才。为规划中的重庆轨道客运专线提供人才支撑，服务当地经济的发展。

2 建设的目标

城市轨道交通实验实训中心建成投入使用以后，使得城市轨道交通控制的专业教学具有系统的，完备的功能，在实践教学，教师培训，技能考核，鉴定将发挥更大的作用。

2.1 服务于专业核心课程

实训中心将服务于轨道控制专业的核心课程，核心课程立足于我们的专业背景以及就业需求，在专业的定位中产生了实训设备的需求，如果项目建设成功，将更有利于培养方案的实施，更能体现我们的专业特色。

2.2 构建校企合作的专业教学团队

通过轨道交通实验实训中心的建设，为提高教师实际技能，增强专业能力提供了平台，为建设一支数量充足，结构合理，专兼结合的专业建设团队提供了条件。在该实验实训室的建设过程中，我们的思路是通过教师的全程参与，充分投入，为增强教师专业技能与理论知识产生了极大的促进。

2.3 提高社会服务功能和专业科研水平

以城市轨道交通实验实训室为依托，广泛开展企业职工培训，不断提高社会服务能力，广泛开展教学科研活动，为建设轨道专业提供理论支持。

3 实验实训室建设方案

在我们前期的资料收集以及调研研讨的基础上，结合专业背景以及学生就业情况的分析，初步确定建立与城市轨道控制专业核心课程相关的实验实训模块4个，分别为城市轨道站场设备与线路，城市轨道交通信号与运营，城市轨道交通车辆设备，城市轨道交通牵引供电。

4 实验实训设备功能要求

4.1 城市轨道交通信号模型

（1）模型尺寸：30米×8米

（2）模型轨道采用1：3特制钢轨制作；采用无渣道床，铺设在实训室一楼地面。车站站台等全部采用钢架组件、优质ABS板、高强度工程塑料搭建，用压克力板装饰，站台仿真制作。

（3）模型包括2个集中站、1个通过站、1个车辆段，共设8组道岔，16架信号机，24个轨道区段，其中7组道岔采用1：3改装型S7OOK型电动转辙机控制，车辆段内1组信号道岔采用实物S7OOK型电动转辙机控制；信号机按实物1：3仿真制作，信号机的各种显示均由计算机操纵仿真软件按进路所需求信号显示；轨道区段采用1：3特制钢轨制作。

其中车辆段单开道岔作为信号道岔实训室系统设计，包括一副基本轨和一副尖轨，设置3架信号机，安装一台实物S700K电动转辙机，并设置一个组合柜，组合柜内安装一个道岔组合，三个信号机组合，一个区段组合。其控制由计算机操纵，控制组合柜内道岔组合，再经道岔组合驱动S700K电动转辙机的动作。学生能同在现场一样，对道岔进行动作电压、动作电流、故障电压、故障电流、表示电压的测试，并且能实现道岔动作电路故障、表示电路故障的查找与处理。

（4）三个地铁车站，包括岛式站台、侧式站台等形式。其中侧式站台一边配备一套1：3车站屏蔽门；与车辆的塞拉门相对应，打开检修盖可以清晰的看到内部零件的形状与所在位置，能够与车门实现联动。同时能实现三种控制方法：1、系统级控制（与车门联动）2、就地级控制。（由列车驾驶员或站务人员在站台的就地控制盘（PSL）上对屏蔽门进行“开/关门”的控制方式。）3、手动操作。（由站台人员或乘客对屏蔽门进行的操作。当控制系统电源故障或个别屏蔽门操作机构发生故障时，站台工作人员可在站台侧用“专用钥匙”或乘客在轨道侧通过“开门把手”打开屏蔽门。

（5）供电方式需提供接触网供电，接触网供电采用36V安全电压。由受电弓取电至车体内，经逆变器升压至AC220V，确保供电稳定，车体内配置UPS不间断电源。整流、逆变后供牵引电机。

4.2 城轨车辆模型

实训室配备2台地铁车辆，地铁车辆模型参照重庆地铁车辆1：3制作，在轨道曲线半径局限范围之内。每台车设置一套电动客室车门，打开检修盖可以清晰的看到内部零件的形状与所在位置，各零部件均可自由拆装，可以模拟电动门的各种实际故障。车窗、塞拉门、紧急开门手柄、紧急通话装置，能看到车门的结构，同时能与屏蔽门联动。

车体、转向架、受电弓、车轮和轨道均采用金属材质制作。

每台车辆设置2台全钢转向架，一台机车驱动装置；制动方式采用盘形空气制动。减振分一系和二系，一系为钢质弹簧和减震器，二系为空气弹簧减振，能在车体，轴箱和转向架之间起减振作用。

每台车辆设置1台受电弓，1：3仿真制作。

车辆模型外观和重庆地铁车辆一致，经过变频使用三相（交流380V）牵引电机驱动，可遥控或电脑控制。根据相应的控制命令，对列车运行情况进行操作，包括机车前进、机车后退、机车加速前进、机车加速后退、机车停车等。控制台应能够实时显示车辆的位置信息和运行状态信息。车辆分快慢两档运行控制，可以自动调节车辆运行速度，快档运行速度不低于6公里/小时、慢档不高于4公里/小时，具有大于10公里/小时的运行能力。

4.3 OCC控制中心

OCC控制中心主要包括数据库服务器、通信服务器、ATS服务器、模拟机车控制服务器、ATP/ATO服务器、C_LOW服务器和调监服务器。

（1）数据库服务器。用于保存系统初始数据，车站数据，中间运算结果等信息。

（2）通信服务器。承载各个系统之间的数据转换，保持各个系统之间的通信连接。

接收微机联锁仿真系统的机车控制命令，并将机车控制命令发送到相应机车。

当用户通过机车控制框中相应功能按钮来手动控制机车时，能实时将控制状态转发给微机联锁仿真系统。

（3）ATS服务器。用于列车识别、跟踪、车次号显示；自动/人工进路设置；自动/人工运行调整；时刻表编制和管理；系统状态显示；列车运行及信号设备的监视和报警；运行信息的记录、统计和回放等。

（4）机车控制服务器。模拟机车控制系统根据相应的机车控制命令给对应的模拟机车，从而实现模拟机车根据列车运行状态而自动运行。同时自动根据区间信号进行站场间的行车作业。

（5）ATO/ATP服务器。用于自动驾驶运行；列车自动折返；采用轨道电路监测列车位置；列车自动限速和制动停车（限速分为两个档位，快档和慢档）等。

（6）C_LOW服务器。应具有进路控制功能，自动闭塞控制功能，进路的自动功能，信号机的显示及设置 ，轨道空闲处理功能 ，道岔控制功能，接收调度员进路操作命令或者ATS控制指令，排列进路；

同时具有拒绝执行错误的操作命令，对于操作失误及不满足联锁的状况给出提示；对于设备故障或重要信息给出提示；故障诊断、信号设备监督和报警功能等。

（7）调监服务器。用于显示全线路轨道、信号机、道岔状态，监视列车的运行和车次编号，轨道占用、出清等显示状态信息。

4.4 车站系统

车站系统包括一台车辆段微机联锁服务器、2台LOW微机联锁服务器和1台LCP服务器。

车辆段微机联锁服务器。计算机界面与铁科院的TYJL-II型车站计算机联锁系统一致具有信号控制功能、道岔控制功能、轨道控制功能、进路办理与解锁功能。

LOW微机联锁服务器。采用与西门子ATC控制系统一致的LOW操作界面，软件元素、操作按钮、显示和响应方式必须与现场实际操作一致；在中央故障或授权操作时，可以切换到LOW本地操作模式，进行控制；

LCP服务器。位于控制室的现场控制盘，实现对列车的扣车、放行、跳停、紧急停车等功能；操作界面形状、尺寸、操作按钮与现场一致，操作能实际反映到模型上对列车的控制。

4.5 牵引供电系统

模型架设接触网，设置1个牵引变电所。接触网（可通电）采用半补偿悬挂装置与全补偿悬挂装置，车站采用硬横跨，线路上设有分段绝缘器、锚段关节、中心锚节、馈电线、电连接器、回流线等设备及各种线路、信号标志齐全，接触网可通电演示牵引变电远程控制平台模拟软件，信号设自动闭塞。接触线、钢轨均为铜制。

（1）牵引供电系统模拟系统主要实现牵引供电的模拟功能，实现牵引供电的模拟仿真，物理上按电气化供电直供加回流线方式并以一定比例缩小，展现真实系统；接触网采用直供加回流线简单链型悬挂方式，各段控制单独送电，采用安全电压。

（2）可以实现牵引变电所的计算机综合控制功能。利用计算机控制软件实现对牵引供电的控制，仿真牵引供电控制及操作功能（包含对变压器、隔离开关、断路器的开断操作），通过控制模拟调度屏实现真实供电系统的调度仿真。

5 结束语

通过该建设方案来实现轨道交通控制专业的教学，能够全面贯彻职业教育理念，围绕突出职业特点和实际技能，1：3比例的轨道车辆、线路、供配电等模型，既能够直观的展现出轨道交通系统设备的特点，又能避免采用实际设备所带来的高昂成本。本方案以实际仿真位出发点，让学生直观地接受教学内容，把复杂抽象的城市轨道交通控制理论知识简单形象化加深对其的理解巩固和掌握，并提高了学生实际的动手能力和维修能力，为城市轨道交通控制专业的人才培养提供有力的支撑。

参考文献：

[1]张天彤，马松花，支斌，韩增盛.城市轨道交通综合仿真实训基地建设的研究[J].实验室研究与探索，2013（08）：244.

[2]邢红霞.城市轨道交通列车自动控制系统实验室建设方案[J].城市轨道交通研究，2011（09）：76

作者简介：周北明（1982-），男，湖北武汉人，硕士，讲师，主要从事电力电子与电气传动方面的研究。

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