城市軌道交通綜合仿真實驗室建設方案

周北明，丘柳東（重慶工業職業技術學院，重慶　401120）

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城市軌道交通綜合仿真實驗室建設方案

周北明，丘柳東
（重慶工業職業技術學院，重慶401120）

摘要：隨著重慶市城市軌道交通的迅猛發展，城市軌道運營維護急需大量的高素質、高技能人才，這對學校、企業的職業教育和員工培訓提出更高的要求。完善的實訓保障則是其關鍵因素，它直接影響著城市軌道交通運行的安全性。從人才培養需求出發，通過校企合作，建設城市軌道交通綜合仿真實驗實訓室。實驗實訓室依托于完全仿真的1：3比例的車輛，信號，供配電等模型，通過軟硬件的結合，給學生的知識和技能的提升提供一個不錯的平臺。

關鍵詞：軌道交通； 1：3車輛； 仿真

1　建設意義

隨著國家經濟的發展，緊密結合國家軌道交通的長遠發展與現實需求，秉承“提升專業服務能力，服務經濟建設，結合實際人員需求，我們制定了機電一體化城市軌道控制專業培養方案，圍繞這個方案，需要建成為之配套的實驗實訓室。

隨著重慶市城市軌道交通的發展，目前對于人才的需求比較迫切，尤其是一線的操作，維護以及檢修人員的需求。在每公里城市軌道的運營過程中需要50-60名工作人員。重慶市規劃局公布了主城軌道交通“九線一環”全部270個站點。“九線一環”遠景線網線路總長513公里，涉及主城區2737平方公里，包括渝中區、南岸區、沙坪壩區、江北區、九龍坡區、大渡口區的全部行政區域，及渝北區、北碚區、巴南區的部分行政區域。到2020年，初步建成“六線一環”，主城區軌道交通基本線網密度為0.46公里/平方公里，人才需求旺盛。

實驗室的建設目標，本著教學與實際相結合的理念，打造涵蓋城市軌道交通四大主要系統的精品實驗實訓室，為重慶乃至全國的城市軌道交通的工程建設以及安全高效運營提供優質的人才。

人才培養目標面向城市地鐵、城市輕軌、客運專線、高速鐵路等軌道交通領域，培養具有城市軌道交通通信信號自動控制設備的操作、維護、常見故障處理及施工管理能力和智能化電子儀表維護能力，具有“精維修、能操作、會營銷、懂管理”和良好職業道德、創新精神和可持續發展能力的高等技術應用型技術人才。為規劃中的重慶軌道客運專線提供人才支撐，服務當地經濟的發展。

2　建設的目標

城市軌道交通實驗實訓中心建成投入使用以后，使得城市軌道交通控制的專業教學具有系統的，完備的功能，在實踐教學，教師培訓，技能考核，鑒定將發揮更大的作用。

2.1服務于專業核心課程

實訓中心將服務于軌道控制專業的核心課程，核心課程立足于我們的專業背景以及就業需求，在專業的定位中產生了實訓設備的需求，如果項目建設成功，將更有利于培養方案的實施，更能體現我們的專業特色。

2.2構建校企合作的專業教學團隊

通過軌道交通實驗實訓中心的建設，為提高教師實際技能，增強專業能力提供了平臺，為建設一支數量充足，結構合理，專兼結合的專業建設團隊提供了條件。在該實驗實訓室的建設過程中，我們的思路是通過教師的全程參與，充分投入，為增強教師專業技能與理論知識產生了極大的促進。

2.3提高社會服務功能和專業科研水平

以城市軌道交通實驗實訓室為依托，廣泛開展企業職工培訓，不斷提高社會服務能力，廣泛開展教學科研活動，為建設軌道專業提供理論支持。

3　實驗實訓室建設方案

在我們前期的資料收集以及調研研討的基礎上，結合專業背景以及學生就業情況的分析，初步確定建立與城市軌道控制專業核心課程相關的實驗實訓模塊4個，分別為城市軌道站場設備與線路，城市軌道交通信號與運營，城市軌道交通車輛設備，城市軌道交通牽引供電。

4　實驗實訓設備功能要求

4.1城市軌道交通信號模型

（1）模型尺寸：30米×8米

（2）模型軌道采用1:3特制鋼軌制作；采用無渣道床，鋪設在實訓室一樓地面。車站站臺等全部采用鋼架組件、優質ABS板、高強度工程塑料搭建，用壓克力板裝飾，站臺仿真制作。

（3）模型包括2個集中站、1個通過站、1個車輛段，共設8組道岔，16架信號機，24個軌道區段，其中7組道岔采用1:3改裝型S7OOK型電動轉轍機控制，車輛段內1組信號道岔采用實物S7OOK型電動轉轍機控制；信號機按實物1:3仿真制作，信號機的各種顯示均由計算機操縱仿真軟件按進路所需求信號顯示；軌道區段采用1:3特制鋼軌制作。

其中車輛段單開道岔作為信號道岔實訓室系統設計，包括一副基本軌和一副尖軌，設置3架信號機，安裝一臺實物S700K電動轉轍機，并設置一個組合柜，組合柜內安裝一個道岔組合，三個信號機組合，一個區段組合。其控制由計算機操縱，控制組合柜內道岔組合，再經道岔組合驅動S700K電動轉轍機的動作。學生能同在現場一樣，對道岔進行動作電壓、動作電流、故障電壓、故障電流、表示電壓的測試，并且能實現道岔動作電路故障、表示電路故障的查找與處理。

（4）三個地鐵車站，包括島式站臺、側式站臺等形式。其中側式站臺一邊配備一套1:3車站屏蔽門；與車輛的塞拉門相對應，打開檢修蓋可以清晰的看到內部零件的形狀與所在位置，能夠與車門實現聯動。同時能實現三種控制方法：1、系統級控制（與車門聯動）2、就地級控制。（由列車駕駛員或站務人員在站臺的就地控制盤（PSL）上對屏蔽門進行“開/關門”的控制方式。）3、手動操作。（由站臺人員或乘客對屏蔽門進行的操作。當控制系統電源故障或個別屏蔽門操作機構發生故障時，站臺工作人員可在站臺側用“專用鑰匙”或乘客在軌道側通過“開門把手”打開屏蔽門。

（5）供電方式需提供接觸網供電，接觸網供電采用36V安全電壓。由受電弓取電至車體內，經逆變器升壓至AC220V，確保供電穩定，車體內配置UPS不間斷電源。整流、逆變后供牽引電機。

4.2城軌車輛模型

實訓室配備2臺地鐵車輛，地鐵車輛模型參照重慶地鐵車輛1:3制作，在軌道曲線半徑局限范圍之內。每臺車設置一套電動客室車門，打開檢修蓋可以清晰的看到內部零件的形狀與所在位置，各零部件均可自由拆裝，可以模擬電動門的各種實際故障。車窗、塞拉門、緊急開門手柄、緊急通話裝置，能看到車門的結構，同時能與屏蔽門聯動。

車體、轉向架、受電弓、車輪和軌道均采用金屬材質制作。

每臺車輛設置2臺全鋼轉向架，一臺機車驅動裝置；制動方式采用盤形空氣制動。減振分一系和二系，一系為鋼質彈簧和減震器，二系為空氣彈簧減振，能在車體，軸箱和轉向架之間起減振作用。

每臺車輛設置1臺受電弓，1:3仿真制作。

車輛模型外觀和重慶地鐵車輛一致，經過變頻使用三相（交流380V）牽引電機驅動，可遙控或電腦控制。根據相應的控制命令，對列車運行情況進行操作，包括機車前進、機車后退、機車加速前進、機車加速后退、機車停車等。控制臺應能夠實時顯示車輛的位置信息和運行狀態信息。車輛分快慢兩檔運行控制，可以自動調節車輛運行速度，快檔運行速度不低于6公里/小時、慢檔不高于4公里/小時，具有大于10公里/小時的運行能力。

4.3OCC控制中心

OCC控制中心主要包括數據庫服務器、通信服務器、ATS服務器、模擬機車控制服務器、ATP/ATO服務器、C_LOW服務器和調監服務器。

（1）數據庫服務器。用于保存系統初始數據，車站數據，中間運算結果等信息。

（2）通信服務器。承載各個系統之間的數據轉換，保持各個系統之間的通信連接。

接收微機聯鎖仿真系統的機車控制命令，并將機車控制命令發送到相應機車。

當用戶通過機車控制框中相應功能按鈕來手動控制機車時，能實時將控制狀態轉發給微機聯鎖仿真系統。

（3）ATS服務器。用于列車識別、跟蹤、車次號顯示；自動/人工進路設置；自動/人工運行調整；時刻表編制和管理；系統狀態顯示；列車運行及信號設備的監視和報警；運行信息的記錄、統計和回放等。

（4）機車控制服務器。模擬機車控制系統根據相應的機車控制命令給對應的模擬機車，從而實現模擬機車根據列車運行狀態而自動運行。同時自動根據區間信號進行站場間的行車作業。

（5）ATO/ATP服務器。用于自動駕駛運行；列車自動折返；采用軌道電路監測列車位置；列車自動限速和制動停車（限速分為兩個檔位，快檔和慢檔）等。

（6）C_LOW服務器。應具有進路控制功能，自動閉塞控制功能，進路的自動功能，信號機的顯示及設置 ，軌道空閑處理功能 ，道岔控制功能，接收調度員進路操作命令或者ATS控制指令，排列進路；同時具有拒絕執行錯誤的操作命令，對于操作失誤及不滿足聯鎖的狀況給出提示；對于設備故障或重要信息給出提示；故障診斷、信號設備監督和報警功能等。

（7）調監服務器。用于顯示全線路軌道、信號機、道岔狀態，監視列車的運行和車次編號，軌道占用、出清等顯示狀態信息。

4.4車站系統

車站系統包括一臺車輛段微機聯鎖服務器、2臺LOW微機聯鎖服務器和1臺LCP服務器。

車輛段微機聯鎖服務器。計算機界面與鐵科院的TYJL-II型車站計算機聯鎖系統一致具有信號控制功能、道岔控制功能、軌道控制功能、進路辦理與解鎖功能。

LOW微機聯鎖服務器。采用與西門子ATC控制系統一致的LOW操作界面，軟件元素、操作按鈕、顯示和響應方式必須與現場實際操作一致；在中央故障或授權操作時，可以切換到LOW本地操作模式，進行控制；

LCP服務器。位于控制室的現場控制盤，實現對列車的扣車、放行、跳停、緊急停車等功能；操作界面形狀、尺寸、操作按鈕與現場一致，操作能實際反映到模型上對列車的控制。

4.5牽引供電系統

模型架設接觸網，設置1個牽引變電所。接觸網（可通電）采用半補償懸掛裝置與全補償懸掛裝置，車站采用硬橫跨，線路上設有分段絕緣器、錨段關節、中心錨節、饋電線、電連接器、回流線等設備及各種線路、信號標志齊全，接觸網可通電演示牽引變電遠程控制平臺模擬軟件，信號設自動閉塞。接觸線、鋼軌均為銅制。

（1）牽引供電系統模擬系統主要實現牽引供電的模擬功能，實現牽引供電的模擬仿真，物理上按電氣化供電直供加回流線方式并以一定比例縮小，展現真實系統；接觸網采用直供加回流線簡單鏈型懸掛方式，各段控制單獨送電，采用安全電壓。

（2）可以實現牽引變電所的計算機綜合控制功能。利用計算機控制軟件實現對牽引供電的控制，仿真牽引供電控制及操作功能（包含對變壓器、隔離開關、斷路器的開斷操作），通過控制模擬調度屏實現真實供電系統的調度仿真。

5　結束語

通過該建設方案來實現軌道交通控制專業的教學，能夠全面貫徹職業教育理念，圍繞突出職業特點和實際技能，1:3比例的軌道車輛、線路、供配電等模型，既能夠直觀的展現出軌道交通系統設備的特點，又能避免采用實際設備所帶來的高昂成本。本方案以實際仿真位出發點，讓學生直觀地接受教學內容，把復雜抽象的城市軌道交通控制理論知識簡單形象化加深對其的理解鞏固和掌握，并提高了學生實際的動手能力和維修能力，為城市軌道交通控制專業的人才培養提供有力的支撐。

參考文獻：

［1］張天彤，馬松花，支斌，韓增盛.城市軌道交通綜合仿真實訓基地建設的研究［J］.實驗室研究與探索，2013（08）:244.

［2］邢紅霞.城市軌道交通列車自動控制系統實驗室建設方案［J］.城市軌道交通研究，2011（09）:76

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

作者簡介：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方面的研究。