1.项目概况

该平台以西部交通科技项目和国家大学生创新计划项目为依托，自行研制了列车自动运行控制半实物仿真实验平台，可对学生开展仿真实验。

实验平台参照西安地铁信号控制系统的构成与布设方式，按1：90比例搭建了ATC系统模拟平台，结构如图1所示，包括正线，折返线，车库线，道岔，轨道电路信号机，以及列车车体模型等，可进行行车组织过程的动态模拟，编制运行计划，仿真列车运行过程。通过设计ATC上位机控制软件，向轨道列车发出控制指令从而完成列车自动运行控制。半实物实验装置由系统控制中心，轨道，列车，道岔，信号灯及列车控制处理单元，列车定位电路，道岔和信号灯控制电路等部分组成。列车运行时，通过对列车的实时监控，把列车位置及速度信息等以串行通信方式回传给控制计算机，控制中心根据前方路况做出相应判断后给列车安排对应的进路。

实验平台应用无线通信技术进行数据交换，保证了数据传输的高效性、完整性与安全性。闭塞区间设置比照实线路设计，符合实际列车运行的区间检测要求。区间检测由可靠的硬件电路与高效的程序设计相结合，准确检测车辆位置信息。控制器软件模拟真实列车的控制要求进行设计，将安排的行车线路配合检测信息进行输出。监测软件模拟控制中心的列车监控大屏幕，将当前列车的位置信息、进路安排信息、防护区间、车辆速度等信息进行直观的显示。系统整体运行效果如图2所示。

图1 ATC模拟实验平台结构图

图2 系统运行整体效果图

列车自动防护控制半实物仿真系统是列车自动运行控制实验平台的辅助模块。该仿真系统通过Labview设计，分为软件仿真控制平台，电机测量调速控制部分（模拟列车牵引系统控制）以及外围设备控制模块。软件控制平台模拟列车在不同工况下的运行，并可仿真得到列车的速度防护曲线。其仿真结果可供电机测速模块使用。电机测量调速部分实现列车车速控制的模拟，其测量结果可反馈给软件模拟平台使用。总体结构如图3所示。

图3 列车自动防护控制半实物仿真系统总体结构图

软件系统前面板分为服务器和客户端两部分。服务器主要包括6个模块：前车主界面模块（带曲线显示）、前车（服务器）通信模块（带曲线显示）、列车参数模块、列车牵引制动模块、中央监控室模块（带曲线显示）和广播系统模块；客户端主要包括4个模块：后车主界面模块（带曲线显示）、后车（服务器）通信模块（带曲线显示）、列车参数模块和列车牵引制动等模块。系统硬件实物图如图4所示，列车运行界面如图36所示，图5(a)显示了城市轨道交通车辆阶梯式速度防护，图5(b)显示城市轨道交通车辆一次曲线式速度防护。

图4 自动防护系统硬件实物图

图5 系统软件运行界面

2.系统功能

实验平台能够为学生了解城轨信号基本原理、相关信号设备、轨道设备、城轨运营等课程提供直观教学及动手实训的机会。主要功能包括：①LED信号机的结构与控制，配备一台组合式的矮柱三显示LED信号机及相应的信号机控制电路，供学生进行信号机的组装，调试及电气电路的测试；②城轨交通轨道电路系统，在线路上配备轨道电路，使学生了解轨道电路的的安装、调试、及故障处理的方法；③道岔的结构与控制，配备道岔若干组，供学生对通过原理、道岔的结构学习；④列车运营管理，实现城市轨道交通自动运行控制、进路安排、信号控制、列车调度等。配合软件，可实现列车运行图编制与下发工作；⑤列车自动防护系统，实现列车超速报警、超速防护、运行状况远程实时监控、线路监控、列车定点停车、语音播报、屏蔽门开启与关闭、防夹系统、故障防护和联锁控制。

3.效果与特色

1）根据自动化（城市轨道交通）专业课程体系及城市轨道交通产业人才需求设计实验模块，实验涵盖列车信号、自动控制，列车调度等领域的各项重点专项技术，提供了一个综合的城市轨道交通列车运行控制实验教学平台，可模拟城市轨道交通列车运行的一些基本应用场景。

2）提供列车信号控制，列车运行控制等自动化（轨道交通）专项技术实验内容，并基于阶梯式实验设计提供原理验证、应用实训、综合设计、自主创新等多种实验模式，全方位提高学生的理论基础及应用能力。

3）系统提供丰富的扩展接口，方便学校定制添加已有实验，已在两届学生教学中使用，达到了教学效果。

4）系统完全自主设计开发，应用总线技术进行数据的交换，保证了数据传输的高效性、完整性与安全性。车辆区间的设置仿照真实线路设计，切合实际列车运行的区间检测要求。监测软件模拟控制中心的列车监控大屏幕，将当前列车的位置信息、进路安排信息、防护区间、车辆速度等信息进行直观的显示。整套沙盘模型方便将课程中的理论知识进行更加直观的讲述，更有利于轨道交通的科研需求，城市轨道交通及自动化的相关课程都可以用此平台来进行实验与教学。