一种联锁教学系统及信号流动情况显示方法

技术领域

本发明属于计算机联锁技术领域，具体涉及一种联锁教学系统及信号流动情况显示方法。

背景技术

安全是铁路运输永恒的主题，也是最核心的问题。只有保证了安全，铁路运输才有其意义。在车站内有很多线路，线路的两端都和道岔连接。根据道岔的不同位置而组成不成的进路，列车是否能进入进路，是由信号机来指挥的。为了保证安全，就必须使信号机、轨道电路和道岔三者之间有着一定的相互制约关系，这种关系称为联锁。联锁系统，用来指挥站内列车运行和调车作业，保证行车安全，提高运输效率，是保障铁路车站列车或机车作业安全的关键，而计算机联锁系统又因其可靠性、抗干扰性能及环境适应性较强，得到了广泛应用。

为了提高安全作业，除了联锁系统本身的安全性和可靠性，还需提升工作人员的工作能力。现场计算机联锁系统处于全天候工作状态，难以用于学员的设备操作演示和实践学习，常常配置联锁教学系统供学员学习与提高。联锁教学系统通过模拟仿真训练实现与真实站场场景相同功能，使学员对真实的计算机联锁系统进行操作与使用，还可模拟故障，以完成实训演练。但是，在对学员进行训练过程中，只知道最终的结果，训练是否达标，对信号的处理流程只是有了大概、大体的了解，对其中信号的具体流向没有直观的认识，效果不直观，学员印象不深刻。而且，在在训练不达标的时候不知道具体是哪个环节、哪个节点出现了故障与问题，得从头到尾逐一排查，不便于提升学员的故障认知和处理能力。

发明内容

本发明提供了一种联锁教学系统及信号流动情况显示方法，用以解决现有技术的联锁教学系统中信号流向显示不直观的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：

本发明提供了一种用于联锁教学系统的信号流动情况显示方法，包括如下步骤：

1)建立与联锁教学系统各组成部分对应的各节点模型，并依据各组成部分之间的连接关系确定的各节点模型之间的连接关系；2)将联锁教学系统各组成部分与对应的节点模型进行关联，得到关联关系；3)根据用户的操作，判断该操作是否符合预置的关系，并依据判断结果确定信号在各组成部分之间的流动情况；4)依据所述关联关系，将信号在各组成部分之间的情况在各节点模型之间进行显示。

本发明还提供了一种联锁教学系统，包括用户输入装置、第一控制中心、联锁机、第二控制中心和信号显示器；所述第一控制中心与用户输入装置、第二控制中心、联锁机均相连，第一控制中心用于从用户输入装置获取用户的操作，第一控制中心和联锁机分别对应判断所述操作是否符合预置的联锁关系，将对应的判断结果发送给第二控制中心；预置的关系包括所述控显机操作规范和预置的联锁关系；所述第二控制中心与信号显示器连接，且第二控制中心中设置有与联锁教学系统各组成部分对应的各节点模型、以及依据各组成部分之间的连接关系确定的各节点模型之间的连接关系，第二控制中心用于将联锁教学系统各组成部分与对应的节点模型进行关联，得到关联关系，依据判断结果确定信号在联锁教学系统各组成部分之间的流动情况，依据所述关联关系，通过信号显示器将信号在各组成部分之间的情况在各节点模型之间进行显示。

上述技术方案的有益效果为：该方法首先建立与联锁教学系统各组成部分对应的各节点模型，依据各组成部分之间的连接关系确定的各节点模型之间的连接关系，并将其与联锁教学系统进行关联，从而可根据用户的操作，将与用户的操作对应的信号在各组成部分之间的流动情况在建立的节点模型之间进行显示，从而在联锁操作过程中实现显示实际数据及用户操作在各个联锁设备及真实设备间传输和取采的过程，真实还原联锁系统工作原理，直观的显示联锁系统的信号流动情况，便于进行联锁试验和故障处理实训，方便用户认知联锁系统、掌握其工作原理，提高用户对故障认知和处理的能力。而且，应用该方法的联锁教学系统硬件简单、可靠，具有成本低、易维护、集成度高、扩展性强等优点，满足计算机联锁系统的仿真模拟，又可以满足教学培训方面的需求。

作为方法的进一步改进，为了细化展示联锁操作过程中的信号流动所经过的节点以提高用户对联锁系统的认知，步骤1)中，所述节点模型包括分别与联锁教学系统中的用户输入装置、控显机和联锁机对应的节点模型。

作为方法的进一步改进，步骤1)中，所述节点模型还包括与联锁教学系统各组成部分内部板卡对应的内部模型。

作为方法的进一步改进，所述预置的关系包括控显机操作规范和预置的联锁关系。

作为方法的进一步改进，步骤3)中，在判定不符合预置的联锁关系时，中断对应节点模型的信号流动。

作为系统的进一步改进，还包括光分路器，所述第一控制中心通过光分路器与联锁机相连。

作为系统的进一步改进，为了细化展示联锁操作过程中的信号流动所经过的节点以提高用户对联锁系统的认知，所述节点模型包括分别与联锁教学系统中的用户输入装置、控显机和联锁机对应的节点模型。

作为系统的进一步改进，为了清晰、直观展示用户的操作结果，还包括电子终端和实训沙盘，所述电子终端与联锁机连接，且控制连接实训沙盘。

附图说明

图1是本发明的联锁教学系统的系统框图；

图2是本发明的信号显示器显示的第一种情况下信号流示意图；

图3是本发明的信号显示器显示的第二种情况下信号流示意图。

具体实施方式

系统实施例：

该实施例提供了一种联锁教学系统，如图1所示，该系统在传统的联锁教学系统的基础上增加了第二控制中心(即控制中心2)和与第二控制中心相连的信号显示器，能够根据用户的操作，将信号在联锁教学系统中的控显机、维修机、光分路器、联锁机和电子终端等之间的流动情况进行动态展示。

如图1所示，除了第二控制中心和信号显示器外，该联锁教学系统还包括第一控中心(即控制中心1)、用户输入装置(即为鼠标、键盘等)、联锁系统柜和实训沙盘。其中，控制中心1是一台工业控制计算机，内部安装有多个软件，实现现场实际的控显机和维修机的软件功能，同时，还安装有模拟机的软件，以实现故障模拟。联锁系统柜包括光分路器、联锁机和电子终端。为了方便用户进行直观学习，控制中心1还连接有模拟机显示器和控显机显示器，与现场实际的模拟机显示器和控显机显示器一致，同时，控制中心1还连接有一个与维修机对应的维修机显示器。控制中心1通过光分路器与联锁机相连，用于模拟实现现场实际的控显机和维修机分别通过对应的光分路器连接联锁机，联锁机通过RS485总线与电子终端连接，电子终端连接实训沙盘。联锁机内部包括多个板卡，电子终端内部也包括多个板卡。同时，控制中心1与控制中心2通过网络进行实时通信。另外，需说明的是，控制中心1中含有软件的教学系统、教学的控制逻辑。

其中，实训沙盘是对车站及信号技术装备的仿真，包含道岔转辙机、列车信号机、调车信号机、轨道电路区段等，实训沙盘在电子终端的控制下，可以和联锁教学系统中用户进行的仿真实验操作进行同步关联动作，直观展现现场联锁系统的动作控制过程。

模拟机用于向联锁系统柜发布联锁业务故障(道岔无表示、区段故障、信号非正常关闭等联锁故障)和联锁板卡故障(联锁硬件F486等板卡故障的统称)，监督和记录学员操作过程并予以评判。通过虚拟和现实对联锁设备进行系统认知，对设备进行故障再现和检修，对设备典型故障进行应急处理。联锁板卡故障，联锁板卡指示灯会在发生故障时出现特定的显示。每一种显示情况代表一种故障，通过指示灯的提示，可以较快的确定故障类型。

在使用该联锁教学系统对学员进行培训训练时，如图3所示，首先需要绘制站场图。站场图反映站场线路的布置和接发车方向，道岔、信号机、轨道电路等设备的编号及图形符号，站场图中信号楼位置等。学员通过编制站场图，进一步了解站场图布置及控制原理。站场图编制使用了Qt框架中的The QGraphics View Framework。该模块支持大量的元素绘制，并且支持缩放功能。在此基础上继承编写了站场必要元素节点，支持拖动、旋转等。可快速编制站场，最终站场图保存为可扩展标记语言文件。

站场图绘制包括：设备(信号机、道岔、区间、绝缘节、按钮等)及设备属性设置。并且提供了丰富的功能使绘制便捷化。学员通过联锁站场绘制掌握联锁站场逻辑关系，学习道岔、进路间联锁关系，防护道岔与进路的联锁关系，道岔与信号机的联锁关系，进路与进路间的联锁关系，进路与信号机间的联锁关系，信号机与信号机间的联锁关系。清楚信号设备之间的连接关系，对学员学习起促进作用，联锁站场绘制也是信号相关专业学生必备的一项技能。车站联锁关系配置功能严格按照联锁表的格式，帮助学员识别或者编辑真实站场联锁表打下基础。

然后在绘制的站场图的基础上，需要进行联锁表的编制。联锁表是根据车站信号平面布置图所展示的线路、道岔、信号机、轨道电路等情况，按规定的原则和格式编制的，它表示出了轨道电路、道岔、信号机之间的基本联锁内容。联锁表编制使用了Qt框架中的QTableView和正则表达式。严格按照实际联锁表的制式进行展现，并且加入正则表达式来辅助编制人员对联锁表输入样式进行校验。

接着学员便可通过用户输入装置进行操作，并通过控制中心2及信号显示器将整个信号流动情况进行直观的展示，以实现一种用于联锁教学系统的信号流动情况显示方法。在控制中心2中，利用Qt框架中的QGraphics View Framework实现该功能。下面对其工作过程及原理作一详细说明。

1、在控制中心2中，利用AutoCad软件绘制建立节点模型，多个节点模型与联锁教学系统中各组成部分一一对应，并依据联锁教学系统中各组成部分之间的连接关系确定各节点模型之间的连接关系，节点模型之间的连接关系也与各组成部分之间的连接关系一一对应。节点模型主要包括与用户终端、控显机和联锁机对应的节点模型。除了这些外，还可设置其他节点模型，例如与维修机、电子终端对应的节点模型。而且，节点模型还可包括与电子终端内部各板卡、联锁机内部各板卡对应的内部模型，以更加清晰展示信号流动。

2、根据实际的车站站场图资料，用本教学系统软件绘制车站站场图。

3、根据车站联锁关系生成标准的联锁关系表，这些预置于联锁机中。

4、学员按照现场联锁系统的操作规则，通过用户输入装置进行操作，安装于控制中心1中的软件逻辑对该操作进行判断，判断其是否符合控显机的操作规范：

若用户的操作不符合控显机的操作规范，控制中心1通过控显机显示器进行错误显示；同时，控制中心1将该判断结果发送给控制中心2。控制中心2依据该判断结果确定信号在联锁教学系统各组成部分之间的流动情况，即信号在控显机处返回，中断其流动，不流向下一级电路(光分路器)，控制中心2将该流动情况在对应的节点模型之间进行显示。

若用户的操作符合控显机的操作规范，即操作正确，此时信号流向下一级电路(光分路器)。

5、用户的操作信号由控制中心1经过电光转换后，由光分路器传输到联锁系统柜的光电转换电路，联锁机核心板卡根据标准联锁关系表以及站场中各种设备当前的状态对用户的操作进行判断，判断该操作信号是否满足执行条件：

若操作不满足执行条件，则将该判断结果返回给控制中心1，控制中心1通过控显机显示器进行错误显示；同时，控制中心1将该判断结果发送给控制中心2，控制中心2依据该判断结果确定信号在联锁教学系统的各组成部分之间的流动情况，控制中心2中将该信号流动情况在对应的节点模型之间进行显示。

若操作满足执行条件，联锁机则把用户操作对应的控制数据发给电子终端，电子终端收到控制数据后，进一步控制执行继电器，控制实训沙盘进行展示，形成数据回流；与此同时，该判断结果回传到控制中心1，控制中心1将该判断结果发送给控制中心2，控制中心2将该判断结果对应的信号流动情况在对应的节点模型之间进行显示。

需说明的是，在上述整个判断过程中，涉及到两个节点模型可能出现的信号中断，在这两个节点模型中分别对用户的操作进行一次判断。其中，第一次是在控制中心1中进行判断的，是为了判断用户的操作是否符合控显机的操作规范，例如，在进行反位操作后操作了信号机，按控显机的操作规范来说这便是错误的；第二次是在联锁机中进行判断，是在符合控显机的操作规范后，联锁机根据标准联锁关系表和站场中各种设备当前的状态进行判断，以判断是否满足执行条件的，例如，用户的某个操作是符合控显机的操作规范的，但联锁机根据联锁关系表关系判断该道岔占用，即该操作不满足执行条件。而且，上述举例说明的可能出现问题的两个节点模型均为通过软件逻辑进行判断的。其他的节点模型也可能会出现问题导致信号不能往下一级流动，但一般为硬件上出现问题，可通过两个节点模型之间的信息交互信号(例如心跳信号)来判断。

下面举一个具体的实例说明。以现场实际应用的计算机联锁系统为对象，将其系统组成建立各节点模型，包括控显A机、控显B机(控显A机和控显B机为热备冗余)、控显A机显示器、控显B机显示器、输入装置(此处用户输入装置为鼠标)、四个光分路器、联锁机(包括联锁一系和联锁二系)和电子终端(包括电子终端一系和电子终端二系)。

需说明的是，在该联锁教学系统的控制中心1中只有一套维修机软件、控显机软件，以及一套联锁机和电子终端。但现场实际应用中联锁机和电子终端均采用了二重系设计，完成主、从系状态的检查及主系故障时系切换控制。控显机采用双机互为备用，可以通过自动或人工操作进行切换，将控制台操作和表示设备切换到备用机。控显机双机与联锁机的两重系，通过光分路器构成交叉互连的冗余关系。联锁机二重系的输出均发送给电子终端，电子终端每一系的输入都发送给联锁机的二重系。这种冗余的连接方式保证任何一部分的单系发生故障，系统都能正常运行。既保证故障安全性又具有高可靠性。为了与实际相符，在该实施例的控制中心2中，建立的与控显机、联锁机和电子终端对应的节点模型均设置了两个。

用户操作鼠标，在对道岔进行反位操作时(默认操作控显A机)，控制中心1对该操作进行判断，如果提示操作错误、无效等(比如进行反位操作后，再操作信号机，会提示操作错误)，错误的操作信号不再向下一级传输与流动，并将该判断结果发送给控制中心2，控制中心2收到该判断结果后依据该判断结果进行信号流动情况的显示，即在鼠标与控制中心1之间有了数据流动，这时会出现一条鼠标到控显A机的数据流动环路。

如果操作正确的话，控显A机将操作信号通过光分路器送给联锁机。联锁机根据联锁条件对此操作进行判断，不满足条件的话，如图2所示，联锁机将该判断结果回传给控制中心1，再通过控制中心1传给控制中心2，控制中心2确定信号在各节点模型之间的流动情况，并进行显示；满足条件的话，联锁机将操作信号对应的控制数据发给电子终端，电子终端收到该控制数据后，控制继电器，形成数据回流，并将该判断结果回传给控制中心1，再通过控制中心1传给控制中心2，控制中心2依据协议确定信号流动在各节点模型之间的流动情况，并进行显示，如图3所示，此时形成鼠标到控显A机、控显A机至联锁机、联锁机至电子终端，接着进行信号回传，信号又从电子终端到联锁机、联锁机至控显A机/B机、控显A机/B机至控显A机/B机显示器的数据流动环路。其中，粗线条表示信号的流进，细线条表示信号的回流。另外，此处信号的表示方式不做限定，也可以用其他特征表示信号的流向和流通。

同时，当鼠标点击联锁机和电子终端时，会进一步展示联锁机和电子终端内部各板卡间的连接关系，并在鼠标点击各板卡时，会进一步展示该板卡的实物照片和功能描述，加强学生对从系统级、整机级到板卡级的理解和掌握。

另外，在该联锁教学系统中，联锁板卡通过LAN网络与控制中心1中的联锁教学系统连接并实时通信。设置故障时联锁教学系统发送故障代码信息，联锁板卡接收到之后，根据故障代码信息的内容进行相应的显示。比如发送的是1系F486板卡的非正常中断故障，联锁实训柜中1系的F486板卡此时D7指示灯和D0指示灯亮。学员根据板卡的显示情况，可以确认故障类型，并且根据故障处理手册进行快速处理。

方法实施例：

该实施例提供了一种用于联锁教学系统的信号流动情况显示方法，在系统实施例中已对该方法进行了详细介绍，这里不再赘述。