模拟仿真技术在列车运行控制系统维护课程中的应用

1、模拟仿真技术在列车运行控制系统维护课程中的应用【摘要】随着高速铁路的飞速发展，培养高素质的技能型人才是铁路院校亟待解决的关键问题；以铁道信号专业列车运行控制系统维护课程为例，把模拟仿真技术融入教育教学改革中，使师生共同体验、操作、思考和探索；实践证明，融入模拟仿真技术极大地调动了学生自主学习和探索的积极性、主动性、创造性，取得了较好的教学效果。【关键词】高速铁路铁道信号列车运行控制系统教学改革模拟仿真技术高等职业教育是我国高等教育不可或缺的组成部分，主要培养社会生产、维修维护、管理、服务等一线的高技能型人才。铁路高职院校的铁道通信信号专业是主要面向铁路现场安装、调试、维护、管理等岗位开设的专业

2、，培养具有较强的铁道信号设备安装、调试、日常养护、设备故障处理及检维修等岗位技术能力，符合铁路信号一线岗位要求的高素质技能型人才，而列车运行控制系统维护是铁道通信信号专业的核心课程。列车运行控制系统维护课程的教学质量直接关系到本专业人才培养的质量，是铁路运输、特别是高速铁路的安全与可靠的根本保障。模拟仿真技术是利用简单的设备或方法实现与真实设备功能一致的一种技术。结合铁路现场设备，利用模拟仿真技术来演示、操作，使抽象的概念、原理变得直观、清晰，打破理论教学的弊端。、课程介绍列车运行控制系统维护课程是一门发展迅速、技术含量高，具有网络化、综合化、数字化、智能化的现代系统的技术课程。对学生未来从事

3、铁道通信信号设备维修、施工、设备器材检修和制造等岗位工作具有重要意义。课程主要讲授机车信号、LKJ监控记录装置车载设备与地面设备、车站电码化、CTCS-2级与CTCS-3级列控系统设备等内容。学完本课程，学生应具备机车信号、LKJ监控记录装置、列车运行控制系统列控中心及车载设备的养护与维修、应答器及轨旁电子单元的日常养护与维修、专用仪器设备使用、列车运行控制系统设别施工及安装调试等基本的岗位技能，提高广大信号工作人员的技术水平，以充分发挥现代化信号系统的作用。要达到良好的教与学的双赢效果，对于铁路专职任课教师来说，除了明确该专业与课程的培养目标及该课程的教学目的外，还要采用适合学生学习的教学方

4、法，进行理论与实践的紧密结合。二、模拟仿真的应用（一）机车信号演示平台的应用列车运行控制系统维护是专业性、理论性很强的一门课程，在了解铁路列控设备基本构成的基础上，才能够深入理解其工作原理与工作过程。在讲授机车信号的结构及工作原理时，如果只讲理论，或是讲完理论后到现场参观，学习的效果是不理想的。笔者采用理论实践一体进行讲授，即边讲边做，利用由自治区教学团队自主设计和研制的机车信号演示平台达到理实讲授目的。机车信号演示平台结构如图1所示，该平台完全模拟铁路现场机车信号系统，主要分两个部分，第一部分为操作盘面，图1的上半部分主要进行移频发码控制，故障设置等，另一部分为机车信号主机及电源系统，图1的

5、下半部分，主要是接收移频后控制机车信号机点灯。因此该平台可以进行机车信号系统的结构、简单原理、工作状态、正常显示的讲授与操作，还可以设置故障、根据故障现象检修故障原因，做到机车信号的日常养护和定期维修内容、操作规程及作业程序讲解与训练等。如进行侧线接车时，此时模拟列车从0G至3G,机车信号机点灯情况变化为，在0G区段，接收到11.4Hz调制信号，机车信号机点一个绿灯；在1G区段接收到13.6Hz调制信号，机车信号机点一个半绿半黄的灯；在2G区段接收到14.7Hz调制信号，机车信号机点一个带2的黄灯；在3G区段接收到18Hz调制信号，机车信号机点一个双半黄灯。再如，通过手动调低1区段移频信号，正

6、线接车时，1区段内的移频信号为13.6Hz所调制，模拟机车到达1G区段后，机车信号主机接收移频信号应使机车信号机点半绿半黄的灯光，但由于调低了1G区段的移频信息，机车信号主机无法可靠地接收该信息，此时机车信号机点白灯或者是半绿半黄与白灯交替点亮，从而对机车信号灵敏度有了更深的理解。由此可见，通过平台演示、分析、操作及模拟铁路现场维护内容等，一方面让学生真正理解了机车信号的工作过程与显示意义，另一方面通过故障现象分析故障原因，更有利于学生掌握机车信号系统。（二）多媒体动画仿真的应用多媒体具有图、文、声并茂且有视频播放的特点，对列车运行控制系统维护课程的教学过程来说是特别宝贵的特性与功能。利用多媒

7、体动画仿真教学不但能够提高学生的学习兴趣，还可以形象地表示出相关知识点的原理与工作过程，有利于学生理解和掌握。例如，在对CTCS-2级列控系统中地-车通信时，原理是：两根钢轨上有移频信息，由于列车轮对短路，流过钢轨的电流较大，装在车头下方、钢轨上方的接收线圈通过电磁感应原理从钢轨上感应到移频信号，供列车使用；同时，两根钢轨中间装有应答器，这些应答器平时处于休眠状态，只有当机车底部的天线经过应答器上方时才工作。由此可见，地-车通信的原理或者说工作过程完全可以制作相应用动画来体现，如图2所示。随着高速铁路的迅速发展，CTCS-3级列控系统应用越来越广泛，充分理解CTCS-3级列控系统对学生学习CT

8、CS-3级列控设备维护有重要意义。CTCS-3列控系统是一种基于无线通信的列控系统，地-车通信为双向通信，如何实现地-车双向通信呢？这时米用flash动画来呈现CTCS-3级列控系统地-车双向通信的原理，如图3所示。这样，学生就非常直观地掌握了CTCS-3级列控系统地-车通信原理，同时也提高了学习积极性。列车运行控制系统维护课程引用多媒体动画仿真技术，有利于教师整合教学资源，提高了教学效益。（三）高铁列控沙盘的应用高铁列控沙盘模拟设计了铁路现场移频发送器、接收器及电气绝缘节等关键技术，并且保证了关键参数与铁路现场一致；模拟了高速列车运行自动控制，即可以根据轨面移频信息调整机车自身速度，实现了多

9、列车追踪运行等，高铁列控沙盘如图4。在讲解高铁列控地面设备与车载设备配合工作时可借助自主研发的列控沙盘系统，使学生具备感性认识，提升课堂教学效果。例如，CTCS-2级列控系统列车的速度是如何自动控制的，从理论上知道，机车从地面轨道电路上接收连续的移频信息，从应答器上接收点式的信息，从而经过车载安全计算机逻辑运算后生成速度控制曲线，列车安全按照该曲线行车。此时，利用沙盘人为控制某一区段发送HU码，当列车运行至该区段时接收HU码，观察列车运行速度的变化，同时可以让学生利用移频表对各区段进行测试，与铁路现场参数对照，这样既增加了学生对理论的理解，又提升了学生学习的有效性。再如，铁路车站载频配置情况，从理论教学可以知道，下行正线股道采用1700-2型配置，下行侧线股道采用1700-1型与2300-1型交替配置，但与正线股道相临的侧线股道必为2300-1型配置。通过沙盘车站股道讲解与测量，理实一体，对学生的学习有很大的推动。随着科学技术的进步，全国铁路进入到高铁时代，铁道通信信号设备更趋于自动化、智能化，铁路企业对信号设备维护和管理的技术人才在数量和质量上提出了更新、更高的要求。在列车运行控制