基于excel的列控系統(tǒng)教學(xué)仿真系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種列控系統(tǒng)的教學(xué)仿真系統(tǒng)，由列控系統(tǒng)功能仿真模塊、列車運(yùn)行顯示與記錄界面兩大部分構(gòu)成。列控系統(tǒng)功能仿真模塊由線路數(shù)據(jù)仿真、軌旁信息仿真及列車仿真組成，其功能就是對(duì)列控系統(tǒng)各個(gè)組成部分的功能進(jìn)行仿真。列車運(yùn)行顯示與記錄界面的功能就是將列車運(yùn)行過(guò)程可視化顯示，記錄列車位置、速度等運(yùn)行信息；設(shè)置按鈕實(shí)現(xiàn)進(jìn)路選擇、列車初始運(yùn)行速度設(shè)定等。本發(fā)明降低了系統(tǒng)仿真的復(fù)雜度，學(xué)生可單獨(dú)完成學(xué)習(xí)，也可以多人合作；整個(gè)系統(tǒng)按照學(xué)習(xí)難度進(jìn)行階段性劃分，由難到易；通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，提供了一組對(duì)外接口模塊，學(xué)生可在接口模塊中進(jìn)行二次開發(fā),通過(guò)編程-反饋-再編程，有效提高學(xué)習(xí)效率。
【專利說(shuō)明】 基于EXCEL的列控系統(tǒng)教學(xué)仿真系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種教學(xué)系統(tǒng),具體屬于一種列控系統(tǒng)的教學(xué)仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]列控系統(tǒng)教學(xué)中，除了教科書上規(guī)定的理論內(nèi)容，還有課堂外的各種參觀實(shí)習(xí)，包括參觀學(xué)校實(shí)驗(yàn)室列控仿真系統(tǒng)以及在各個(gè)鐵路局參觀學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)列控設(shè)備。列控系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，列車運(yùn)行中交互的信息量很大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。理論教學(xué)中比較注重對(duì)系統(tǒng)原理及一些公式推導(dǎo)的介紹，學(xué)生在結(jié)束教科書的學(xué)習(xí)后，雖然對(duì)列控系統(tǒng)理論有了一定的理解，但掌握的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)比較分散，難以把握整個(gè)列控系統(tǒng)的運(yùn)行情況。通過(guò)課堂外的參觀學(xué)習(xí)，學(xué)生可以鞏固對(duì)列控系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)情況有一個(gè)基本的了解。
[0003]在列控系統(tǒng)教學(xué)中，【背景技術(shù)】方案中介紹的課堂教學(xué)和課外參觀學(xué)習(xí)雖然可以讓學(xué)生對(duì)列控系統(tǒng)有一個(gè)基本了解，但教與學(xué)之間的互動(dòng)比較少，學(xué)生能參與其中的環(huán)節(jié)不多。這樣造成學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高，且對(duì)列控系統(tǒng)缺乏深入理解。實(shí)驗(yàn)室列控仿真系統(tǒng)基于分布式結(jié)構(gòu)開發(fā)，對(duì)每個(gè)列控設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，如果要將整個(gè)系統(tǒng)在一臺(tái)電腦上安裝，對(duì)硬件性能要求很高，且網(wǎng)絡(luò)配置比較復(fù)雜，無(wú)法大規(guī)模移植。因此，無(wú)法滿足每個(gè)學(xué)生單獨(dú)學(xué)習(xí)的目的。
[0004]在鐵路局的參觀學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生也只能觀看列控設(shè)備實(shí)際硬件結(jié)構(gòu)，無(wú)法對(duì)設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行原理做更深一步的了解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是增加列控系統(tǒng)教學(xué)中教與學(xué)之間的互動(dòng)性。在保證列控系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能減少仿真系統(tǒng)的復(fù)雜性。仿真系統(tǒng)可以很方便地移植到其他平臺(tái)中，滿足多人同時(shí)上機(jī)學(xué)習(xí)的要求。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]基于EXCEL的列控系統(tǒng)教學(xué)仿真系統(tǒng)由列控系統(tǒng)功能仿真模塊、列車運(yùn)行顯示與記錄界面兩大部分構(gòu)成。其中:
[0008]列控系統(tǒng)功能仿真模塊由線路數(shù)據(jù)仿真、軌旁信息仿真及列車仿真組成。其功能就是對(duì)列控系統(tǒng)各個(gè)組成部分的功能進(jìn)行仿真。
[0009]列車運(yùn)行顯示與記錄界面的功能就是將列車運(yùn)行過(guò)程可視化顯示，此外還包括一些線路條件和列車初始條件的設(shè)置按鈕。列車運(yùn)行過(guò)程可視化顯示的數(shù)據(jù)來(lái)源是列控系統(tǒng)功能仿真模塊，顯示內(nèi)容包括列車運(yùn)行線路圖、進(jìn)路信息以及列車運(yùn)行與監(jiān)控曲線；記錄內(nèi)容包括列車位置、速度等運(yùn)行信息；線路條件和列車初始條件的設(shè)置按鈕實(shí)現(xiàn)進(jìn)路選擇、列車初始運(yùn)行速度設(shè)定等。
[0010]本發(fā)明的效果:
[0011](I)將EXCEL和VBA編程引入列控系統(tǒng)教學(xué)仿真，可在OFFICE環(huán)境中運(yùn)行，跨平臺(tái)且使用方便；系統(tǒng)不用安裝，操作簡(jiǎn)單，容易上手；[0012](2)將列控系統(tǒng)各部分按模塊封裝并集中在一個(gè)框架下，降低了系統(tǒng)仿真的復(fù)雜度，且系統(tǒng)具備基本功能；
[0013](3)整個(gè)系統(tǒng)可在實(shí)驗(yàn)室每個(gè)電腦上同步發(fā)布，滿足多人同時(shí)上機(jī)的要求。學(xué)生可單獨(dú)完成學(xué)習(xí)，也可以多人合作；
[0014](4)整個(gè)系統(tǒng)按照學(xué)習(xí)難度進(jìn)行階段性劃分，由難到易，在保證教學(xué)內(nèi)容深度的同時(shí)也能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；
[0015](5)系統(tǒng)具有二次開發(fā)的能力，且提供閉環(huán)學(xué)習(xí)環(huán)境。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，提供了一組對(duì)外接口模塊，學(xué)生可在接口模塊中進(jìn)行二次開發(fā)，學(xué)生通過(guò)編程-反饋-再編程，有效提高學(xué)習(xí)效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明基于EXCEL的列控系統(tǒng)教學(xué)仿真系統(tǒng)示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的具體實(shí)施例見圖1:本發(fā)明基于EXCEL的列控系統(tǒng)教學(xué)仿真系統(tǒng)由兩大部分構(gòu)成:列控系統(tǒng)功能仿真模塊、列車運(yùn)行顯示與記錄界面。列控系統(tǒng)功能仿真模塊中的列車仿真模塊分為列車自動(dòng)駕駛(ATO)模塊、列車超速防護(hù)(ATP)模塊、軌道電路信息處理模塊和應(yīng)答器信息處理模塊(應(yīng)答器信息處理模塊包括應(yīng)答器信息解碼模塊)。其中，ATP模塊和應(yīng)答器信息解碼模塊對(duì)列控系統(tǒng)的運(yùn)行有著重要影響，因此作為學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，讓學(xué)生獨(dú)立完成模塊的二次開發(fā)工作。其余模塊的代碼對(duì)學(xué)生不公開，只提供對(duì)外接口。將對(duì)學(xué)生不公開的模塊封裝成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，接口調(diào)用方法有詳細(xì)示例說(shuō)明；列車運(yùn)行顯示與記錄界面是對(duì)學(xué)生編程結(jié)果的圖形化顯示和記錄，包括列車運(yùn)行線路圖顯示、列車運(yùn)行與監(jiān)控曲線顯示、列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄、線路條件和列車初始條件的設(shè)置按鈕。列車運(yùn)行線路圖包括區(qū)間運(yùn)行和正線側(cè)線接車，以及不同接車進(jìn)路下的軌道電路碼顯示。列車運(yùn)行與監(jiān)控曲線顯示包括列車實(shí)際運(yùn)行曲線和ATP模塊計(jì)算的允許速度曲線。列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄記錄列車位置、速度等列車信息以及軌道電路碼與線路數(shù)據(jù)等接口信息。線路條件和列車初始條件的設(shè)置按鈕實(shí)現(xiàn)進(jìn)路選擇、列車初始運(yùn)行速度設(shè)定等。
[0018]其基本原理為，利用EXCEL中VBA編程工具，對(duì)列控系統(tǒng)各部分進(jìn)行模塊封裝，并利用EXCEL能根據(jù)數(shù)據(jù)自動(dòng)繪制圖形的功能，將模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以圖形的方式可視化顯示。學(xué)生完成對(duì)相應(yīng)公開模塊的編程修改后，通過(guò)觀察列車運(yùn)行過(guò)程的可視化顯示界面，判斷模塊功能的正確性，行成一個(gè)反饋學(xué)習(xí)的閉環(huán)系統(tǒng)，提高了學(xué)習(xí)效率。
[0019]該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
[0020]本發(fā)明由列控系統(tǒng)功能仿真模塊、列車運(yùn)行顯示與記錄界面兩大部分構(gòu)成。其中:
[0021]1、列控系統(tǒng)功能仿真模塊由線路數(shù)據(jù)仿真、軌旁信息仿真和列車仿真組成，其功能就是對(duì)列控系統(tǒng)各個(gè)組成部分的功能進(jìn)行仿真。其中，線路數(shù)據(jù)仿真由仿真線路數(shù)據(jù)庫(kù)和仿真線路設(shè)置構(gòu)成；軌旁信息仿真由軌道電路仿真、應(yīng)答器信息仿真組成；列車仿真由軌道電路處理模塊、應(yīng)答器信息處理模塊、列車自動(dòng)駕駛(ATO)模塊、列車超速防護(hù)(ATP)模塊組成。[0022]1.1.1、仿真線路數(shù)據(jù)庫(kù)的功能是存儲(chǔ)仿真列控系統(tǒng)運(yùn)行所需的線路數(shù)據(jù)，包括進(jìn)路?目息、線路條件、應(yīng)答器報(bào)文等。
[0023]1.1.2、仿真線路設(shè)置的功能是辦理列車運(yùn)行前方進(jìn)路、初始速度設(shè)置等。
[0024]1.2.1、軌道電路仿真模塊的功能是根據(jù)列車運(yùn)行所在的區(qū)間和車站進(jìn)路信息，發(fā)送追蹤碼序或者特殊進(jìn)路需要的軌道電路碼序，給ATP模塊提供計(jì)算超速防護(hù)曲線的相應(yīng)信息。
[0025]1.2.2、應(yīng)答器信息仿真模塊的功能是根據(jù)列車運(yùn)行距離，在固定點(diǎn)根據(jù)距離觸發(fā)的原則實(shí)時(shí)發(fā)送應(yīng)答器信息，給ATP模塊提供計(jì)算超速防護(hù)曲線的各種線路數(shù)據(jù)。
[0026]1.3.1、軌道電路信息處理的功能是根據(jù)列控系統(tǒng)軌道電路相關(guān)協(xié)議，將車載設(shè)備接收到的軌道電路信息進(jìn)行解碼，包括上下行、載頻及低頻信息。
[0027]1.3.2、應(yīng)答器信息處理模塊的功能是根據(jù)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則中應(yīng)答器報(bào)文相關(guān)協(xié)議，將車載設(shè)備接收到的應(yīng)答器報(bào)文信息進(jìn)行解碼。應(yīng)答器報(bào)文信息中包括列車運(yùn)行前方線路數(shù)據(jù)，包括應(yīng)答器鏈接信息、軌道區(qū)段信息、靜態(tài)線路限速、坡度、臨時(shí)限速、分相區(qū)信息等。本模塊對(duì)學(xué)生公開，學(xué)生可以修改本模塊代碼。
[0028]1.3.3、ΑΤ0模塊的功能是根據(jù)列車動(dòng)力學(xué)模型實(shí)時(shí)計(jì)算列車運(yùn)行速度，包括加速、減速過(guò)程中的速度計(jì)算。
[0029]1.3.4、ATP模塊的功能是根據(jù)線路數(shù)據(jù)(包括線路限速、軌道區(qū)段信息、坡度等)和軌道電路信息，實(shí)時(shí)計(jì)算列車允許運(yùn)行速度，監(jiān)控列車運(yùn)行狀態(tài)，防止超速。本模塊對(duì)學(xué)生公開，學(xué)生可以修改本模塊代碼。2、列車運(yùn)行顯示與記錄界面。
[0030]2、列車運(yùn)行顯示與記錄界面的功能就是將列車運(yùn)行過(guò)程可視化顯示，此外還包括一些線路條件和列車初始條件的設(shè)置按鈕。列車運(yùn)行顯示與記錄界面由列車運(yùn)行線路圖、列車運(yùn)行與監(jiān)控曲線、列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄和線路條件和列車初始條件設(shè)置按鈕組成。列車運(yùn)行過(guò)程可視化顯示的數(shù)據(jù)來(lái)源是列控系統(tǒng)功能仿真模塊，顯示內(nèi)容包括列車運(yùn)行線路圖、進(jìn)路信息以及列車運(yùn)行與監(jiān)控曲線；記錄內(nèi)容包括列車位置、速度等運(yùn)行信息；線路條件和列車初始條件的設(shè)置按鈕實(shí)現(xiàn)進(jìn)路選擇、列車初始運(yùn)行速度設(shè)定等。
[0031]2.1列車運(yùn)行線路圖包括區(qū)間運(yùn)行、正線接車、側(cè)線接車時(shí)的線路圖顯示。仿真系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，隨著仿真列車在線路上的移動(dòng)，應(yīng)答器信息、軌道電路碼以及信號(hào)機(jī)狀態(tài)也相應(yīng)變化，模擬列車真實(shí)運(yùn)行情況，使學(xué)生能夠直觀了解仿真列車在線路上的運(yùn)行情況。
[0032]2.2列車運(yùn)行與監(jiān)控曲線的功能是根據(jù)ATO模塊產(chǎn)生的列車運(yùn)行速度以及ATP模塊產(chǎn)生的列車允許速度信息，實(shí)時(shí)繪制列車運(yùn)行與監(jiān)控曲線。學(xué)生通過(guò)觀察這兩條曲線，分析修改后的ATP模塊運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并實(shí)時(shí)修改并完善ATP模塊。
[0033]2.3列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄的功能是記錄列車運(yùn)行時(shí)的位置、速度、允許速度、軌道電路碼、制動(dòng)狀態(tài)等信息，為后續(xù)分析列控系統(tǒng)仿真教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行情況提供數(shù)據(jù)支持。
[0034]2.4線路條件和列車初始條件設(shè)置按鈕的功能是通過(guò)接車進(jìn)路辦理、初始速度設(shè)定、快速運(yùn)行選擇等，修改系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，完成列控系統(tǒng)不同條件下多個(gè)教學(xué)內(nèi)容的仿真。
[0035]本發(fā)明兼顧了開發(fā)難度和系統(tǒng)跨平臺(tái)性，使用基于EXCEL中的VBA工具開發(fā)一種列控系統(tǒng)教學(xué)仿真的系統(tǒng)，可不用安裝，直接在EXCEL環(huán)境中運(yùn)行。仿真系統(tǒng)將列控系統(tǒng)各部分封裝成不同模塊，各模塊間相對(duì)獨(dú)立，可對(duì)其進(jìn)行編程修改。其中，對(duì)學(xué)生公開的模塊包括ATP (列車超速防護(hù))模塊和應(yīng)答器信息接收模塊，學(xué)生可以對(duì)相應(yīng)模塊進(jìn)行編程修改，并實(shí)時(shí)在EXCEL圖形界面中看到程序運(yùn)行結(jié)果。列控系統(tǒng)教學(xué)仿真系統(tǒng)根據(jù)難度提供兩個(gè)階段的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生在第一階段完成ATP模塊的原理學(xué)習(xí)，在第二階段完成應(yīng)答器信息處理模塊的原理學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生完成相應(yīng)模塊功能后，仿真系統(tǒng)就能夠按照正確的流程顯示列車在各種進(jìn)路情況下的運(yùn)行過(guò)程，包括應(yīng)答器信息、軌道電路碼等地面信息的接收、列車超速防護(hù)等。
【權(quán)利要求】
1.基于EXCEL的列控系統(tǒng)教學(xué)仿真系統(tǒng)，其特征在于:由列控系統(tǒng)功能仿真模塊、列車運(yùn)行顯示與記錄界面兩大部分構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)仿真系統(tǒng)，其特征在于:列控系統(tǒng)功能仿真模塊由線路數(shù)據(jù)仿真、軌旁信息仿真及列車仿真組成；其功能是對(duì)列控系統(tǒng)各個(gè)組成部分的功能進(jìn)行仿真。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)仿真系統(tǒng)，其特征在于:列車運(yùn)行顯示與記錄界面由列車運(yùn)行線路圖、列車運(yùn)行與監(jiān)控曲線、列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄和線路條件和列車初始條件設(shè)置按鈕組成；其功能是將列車運(yùn)行過(guò)程可視化顯示，列車運(yùn)行過(guò)程可視化顯示的數(shù)據(jù)來(lái)源是列控系統(tǒng)功能仿真模塊，顯示內(nèi)容包括列車運(yùn)行線路圖、進(jìn)路信息以及列車運(yùn)行與監(jiān)控曲線；列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容包括列車位置、速度等運(yùn)行信息；線路條件和列車初始條件的設(shè)置按鈕實(shí)現(xiàn)進(jìn)路選擇、列車初始運(yùn)行速度設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的教學(xué)仿真系統(tǒng)，其特征在于列控系統(tǒng)功能仿真模塊中: 仿真線路數(shù)據(jù)庫(kù)的功能是存儲(chǔ)仿真列控系統(tǒng)運(yùn)行所需的線路數(shù)據(jù)，包括進(jìn)路信息、線路條件、應(yīng)答器報(bào)文； 仿真線路設(shè)置的功能是辦理列車運(yùn)行前方進(jìn)路、初始速度設(shè)置； 軌道電路仿真模塊的功能是根據(jù)列車運(yùn)行所在的區(qū)間和車站進(jìn)路信息，發(fā)送追蹤碼序或者特殊進(jìn)路需要的軌道電路碼序，給ATP模塊提供計(jì)算超速防護(hù)曲線的相應(yīng)信息； 應(yīng)答器信息仿真模 塊的功能是根據(jù)列車運(yùn)行距離，在固定點(diǎn)根據(jù)距離觸發(fā)的原則實(shí)時(shí)發(fā)送應(yīng)答器信息，給ATP模塊提供計(jì)算超速防護(hù)曲線的各種線路數(shù)據(jù)； 軌道電路信息處理的功能是根據(jù)列控系統(tǒng)軌道電路相關(guān)協(xié)議，將車載設(shè)備接收到的軌道電路信息進(jìn)行解碼，包括上下行、載頻及低頻信息； 應(yīng)答器信息處理模塊的功能是根據(jù)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則中應(yīng)答器報(bào)文相關(guān)協(xié)議，將車載設(shè)備接收到的應(yīng)答器報(bào)文信息進(jìn)行解碼。應(yīng)答器報(bào)文信息中包括列車運(yùn)行前方線路數(shù)據(jù)，包括應(yīng)答器鏈接信息、軌道區(qū)段信息、靜態(tài)線路限速、坡度、臨時(shí)限速、分相區(qū)信息等。本模塊對(duì)學(xué)生公開，學(xué)生可以修改本模塊代碼； ATO模塊的功能是根據(jù)列車動(dòng)力學(xué)模型實(shí)時(shí)計(jì)算列車運(yùn)行速度，包括加速、減速過(guò)程中的速度計(jì)算； ATP模塊的功能是根據(jù)線路數(shù)據(jù)和軌道電路信息，實(shí)時(shí)計(jì)算列車允許運(yùn)行速度，監(jiān)控列車運(yùn)行狀態(tài)，防止超速；本模塊對(duì)學(xué)生公開，學(xué)生可以修改本模塊代碼；其中所述的線路數(shù)據(jù)包括線路限速、軌道區(qū)段信息、坡度信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的教學(xué)仿真系統(tǒng)，其特征在于列車運(yùn)行顯示與記錄界面中: 列車運(yùn)行線路圖包括區(qū)間運(yùn)行、正線接車、側(cè)線接車時(shí)的線路圖顯示。仿真系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，隨著仿真列車在線路上的移動(dòng)，應(yīng)答器信息、軌道電路碼以及信號(hào)機(jī)狀態(tài)也相應(yīng)變化，模擬列車真實(shí)運(yùn)行情況，使學(xué)生能夠直觀了解仿真列車在線路上的運(yùn)行情況； 列車運(yùn)行與監(jiān)控曲線的功能是根據(jù)ATO模塊產(chǎn)生的列車運(yùn)行速度以及ATP模塊產(chǎn)生的列車允許速度信息，實(shí)時(shí)繪制列車運(yùn)行與監(jiān)控曲線。學(xué)生通過(guò)觀察這兩條曲線，分析修改后的ATP模塊運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并實(shí)時(shí)修改并完善ATP模塊； 列車運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄的功能是記錄列車運(yùn)行時(shí)的位置、速度、允許速度、軌道電路碼、制動(dòng)狀態(tài)等信息，為后續(xù)分析列控系統(tǒng)仿真教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行情況提供數(shù)據(jù)支持； 線路條件和列車初始條件設(shè)置按鈕的功能是通過(guò)接車進(jìn)路辦理、初始速度設(shè)定、快速運(yùn)行選擇等，修改 系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，完成列控系統(tǒng)不同條件下多個(gè)教學(xué)內(nèi)容的仿真。
【文檔編號(hào)】G09B9/04GK104008680SQ201410201015
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】付強(qiáng), 袁磊, 劉雨, 魏國(guó)棟 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)