周永彬 楊寶昌 王洪濤

為保證列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置（LKJ）運(yùn)用維護(hù)管理工作有序通暢，結(jié)合綜合維修段安全生產(chǎn)實(shí)際現(xiàn)狀和需求，研發(fā)了LKJ 數(shù)據(jù)綜合模擬試驗(yàn)平臺(tái)。在硬件上，將LKJ2000 型列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置主機(jī)（A、B 機(jī)）CAN 總線進(jìn)行物理拆分，分別與2 臺(tái)屏幕顯示器進(jìn)行單獨(dú)通信，同時(shí)取消A、B 機(jī)在硬件方面的同步功能。在軟件上，一是將A、B 機(jī)相互同步信號(hào)由第三方平臺(tái)接收、處理并返回，確保A 或B 機(jī)單機(jī)運(yùn)行正常工作；二是將單獨(dú)矩陣面膜鍵盤(pán)開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行放大，分別供給2 臺(tái)屏幕顯示器識(shí)別，確保2 臺(tái)屏幕顯示器在響應(yīng)人機(jī)交互信息時(shí)無(wú)時(shí)間差。另外，為建設(shè)智能型標(biāo)準(zhǔn)化綜合模擬實(shí)驗(yàn)室，自主設(shè)計(jì)了綜合控制PCB電路板和上位機(jī)控制軟件［1］，能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)鐵集團(tuán)對(duì)數(shù)據(jù)模擬全過(guò)程的所有功能要求。

1 研發(fā)需求

LKJ 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是保證列車(chē)安全運(yùn)行的前提和保障。隨著集通鐵路雙線自閉改造線路的逐漸開(kāi)通，施工線路及信號(hào)制式變化較大，地面線路改造頻繁，LKJ 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的變化也相應(yīng)加劇。為確保LKJ 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與開(kāi)通運(yùn)行的鐵路運(yùn)輸設(shè)備、設(shè)施的數(shù)據(jù)保持一致，要求LKJ2000 列車(chē)運(yùn)行記錄裝置存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與地面線路數(shù)據(jù)必須同步升級(jí)?！读熊?chē)運(yùn)行監(jiān)控裝置（LKJ）運(yùn)用維護(hù)規(guī)則》（鐵總工電〔2018〕132 號(hào)）、關(guān)于印發(fā)《呼和浩特鐵路局列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控裝置（LKJ） 運(yùn)用維護(hù)管理實(shí)施細(xì)則》的通知（呼鐵師〔2014〕290 號(hào)）等文件也要求：列車(chē)運(yùn)行區(qū)段的LKJ 數(shù)據(jù)正式開(kāi)通使用前，須對(duì)LKJ 車(chē)載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件和LKJ 車(chē)載控制文件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室LKJ 控制過(guò)程模擬檢驗(yàn)和控制功能運(yùn)行試驗(yàn)；LKJ 既有運(yùn)行區(qū)段發(fā)生LKJ 數(shù)據(jù)內(nèi)容變更時(shí)，須對(duì)LKJ 車(chē)載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件或LKJ 車(chē)載控制文件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室LKJ 控制過(guò)程模擬檢驗(yàn)［2］。因此，數(shù)據(jù)模擬試驗(yàn)是LKJ 數(shù)據(jù)換裝生效前必不可少且極其重要的環(huán)節(jié)。

而前期LKJ 數(shù)據(jù)模擬試驗(yàn)平臺(tái)只是將車(chē)載設(shè)備簡(jiǎn)單排列，一次僅能對(duì)一版數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)修改前、后2 個(gè)版本數(shù)據(jù)和控制模式的實(shí)時(shí)對(duì)比，這樣造成模擬過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)返工現(xiàn)象，模擬時(shí)間長(zhǎng)、準(zhǔn)確率降低，風(fēng)險(xiǎn)性加大。另外，由于模擬試驗(yàn)工作空間有限，參與模擬人數(shù)受到了一定限制，使用一套簡(jiǎn)單設(shè)備很難保質(zhì)保量完成模擬工作，特別是數(shù)據(jù)變化較大時(shí)，要真正實(shí)現(xiàn)全程、全員實(shí)時(shí)模擬有一定困難，隱患排查難度較大。

為了提高模擬準(zhǔn)確率，降低數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)，減少人員投入，提高工作效率，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和論證，研發(fā)了LKJ 數(shù)據(jù)綜合模擬試驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)能夠同時(shí)對(duì)修改前、后2 個(gè)版本數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比模擬試驗(yàn)，精準(zhǔn)校對(duì)數(shù)據(jù)的變化情況；同時(shí)避免因編輯數(shù)據(jù)時(shí)出錯(cuò)，導(dǎo)致變化數(shù)據(jù)與公布數(shù)據(jù)不一致，給行車(chē)安全帶來(lái)重大的安全隱患。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 組成結(jié)構(gòu)

LKJ 數(shù)據(jù)綜合模擬試驗(yàn)平臺(tái)硬件主要包括PC機(jī)1 臺(tái)（上位機(jī)控制）、10 吋TFT 真彩液晶顯示屏（3 塊）、LKJ2000 型監(jiān)控主機(jī)（1 臺(tái)）、PC104 主板（3 塊）、下位機(jī)單片機(jī)信號(hào)采集控制板（1 塊）、矩陣鍵盤(pán)信號(hào)分配控制板（1 塊）、畫(huà)面分割器（1 臺(tái)）、開(kāi)關(guān)電源（3 臺(tái)）、LKJ 條件信號(hào)輸入設(shè)備（1 臺(tái)） 及其他附屬配件等。試驗(yàn)臺(tái)實(shí)物外觀見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)外觀實(shí)物圖

2.2 工作原理

1）按照設(shè)計(jì)思路，將原有LKJ 監(jiān)控顯示器A、B 中PC104 主板輸出的VGA 信號(hào)，傳輸?shù)疆?huà)面分割器中，進(jìn)行VGA 信號(hào)到高清HDMI 信號(hào)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)將2 路監(jiān)控顯示器圖像信號(hào)和PC 機(jī)圖像信號(hào)進(jìn)行拼接合成，把合成后的HDMI 高清信號(hào)發(fā)送到投影機(jī)進(jìn)行投屏。另外，可根據(jù)需要，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制中央控制板，向畫(huà)面分割器發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控顯示器A、B 和控制計(jì)算機(jī)三屏單放，或同屏對(duì)比播放2 種模式循環(huán)切換。硬件控制示意圖如圖2 所示。

2） 根據(jù)LKJ2000 型監(jiān)控主機(jī)硬件工作原理，監(jiān)控裝置A 機(jī)（監(jiān)控主機(jī)左側(cè)）和B 機(jī)（監(jiān)控主機(jī)右側(cè)）互為熱備［3］，當(dāng)主機(jī)單元的監(jiān)控記錄插件或電源插件發(fā)生故障時(shí)，備機(jī)單元將立即轉(zhuǎn)為主機(jī)工作狀態(tài)，故障單元?jiǎng)t自動(dòng)退出主機(jī)工作狀態(tài)。監(jiān)控裝置A、B 機(jī)通過(guò)獲取對(duì)方的同步通信數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)的查詢。本試驗(yàn)平臺(tái)是通過(guò)硬件技術(shù)改造，將原有監(jiān)控主機(jī)母板中監(jiān)控記錄插件A 和B 的雙 路CAN 總線CAN-A 和CAN-B 的PCB 線 路 切斷［4］，并將監(jiān)控記錄插件A 和B 實(shí)時(shí)熱備的檢測(cè)信息、數(shù)據(jù)同步信息分別傳給自主設(shè)計(jì)的第三方單片機(jī)信號(hào)控制系統(tǒng)，作為單片機(jī)系統(tǒng)的“喂狗”程序，進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)到工作正常的同步數(shù)據(jù)信號(hào)后，將該信息返回到對(duì)方插件，進(jìn)行同步數(shù)據(jù)檢測(cè)和CRC 校驗(yàn)，確保A、B 機(jī)單機(jī)后各部分工作正常。

圖2 硬件控制示意圖

3）為了保證A、B 機(jī)人機(jī)界面輸入信息和外界給定條件信號(hào)具備實(shí)時(shí)一致性，通過(guò)自制的單片機(jī)矩陣鍵盤(pán)分配板，將原有顯示器面膜按鍵開(kāi)關(guān)信號(hào)放大后，通過(guò)矩陣鍵盤(pán)掃描電路分配給2 臺(tái)顯示器主板，使2 臺(tái)顯示器接收到相同鍵盤(pán)輸入操作指令，并且這些指令在時(shí)域上不存在時(shí)間差［5］。

4） 將LKJ 監(jiān)控顯示器A、B 的CANA 總 線、CANB 總線、+15 V 開(kāi)關(guān)信號(hào)等信號(hào)線，分別與監(jiān)控主機(jī)A、B 機(jī)單獨(dú)對(duì)應(yīng)連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控主機(jī)A、B 機(jī)進(jìn)行分屏顯示。軟件轉(zhuǎn)換示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 軟件轉(zhuǎn)換示意圖

3 平臺(tái)功能

1）自主設(shè)計(jì)出適合整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)室綜合控制的上位機(jī)軟件。

該軟件可在上位PC 機(jī)內(nèi)，通過(guò)串口控制下位機(jī)中央控制板，通過(guò)上位機(jī)操作，實(shí)現(xiàn)A、B 機(jī)人機(jī)界面單獨(dú)切換、2 版不同數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對(duì)比、試驗(yàn)室投影裝置功能設(shè)定，幕布、燈光隨時(shí)控制等功能，并預(yù)留一定的功能控制接口［6］。

2） 將模擬機(jī)車(chē)運(yùn)行輸出的各種條件控制信號(hào)，如速度、管壓、機(jī)車(chē)信號(hào)、速度等級(jí)、信號(hào)制式等同時(shí)供給A、B 套設(shè)備，相當(dāng)于模擬控制2 臺(tái)機(jī)車(chē)實(shí)時(shí)同步操作運(yùn)行。

3）通過(guò)將新、舊2 個(gè)版本模式或數(shù)據(jù)程序裝入不同的試驗(yàn)平臺(tái)，在時(shí)間、線路坐標(biāo)、運(yùn)行條件等所有條件都相同的狀態(tài)下，實(shí)時(shí)對(duì)比模擬出控制模式或基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的變化點(diǎn)。同時(shí)，可隨時(shí)調(diào)閱本版數(shù)據(jù)修改的相關(guān)依據(jù)，為機(jī)務(wù)、電務(wù)及工務(wù)聯(lián)合數(shù)據(jù)模擬，提供全面的基礎(chǔ)技術(shù)資料，并可通過(guò)超大屏幕投影進(jìn)行直觀顯示，以便于多人共同模擬和核對(duì)確認(rèn)。另外，還可隨時(shí)切換前、后2 版數(shù)據(jù)中的任意一版源文件，同其所對(duì)應(yīng)的生成數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向的對(duì)比模擬，直觀查看數(shù)據(jù)運(yùn)行情況和源數(shù)據(jù)修改變化是否一致，確保數(shù)據(jù)模擬精準(zhǔn)、全面；同時(shí)也可以通過(guò)控制臺(tái)軟件隨時(shí)進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)前、后2 版數(shù)據(jù)模擬運(yùn)行的橫向?qū)Ρ?，更加直觀地對(duì)比出異同點(diǎn)［7］。兩版數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)圖4。

圖4 兩版數(shù)據(jù)對(duì)比

4）可實(shí)現(xiàn)交付數(shù)據(jù)的本地線上直接接收，轉(zhuǎn)存器、IC 卡刷屏程序的同步寫(xiě)入、運(yùn)行揭示命令實(shí)時(shí)編輯，以及模擬條件的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定等模擬流程的全部功能。

5）可實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬試驗(yàn)生成數(shù)據(jù)文件的現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理及運(yùn)行文件的在線單機(jī)版數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步核實(shí)數(shù)據(jù)模擬的準(zhǔn)確性；同時(shí)，也可將模擬試驗(yàn)記錄文件按規(guī)定要求刻錄成光盤(pán)，進(jìn)行存檔保存［8］。

6）該設(shè)備還具有對(duì)模擬全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像、存檔功能，為上級(jí)部門(mén)對(duì)模擬工作的檢查和驗(yàn)收，提供良好的視頻資料。

7） 通過(guò)同一上位PC 機(jī)控制軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所有周邊設(shè)備，如投影設(shè)備功能設(shè)定、投影幕布升降調(diào)整、窗簾開(kāi)度調(diào)整、燈光開(kāi)關(guān)控制等進(jìn)行智能控制。

4 應(yīng)用效果

該試驗(yàn)平臺(tái)自設(shè)計(jì)完成以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，使用直觀便捷，作用非常明顯，其技防措施大大增強(qiáng)了工作人員的信任度和滿意度，極大地方便了機(jī)務(wù)、電務(wù)、工務(wù)系統(tǒng)間對(duì)數(shù)據(jù)換裝前的聯(lián)合模擬檢驗(yàn)，聯(lián)勞協(xié)作效果明顯。近幾年完成的LKJ 數(shù)據(jù)模擬、換裝情況如下：2015 年17 次1 955 臺(tái)、2016 年25 次2 310 臺(tái)、2017 年18 次2 412 臺(tái)、2018 年7 次980 臺(tái)、2019 年8 次1 160 臺(tái)，總 計(jì)75 次8 817 臺(tái)機(jī)車(chē)LKJ 數(shù)據(jù)換裝，實(shí)現(xiàn)模擬試驗(yàn)任務(wù)，且無(wú)任何偏差，換裝實(shí)現(xiàn)零差錯(cuò)，LKJ 數(shù)據(jù)模擬正確率100%，也實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)電文下發(fā)后，從地面模擬試驗(yàn)到數(shù)據(jù)芯片的灌制，再到芯片領(lǐng)取的全程閉環(huán)管理模式。

5 結(jié)論

LKJ 數(shù)據(jù)綜合模擬試驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)和使用，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)界面融合、新舊數(shù)據(jù)同步、畫(huà)面清晰明了，保證了LKJ 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度及模擬試驗(yàn)的方便性。在分析設(shè)備隱患和故障時(shí)更加直接和深入，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目的；同時(shí)最大限度地降低了安全風(fēng)險(xiǎn)管控的難度，在安全風(fēng)險(xiǎn)管控和安全隱患排查治理雙重預(yù)防機(jī)制運(yùn)行方面，又增加了一道“防火墻”，在節(jié)支降本、安全生產(chǎn)保駕護(hù)航工作上起到了積極作用，具備技術(shù)推廣價(jià)值。