列車運行監控記錄裝置維檢一體化教培系統設計

宮旭東 上海鐵路局電務處

列車運行監控記錄裝置維檢一體化教培系統設計

宮旭東 上海鐵路局電務處

針對列車運行監控記錄裝置維護檢修人員業務技能欠缺，缺少必要的培訓設備及手段問題，經過多年的探索和實踐，提出一體化的教學培訓系統設計，通過組織實施，以此來進一步豐富培訓手段，著力解決“學、用”脫節問題，達到整體快速提升作業人員檢測維修及故障處理業務技能，優化培訓效果目的。

監控裝置；一體化；教學培訓；設計

1 現狀分析

隨著鐵路列車運行速度的不斷提高及運行密度的進一步加大，列車運行監控記錄裝置（以下簡稱LKJ）在防止列車冒進信號、運行超速事故和輔助機車（動車組）司機提高操縱列車運行安全能力方面發揮著重要作用，已經成為保障列車安全運行不可缺少的設備。如何確保LKJ系統設備運用質量良好，保持設備的功能、可靠性及安全性等方面持續穩定已經成為設備維護單位迫切需要解決的問題。一方面，我們依賴于設備生產廠家嚴格把控設備出廠質量，控制源頭；另一方面，我們還需加強設備日常維護檢修質量，將設備故障消滅在萌芽狀態。

提高設備日常維護檢修質量，很大程度上取決于相關維護檢修人員的業務素質和工作責任心。為滿足機車（動車組）配置數量的不斷加大帶來的設備維護需求，近年來大批學校畢業生相繼充實到電務段各個崗位當中，由于現場缺乏系統的培訓設備及手段，傳統的“傳、幫、帶”的培訓模式已經成為了職工盡快適應新崗位、提升業務水平的絆腳石，從而導致部分職工工學矛盾日益突出。因此，研究設計LKJ維檢一體化教學培訓系統，全方位再現設備在機車（動車組）上的安裝狀態，真實模擬列車運行監控記錄裝置的運行場景，在此基礎上，科學引入標準化作業和故障處理評定系統，來滿足日常培訓需求，就顯得尤為迫切。

2 系統設計構思

LKJ維檢一體化教培系統以列車運行監控裝置檢修標準化作業和故障處理為主要培訓內容，其所包含設備應與機車上實際安裝狀態一致；在實際模擬過程中，通過手動操縱大小閘、司控器來控制壓力、柴油機轉速和速度的發送，并在壓力表、速度雙針表和LKJ顯示器上的顯示相應的值，達到在地面真實再現機車列車運行監控裝置的運行場景目的。

LKJ維檢一體化教培系統采用模擬操作演練加教學仿真培訓的方式，對電務段檢修人員進行LKJ及相關配套設備的工作機理、設備故障檢修、標準化作業等內容的教學培訓和考核。系統可通過手動或程控斷開不同接點方式，有針對性地模擬仿真常見故障現象，并能給出對應故障現象的故障分析和處理流程。

LKJ維檢一體化教培系統在數據服務器的基礎上，支持網絡擴展，構建網絡培訓平臺。在該平臺上可完成培訓、教學、考試等，支持培訓記錄、培訓成績等數據的查詢，以此構建完成的培訓體系。通過教學、練習、考試等形式滿足電務段職工日常培訓考核需求。

3 系統總體設計方案

3.1 系統總體架構

LKJ維檢一體化教培系統由電源、LKJ設備機柜、教學培訓模擬臺、服務器、工業控制計算機等設備組成。系統采用模擬仿真操縱臺加設備柜的組合形式進行設計，系統整體架構圖1所示。

圖1 系統整體架構圖

教學培訓模擬臺可仿照機車司機操縱臺進行布置，I端、II端顯示器、雙針速度表、模擬壓力表、司控器、信號機等設備參照實際安裝位置進行設計。為方便實操練習，增加了便攜式通用機車信號發碼器、機車接收線圈等設備。同時預留速度、壓力、信號、鳴笛標簽等設備接口，可進行功能擴展。操縱臺上設置電腦顯示屏，實時展現教學培訓軟件界面。

LKJ設備柜可采用19英寸標準機柜，將LKJ設備、機車信號主機、TAX箱、本/補切換裝置、無線數傳等設備按照機車上實際位置安裝接線。為方便學員進行故障排查，設備柜背面設立了故障檢修培訓區，由接線端子排與人機交互觸摸屏組成。端子排模擬機車設備端子排，所有接線均通過端子排進行轉接。通過系統軟件控制斷開或手動斷開指定線路接點，模擬設定設備故障現象。學員可按照PC端界面提示，在此區域進行信號測量、故障排查分析，通過人機交互觸摸屏可以將故障排查結果錄入，系統軟件可對錄入結果進行判斷。LKJ設備柜結構外觀如圖2所示。

圖2 設備柜整體結構圖

3.2 系統硬件平臺架構

系統硬件平臺架構圖如圖3所示。

圖3 系統硬件平臺架構

3.3 系統軟件平臺架構

系統軟件平臺架構圖如圖4所示。

圖4 系統軟件平臺架構

4 系統功能

4.1 LKJ系統功能模擬

4.1.1 機車信號

機車信號發送由發碼設備與模擬環線組成，調節發碼箱不同的制式和頻率，可以發送不同的載頻信號，信號通過架設在鋼軌上的環線被感應線圈接收，然后通過信號轉接盒傳遞機車信號主機分析后產生不同的色燈信號，同時LKJ顯示器和八燈顯會作出相應色燈變化。

4.1.2 速度信號模擬

速度信號模擬采用主控箱預留插件及步進電機等模擬速度信號。在可調速步進電機上加裝光電式速度傳感器，集中控制器采集到的司控器等操縱手柄的操作狀態，控制電機轉速，通過速度傳感器產生LKJ監控所需的速度信號（可調方波信號），信號經接口柜，可方便測試。調速范圍（0~200）km/h，同時在教學培訓模擬臺上雙針速度表指示速度。

4.1.3 壓力信號模擬

壓力信號模擬采用主控箱預留插件及輔助氣路回路模擬壓力信號。由電動壓力調節閥、壓力變送器和集中控制器構成簡易的電動壓力控制系統去模擬常用制動和緊急制動所需的壓力信號，通過壓力變送器將壓力信號（方波）傳至LKJ。

4.1.4 機車工況信號

選用目前機車上在用的S710A型司機控制器，司控器由控制手柄與換向手柄組成；控制手柄有“0~16”十七個檔位，每個檔位均有定位；換向手柄有“后牽”、“后制”、“0”、“前牽”、“前制”五個檔位，每個檔位均有定位。通過主控箱中手柄采集器采集司機控制器各個檔位的觸點閉合狀態，根據司控器觸點閉合狀態輸出工況信號。4.1.5鳴笛記錄

使用LKJ功能擴展盒采集鳴笛轉換器產生的110 V開關量信號，通過 CAN總線將信號代碼發送給監控主機記錄。同時可以將 LKJ功能擴展盒自身自檢狀態和工作狀態傳送給監控主機顯示和記錄。

4.1.6 語音記錄

安裝在綜合監測裝置主機箱中LY-05型語音記錄裝置，將機車乘務員通過列車無線電調度電話進行的收、發語音信號，按數字壓縮形式，并以從LKJ獲取的時間、公里標作為基準坐標進行存儲記錄，形成語音文件,同時可通過語音文件地面分析軟件進行分析。

4.1.7 車號識別

通過安裝在綜合監測裝置主機箱中TMIS單元從LKJ獲取的車次、本/補、客/貨、時間、公里標等變化的列車運行信息實時傳送給車號識別系統中的機車標簽設備。TAX箱與監控主機采用RS485通訊或CAN通訊兩種方式。

4.1.8 GPS信息接收

GPS信息接收裝置主要由 GPS接收主機、GPS天線及相關電纜組成,GPS接收主機接收GPS信息，經過解析處理后通過外 CAN總線送入LKJ,為LKJ提供準確的時間信息。4.1.9本補切換

機車在實際運用中，存在本務運行模式和非本務運行模式。在本務運行模式下，LKJ實現安全控制以及全程運行記錄等功能。而在非本務運行模式下，LKJ僅實現全程運行記錄的功能。通過切換轉換開關完成“本務”“補機”兩種控制模式的切換，當轉換開關位于“補機”時，將所有制動控制信號切除，并將DC50V+信號送入監控主機，監控主機以此判斷硬件轉為非本務模式；當轉換開關位于“本務”時，制動控制信號全部直通連接，同時切斷DC50V+信號，監控主機以此判斷硬件轉為本務模式。

4.2 接線故障模擬

在設備柜背面設立故障檢修培訓區，由接線端子排與人機交互觸摸屏組成。在設備柜中安裝接線故障模擬模塊，模塊上設置專用接線排模擬機車端子排，所有接線均通過端子排進行轉接，在接線端子排旁邊放置繼電器陣列。通過軟件設定模擬故障后，系統會依據相關設備信號線定義，自動斷開指定線路接點，模擬特定設備故障現象。

由于設備內部接線端子數量較多，在一個模塊上模擬所有接線故障難度較大。采用模塊化設計，通過485總線實現多個接線故障模擬模塊擴展，為后期增加設備和接線端子預留。故障模擬模塊系統框圖如圖5所示。

圖5 接線故障模擬系統框圖

通過客戶端軟件設置好故障類型后，通過主控箱485總線向接線故障模擬模塊發送命令，控制故障對應繼電器斷開，模擬特定設備故障現象，同時在PC客戶端可提示故障現象分析及故障排查步驟等信息。

5 系統軟件平臺功能設計

5.1 軟件運行模式

系統軟件支持三種工作模式：單機、教師工作站、學員工作站。默認的工作模式是單機模式。后兩種工作模式用來進行聯網操作，網絡拓撲結構是星形結構。教師工作站是唯一的連接中心，用來提供給多臺學員工作站連接。系統內部通過數據庫共享訪問、TCP/IP網絡傳輸協議進行信息傳輸和應用功能實現。數據庫共享訪問方式為數據庫直接連接；底層框架為應用程序提供了數據庫連接驅動。系統網絡拓撲圖如圖6所示。

圖6 系統網絡拓撲圖

5.2 軟件設計思路

5.2.1 總體設計和處理流程

系統總體軟件結構根據需求劃分為相應的功能模塊。對于具有顯示界面的模塊，根據操作流程，在界面上顯示，按順序調用相應模塊，完成各操作流程。對于沒有顯示界面的模塊，運行在后臺，根據對應的事件由系統調用該模塊完成相應的模塊。數據庫接口有對應的驅動程序,在功能模塊調用時用來操作數據庫。對于通用的功能，劃分為公共模塊。系統軟件結構圖如圖7所示。

圖7 系統軟件結構圖

5.2.2 數據庫設計思路

數據庫設計考慮數據庫性能，包括接收數據的入庫存儲，對直接訪問數據庫的終端應用的高效支持，采用MYSQL數據庫；考慮對數據類型進行必要的分類，對于基表，存儲表，訪問表等根據各自特點進行設計；考慮與應用間的訪問接口，避免單表的大量查詢、多表的聯合查詢等消耗數據庫性能的操作的出現，充分利用數據庫自身的數據管理機制和效率優化手段。

5.3 軟件核心模塊設計

5.3.1 標準化作業流程

根據鐵路局規定對LKJ設備出入段檢測等標準化作業的工作流程，操作方法，標準要求等進行編輯管理，同時可在各步流程中從故障庫中設置特定干擾信息，通過讀取后臺存儲的標準化作業流程每個步驟要求和涉及設備干擾信息數據，記錄操作結果且后臺程序自動和正確結果比對，把比對結果顯示到前臺并提示正確操作內容。

5.3.2 LKJ系統故障檢修處理流程

從故障設置界面中選中對應設備，對接口一根或多根信號線進行故障設置。硬件平臺模擬故障現象，同時在PC界面中提示故障分析及處理流程指導學員進行學習；通過故障模擬設置庫選中已有故障進行故障設定。

5.3.3 LKJ知識課件庫

在軟件界面上展示word、PPT、excel、多媒體文件等格式的課件，提供給學員自主學習或教師教學。具備課件文檔列表展示、在線瀏覽、課件文檔的上傳、多媒體文件列表展示、在線播放、課件的檢索、編輯等功能。

5.3.4 LKJ試題庫

教師在系統后臺管理界面，錄入試題編號、類型、內容和正確結果，形成試題庫，為學員在線考試試卷提供原始數據。同時具有保存試卷答題結果、學員成績表等功能。

5.3.5 LKJ試卷庫

教師通過系統后臺管理界面，在試題庫中按照試題類型、數量等條件抽取出試題并形成試卷。同時具備試題按類型排序展示、試題按條件查詢、編輯試卷、試卷數據的增刪改等功能。

6 擴展應用

系統預留了各種信息接口，可擴展投影儀、模擬設備等教學設施，可擴展多臺計算機用戶并進行管理。在實際應用中，可布局LKJ維檢一體化培訓中心，進行多人教學培訓。

責任編輯：王 華

來稿日期：2016-11-30