LKJ车载设备作业质量卡控系统设计与实现

孙铁强 桂连杰 欧盛风

1 研发背景

LKJ(列车运行监控记录装置)是保证机车安全运行的重要设备。机车运行时,不断调用预存在监控记录板数据芯片 (U5U6)中的基础数据,结合监控记录板模式芯片 (U3U4)中的控制模式,绘制机车的运行曲线,预告前方的线路情况,辅助司机操纵,控制机车运行,实现防超速、防冒进的目的。同时,它实时记录机车的运行、工况等数据,为机车的合理操纵、设备的运用维护、故障的分析预防等提供科学依据。LKJ2000型是全路装车设备的主要型号。

1.1 车载车间检测作业方式

1.当基础数据、控制模式发生变化时,进行新版本芯片换装 (U5/U6、U3/U4)。

2.对 LKJ设备进行标准化检测,检测合格后填发车载设备检测合格证。

3.转储检测作业文件交由地面分析工区对检测作业质量进行分析,由分析员进行芯片换装版本号人工确认,分析确认质量纳入月度考核。

1.2 实际作业方式存在的问题

1.作业人员人工判定检测作业质量,手工填发合格证。两个环节均是人为确认,易出现问题。

2.工区对检测作业文件的质量分析、数据版本号的确认,滞后于检测作业。在合格证发放环节上,不能进行有效的处理,对出库机车车载设备质量卡控不到位。

3.人工统计芯片换装无法做到及时、准确。尤其在芯片更换任务频繁,更换地点和人员分散时,统计误差大,极易漏换、超换、错换。

以上问题集中表现为相关作业环节没有建立及时有效的制约机制:合格证的填发与检测作业之间没有必要的设备 (手段)进行卡控;分析工区不能同步卡控检测工区的作业环节;芯片换装确认、统计没有科学的手段。为此,虽然建立了一系列保障机车出入库车载设备检测作业质量的基本制度,起到了一定的作用,但还仅仅是停留在文字层面。需研制出一种系统设备,从客观上保证制度和办法的可靠落实。

2010年 1月,沈阳铁路局电务处、通辽电务段、株州南车时代电气股份有限公司安全装备事业部联合立项,研发了 “LKJ车载设备作业质量卡控系统”。它集换装计划管理、版本信息采集、版本复核、检测作业标准化自动分析、报警处理、换装情况实时跟踪与综合查询为一体,用技术手段做保障,实现了真正意义上的“人控”向“机控”的转变。

2 设计思路

“LKJ车载设备作业质量卡控系统”由车载作业手持设备 (以下简称 LKJ版本复核仪)、地面计划管理系统、地面通信服务软件组成。其系统结构框图如图 1。

图 1 质量卡控系统结构框图

LKJ版本复核仪是车载作业设备,由检测作业人员在机车出入库检测作业时,实时获取 LKJ2000型监控装置的机车信息、版本信息、运行记录目录、运行记录文件。

1.将机车版本信息通过 LKJ版本复核仪内置的 GSM/GPRS模块的短信 SMS通信发送至地面通信服务器,并对接收的信息进行分析,提取机车版本信息与计划管理系统下达的机车换装计划进行版本比对,再将版本比对结果回馈至 LKJ版本复核仪。

2.将出入库检测作业文件进行转储,并按预先设定的项点分析参数 (XML参数)进行标准化分析,实时将结果显示给作业人员核实。作业人员确认后将分析发送至地面服务器进行记录统计;在版本比对正确情况下,检测作业文件实时分析结果全部合格,允许检测人员实时打印机车出库合格证(正、副页)。

地面软件由地面通信服务程序、计划管理系统组成。地面通信服务程序主要负责版本信息 (短信)接收、版本比对、版本比对结果回执 (短信)、数据统计等。

计划管理系统分局、段两级。局级主要进行换装结果统计、查询,生成各种报表。段级主要完成换装计划制定、记录换装结果、换装计划自动报警、各种数据统计查询。

3 硬件设计

LKJ版本复核仪是本系统的核心部件。该硬件基于 ARM 9微处理器,采用希姆通Simcom300模块进行 GSM/GPRS通信,采用 RS-232串口通信技术、检测文件标准化分析算法、高性能热敏打印机,大容量FLASH存储可实现对 LKJ2000型监控装置文件的转储、分析、数据的传送、回馈、机车出库合格证打印。核心模块采用嵌入式WinCE操作系统,具有丰富的外设接口、相对较低的成本和高的稳定性,主要应用于 LKJ芯片换装、机车出入库检测作业文件分析等领域。其硬件框图如图 2。

1.电源电路设计。使用大电流专用电源 IC模块 29302,保证电源电路稳定供电。

图 2 LKJ版本复核仪硬件框图

2.ARM电路设计。选用 32位RISC ARM 9微处理器,该类芯片具有高性价比,同时具有较小的体积,较低的功耗。MMU虚拟内存管理单元,使得程序运行以及数据存储更加高效,并可以支持 WinCE.net、Linux和uCOS-Ⅱ等多种业内主流的操作系统。此外还集成了 LCD控制器、NAND Flash控制器、系统管理单元 (包括 SDRAM控制器等)、3通道 UART、4通道 DMA、4通道具备 PWM功能的定时器、丰富的IO、4通道 16位定时器/PWM发生器、RTC(实时时钟)、8通道10bit精度ADC和触摸屏控制器(内置切换 MOS管)、IIC总线接口、IIS数字音频总线接口、USB主机/USB设备、SD/MMC卡控制器、2通道 SPI、PLL数字锁相环。

3.数字通信电路设计。包括与 ARM主控模块的对应端口相连的 RS-232总线接口,以太网接口、USB接口,对外采用光电隔离,提高系统的抗干扰能力。

4 软件设计

系统软件分为 LKJ版本复核仪嵌入式软件和地面微机软件,嵌入式软件完成监控装置的运行记录文件转储、版本信息获取、机车出入库检测作业文件标准化分析、机车出库合格证打印、版本信息的发送比对和回执 (利用短信通道)等。地面软件完成芯片换装计划管理 (下达、统计、查询)、地面版本数据接收比对和回执等。

4.1 LKJ版本复核仪嵌入式软件

LKJ版本复核仪程序主要是基于 WinCE操作系统下编程,采用目前流行的 Visual Studio 2008开发环境进行软件开发。使用 C#开发语言进行嵌入式程序设计。可以利用 Visual Studio 2008通过 Microsoft ActiveSync与嵌入式操作系统 WinCE进行同步调试。版本复核仪模块流程图如图 3所示。

图3 版本复核仪模块流程图

版本信息获取后,按照一定协议组织数据,以短信形式发送至目标主机,然后以循环方式读取短信,解释短信内容,判断是否收到目标主机的正确回执。整个循环过程以超时进行控制。

4.2 地面软件及系统运行环境

软件以 Oracle数据库做为数据管理的平台,地面通信服务器采用 Borland Delphi 7.0设计开发。适应于 Windows9X,WinNT4.0,Win2000和最新WinXP操作系统。运行 Oracle Enterprise Manager需要额外 20MB内存空间。计划管理系统采用J2EE+Tomcat架构,程序以 Web方式进行部署,客户端利用浏览器 (如:IE6.0)进行远程操作。地面软件版本比对流程见图 4。

5 主要功能

5.1 界面主要功能

手持 LKJ版本复核仪开机界面如图 5,主要功能:入库转储、客车入检、客车出检、数据站换、货车入检、货车出检。

1.入库转储。利用 RS-232接口,连接监控装置转储口,允许以文件目录列表、未转储、选择等方式进行文件转储下载。

2.客车入检、客车出检。将 RS-232接口与监控装置转储口进行连接,先获取最新记录文件中的装置版本信息(监控软件版本号、数据版本号、显示版本号等),转储最新的入库检测文件。软件系统利用短消息处理模块发送版本号信息至地面,接收地面回执的信息,提示版本号是否正确,再进行入库的检测文件分析,并提示分析结果。出库时系统判断版本是否正确来决定机车出库合格证的打印。

3.GPS校时。系统时间校正时,将 LKJ版本复核仪 RS-232接口与 GPS地面母钟进行 GPS自动校时。然后车载检测转储作业时,利用 LKJ版本复核仪本身时间实现对监控装置进行校时。

4.数据站换。一般用于车站临时换装或重点旅客列车的应急换装,将 RS-232接口与 LKJ2000型监控装置转储口进行连接,获取最新装置版本信息,软件系统利用短消息处理模块提示版本号是否正确。

5.货车入检、货车出检。将 RS-232接口与监控装置转储口进行连接,获取最新装置版本信息,转储最新的入库检测文件。软件系统进行入库的检测文件分析,并提示分析结果。

图 4 地面软件版本比对流程

图 5 手持 LKJ版本复核仪开机界面图

5.2 地面处理软件功能

1.换装计划制定。计划下达人员根据路局下发的换装电报文件、段任务书、车间具体生产安排等分级录入系统。将芯片换装工作分地点、时间、工作内容、换装说明进行详细安排,计划制定时录入的版本是目前换装计划管理系统所规定的版本信息 (监控软件版本、监控数据版本、显示软件版本、显示器数据版本)、添加客车应急换装计划(根据路局换装电报中所规定的重点旅客列车,按车次进行录入)、重点机车计划 (根据路局换装电报按施工计划的施工时间,所规定的在库部份机车)、换装点计划 (由于全路一台机车的运营模式,大部份机车在线运行,因此需要换装计划人员根据施工计划,结合段的人员分配制定详细的换装计划)。

2.版本比对。LKJ版本复核仪直接读取 LKJ的各种版本信息,并通过GSM实时发送到版本服务器进行校核,并实时返回校核结果,换装错误将以声光报警的形式提醒换装人员,从根本上避免了人为版本号的误确认、错换、漏换现象。

3.换装统计查询。提供各种统计查询接口,方便相关人员进行统计查询。版本比对模块在版本比对同时,将机车的版本信息实时记录至数据库中,供查询时随时调用。可以以某次换装计划进行某次换装结果报表的生成、打印。用户可以按机车型、机车号,也可以按换装人员、换装时间、车次分别进行查询。

4.基本数据管理。计划管理系统需要将电务段的一些基础数据进行录入,形成数据字典,如添加可能换装的机车配置表、段换装人员信息表。

5.换装结果上报。计划管理系统采用局、段两级结构,各段换装人员的换装情况将实时反馈到段中心服务器,再由段相关人员及时上报至局中心服务器。局、段可以实时监控各段、车间换装人员的换装作业情况,从而形成局、段、车间三位一体的立体式版本信息监控体系。

6 结束语

“LKJ车载设备作业质量卡控系统”集换装计划管理、版本信息采集、版本复核、报警处理、换装情况实时跟踪与综合查询、机车出入库检测作业文件分析为一体,实现了检测作业质量、设备质量由 “人控”向 “机控”的转变,从而达到对检测作业的规范和高可靠性、高效率管理。具有可预见的巨大的安全效益以及经济和社会价值。

随着铁道部对监控装置版本控制及机车出入库检测作业的要求进一步增强,该系统作为监控装置的必备辅助设备将会发挥越来越大的作用。

(责任编辑:张 利)