双套LKJ数据同屏对比显示装置的开发研制

冯久泉

（上海铁路局徐州电务段，江苏徐州 221007）

1 设计目的

《列车运行监控记录装置（LKJ）运用维护规则》（铁运[2009]98号）第27条，明确规定：LKJ数据是LKJ控制功能实现的基础和运行分析的依据，LKJ数据准确性是监控列车安全运行的前提和保障。伴随着铁路快速发展，线路施工及改造频繁，造成LKJ地面数据频繁变动。按照要求必须对编制、修改后的LKJ基础数据进行复核和模拟检验，确保LKJ数据准确。但是，由于LKJ基础数据量大，要通过人工逐条核对修改内容是否正确、是否存在误修改的情况，难度较大。因此，当务之急是开发设计一种能够实现自动复核、比对和模拟检验的设备以满足路局、站段需要。为了解决现场监控装置线路数据校对困难、控制模式测试繁琐的问题，开发研制了双套LKJ数据同屏对比显示装置。

2 研制方案

根据目前LKJ数据修改、复核、模拟检验等各环节的要求和实施过程中存在的困难和不足，确定了开发研制方案，并需要实现以下基本功能，满足现场LKJ数据修改、复核、检验的要求。

2.1 实现同步运行及自动转储

通过一个虚拟按键同时对两套LKJ监控装置进行操作，实现同步运行和同屏显示。无需外用转储器和IC卡即可完成LKJ运行记录文件的转储。

2.2 实现LKJ车载基础数据的同步运行比对

实现在相同运行参数、不同LKJ数据版本条件下的同步运行，同步显示两套LKJ监控装置的运行曲线，自动比对所产生的LKJ运行记录文件的不同之处，形成对比结果报表，实现对修改后的地面数据比对和验证。

2.3 实现LKJ基础数据的同步比对

同时导入两版LKJ基础数据，实现快速查找两版LKJ数据之间异同，并在同一屏幕上对照显示。

2.4 实现运行考核实验要求

通过采集并模拟发送实际运行考核试验所需的各种参数和操作信息，通过地面实验室模拟检验实现运行考核试验的要求。

3 装置原理及基本架构

3.1 装置原理

该装置采用了视频采集、微控制器、信息处理和PC104工业控制总线，将两套LKJ2000监控装置屏幕显示器、主机及工业控制计算机集成在一起，实现工业控制计算机操作界面与两套监控装置显示器界面的同屏显示。并通过信息处理板实现LKJ双套数据对比所需机车信号、手柄信息等模拟量、数字量参数的发送；信息处理板以微控制器为核心，是处理上位机软件和监控记录插件之间通信的桥梁。系统原理如图1所示。

3.2 基本架构

装置主要包括工业控制计算机模块、两套LKJ监控主机模块、两套LKJ显示器模块、上位机软件模块、电源模块等5部分。装置硬件结构如图2所示。

1）工业控制计算机模块

工业控制计算机模块主要由主板、中央处理器及VGA采集卡等组成，可运行自动对比软件，利用采集卡采集两套LKJ显示器的输出信号，在工业控制计算机内部处理后与计算机的显示输出合并，送到液晶显示器显示，实现两套LKJ显示器的显示与工业控制计算机的显示内容同屏显示。

2）LKJ监控主机模块

LKJ监控装置主机模块主要由控制板、LKJ2000监控记录插件等组成，是安装LKJ数据的设备，模拟LKJ2000型监控装置运行环境，与LKJ2000型监控装置功能相同、结构一致。并通过控制板模拟LKJ2000型监控装置测试仪，提供监控装置需要的机车信号、速度信号、压力信号等各种模拟量和数字量信号。这些信号的控制由工业控制计算机模块通过软件控制，控制板采用ATMEL 89V51为主控制器，它与工业控制计算机之间通过RS-232串口进行通信。

3）LKJ显示器模块

LKJ显示器模块主要由液晶显示器接口电路板、PC104主板、液晶触摸显示屏、IC卡语音板等组成，与LKJ2000型监控装置显示器功能一致，能够实现LKJ监控装置语音输出、LKJ监控装置数据等文件的输入和输出，是显示/操作的人机接口。

4）上位机软件模块

上位机软件模块主要由视频处理、数据对比软件组成，能够对两套LKJ监控装置输出的视频进行采集、合并处理，实现计算机界面和两套LKJ监控装置界面的同屏显示，并对两套不同版本的LKJ数据进行自动对比，查找不同之处，并生成比对报表。

5）开关电源模块

开关电源模块主要由标准的工业计算机ATX电源组成，能够向工业控制计算机模块、LKJ监控主机模块及LKJ显示器模块提供稳定电源。

4 实现功能

4.1 虚拟按键的同步控制

装置设置虚拟按键同时控制两套LKJ监控装置的操作，使其同步。通过计算机主板的两个串口和两套显示器接口板上面的微控制器进行通信，由工业控制计算机同时通过串口发送需要指令给两个微控制器，再由微控制器经过采集、处理后，给PC104发送特定频率的指令来完成虚拟按键的同步控制操作。

4.2 两套LKJ信号的模拟发送

LKJ监控装置模拟量、数字量信号的模拟发送是工业控制计算机通过串口和控制板的MCU进行。控制板的MCU主要负责连接工业控制计算机后台软件和监控记录板之间的通信要求，实现LKJ监控装置模拟量、数字量信号的模拟发送。控制板信号发送示意如图3所示。

4.3 双套LKJ数据的自动对比

1）两套LKJ车载数据运行比对

通过采集某个LKJ运行记录数据的各种输入信息和操作等列车运行参数，实现在相同运行参数条件下，同时在新旧两套LKJ车载基础数据环境下的运行，并产生LKJ运行记录文件。再通过工业控制计算机自带的两个串口和两个监控记录插件之间进行通信，自动把LKJ监控装置运行记录数据转储到计算机里面。然后通过自动对比软件对两套LKJ监控装置运行记录数据进行对比、分析统计，快速地找出新旧两套LKJ车载基础数据的不同之处。自动对比软件操作流程如图4所示。

2）两套LKJ基础数据的自动比对

装入新旧两版LKJ基础数据源文件，运行软件，自动运行两套LKJ基础数据，产生运行记录文件。自动转储、分析记录文件，查找和显示两版LKJ基础数据之间的异同点。技术人员按照路局主管部门公布的LKJ基础数据进行核对，最后得出新版LKJ基础数据修改是否符合文件要求。

4.4 实现运行考核检验的要求

以单套LKJ监控数据为基础，装置通过完全、准确模拟LKJ2000各种工作状态以及司机操作，或直接提取某个LKJ运行记录数据的各种输入和司机操作信息，并模拟发送LKJ2000所需信号、速度等相关信息，实时显示运行曲线，实现运行考核试验的地面仿真试验，达到实际运行考核实验的各项要求。

4.5 同屏显示

VGA采集卡直接采集两套监控设备VGA输出信号，把输入的VGA视频信号实时采集压缩,并经过计算机的处理，立即在一台显示器上同屏显示另外一台设备的VGA数据,实现同屏显示。

5 运用效果

通过实际运用认为，“双套LKJ数据同屏对比显示”克服了现有LKJ数据验证单一，需要逐条核对，耗时耗力且不能自动对比的缺点，采用集成化结构设计，自动化程度高，能够杜绝人为核对LKJ数据存在的漏洞，并能实现运行考核实验的地面仿真检验。能在两套不同版本LKJ数据条件下的LKJ运行记录数据中自动分析统计出不同之处，生成报表，便于技术人员据此与路局公布的数据进行核对，确定修改项是否符合要求，保证LKJ数据中存在的问题在装车使用之前解决，实现了研制目标，达到确保LKJ基础数据准确的要求。

[1] 杨志刚．LKJ2000型列车运行监控记录装置[M]．北京:中国铁道出版社，2003.

[2] 姜久春，周希德．运行记录器通信及数据处理的探讨[J]．铁道学报，1995(S2):70-73．

[3] 杨玮，李民赞，刘卉．基于PC104系统的CAN总线智能适配卡[J].农业机械学报，2006，37(7):113-115.

[4] 陈伟人．单片微型计算机原理及其应用[M]．北京:清华大学出版社，1989．

[5] 李华．MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，1993．