列车运行监控记录装置维检一体化教培系统设计

宫旭东 上海铁路局电务处

列车运行监控记录装置维检一体化教培系统设计

宫旭东 上海铁路局电务处

针对列车运行监控记录装置维护检修人员业务技能欠缺，缺少必要的培训设备及手段问题，经过多年的探索和实践，提出一体化的教学培训系统设计，通过组织实施，以此来进一步丰富培训手段，着力解决“学、用”脱节问题，达到整体快速提升作业人员检测维修及故障处理业务技能，优化培训效果目的。

监控装置；一体化；教学培训；设计

1 现状分析

随着铁路列车运行速度的不断提高及运行密度的进一步加大，列车运行监控记录装置（以下简称LKJ）在防止列车冒进信号、运行超速事故和辅助机车（动车组）司机提高操纵列车运行安全能力方面发挥着重要作用，已经成为保障列车安全运行不可缺少的设备。如何确保LKJ系统设备运用质量良好，保持设备的功能、可靠性及安全性等方面持续稳定已经成为设备维护单位迫切需要解决的问题。一方面，我们依赖于设备生产厂家严格把控设备出厂质量，控制源头；另一方面，我们还需加强设备日常维护检修质量，将设备故障消灭在萌芽状态。

提高设备日常维护检修质量，很大程度上取决于相关维护检修人员的业务素质和工作责任心。为满足机车（动车组）配置数量的不断加大带来的设备维护需求，近年来大批学校毕业生相继充实到电务段各个岗位当中，由于现场缺乏系统的培训设备及手段，传统的“传、帮、带”的培训模式已经成为了职工尽快适应新岗位、提升业务水平的绊脚石，从而导致部分职工工学矛盾日益突出。因此，研究设计LKJ维检一体化教学培训系统，全方位再现设备在机车（动车组）上的安装状态，真实模拟列车运行监控记录装置的运行场景，在此基础上，科学引入标准化作业和故障处理评定系统，来满足日常培训需求，就显得尤为迫切。

2 系统设计构思

LKJ维检一体化教培系统以列车运行监控装置检修标准化作业和故障处理为主要培训内容，其所包含设备应与机车上实际安装状态一致；在实际模拟过程中，通过手动操纵大小闸、司控器来控制压力、柴油机转速和速度的发送，并在压力表、速度双针表和LKJ显示器上的显示相应的值，达到在地面真实再现机车列车运行监控装置的运行场景目的。

LKJ维检一体化教培系统采用模拟操作演练加教学仿真培训的方式，对电务段检修人员进行LKJ及相关配套设备的工作机理、设备故障检修、标准化作业等内容的教学培训和考核。系统可通过手动或程控断开不同接点方式，有针对性地模拟仿真常见故障现象，并能给出对应故障现象的故障分析和处理流程。

LKJ维检一体化教培系统在数据服务器的基础上，支持网络扩展，构建网络培训平台。在该平台上可完成培训、教学、考试等，支持培训记录、培训成绩等数据的查询，以此构建完成的培训体系。通过教学、练习、考试等形式满足电务段职工日常培训考核需求。

3 系统总体设计方案

3.1 系统总体架构

LKJ维检一体化教培系统由电源、LKJ设备机柜、教学培训模拟台、服务器、工业控制计算机等设备组成。系统采用模拟仿真操纵台加设备柜的组合形式进行设计，系统整体架构图1所示。

图1 系统整体架构图

教学培训模拟台可仿照机车司机操纵台进行布置，I端、II端显示器、双针速度表、模拟压力表、司控器、信号机等设备参照实际安装位置进行设计。为方便实操练习，增加了便携式通用机车信号发码器、机车接收线圈等设备。同时预留速度、压力、信号、鸣笛标签等设备接口，可进行功能扩展。操纵台上设置电脑显示屏，实时展现教学培训软件界面。

LKJ设备柜可采用19英寸标准机柜，将LKJ设备、机车信号主机、TAX箱、本/补切换装置、无线数传等设备按照机车上实际位置安装接线。为方便学员进行故障排查，设备柜背面设立了故障检修培训区，由接线端子排与人机交互触摸屏组成。端子排模拟机车设备端子排，所有接线均通过端子排进行转接。通过系统软件控制断开或手动断开指定线路接点，模拟设定设备故障现象。学员可按照PC端界面提示，在此区域进行信号测量、故障排查分析，通过人机交互触摸屏可以将故障排查结果录入，系统软件可对录入结果进行判断。LKJ设备柜结构外观如图2所示。

图2 设备柜整体结构图

3.2 系统硬件平台架构

系统硬件平台架构图如图3所示。

图3 系统硬件平台架构

3.3 系统软件平台架构

系统软件平台架构图如图4所示。

图4 系统软件平台架构

4 系统功能

4.1 LKJ系统功能模拟

4.1.1 机车信号

机车信号发送由发码设备与模拟环线组成，调节发码箱不同的制式和频率，可以发送不同的载频信号，信号通过架设在钢轨上的环线被感应线圈接收，然后通过信号转接盒传递机车信号主机分析后产生不同的色灯信号，同时LKJ显示器和八灯显会作出相应色灯变化。

4.1.2 速度信号模拟

速度信号模拟采用主控箱预留插件及步进电机等模拟速度信号。在可调速步进电机上加装光电式速度传感器，集中控制器采集到的司控器等操纵手柄的操作状态，控制电机转速，通过速度传感器产生LKJ监控所需的速度信号（可调方波信号），信号经接口柜，可方便测试。调速范围（0~200）km/h，同时在教学培训模拟台上双针速度表指示速度。

4.1.3 压力信号模拟

压力信号模拟采用主控箱预留插件及辅助气路回路模拟压力信号。由电动压力调节阀、压力变送器和集中控制器构成简易的电动压力控制系统去模拟常用制动和紧急制动所需的压力信号，通过压力变送器将压力信号（方波）传至LKJ。

4.1.4 机车工况信号

选用目前机车上在用的S710A型司机控制器，司控器由控制手柄与换向手柄组成；控制手柄有“0~16”十七个档位，每个档位均有定位；换向手柄有“后牵”、“后制”、“0”、“前牵”、“前制”五个档位，每个档位均有定位。通过主控箱中手柄采集器采集司机控制器各个档位的触点闭合状态，根据司控器触点闭合状态输出工况信号。4.1.5鸣笛记录

使用LKJ功能扩展盒采集鸣笛转换器产生的110 V开关量信号，通过 CAN总线将信号代码发送给监控主机记录。同时可以将 LKJ功能扩展盒自身自检状态和工作状态传送给监控主机显示和记录。

4.1.6 语音记录

安装在综合监测装置主机箱中LY-05型语音记录装置，将机车乘务员通过列车无线电调度电话进行的收、发语音信号，按数字压缩形式，并以从LKJ获取的时间、公里标作为基准坐标进行存储记录，形成语音文件,同时可通过语音文件地面分析软件进行分析。

4.1.7 车号识别

通过安装在综合监测装置主机箱中TMIS单元从LKJ获取的车次、本/补、客/货、时间、公里标等变化的列车运行信息实时传送给车号识别系统中的机车标签设备。TAX箱与监控主机采用RS485通讯或CAN通讯两种方式。

4.1.8 GPS信息接收

GPS信息接收装置主要由 GPS接收主机、GPS天线及相关电缆组成,GPS接收主机接收GPS信息，经过解析处理后通过外 CAN总线送入LKJ,为LKJ提供准确的时间信息。4.1.9本补切换

机车在实际运用中，存在本务运行模式和非本务运行模式。在本务运行模式下，LKJ实现安全控制以及全程运行记录等功能。而在非本务运行模式下，LKJ仅实现全程运行记录的功能。通过切换转换开关完成“本务”“补机”两种控制模式的切换，当转换开关位于“补机”时，将所有制动控制信号切除，并将DC50V+信号送入监控主机，监控主机以此判断硬件转为非本务模式；当转换开关位于“本务”时，制动控制信号全部直通连接，同时切断DC50V+信号，监控主机以此判断硬件转为本务模式。

4.2 接线故障模拟

在设备柜背面设立故障检修培训区，由接线端子排与人机交互触摸屏组成。在设备柜中安装接线故障模拟模块，模块上设置专用接线排模拟机车端子排，所有接线均通过端子排进行转接，在接线端子排旁边放置继电器阵列。通过软件设定模拟故障后，系统会依据相关设备信号线定义，自动断开指定线路接点，模拟特定设备故障现象。

由于设备内部接线端子数量较多，在一个模块上模拟所有接线故障难度较大。采用模块化设计，通过485总线实现多个接线故障模拟模块扩展，为后期增加设备和接线端子预留。故障模拟模块系统框图如图5所示。

图5 接线故障模拟系统框图

通过客户端软件设置好故障类型后，通过主控箱485总线向接线故障模拟模块发送命令，控制故障对应继电器断开，模拟特定设备故障现象，同时在PC客户端可提示故障现象分析及故障排查步骤等信息。

5 系统软件平台功能设计

5.1 软件运行模式

系统软件支持三种工作模式：单机、教师工作站、学员工作站。默认的工作模式是单机模式。后两种工作模式用来进行联网操作，网络拓扑结构是星形结构。教师工作站是唯一的连接中心，用来提供给多台学员工作站连接。系统内部通过数据库共享访问、TCP/IP网络传输协议进行信息传输和应用功能实现。数据库共享访问方式为数据库直接连接；底层框架为应用程序提供了数据库连接驱动。系统网络拓扑图如图6所示。

图6 系统网络拓扑图

5.2 软件设计思路

5.2.1 总体设计和处理流程

系统总体软件结构根据需求划分为相应的功能模块。对于具有显示界面的模块，根据操作流程，在界面上显示，按顺序调用相应模块，完成各操作流程。对于没有显示界面的模块，运行在后台，根据对应的事件由系统调用该模块完成相应的模块。数据库接口有对应的驱动程序,在功能模块调用时用来操作数据库。对于通用的功能，划分为公共模块。系统软件结构图如图7所示。

图7 系统软件结构图

5.2.2 数据库设计思路

数据库设计考虑数据库性能，包括接收数据的入库存储，对直接访问数据库的终端应用的高效支持，采用MYSQL数据库；考虑对数据类型进行必要的分类，对于基表，存储表，访问表等根据各自特点进行设计；考虑与应用间的访问接口，避免单表的大量查询、多表的联合查询等消耗数据库性能的操作的出现，充分利用数据库自身的数据管理机制和效率优化手段。

5.3 软件核心模块设计

5.3.1 标准化作业流程

根据铁路局规定对LKJ设备出入段检测等标准化作业的工作流程，操作方法，标准要求等进行编辑管理，同时可在各步流程中从故障库中设置特定干扰信息，通过读取后台存储的标准化作业流程每个步骤要求和涉及设备干扰信息数据，记录操作结果且后台程序自动和正确结果比对，把比对结果显示到前台并提示正确操作内容。

5.3.2 LKJ系统故障检修处理流程

从故障设置界面中选中对应设备，对接口一根或多根信号线进行故障设置。硬件平台模拟故障现象，同时在PC界面中提示故障分析及处理流程指导学员进行学习；通过故障模拟设置库选中已有故障进行故障设定。

5.3.3 LKJ知识课件库

在软件界面上展示word、PPT、excel、多媒体文件等格式的课件，提供给学员自主学习或教师教学。具备课件文档列表展示、在线浏览、课件文档的上传、多媒体文件列表展示、在线播放、课件的检索、编辑等功能。

5.3.4 LKJ试题库

教师在系统后台管理界面，录入试题编号、类型、内容和正确结果，形成试题库，为学员在线考试试卷提供原始数据。同时具有保存试卷答题结果、学员成绩表等功能。

5.3.5 LKJ试卷库

教师通过系统后台管理界面，在试题库中按照试题类型、数量等条件抽取出试题并形成试卷。同时具备试题按类型排序展示、试题按条件查询、编辑试卷、试卷数据的增删改等功能。

6 扩展应用

系统预留了各种信息接口，可扩展投影仪、模拟设备等教学设施，可扩展多台计算机用户并进行管理。在实际应用中，可布局LKJ维检一体化培训中心，进行多人教学培训。

责任编辑：王 华

来稿日期：2016-11-30