LKJ車載設備作業質量卡控系統設計與實現

孫鐵強 桂連杰 歐盛風

1 研發背景

LKJ(列車運行監控記錄裝置)是保證機車安全運行的重要設備。機車運行時,不斷調用預存在監控記錄板數據芯片 (U5U6)中的基礎數據,結合監控記錄板模式芯片 (U3U4)中的控制模式,繪制機車的運行曲線,預告前方的線路情況,輔助司機操縱,控制機車運行,實現防超速、防冒進的目的。同時,它實時記錄機車的運行、工況等數據,為機車的合理操縱、設備的運用維護、故障的分析預防等提供科學依據。LKJ2000型是全路裝車設備的主要型號。

1.1 車載車間檢測作業方式

1.當基礎數據、控制模式發生變化時,進行新版本芯片換裝 (U5/U6、U3/U4)。

2.對 LKJ設備進行標準化檢測,檢測合格后填發車載設備檢測合格證。

3.轉儲檢測作業文件交由地面分析工區對檢測作業質量進行分析,由分析員進行芯片換裝版本號人工確認,分析確認質量納入月度考核。

1.2 實際作業方式存在的問題

1.作業人員人工判定檢測作業質量,手工填發合格證。兩個環節均是人為確認,易出現問題。

2.工區對檢測作業文件的質量分析、數據版本號的確認,滯后于檢測作業。在合格證發放環節上,不能進行有效的處理,對出庫機車車載設備質量卡控不到位。

3.人工統計芯片換裝無法做到及時、準確。尤其在芯片更換任務頻繁,更換地點和人員分散時,統計誤差大,極易漏換、超換、錯換。

以上問題集中表現為相關作業環節沒有建立及時有效的制約機制:合格證的填發與檢測作業之間沒有必要的設備 (手段)進行卡控;分析工區不能同步卡控檢測工區的作業環節;芯片換裝確認、統計沒有科學的手段。為此,雖然建立了一系列保障機車出入庫車載設備檢測作業質量的基本制度,起到了一定的作用,但還僅僅是停留在文字層面。需研制出一種系統設備,從客觀上保證制度和辦法的可靠落實。

2010年 1月,沈陽鐵路局電務處、通遼電務段、株州南車時代電氣股份有限公司安全裝備事業部聯合立項,研發了 “LKJ車載設備作業質量卡控系統”。它集換裝計劃管理、版本信息采集、版本復核、檢測作業標準化自動分析、報警處理、換裝情況實時跟蹤與綜合查詢為一體,用技術手段做保障,實現了真正意義上的“人控”向“機控”的轉變。

2 設計思路

“LKJ車載設備作業質量卡控系統”由車載作業手持設備 (以下簡稱 LKJ版本復核儀)、地面計劃管理系統、地面通信服務軟件組成。其系統結構框圖如圖 1。

圖 1 質量卡控系統結構框圖

LKJ版本復核儀是車載作業設備,由檢測作業人員在機車出入庫檢測作業時,實時獲取 LKJ2000型監控裝置的機車信息、版本信息、運行記錄目錄、運行記錄文件。

1.將機車版本信息通過 LKJ版本復核儀內置的 GSM/GPRS模塊的短信 SMS通信發送至地面通信服務器,并對接收的信息進行分析,提取機車版本信息與計劃管理系統下達的機車換裝計劃進行版本比對,再將版本比對結果回饋至 LKJ版本復核儀。

2.將出入庫檢測作業文件進行轉儲,并按預先設定的項點分析參數 (XML參數)進行標準化分析,實時將結果顯示給作業人員核實。作業人員確認后將分析發送至地面服務器進行記錄統計;在版本比對正確情況下,檢測作業文件實時分析結果全部合格,允許檢測人員實時打印機車出庫合格證(正、副頁)。

地面軟件由地面通信服務程序、計劃管理系統組成。地面通信服務程序主要負責版本信息 (短信)接收、版本比對、版本比對結果回執 (短信)、數據統計等。

計劃管理系統分局、段兩級。局級主要進行換裝結果統計、查詢,生成各種報表。段級主要完成換裝計劃制定、記錄換裝結果、換裝計劃自動報警、各種數據統計查詢。

3 硬件設計

LKJ版本復核儀是本系統的核心部件。該硬件基于 ARM 9微處理器,采用希姆通Simcom300模塊進行 GSM/GPRS通信,采用 RS-232串口通信技術、檢測文件標準化分析算法、高性能熱敏打印機,大容量FLASH存儲可實現對 LKJ2000型監控裝置文件的轉儲、分析、數據的傳送、回饋、機車出庫合格證打印。核心模塊采用嵌入式WinCE操作系統,具有豐富的外設接口、相對較低的成本和高的穩定性,主要應用于 LKJ芯片換裝、機車出入庫檢測作業文件分析等領域。其硬件框圖如圖 2。

1.電源電路設計。使用大電流專用電源 IC模塊 29302,保證電源電路穩定供電。

圖 2 LKJ版本復核儀硬件框圖

2.ARM電路設計。選用 32位RISC ARM 9微處理器,該類芯片具有高性價比,同時具有較小的體積,較低的功耗。MMU虛擬內存管理單元,使得程序運行以及數據存儲更加高效,并可以支持 WinCE.net、Linux和uCOS-Ⅱ等多種業內主流的操作系統。此外還集成了 LCD控制器、NAND Flash控制器、系統管理單元 (包括 SDRAM控制器等)、3通道 UART、4通道 DMA、4通道具備 PWM功能的定時器、豐富的IO、4通道 16位定時器/PWM發生器、RTC(實時時鐘)、8通道10bit精度ADC和觸摸屏控制器(內置切換 MOS管)、IIC總線接口、IIS數字音頻總線接口、USB主機/USB設備、SD/MMC卡控制器、2通道 SPI、PLL數字鎖相環。

3.數字通信電路設計。包括與 ARM主控模塊的對應端口相連的 RS-232總線接口,以太網接口、USB接口,對外采用光電隔離,提高系統的抗干擾能力。

4 軟件設計

系統軟件分為 LKJ版本復核儀嵌入式軟件和地面微機軟件,嵌入式軟件完成監控裝置的運行記錄文件轉儲、版本信息獲取、機車出入庫檢測作業文件標準化分析、機車出庫合格證打印、版本信息的發送比對和回執 (利用短信通道)等。地面軟件完成芯片換裝計劃管理 (下達、統計、查詢)、地面版本數據接收比對和回執等。

4.1 LKJ版本復核儀嵌入式軟件

LKJ版本復核儀程序主要是基于 WinCE操作系統下編程,采用目前流行的 Visual Studio 2008開發環境進行軟件開發。使用 C#開發語言進行嵌入式程序設計?？梢岳?Visual Studio 2008通過 Microsoft ActiveSync與嵌入式操作系統 WinCE進行同步調試。版本復核儀模塊流程圖如圖 3所示。

圖3 版本復核儀模塊流程圖

版本信息獲取后,按照一定協議組織數據,以短信形式發送至目標主機,然后以循環方式讀取短信,解釋短信內容,判斷是否收到目標主機的正確回執。整個循環過程以超時進行控制。

4.2 地面軟件及系統運行環境

軟件以 Oracle數據庫做為數據管理的平臺,地面通信服務器采用 Borland Delphi 7.0設計開發。適應于 Windows9X,WinNT4.0,Win2000和最新WinXP操作系統。運行 Oracle Enterprise Manager需要額外 20MB內存空間。計劃管理系統采用J2EE+Tomcat架構,程序以 Web方式進行部署,客戶端利用瀏覽器 (如:IE6.0)進行遠程操作。地面軟件版本比對流程見圖 4。

5 主要功能

5.1 界面主要功能

手持 LKJ版本復核儀開機界面如圖 5,主要功能:入庫轉儲、客車入檢、客車出檢、數據站換、貨車入檢、貨車出檢。

1.入庫轉儲。利用 RS-232接口,連接監控裝置轉儲口,允許以文件目錄列表、未轉儲、選擇等方式進行文件轉儲下載。

2.客車入檢、客車出檢。將 RS-232接口與監控裝置轉儲口進行連接,先獲取最新記錄文件中的裝置版本信息(監控軟件版本號、數據版本號、顯示版本號等),轉儲最新的入庫檢測文件。軟件系統利用短消息處理模塊發送版本號信息至地面,接收地面回執的信息,提示版本號是否正確,再進行入庫的檢測文件分析,并提示分析結果。出庫時系統判斷版本是否正確來決定機車出庫合格證的打印。

3.GPS校時。系統時間校正時,將 LKJ版本復核儀 RS-232接口與 GPS地面母鐘進行 GPS自動校時。然后車載檢測轉儲作業時,利用 LKJ版本復核儀本身時間實現對監控裝置進行校時。

4.數據站換。一般用于車站臨時換裝或重點旅客列車的應急換裝,將 RS-232接口與 LKJ2000型監控裝置轉儲口進行連接,獲取最新裝置版本信息,軟件系統利用短消息處理模塊提示版本號是否正確。

5.貨車入檢、貨車出檢。將 RS-232接口與監控裝置轉儲口進行連接,獲取最新裝置版本信息,轉儲最新的入庫檢測文件。軟件系統進行入庫的檢測文件分析,并提示分析結果。

圖 4 地面軟件版本比對流程

圖 5 手持 LKJ版本復核儀開機界面圖

5.2 地面處理軟件功能

1.換裝計劃制定。計劃下達人員根據路局下發的換裝電報文件、段任務書、車間具體生產安排等分級錄入系統。將芯片換裝工作分地點、時間、工作內容、換裝說明進行詳細安排,計劃制定時錄入的版本是目前換裝計劃管理系統所規定的版本信息 (監控軟件版本、監控數據版本、顯示軟件版本、顯示器數據版本)、添加客車應急換裝計劃(根據路局換裝電報中所規定的重點旅客列車,按車次進行錄入)、重點機車計劃 (根據路局換裝電報按施工計劃的施工時間,所規定的在庫部份機車)、換裝點計劃 (由于全路一臺機車的運營模式,大部份機車在線運行,因此需要換裝計劃人員根據施工計劃,結合段的人員分配制定詳細的換裝計劃)。

2.版本比對。LKJ版本復核儀直接讀取 LKJ的各種版本信息,并通過GSM實時發送到版本服務器進行校核,并實時返回校核結果,換裝錯誤將以聲光報警的形式提醒換裝人員,從根本上避免了人為版本號的誤確認、錯換、漏換現象。

3.換裝統計查詢。提供各種統計查詢接口,方便相關人員進行統計查詢。版本比對模塊在版本比對同時,將機車的版本信息實時記錄至數據庫中,供查詢時隨時調用?？梢砸阅炒螕Q裝計劃進行某次換裝結果報表的生成、打印。用戶可以按機車型、機車號,也可以按換裝人員、換裝時間、車次分別進行查詢。

4.基本數據管理。計劃管理系統需要將電務段的一些基礎數據進行錄入,形成數據字典,如添加可能換裝的機車配置表、段換裝人員信息表。

5.換裝結果上報。計劃管理系統采用局、段兩級結構,各段換裝人員的換裝情況將實時反饋到段中心服務器,再由段相關人員及時上報至局中心服務器。局、段可以實時監控各段、車間換裝人員的換裝作業情況,從而形成局、段、車間三位一體的立體式版本信息監控體系。

6 結束語

“LKJ車載設備作業質量卡控系統”集換裝計劃管理、版本信息采集、版本復核、報警處理、換裝情況實時跟蹤與綜合查詢、機車出入庫檢測作業文件分析為一體,實現了檢測作業質量、設備質量由 “人控”向 “機控”的轉變,從而達到對檢測作業的規范和高可靠性、高效率管理。具有可預見的巨大的安全效益以及經濟和社會價值。

隨著鐵道部對監控裝置版本控制及機車出入庫檢測作業的要求進一步增強,該系統作為監控裝置的必備輔助設備將會發揮越來越大的作用。

(責任編輯:張 利)