LKJ-15型列車運行監控系統功能測試平臺的研究

何宇暉，鄭璟瑜

(中國鐵道科學研究院集團有限公司標準計量研究所，北京 100081)

隨著鐵路運輸需求不斷發展，LKJ逐漸成為列車車載運行信息中心，并為多種安全監控和運行信息的傳輸提供基礎。LKJ-15型列車運行監控系統是在LK-J2000型列車運行監控裝置的基礎上，借鑒ATP及ATC的先進技術，采用安全計算機、新型測速定位及車地信息交換等技術研制而成。LKJ-15的設計依據符合GB/T 21562-2015、GB/T 28808-2012、GB/T 28809-2012、GB/T 25119-2010等標準，具有良好的安全性、可靠性、可用性和可維護性。

1 LKJ-15系統構成及軟件功能

LKJ-15系統由主機單元、擴展單元、人機界面單元（DMI）、應答器信息接收單元(BTM)、軌道信息讀取單元（機車信號）、速度傳感器、壓力傳感器、專用IC卡設備、專用電纜等構成。LKJ-15與機車安全信息綜合監測裝置（TAX）、機車語音記錄裝置、列車運行狀態信息系統（LAIS）、鐵路車號自動識別系統(ATIS)等設備結合使用，共同組成列車運行安全監控系統，如圖1所示。

圖1 LKJ-15型列車運行監控系統構成Fig.1 Composition of LKJ-15 train monitoring system

LKJ-15系統的軟件功能主要有監控功能、記錄功能、人機界面功能、在線換裝及擴展功能，其擴展功能支持非安全開關量信號采集、BDS/GPS信息接收、車地無線通信及對外通信接口等。

2 LKJ-15功能測試平臺架構設計

LKJ-15型列車運行監控系統的構成及I/O信號等信息，如圖1所示。LKJ-15系統功能測試平臺使用實物設備或模擬信號設備，向LKJ-15提供輸入信息并接收返回的響應信息。

LKJ-15功能測試平臺的架構如圖2所示。測試平臺通過專用電纜與LKJ-15間進行信息交互，提供LKJ-15正常工作所需的機車信號、BTM 信息、工況信號、速度信號、壓力信號，以及其他外部設備（如 ATP、 EMU、 TAX、 LAIS、平 調、雙 針 表等）信息，并向LKJ-15提供DC110 V工作電源。測試平臺采用閉環反饋模式，輸入信息的同時采集LKJ-15返回的輸出信息，以此判斷相應通道是否良好、LKJ-15系統工作是否正常；測試平臺同監控設備建立通訊，實時反饋并顯示采集到的信號狀態，為監測LKJ-15系統工作狀態提供條件。

測試平臺提供的主要信號如下。

1）機車工況信號輸出

a.輸出信號：向前、向后、牽引、制動、零位、I端警惕、II端警惕、ATP控車、備1～8，共16路開關量信號。

b.輸出電壓可配置范圍：DC10～110 V，輸出電壓誤差：±1% FS，驅動電流：≥1 mA。

2）機車信號輸出

a.輸出信號：綠燈（L）、綠黃（LU）、黃燈（U）、黃2（U2）、雙黃（UU）、紅黃（HU）、紅（H）、白（B）燈、速度等級1（SD1）、速度等級2（SD2）、速度等級3（SD3）、制式（ZS）、絕緣節（JYJ）、備1（SDBAK1）、備2（SDBAK2）、備3（SDBAK3），共16路色燈50 V數字量輸出信號。

b.輸出電壓可配置范圍：DC10～50 V，輸出電壓誤差：±1% FS，驅動電流：≥1 mA。

3）開關量信號采集

a.卸載、減壓、關風、緊急1、緊急2、備2、備3 常開常閉開關量采集，共14路。

圖2 LKJ-15功能測試平臺架構Fig.2 Composition of LKJ-15 function test platform

b.輸入電壓采集范圍：DC 0～200.0 V，輸入阻抗：≥10 kΩ，輸入采集誤差：±2.0 V。

4）壓力信號模擬

a.設置2組（每組5通道）電流型管壓輸出方式或電壓型管壓輸出方式。

b.輸出范圍：DC 4～20 mA（電流型）或DC 0～5 V（電壓型），輸出誤差：±0.5% FS。

5）速度信號模擬

a.設置2組（每組4通道）不過零正方波速度信號輸出通道。

b.輸出頻率：0～6 kHz（方波），頻率誤差：±0.25%FS；占空比：50%±5%；幅度調節范圍：DC 0～15 V；幅度誤差：≤±10% FS（6～12 V）。

6）雙針速度表驅動信號模擬

a.2路雙針表速度信號輸出，信號范圍0～20 mA,誤差≤±0.5% FS，不隔離。

b.2路雙針表速度信號輸入，信號范圍0～20 mA,誤差≤±0.5% FS，不隔離。

c.1路雙針表里程驅動輸出，信號幅值24 V，脈沖寬度200 ms，不隔離。

d.1路雙針表里程驅動輸入，信號幅值24 V，脈沖寬度200 ms，隔離電壓≥1 000 V。

6）柴油機轉速信號模擬

a.1路柴速轉速(過零正弦波)輸出接口。

b.頻率：0～2 kHz （正弦波）；頻率誤差：±0.1%FS；電壓幅度調節范圍：0～15 V；幅度誤差：≤±10%（6～12 V）。

7）原邊電壓原邊電流信號模擬

a.1路原邊電流（過零正弦波）信號輸出，幅值0～12 V程控可調，頻率50 Hz。

b.1路原邊電壓（過零正弦波）信號輸出，幅值0～12V程控可調，頻率50 Hz。

8）軌道信號模擬

1路軌道信號輸出接口。

9）通信模擬

a.1路RS-422模擬ATP通信，電氣隔離，4線雙向，通信速率38.4 kbit/s。

b.1路RS-485 或收/發電流環（0～20 mA）模擬EMU通信，電氣隔離，4線半雙工方式，通信速率9.6 kbit/s；采用模擬開關切換，支持RS-485/電流環的通信模式軟切換。

c.2路CAN模擬發送BTM信息，電氣隔離，通信速率500 kbit/s。

d.2路CAN模擬發送機車信號信息，電氣隔離，通信速率500 kbit/s。

e.2路CAN模擬發送TAX信息，電氣隔離，通信速率500 kbit/s。

f.1路以太網，電氣隔離，通信速率100 Mbit/s，模擬LAIS/LMD通信。

g.1路備用以太網，電氣隔離，通信速率100 Mbit/s，模擬CMD通信。

h.采用2×2路以太網交換機，監測LKJ與DMI間的網絡通信。信號速率：125 Mbit/s。

10）平面調車模擬

6位數字編碼輸出，輸出電流：10±2 mA，輸出高電平電壓：5±0.5 V，低電平0±0.5 V。

3 LKJ-15功能測試平臺應用

測試平臺可按照TJ/DW 193-2017的規定和現場應用中的實際需求，對LKJ-15的系統功能進行檢驗檢測。本節以LKJ-15在實際運行中的典型案例為例，描述測試平臺的使用方法。

1)限速功能

LKJ-15系統上電，在停車狀態下，操作DMI人機界面單元，設定行車參數，按壓“模式”鍵選擇進入調車模式，觀察DMI人機界面單元左側狀態欄顯示為“調車”，限速值為41 km/h。列車運行，當運行速度達到41 km/h時，系統輸出常用制動，如圖3所示，測試平臺檢測到常用制動輸出通道電平變化，調車限速功能正常。

2)壓力信息采集功能

測試平臺向LKJ-15系統5路壓力采集通道依次輸入0 kPa、600 kPa和1 000 kPa壓力值對應的電壓或電流信號，查看DMI主界面壓力工況顯示區顯示的壓力值與對應輸入值一致，壓力信息采集功能正常。

圖3 調車模式下輸出常用制動Fig.3 The output of service braking under shunting mode

3）速度信息采集功能

測試平臺向LKJ-15系統I/II系4路速度采集通道依次輸入0 km/h、100 km/h、200 km/h、350 km/h速度值對應的不過零正方波信號，查看DMI主界面顯示的速度，以及查詢界面顯示的各通道速度值，與對應輸入值一致，速度信息采集功能正常。

4）柴速信息采集功能

設置LKJ-15的機車型號為DF系列，調整測試平臺的機車輪徑與LKJ-15一致。測試平臺向LKJ-15系統輸入500 r/min、1 000 r/min、1 500 r/min柴速對應的過零正弦波信號，查看DMI主界面速度工況顯示區的柴速值與對應輸入值一致，柴速信號采集功能正常。

5）ATP通信功能

設置LKJ-15的機車型號為動車，測試平臺通過RS-422模擬ATP通信，切換LKJ-15進入ATP控車模式，DMI播報語音“LKJ退出控制”，主界面顯示“其他列控控制區”；退出ATP控車模式，DMI播報語音“LKJ投入控制”，主界面不再顯示“其他列控控制區”，實現LKJ與ATP控制模式切換。

6）TAX通信功能

通過DMI改變LKJ-15系統的行車參數，測試平臺的TAX窗口界面可以實時查詢行車參數及運行數據的變化，且與DMI的顯示一致。

7）LAIS通信功能

測試平臺通過以太網模擬LAIS與LKJ-15的通信，查看DMI系統查詢界面，通信連接顯示正常。

8）EMU通信功能

打開測試平臺的EMU檢測窗口，選擇“RS-485接口”，點擊發送EMU信號，主機記錄插件A面板10A指示燈閃爍（功能為實現）。選擇“電流環接口”，點擊發送EMU信號，主機記錄插件10A燈閃爍，則EMU通信正常。

9）BTM通信功能

通過DMI進入LKJ-15設備查詢界面，查看BTM與LKJ-15系統通信正常。在降級模式下，設置行車參數。測試平臺向LKJ-15系統發送開車對標報文數據，DMI提示“前方70 m自動對標→CTCS-2”，如圖4所示。

圖4 自動對標界面Fig.4 Automatic benchmarking interface

通過測試平臺設定機車速度，開始行車。當完成70 m行車距離后，進入C2模式，成功接收BTM報文數據。

當機車行駛至應答器位置時，測試平臺發送BTM報文數據，DMI主界面文本顯示區顯示在某時間點收到的應答器信息與報文編號，如圖5所示，BTM功能正常。

圖5 文本區報文數據顯示界面Fig.5 Message data display interface of text area

10）機車信號通信功能

通過DMI進入設備查詢界面，查看機車信號主機與LKJ-15通信正常。測試平臺向LKJ-15依次發送不同的色燈信號，DMI顯示的色燈信號與實際發送信號一致，機車信號功能正常。

4 結束語

本文研究了對LKJ-15系統功能運行狀態檢驗檢測的方法，開發了LKJ-15型列車運行監控系統功能測試平臺。依據行業技術條件相關規定，通過對數字量、模擬量等接口信號的半實物模擬仿真，真實還原了LKJ-15現場使用的典型場景，并以LKJ-15系統的工作狀態判定是否行業標準的要求，該平臺為LKJ-15系統檢驗檢測的順利進行提供了支撐。