LKJ-2000型監控記錄裝置人機界面單元常見故障的判斷與維修

房立琪

太原局鐵路集團有限公司侯馬電務段 山西 太原 030000

前言

故障處理LKJ-2000型列車運行監控裝置（以下簡稱LKJ）是中國鐵路列車運行控制系統體系的組成部分，是用于防止列車冒進信號、運行超速和輔助機車司機提高操縱能力的重要行車設備。LKJ車載設備經歷第一代LKJ-2H型列車監控記錄裝置，第二代LKJ-93型列車運行監控裝置，目前LKJ-2000型列車運行監控裝置為第三代產品，其性能和設備的可靠性均有大幅的提升。LKJ-2000型采用MOT0ROLA生產的32位處理器MC68322，運算速度快，尋址能力強。采用雙機主從熱備冗余方式，并通過雙CAN總線進行數據交換。列車運行監控裝置自投入應用以來，為鐵路的安全運輸提供了重要安全保障。

1 LKJ人機界面單元工作原理

LKJ（屏幕顯示器）是進行人機交互的重要界面和裝置，它通過雙路CAN總線和監控主機通信交換數據，人機界面單元以PC104結構的486主板為核心，由主板、底板、IC卡語音板、電源板 、高壓板 、通信子板及PC104總線CPU 486主板組成，外部接口通過雙路CAN總線和監控主機通信交換數據，在l0吋彩色液晶顯示屏上顯示線路、速度曲線、信號等數據信息，并有IC卡轉儲、語音提示、蜂鳴器報警等功能。

LKJ人機界面單元各電路板的功能分別是：

（1）底板：提供PC104總線接口，與主機通信的CAN接口，與LKJ主機或TAX裝置通信的485接口，4×8矩陣鍵盤接口，8路開關量輸入接口。

（2）IC卡語音板：提供IC卡讀卡器接口，語音提示接口。

（3）電源板：將機車110V電源轉換為5V、12V電源供顯示器其他各板用。

（4）高壓板：提供故障報警電路、液晶屏1000V背光電源電路及面膜背光高壓產生電路。

（5）通信子板：通過RS485/422接口與微機柜進行通信，并通過雙口RAM與上位機80486主板CPU進行信息交換。

（6）PC104總線CPU 486主板：80486處理器系統；同時集成LCD顯卡，可將CPU傳過來的數據變成圖形點陣并送屏幕顯示器顯示。

2 人機界面單元常見故障判斷和處理

2.1 人機界面單元面膜按鍵無效

（1）電路原理：人機界面單元面膜按鍵是由面膜以及矩陣鍵盤電路組成。矩陣鍵盤電路CPU對鍵盤的查詢采用逐列掃描、逐行檢查的方式，由行信號與列信號的組合確認鍵值。其具體方法為：用“0”作為列選通信號，用“1”作為列關閉信號。即選通某列時將此列設為“0”而其余列關閉置“1”。逐列掃描，首先置D0=0選通第0列，若此列中有按鍵閉合，則相應的行碼輸出為“0”，反之為“1”；若此列無按鍵閉合，將選通下一列檢查行的輸出。這樣一列一列地掃描，由列碼的值與行碼的輸出值配合，可確定是哪一個鍵閉合。因此，導致面膜按鍵失效的原因多為U14(74HC245)無輸出或按鍵機械性彈性減弱或面膜按鍵粘連問題[1]。

（2）故障處理：先檢查人機界面單元面膜按鍵本身是否有損壞不良，將按鍵面膜更換，發現按鍵仍然不能正常作用，再行檢查面膜鍵盤掃描電路，用示波器測量U14(74HC245)是否有輸出，如無輸出則是U14故障。

（2）故障總結：人機界面單元面膜按鍵設計壽命為室溫環境下以固定力度按壓最多次數設定，高低溫環境及粉塵、油污、酸堿腐蝕均會降低面膜使用壽命。由于人機界面單元面膜按鍵是司機與LKJ的人機交互界面，也是唯一可操作途徑，按照LKJ列車監控裝置檢修規程規定使用2年須進行更換。實際應用中對于頻繁使用按鍵的顯示器的機車（調車機等），建議1年更換一次。

2.2 人機界面單元開機無顯示“黑屏”

（1）電路原理：機車運行途中人機界面單元“黑屏”，原因多為CPU溫度過高保護或顯示器電源、高壓板或CPU硬件故障。

（2）故障處理：機車在運行途中人機界面單元出現 “黑屏”時，乘務員進行關機間隔30秒以上重新開機啟動一次，如果顯示器可恢復正常顯示，大多為顯示器CPU過熱保護所致；加入依舊黑屏，則需用萬用表測量CPU卡電壓，如果電壓在4.95～5.05V范圍內，則判斷為CPU硬件故障，需更換CPU卡；如果電壓不在4.95～5.05V范圍內，調節顯示器電源板的R26電阻值，該阻值應在18～30KΩ范圍，如果電壓偏高，則將R26阻值調小，如果電壓偏低，則將R26阻值調大，調節完后，顯示器上電，故障現象可消失。

故障總結：屏幕顯示器“黑屏”故障多為CPU不能正常工作故障所致，通過開關機能夠恢復正常顯示的，通常為CPU瞬間卡滯導致。如仍不能恢復時，通常考慮CPU電源和CPU卡本身故障。另外也存在顯示器液晶背光燈壞，更換液晶背光燈燈管。高壓板異常不能輸出高電壓點亮背光燈。通信電纜和電源電纜插頭是否接觸良好以及機車110V電源等原因。

2.3 人機界面單元無圖像顯示，顯示 “白屏”

（1）電路原理：人機界面單元（顯示器）是通過CAN總線和485總線與LKJ主機進行通信的，從電子盤調出地面數據，依據LKJ主機發出的命令，在人機界面單元上顯示監控的各種信息數據和實時運行曲線。如果出現白屏的現象，表明從人機界面單元CPU開始到液晶屏這些環節有可能出現問題，需逐步依次進行檢查。首先按壓人機界面單元顯示器面膜按鍵，聽是否有聲響，如有語音或者有按鍵音，則說明顯示器CPU卡正常工作，如果沒有聲響則表明CPU卡可能出現故障。

（2）故障處理：首先檢查顯示器電源，測量顯示器顯示屏和電子盤的工作電源電壓是否正常，如果按壓人機界面單元面膜按鍵沒有任何聲響，則更換CPU卡后進行測試，按壓面膜鍵有了聲響，表明人機界面單元CPU卡故障。

（3）故障總結：人機界面單元“白屏”故障，在現場實踐中主要是由CPU或液晶屏故障導致。通常按壓顯示器面膜按鍵，聽是否有聲響，來確定是否和CPU卡有關系。再用萬用表測量電子盤的工作電壓，工作電壓應在5±0.05V之間，如果超出正常范圍值，則需先更換CPU卡，更換后觀察能否正常工作；如果正常可判斷為CPU卡故障，如果仍不正常再檢查與CPU卡連接的扁平電纜和彩色液晶屏是否故障。

2.4 人機界面單元無語音輸出

（1）電路原理：與語音有關系的語音電路板P1∶2 腳控制語音電路的電源開關，當有語音輸出時候，2腳信號為低電平，經過U1整形后Q2導通，語音電路開始工作。U3低壓差穩壓器，+5V 電壓送入U3-3 腳，穩壓后在U3-1 腳輸出穩定的3V 電壓，供給U5使用。當發音時，由系統軟件將U5-2 腳置1—Q2 導通—U4 得電且U3 得電—軟件給并口的第13 腳清0—U5 得電—W1 有信號—R16—C16—U4—C7、C8、C9—喇叭播音。

（2）故障處理：先用萬用表測量電阻擋判斷揚聲器是否損壞；其次再測量IC卡語音板U5語音芯片l、l5腳有無電壓，如沒有3V電壓，測量U3，如果有輸入，卻沒有5V電壓輸出，說明U3已損壞，則需更換U3。如U3測量正常，那么就是PC104CPU卡故障。

（3）故障總結：碰到顯示器無語音的情況，我們一般從三個地方著手，首先是喇叭，我們可以用表迅速測量喇叭是否故障；其次就是IC 卡語音板，可以用示波器按電路原理進行一步步測量；然后是，因為語音板中由80486并口的數據線來控制語音芯片U5 的串行數據輸入、讀寫時鐘、地線；并口21腳接收語音芯片的數據，因此與PC104CPU卡有一定關系。

2.5 LKJ主機關機后人機界面上仍有顯示

（1）電路原理：人機界面單元電源電路是由機車提供ll0 V電壓， 110 V電壓經過濾波電路后送到開關電源功率振蕩電路，屏顯電源輸入時先經過一個繼電器常開觸點，當LKJ主機提供的15V電壓給到繼電器，使繼電器動作，110V才可以送到屏顯電源板。現LKJ主機關機后彩屏上仍有顯示，說明繼電器觸點仍處于閉合，懷疑繼電器故障。

（2）故障處理：用萬用表測量繼電器3、4腳如電阻為零，則說明仍處于導通狀態，更換該繼電器，進行通電測試應正常工作。

2.6 人機界面單元右上角顯示紅色CANA或CANB字符圖標

（1）電路原理：人機界面單元與LKJ主機的通信采用RS485通信和CAN 通信。人機界面單元與LKJ主機主要是通過CAN通信，當CANA工作時，CANA信號經過U3總線收發器輸入，途徑U2光電隔離，到CAN 控制器U1-19腳進行輸入信號的處理，后又從U1-13腳發出信號經U4隔離送入U3驅動總線。

（2）故障處理：LKJ主機電路主要由U1、 U2、U3、U4 等組成，當系統檢測不到CAN信號時，人機界面單元右上角就會顯示紅色CANA或CANB字符圖標，提醒顯示器與監控主機CAN通信故障，應先檢查晶振是否正常工作，選片信號是否輸入，地址線是否有數據，如果不行再用示波器從U3 開始測量電平，如果測量到某一個元件無輸出、輸入信號，則就地查找故障元器件。如當晶振故障時就輸不出16M頻率，此時U1 就不能正常工作，在U1-13 腳就不會發輸出數據信號。

（3）故障總結：CAN 故障，常見的主要原因有晶振故障，光耦U2、U3損壞，U1、U3損壞的基本上不多，有時還有其他的原因也會造成故障。出現問題時，先測量各元件的工作條件，滿足工作條件后，再從輸出或輸入開始逐步檢查，故障點、故障原因就能依次逐步地檢查測量出來。

3 結束語

以上介紹了人機界面單元的常見故障和日常檢修維護管理過程中的一些經驗，論述了屏幕顯示器的一些維修方法和維護措施。在日常檢修過程中，諸如面膜故障、蜂鳴器故障、I C卡座等故障檢修起來也相對簡單。故障頻率比較高的還是顯示器黑屏、白屏、花屏以及自檢異常等現象，檢修起來相對要復雜一些，需要檢修人員不斷學習，不斷摸索規律，總結經驗。

在日常維護保養中應加強預防性的檢修和整治措施，減少故障的發生，日常檢修顯示器，首先對于顯示器面膜、IC卡座組件等按規定定期更換，對于易損部件可以適當減少更換周期；對于電源模塊、面膜、IC卡座組件、液晶屏、PC104主板、排線等在顯示器使用4年時必須更換。對于原有的DOS盤及早進行ARM系統改造；對于老式顯示器進行電源改造，全部改為模塊式電源，電源線由插接式全部改為焊接方式，以減少壓降；加裝防電磁干擾磁環，提高顯示器抗干擾能力。磁環可以加在顯示器內部或顯示器外部連接在電纜上，只要達到效果即可。要嚴格進行整機測試，故障落修的顯示器，經檢修人員檢修處理后，必須經過長時間的通電測試，用以檢驗檢修效果。通電檢測一般應不少于72 h。還有就是 LKJ運行記錄文件分析，分析人員及時對LKJ運行記錄文件進行檢索分析，發現屏幕顯示器A／B模塊故障，應立即更換顯示器，由檢修人員進行檢修和整機測試。

通過上述經驗的實踐，車載作業人員在檢修LKJ-2000型列車運行監控記錄裝置故障時有很大的借鑒性，對提高檢修水平及對故障的判斷能力、處理速度和解決問題的徹底性有很大幫助，可極大地提高行車效率，為保障行車設備安全發揮重要作用，在新一代監控裝置維護方面提供了一條適用性很強的方法。同時也鍛煉了隊伍，提高了檢修能力，最大程度保障了車載設備質量，發揮車載設備對行車安全的重要性。監控記錄裝置人機界面單元是監控裝置重要的組成部分，也是設備故障易發部件，隨著技術的發展和其在安全行車中的重要意義，目前新一代LKJ監控記錄裝置已開發應用帶有冗余的主副屏人機界面單元顯示器，極大地保障了設備的安全性。