孫鐵強(qiáng) 桂連杰 歐盛風(fēng)

1 研發(fā)背景

LKJ(列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置)是保證機(jī)車(chē)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí),不斷調(diào)用預(yù)存在監(jiān)控記錄板數(shù)據(jù)芯片 (U5U6)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),結(jié)合監(jiān)控記錄板模式芯片 (U3U4)中的控制模式,繪制機(jī)車(chē)的運(yùn)行曲線,預(yù)告前方的線路情況,輔助司機(jī)操縱,控制機(jī)車(chē)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)防超速、防冒進(jìn)的目的。同時(shí),它實(shí)時(shí)記錄機(jī)車(chē)的運(yùn)行、工況等數(shù)據(jù),為機(jī)車(chē)的合理操縱、設(shè)備的運(yùn)用維護(hù)、故障的分析預(yù)防等提供科學(xué)依據(jù)。LKJ2000型是全路裝車(chē)設(shè)備的主要型號(hào)。

1.1 車(chē)載車(chē)間檢測(cè)作業(yè)方式

1.當(dāng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、控制模式發(fā)生變化時(shí),進(jìn)行新版本芯片換裝 (U5/U6、U3/U4)。

2.對(duì) LKJ設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè),檢測(cè)合格后填發(fā)車(chē)載設(shè)備檢測(cè)合格證。

3.轉(zhuǎn)儲(chǔ)檢測(cè)作業(yè)文件交由地面分析工區(qū)對(duì)檢測(cè)作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行分析,由分析員進(jìn)行芯片換裝版本號(hào)人工確認(rèn),分析確認(rèn)質(zhì)量納入月度考核。

1.2 實(shí)際作業(yè)方式存在的問(wèn)題

1.作業(yè)人員人工判定檢測(cè)作業(yè)質(zhì)量,手工填發(fā)合格證。兩個(gè)環(huán)節(jié)均是人為確認(rèn),易出現(xiàn)問(wèn)題。

2.工區(qū)對(duì)檢測(cè)作業(yè)文件的質(zhì)量分析、數(shù)據(jù)版本號(hào)的確認(rèn),滯后于檢測(cè)作業(yè)。在合格證發(fā)放環(huán)節(jié)上,不能進(jìn)行有效的處理,對(duì)出庫(kù)機(jī)車(chē)車(chē)載設(shè)備質(zhì)量卡控不到位。

3.人工統(tǒng)計(jì)芯片換裝無(wú)法做到及時(shí)、準(zhǔn)確。尤其在芯片更換任務(wù)頻繁,更換地點(diǎn)和人員分散時(shí),統(tǒng)計(jì)誤差大,極易漏換、超換、錯(cuò)換。

以上問(wèn)題集中表現(xiàn)為相關(guān)作業(yè)環(huán)節(jié)沒(méi)有建立及時(shí)有效的制約機(jī)制:合格證的填發(fā)與檢測(cè)作業(yè)之間沒(méi)有必要的設(shè)備 (手段)進(jìn)行卡控;分析工區(qū)不能同步卡控檢測(cè)工區(qū)的作業(yè)環(huán)節(jié);芯片換裝確認(rèn)、統(tǒng)計(jì)沒(méi)有科學(xué)的手段。為此,雖然建立了一系列保障機(jī)車(chē)出入庫(kù)車(chē)載設(shè)備檢測(cè)作業(yè)質(zhì)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(tǒng)設(shè)備,從客觀上保證制度和辦法的可靠落實(shí)。

2010年 1月,沈陽(yáng)鐵路局電務(wù)處、通遼電務(wù)段、株州南車(chē)時(shí)代電氣股份有限公司安全裝備事業(yè)部聯(lián)合立項(xiàng),研發(fā)了 “LKJ車(chē)載設(shè)備作業(yè)質(zhì)量卡控系統(tǒng)”。它集換裝計(jì)劃管理、版本信息采集、版本復(fù)核、檢測(cè)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化自動(dòng)分析、報(bào)警處理、換裝情況實(shí)時(shí)跟蹤與綜合查詢(xún)?yōu)橐惑w,用技術(shù)手段做保障,實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“人控”向“機(jī)控”的轉(zhuǎn)變。

2 設(shè)計(jì)思路

“LKJ車(chē)載設(shè)備作業(yè)質(zhì)量卡控系統(tǒng)”由車(chē)載作業(yè)手持設(shè)備 (以下簡(jiǎn)稱(chēng) LKJ版本復(fù)核儀)、地面計(jì)劃管理系統(tǒng)、地面通信服務(wù)軟件組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1。

圖 1 質(zhì)量卡控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

LKJ版本復(fù)核儀是車(chē)載作業(yè)設(shè)備,由檢測(cè)作業(yè)人員在機(jī)車(chē)出入庫(kù)檢測(cè)作業(yè)時(shí),實(shí)時(shí)獲取 LKJ2000型監(jiān)控裝置的機(jī)車(chē)信息、版本信息、運(yùn)行記錄目錄、運(yùn)行記錄文件。

1.將機(jī)車(chē)版本信息通過(guò) LKJ版本復(fù)核儀內(nèi)置的 GSM/GPRS模塊的短信 SMS通信發(fā)送至地面通信服務(wù)器,并對(duì)接收的信息進(jìn)行分析,提取機(jī)車(chē)版本信息與計(jì)劃管理系統(tǒng)下達(dá)的機(jī)車(chē)換裝計(jì)劃進(jìn)行版本比對(duì),再將版本比對(duì)結(jié)果回饋至 LKJ版本復(fù)核儀。

2.將出入庫(kù)檢測(cè)作業(yè)文件進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ),并按預(yù)先設(shè)定的項(xiàng)點(diǎn)分析參數(shù) (XML參數(shù))進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析,實(shí)時(shí)將結(jié)果顯示給作業(yè)人員核實(shí)。作業(yè)人員確認(rèn)后將分析發(fā)送至地面服務(wù)器進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì);在版本比對(duì)正確情況下,檢測(cè)作業(yè)文件實(shí)時(shí)分析結(jié)果全部合格,允許檢測(cè)人員實(shí)時(shí)打印機(jī)車(chē)出庫(kù)合格證(正、副頁(yè))。

地面軟件由地面通信服務(wù)程序、計(jì)劃管理系統(tǒng)組成。地面通信服務(wù)程序主要負(fù)責(zé)版本信息 (短信)接收、版本比對(duì)、版本比對(duì)結(jié)果回執(zhí) (短信)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。

計(jì)劃管理系統(tǒng)分局、段兩級(jí)。局級(jí)主要進(jìn)行換裝結(jié)果統(tǒng)計(jì)、查詢(xún),生成各種報(bào)表。段級(jí)主要完成換裝計(jì)劃制定、記錄換裝結(jié)果、換裝計(jì)劃自動(dòng)報(bào)警、各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢(xún)。

3 硬件設(shè)計(jì)

LKJ版本復(fù)核儀是本系統(tǒng)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(jìn)行 GSM/GPRS通信,采用 RS-232串口通信技術(shù)、檢測(cè)文件標(biāo)準(zhǔn)化分析算法、高性能熱敏打印機(jī),大容量FLASH存儲(chǔ)可實(shí)現(xiàn)對(duì) LKJ2000型監(jiān)控裝置文件的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、分析、數(shù)據(jù)的傳送、回饋、機(jī)車(chē)出庫(kù)合格證打印。核心模塊采用嵌入式WinCE操作系統(tǒng),具有豐富的外設(shè)接口、相對(duì)較低的成本和高的穩(wěn)定性,主要應(yīng)用于 LKJ芯片換裝、機(jī)車(chē)出入庫(kù)檢測(cè)作業(yè)文件分析等領(lǐng)域。其硬件框圖如圖 2。

1.電源電路設(shè)計(jì)。使用大電流專(zhuān)用電源 IC模塊 29302,保證電源電路穩(wěn)定供電。

圖 2 LKJ版本復(fù)核儀硬件框圖

2.ARM電路設(shè)計(jì)。選用 32位RISC ARM 9微處理器,該類(lèi)芯片具有高性?xún)r(jià)比,同時(shí)具有較小的體積,較低的功耗。MMU虛擬內(nèi)存管理單元,使得程序運(yùn)行以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更加高效,并可以支持 WinCE.net、Linux和uCOS-Ⅱ等多種業(yè)內(nèi)主流的操作系統(tǒng)。此外還集成了 LCD控制器、NAND Flash控制器、系統(tǒng)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(shí)器、豐富的IO、4通道 16位定時(shí)器/PWM發(fā)生器、RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)、8通道10bit精度ADC和觸摸屏控制器(內(nèi)置切換 MOS管)、IIC總線接口、IIS數(shù)字音頻總線接口、USB主機(jī)/USB設(shè)備、SD/MMC卡控制器、2通道 SPI、PLL數(shù)字鎖相環(huán)。

3.數(shù)字通信電路設(shè)計(jì)。包括與 ARM主控模塊的對(duì)應(yīng)端口相連的 RS-232總線接口,以太網(wǎng)接口、USB接口,對(duì)外采用光電隔離,提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件分為 LKJ版本復(fù)核儀嵌入式軟件和地面微機(jī)軟件,嵌入式軟件完成監(jiān)控裝置的運(yùn)行記錄文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)、版本信息獲取、機(jī)車(chē)出入庫(kù)檢測(cè)作業(yè)文件標(biāo)準(zhǔn)化分析、機(jī)車(chē)出庫(kù)合格證打印、版本信息的發(fā)送比對(duì)和回執(zhí) (利用短信通道)等。地面軟件完成芯片換裝計(jì)劃管理 (下達(dá)、統(tǒng)計(jì)、查詢(xún))、地面版本數(shù)據(jù)接收比對(duì)和回執(zhí)等。

4.1 LKJ版本復(fù)核儀嵌入式軟件

LKJ版本復(fù)核儀程序主要是基于 WinCE操作系統(tǒng)下編程,采用目前流行的 Visual Studio 2008開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。使用 C#開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式程序設(shè)計(jì)?？梢岳?Visual Studio 2008通過(guò) Microsoft ActiveSync與嵌入式操作系統(tǒng) WinCE進(jìn)行同步調(diào)試。版本復(fù)核儀模塊流程圖如圖 3所示。

圖3 版本復(fù)核儀模塊流程圖

版本信息獲取后,按照一定協(xié)議組織數(shù)據(jù),以短信形式發(fā)送至目標(biāo)主機(jī),然后以循環(huán)方式讀取短信,解釋短信內(nèi)容,判斷是否收到目標(biāo)主機(jī)的正確回執(zhí)。整個(gè)循環(huán)過(guò)程以超時(shí)進(jìn)行控制。

4.2 地面軟件及系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

軟件以 Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)做為數(shù)據(jù)管理的平臺(tái),地面通信服務(wù)器采用 Borland Delphi 7.0設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。適應(yīng)于 Windows9X,WinNT4.0,Win2000和最新WinXP操作系統(tǒng)。運(yùn)行 Oracle Enterprise Manager需要額外 20MB內(nèi)存空間。計(jì)劃管理系統(tǒng)采用J2EE+Tomcat架構(gòu),程序以 Web方式進(jìn)行部署,客戶(hù)端利用瀏覽器 (如:IE6.0)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。地面軟件版本比對(duì)流程見(jiàn)圖 4。

5 主要功能

5.1 界面主要功能

手持 LKJ版本復(fù)核儀開(kāi)機(jī)界面如圖 5,主要功能:入庫(kù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、客車(chē)入檢、客車(chē)出檢、數(shù)據(jù)站換、貨車(chē)入檢、貨車(chē)出檢。

1.入庫(kù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)。利用 RS-232接口,連接監(jiān)控裝置轉(zhuǎn)儲(chǔ)口,允許以文件目錄列表、未轉(zhuǎn)儲(chǔ)、選擇等方式進(jìn)行文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)下載。

2.客車(chē)入檢、客車(chē)出檢。將 RS-232接口與監(jiān)控裝置轉(zhuǎn)儲(chǔ)口進(jìn)行連接,先獲取最新記錄文件中的裝置版本信息(監(jiān)控軟件版本號(hào)、數(shù)據(jù)版本號(hào)、顯示版本號(hào)等),轉(zhuǎn)儲(chǔ)最新的入庫(kù)檢測(cè)文件。軟件系統(tǒng)利用短消息處理模塊發(fā)送版本號(hào)信息至地面,接收地面回執(zhí)的信息,提示版本號(hào)是否正確,再進(jìn)行入庫(kù)的檢測(cè)文件分析,并提示分析結(jié)果。出庫(kù)時(shí)系統(tǒng)判斷版本是否正確來(lái)決定機(jī)車(chē)出庫(kù)合格證的打印。

3.GPS校時(shí)。系統(tǒng)時(shí)間校正時(shí),將 LKJ版本復(fù)核儀 RS-232接口與 GPS地面母鐘進(jìn)行 GPS自動(dòng)校時(shí)。然后車(chē)載檢測(cè)轉(zhuǎn)儲(chǔ)作業(yè)時(shí),利用 LKJ版本復(fù)核儀本身時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控裝置進(jìn)行校時(shí)。

4.數(shù)據(jù)站換。一般用于車(chē)站臨時(shí)換裝或重點(diǎn)旅客列車(chē)的應(yīng)急換裝,將 RS-232接口與 LKJ2000型監(jiān)控裝置轉(zhuǎn)儲(chǔ)口進(jìn)行連接,獲取最新裝置版本信息,軟件系統(tǒng)利用短消息處理模塊提示版本號(hào)是否正確。

5.貨車(chē)入檢、貨車(chē)出檢。將 RS-232接口與監(jiān)控裝置轉(zhuǎn)儲(chǔ)口進(jìn)行連接,獲取最新裝置版本信息,轉(zhuǎn)儲(chǔ)最新的入庫(kù)檢測(cè)文件。軟件系統(tǒng)進(jìn)行入庫(kù)的檢測(cè)文件分析,并提示分析結(jié)果。

圖 4 地面軟件版本比對(duì)流程

圖 5 手持 LKJ版本復(fù)核儀開(kāi)機(jī)界面圖

5.2 地面處理軟件功能

1.換裝計(jì)劃制定。計(jì)劃下達(dá)人員根據(jù)路局下發(fā)的換裝電報(bào)文件、段任務(wù)書(shū)、車(chē)間具體生產(chǎn)安排等分級(jí)錄入系統(tǒng)。將芯片換裝工作分地點(diǎn)、時(shí)間、工作內(nèi)容、換裝說(shuō)明進(jìn)行詳細(xì)安排,計(jì)劃制定時(shí)錄入的版本是目前換裝計(jì)劃管理系統(tǒng)所規(guī)定的版本信息 (監(jiān)控軟件版本、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)版本、顯示軟件版本、顯示器數(shù)據(jù)版本)、添加客車(chē)應(yīng)急換裝計(jì)劃(根據(jù)路局換裝電報(bào)中所規(guī)定的重點(diǎn)旅客列車(chē),按車(chē)次進(jìn)行錄入)、重點(diǎn)機(jī)車(chē)計(jì)劃 (根據(jù)路局換裝電報(bào)按施工計(jì)劃的施工時(shí)間,所規(guī)定的在庫(kù)部份機(jī)車(chē))、換裝點(diǎn)計(jì)劃 (由于全路一臺(tái)機(jī)車(chē)的運(yùn)營(yíng)模式,大部份機(jī)車(chē)在線運(yùn)行,因此需要換裝計(jì)劃人員根據(jù)施工計(jì)劃,結(jié)合段的人員分配制定詳細(xì)的換裝計(jì)劃)。

2.版本比對(duì)。LKJ版本復(fù)核儀直接讀取 LKJ的各種版本信息,并通過(guò)GSM實(shí)時(shí)發(fā)送到版本服務(wù)器進(jìn)行校核,并實(shí)時(shí)返回校核結(jié)果,換裝錯(cuò)誤將以聲光報(bào)警的形式提醒換裝人員,從根本上避免了人為版本號(hào)的誤確認(rèn)、錯(cuò)換、漏換現(xiàn)象。

3.換裝統(tǒng)計(jì)查詢(xún)。提供各種統(tǒng)計(jì)查詢(xún)接口,方便相關(guān)人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查詢(xún)。版本比對(duì)模塊在版本比對(duì)同時(shí),將機(jī)車(chē)的版本信息實(shí)時(shí)記錄至數(shù)據(jù)庫(kù)中,供查詢(xún)時(shí)隨時(shí)調(diào)用?？梢砸阅炒螕Q裝計(jì)劃進(jìn)行某次換裝結(jié)果報(bào)表的生成、打印。用戶(hù)可以按機(jī)車(chē)型、機(jī)車(chē)號(hào),也可以按換裝人員、換裝時(shí)間、車(chē)次分別進(jìn)行查詢(xún)。

4.基本數(shù)據(jù)管理。計(jì)劃管理系統(tǒng)需要將電務(wù)段的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入,形成數(shù)據(jù)字典,如添加可能換裝的機(jī)車(chē)配置表、段換裝人員信息表。

5.換裝結(jié)果上報(bào)。計(jì)劃管理系統(tǒng)采用局、段兩級(jí)結(jié)構(gòu),各段換裝人員的換裝情況將實(shí)時(shí)反饋到段中心服務(wù)器,再由段相關(guān)人員及時(shí)上報(bào)至局中心服務(wù)器。局、段可以實(shí)時(shí)監(jiān)控各段、車(chē)間換裝人員的換裝作業(yè)情況,從而形成局、段、車(chē)間三位一體的立體式版本信息監(jiān)控體系。

6 結(jié)束語(yǔ)

“LKJ車(chē)載設(shè)備作業(yè)質(zhì)量卡控系統(tǒng)”集換裝計(jì)劃管理、版本信息采集、版本復(fù)核、報(bào)警處理、換裝情況實(shí)時(shí)跟蹤與綜合查詢(xún)、機(jī)車(chē)出入庫(kù)檢測(cè)作業(yè)文件分析為一體,實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)作業(yè)質(zhì)量、設(shè)備質(zhì)量由 “人控”向 “機(jī)控”的轉(zhuǎn)變,從而達(dá)到對(duì)檢測(cè)作業(yè)的規(guī)范和高可靠性、高效率管理。具有可預(yù)見(jiàn)的巨大的安全效益以及經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

隨著鐵道部對(duì)監(jiān)控裝置版本控制及機(jī)車(chē)出入庫(kù)檢測(cè)作業(yè)的要求進(jìn)一步增強(qiáng),該系統(tǒng)作為監(jiān)控裝置的必備輔助設(shè)備將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

(責(zé)任編輯:張 利)