傅友亮 上海鐵路局電務(wù)處

LKJ是中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)體系的組成部分，是用于防止列車冒進(jìn)信號(hào)、運(yùn)行超速事故和輔助機(jī)車及動(dòng)車組司機(jī)提高操縱能力的重要行車設(shè)備。目前廣泛使用于全路機(jī)車、動(dòng)車組的LKJ2000型列車運(yùn)行監(jiān)控裝置（以下簡(jiǎn)稱LKJ）是10年前設(shè)計(jì)投產(chǎn)的設(shè)備，其功能需求是根據(jù)當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件和機(jī)車運(yùn)用特點(diǎn)而確立的。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和機(jī)車、動(dòng)車組運(yùn)用交路延伸等變化，LKJ設(shè)備已經(jīng)顯現(xiàn)出一些問題，特別是LKJ設(shè)備的核心部件LKJ監(jiān)控記錄插件。根據(jù)目前對(duì)LKJ應(yīng)用的需求分析，既有LKJ監(jiān)控記錄插件至少存在以下幾個(gè)方面的問題或需要改進(jìn)的方面：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量不足、LKJ數(shù)據(jù)換裝困難且存在隱患、維修缺乏更新用器件、無法使用地面應(yīng)答器數(shù)據(jù)、缺乏電子標(biāo)識(shí)等。因此研究新型LKJ監(jiān)控記錄插件，實(shí)現(xiàn)已迫在眉睫。

1 LKJ監(jiān)控記錄插件現(xiàn)狀分析

1.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量不足

LKJ2000型監(jiān)控裝置是2000年底完成研制投產(chǎn)的設(shè)備，其核心部件監(jiān)控記錄插件以Motoroa公司的32位微處理器MC68332為CPU，主要完成地面線路數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)調(diào)用，運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的記錄與同步、控制模式曲線的計(jì)算等。監(jiān)控記錄插件采用EPROM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件，最大擴(kuò)充容量為2 MB。目前，全路均按鐵路局為單位形成鐵路局范圍內(nèi)統(tǒng)一的LKJ車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件，隨著機(jī)車動(dòng)車組跨局輪乘長(zhǎng)交路的范圍的不斷擴(kuò)大、新建線路的不斷開通運(yùn)營(yíng)等因素，這個(gè)LKJ車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件已接近LKJ監(jiān)控記錄插件的存儲(chǔ)極限。如果要避免LKJ車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件的容量不超過2MB，只有采用分隔的辦法，這樣就造成了鐵路局范圍內(nèi)的LKJ車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件的不統(tǒng)一。

1.2 LKJ數(shù)據(jù)換裝困難且存在隱患

LKJ監(jiān)控記錄插件的EPROM存儲(chǔ)器采用雙列直插式（DIP）管座與線路板連接，LKJ數(shù)據(jù)換裝時(shí)，首先取下原EPROM存儲(chǔ)芯片，換上已燒錄新版LKJ車載數(shù)據(jù)文件的EPROM存儲(chǔ)芯片。由于施工變化多，LKJ車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件修改、換裝頻繁，僅2010年上海局就換裝了26000多臺(tái)次，計(jì)26000×4片次。采用芯片拔插的換裝方式不僅造成換裝的困難，而且還存在以下問題和隱患：換裝時(shí)間作業(yè)長(zhǎng)、芯片損耗帶來了生產(chǎn)成本增加、換裝勞動(dòng)工作量大、頻繁拔插監(jiān)控記錄插件容易造成其與LKJ母版間的接觸不良，另外頻繁拔插EPROM芯片容易造成EPROM的DIP管座松弛而影響EPROM芯片插腳與管座的接觸不良，從而又會(huì)導(dǎo)致LKJ對(duì)車載數(shù)據(jù)的調(diào)用錯(cuò)誤而影響LKJ正常控制的安全隱患（前期多個(gè)鐵路局曾經(jīng)發(fā)生過EPROM芯片插腳與管座接觸不良而錯(cuò)誤調(diào)用車載數(shù)據(jù)的事件）。

1.3 LKJ監(jiān)控記錄插件維修缺乏更新用器件

LKJ2000型監(jiān)控裝置的監(jiān)控記錄插件所采用的部分器件有的已經(jīng)停產(chǎn)，有的即將停產(chǎn)，如時(shí)鐘芯片DS1386已經(jīng)停產(chǎn)，CAN控制器芯片AN82527即將停產(chǎn)。因此造成LKJ監(jiān)控記錄插件維修困難。采用替代器件又存在兼容性等問題。

1.4 插件維護(hù)管理不方便

在LKJ設(shè)備日常管理維護(hù)中，采取紙制標(biāo)簽、條行碼等作為各插件的身份標(biāo)識(shí)（ID）來進(jìn)行履歷登記、壽命管理等，由于LKJ設(shè)備工作環(huán)境溫度較高等原因，經(jīng)常出現(xiàn)標(biāo)簽、條行碼的脫落，給LKJ設(shè)備管理造成了問題。

1.5 應(yīng)答器信息不能接收

隨著我國(guó)高速鐵路、客運(yùn)專線運(yùn)營(yíng)里程的不斷增長(zhǎng)，以及既有線路的改造，承載著線路數(shù)據(jù)的地面應(yīng)答器設(shè)備已在許多線路上安裝使用，實(shí)現(xiàn)LKJ與地面應(yīng)答器技術(shù)的結(jié)合，提高LKJ設(shè)備的安全性、可靠性和對(duì)動(dòng)車組、機(jī)車"車循環(huán)、人繼乘"的運(yùn)用方式的適應(yīng)性，既是鐵路運(yùn)輸安全的需要，也是列控技術(shù)發(fā)展的必然選擇。然而，目前的LKJ監(jiān)控記錄插件只能調(diào)用車載預(yù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，無法讀取地面應(yīng)答器的線路數(shù)據(jù)。

2 改進(jìn)升級(jí)方案的提出

為繼續(xù)確保LKJ設(shè)備在行車安全中的保障作用，必須解決好LKJ監(jiān)控記錄插件存在的以上問題，而這些問題的有效解決方法只有對(duì)LKJ監(jiān)控記錄插件進(jìn)行改造升級(jí)，而且為達(dá)到既經(jīng)濟(jì)、又見效快的效果，對(duì)LKJ監(jiān)控記錄插件升級(jí)改造需要保持既有LKJ2000型設(shè)備各種接口條件和安裝方式不變，也就是說新的LKJ監(jiān)控記錄插件必須完全兼容既有的插件，從硬件方面來說直接使用新的LKJ監(jiān)控記錄插件替代既有插件，從軟件上來說新的LKJ監(jiān)控記錄插件必須能夠使用既有的LKJ車載控制軟件和車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件。在以上原則的指導(dǎo)下，探索LKJ監(jiān)控記錄插件改進(jìn)升級(jí)的方案。

2.1 采用大容量存儲(chǔ)介質(zhì)，擴(kuò)展存儲(chǔ)容量，滿足線路數(shù)據(jù)日益增長(zhǎng)的需要

為解決LKJ監(jiān)控記錄插件數(shù)據(jù)容量不足的問題，唯一的方法是采用目前市場(chǎng)上成熟的大容量存儲(chǔ)介質(zhì)，另外在存儲(chǔ)介質(zhì)的選擇上必須摒棄既有LKJ監(jiān)控記錄插件使用的EPROM存儲(chǔ)介質(zhì)，而直接采用可以通過控制指令改寫其內(nèi)容的Flash（閃存）存儲(chǔ)介質(zhì)來作為L(zhǎng)KJ車載控制軟件、車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件和記錄數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)介質(zhì)。如Numonyx/ST Micro的M29W256G系列芯片的單片容量就達(dá)到了32 MB。

2.2 采用USB接口，實(shí)現(xiàn)換裝方式方便、快捷

增設(shè)USB接口，采用專用的USB數(shù)據(jù)換裝設(shè)備作為L(zhǎng)KJ車載控制軟件和車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件的中間存儲(chǔ)介質(zhì)，LKJ監(jiān)控記錄插件通過讀取專用USB數(shù)據(jù)換裝設(shè)備上的LKJ車載控制軟件和車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件，直接將其寫入插件的Flash存儲(chǔ)介質(zhì)而實(shí)現(xiàn)換裝，徹底拋棄拔插插件、芯片的方法，從而避免了既有換裝方法實(shí)施過程中存在的各種問題和隱患的發(fā)生。在專用USB數(shù)據(jù)換裝設(shè)備的設(shè)計(jì)上需要考慮與通用USB設(shè)備的甄別、存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)內(nèi)容是否合法有效等。

2.3 采用ID識(shí)別芯片，便于插件的維護(hù)管理

為滿足對(duì)插件進(jìn)行應(yīng)用跟蹤、防偽造、壽命期等管理的要求，新的LKJ監(jiān)控記錄插件須增加專用的ID識(shí)別芯片，生產(chǎn)廠家對(duì)該芯片進(jìn)行特殊編程后，保證每塊插件具有唯一的、合法的ID序列號(hào)。在實(shí)際使用和管理中，可以隨時(shí)查詢插件的合法性等信息，提高LKJ相關(guān)設(shè)備管理的有效性和規(guī)范性。

2.4 增加讀取地面應(yīng)答器數(shù)據(jù)的功能

由于采用了Flash芯片作為新的LKJ監(jiān)控記錄插件的存儲(chǔ)介質(zhì)，就為其讀取地面應(yīng)答器數(shù)據(jù)奠定了必要基礎(chǔ)。因此為擴(kuò)展LKJ設(shè)備的應(yīng)用范圍，減少CTCS-2級(jí)區(qū)間LKJ數(shù)據(jù)的調(diào)整工作量，新的LKJ監(jiān)控記錄插件考慮增加讀取地面應(yīng)答器數(shù)據(jù)的功能。

3 改進(jìn)升級(jí)的方案

按照新的LKJ監(jiān)控記錄插件必須完全兼容既有的插件的原則，按以下方案實(shí)施新的LKJ監(jiān)控記錄插件的升級(jí)改造。

3.1 硬件總體方案

3.1.1 主要技術(shù)指標(biāo)

電源指標(biāo)：

工作電壓：額定電壓5VDC，電源波動(dòng)范圍4.8 V～5.2 V；

最大功耗：≤5W；

性能指標(biāo)：

板載地面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間：

48 MB（FLASH）

板載記錄數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間：

16 MB（FLASH）

RAM存儲(chǔ)空間：

512 kB（SRAM）

非易失RAM存儲(chǔ)空間：

2MB（FRAM）

USB HOST接口：

1路，全速(12 Mbit/s)

并行總線：

VME總線

CAN串行接口：

2路，電氣隔離，通信速率500 kbit/s

數(shù)據(jù)換裝時(shí)間：

每1 MB≤30 s

3.1.2 改進(jìn)升級(jí)的總體構(gòu)成

新的LKJ監(jiān)控記錄插件由CPU模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、CAN通信接口模塊、同步通信模塊、RS232通信模塊、VME并行接口模塊、硬件CRC運(yùn)算處理模塊、USB模塊、程序與地面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、記錄數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，為保持程序的兼容性，核心電路與現(xiàn)有監(jiān)控記錄插件相同，同時(shí)增加了硬件CRC校驗(yàn)?zāi)K，采用Flash存儲(chǔ)程序和地面數(shù)據(jù)，增加了程序及數(shù)據(jù)換裝端口，具體實(shí)現(xiàn)的原理如圖1。

圖1 改進(jìn)升級(jí)方案原理示意圖

原理圖中共有10個(gè)模塊，各模塊功能為：CAN通信接口模塊完成監(jiān)控記錄插件與LKJ系統(tǒng)中地面信息插件、通信插件、擴(kuò)展通信插件、屏幕顯示器、功能擴(kuò)展盒之間的數(shù)據(jù)通信；同步通信接口模塊完成LKJ系統(tǒng)中A、B監(jiān)控記錄插件間的數(shù)據(jù)同步通信；VME并行接口模塊完成監(jiān)控記錄插件與LKJ系統(tǒng)中模擬量輸入/輸出插件、數(shù)字量輸入插件、數(shù)據(jù)量輸入/輸出插件間的通信；硬件CRC運(yùn)算處理模塊實(shí)現(xiàn)程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)；USB接口模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控記錄插件與專用USB數(shù)據(jù)換裝設(shè)備間數(shù)據(jù)通信；程序與地面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)USB接口模塊傳輸數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；記錄數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)LKJ系統(tǒng)運(yùn)行過程的數(shù)據(jù)記錄；RS232通信模塊實(shí)現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)，以及與校時(shí)設(shè)備通信；實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控記錄插件本身的實(shí)時(shí)鐘運(yùn)行和存儲(chǔ)；CPU模塊作為監(jiān)控記錄插件的核心模塊實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的運(yùn)算、通信等控制。

3.2 數(shù)據(jù)管理軟件方案

主要功能是將車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件U5、U6和程序文件 U3、U4生成 Flash可以識(shí)別的文件格式。監(jiān)控記錄插件通過USB接口接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過程序數(shù)據(jù)換裝模塊完成Flash的在線編程。開發(fā)環(huán)境如下，與既有的開發(fā)環(huán)境完全兼容：

采用操作系統(tǒng)Microsoft Windows XP、數(shù)據(jù)庫(kù) Microsoft Access，開發(fā)平臺(tái)工具delphi7.0語言，編譯環(huán)境WindowsXP+delphi7.0+Access數(shù)據(jù)庫(kù)。

4 結(jié)束語

通過上述方案的實(shí)施，新型LKJ監(jiān)控記錄插件的存儲(chǔ)容量在原有的2MB基礎(chǔ)上擴(kuò)展了24倍，從根本上解決了存儲(chǔ)容量不足；另外Flash芯片和專用USB換裝設(shè)備的應(yīng)用可以有效避免既有LKJ數(shù)據(jù)換裝困難和存在隱患的發(fā)生等等。而且由于新型LKJ監(jiān)控記錄插件完全兼容既有的插件，因此可達(dá)到投資少、見效快的實(shí)用效果，進(jìn)一步提高LKJ設(shè)備在鐵路運(yùn)輸安全中的保障作用。