宮旭東 上海鐵路局電務(wù)處

列車運行監(jiān)控記錄裝置維檢一體化教培系統(tǒng)設(shè)計

宮旭東 上海鐵路局電務(wù)處

針對列車運行監(jiān)控記錄裝置維護檢修人員業(yè)務(wù)技能欠缺，缺少必要的培訓設(shè)備及手段問題，經(jīng)過多年的探索和實踐，提出一體化的教學培訓系統(tǒng)設(shè)計，通過組織實施，以此來進一步豐富培訓手段，著力解決“學、用”脫節(jié)問題，達到整體快速提升作業(yè)人員檢測維修及故障處理業(yè)務(wù)技能，優(yōu)化培訓效果目的。

監(jiān)控裝置；一體化；教學培訓；設(shè)計

1 現(xiàn)狀分析

隨著鐵路列車運行速度的不斷提高及運行密度的進一步加大，列車運行監(jiān)控記錄裝置（以下簡稱LKJ）在防止列車冒進信號、運行超速事故和輔助機車（動車組）司機提高操縱列車運行安全能力方面發(fā)揮著重要作用，已經(jīng)成為保障列車安全運行不可缺少的設(shè)備。如何確保LKJ系統(tǒng)設(shè)備運用質(zhì)量良好，保持設(shè)備的功能、可靠性及安全性等方面持續(xù)穩(wěn)定已經(jīng)成為設(shè)備維護單位迫切需要解決的問題。一方面，我們依賴于設(shè)備生產(chǎn)廠家嚴格把控設(shè)備出廠質(zhì)量，控制源頭；另一方面，我們還需加強設(shè)備日常維護檢修質(zhì)量，將設(shè)備故障消滅在萌芽狀態(tài)。

提高設(shè)備日常維護檢修質(zhì)量，很大程度上取決于相關(guān)維護檢修人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和工作責任心。為滿足機車（動車組）配置數(shù)量的不斷加大帶來的設(shè)備維護需求，近年來大批學校畢業(yè)生相繼充實到電務(wù)段各個崗位當中，由于現(xiàn)場缺乏系統(tǒng)的培訓設(shè)備及手段，傳統(tǒng)的“傳、幫、帶”的培訓模式已經(jīng)成為了職工盡快適應(yīng)新崗位、提升業(yè)務(wù)水平的絆腳石，從而導致部分職工工學矛盾日益突出。因此，研究設(shè)計LKJ維檢一體化教學培訓系統(tǒng)，全方位再現(xiàn)設(shè)備在機車（動車組）上的安裝狀態(tài)，真實模擬列車運行監(jiān)控記錄裝置的運行場景，在此基礎(chǔ)上，科學引入標準化作業(yè)和故障處理評定系統(tǒng)，來滿足日常培訓需求，就顯得尤為迫切。

2 系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)思

LKJ維檢一體化教培系統(tǒng)以列車運行監(jiān)控裝置檢修標準化作業(yè)和故障處理為主要培訓內(nèi)容，其所包含設(shè)備應(yīng)與機車上實際安裝狀態(tài)一致；在實際模擬過程中，通過手動操縱大小閘、司控器來控制壓力、柴油機轉(zhuǎn)速和速度的發(fā)送，并在壓力表、速度雙針表和LKJ顯示器上的顯示相應(yīng)的值，達到在地面真實再現(xiàn)機車列車運行監(jiān)控裝置的運行場景目的。

LKJ維檢一體化教培系統(tǒng)采用模擬操作演練加教學仿真培訓的方式，對電務(wù)段檢修人員進行LKJ及相關(guān)配套設(shè)備的工作機理、設(shè)備故障檢修、標準化作業(yè)等內(nèi)容的教學培訓和考核。系統(tǒng)可通過手動或程控斷開不同接點方式，有針對性地模擬仿真常見故障現(xiàn)象，并能給出對應(yīng)故障現(xiàn)象的故障分析和處理流程。

LKJ維檢一體化教培系統(tǒng)在數(shù)據(jù)服務(wù)器的基礎(chǔ)上，支持網(wǎng)絡(luò)擴展，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)培訓平臺。在該平臺上可完成培訓、教學、考試等，支持培訓記錄、培訓成績等數(shù)據(jù)的查詢，以此構(gòu)建完成的培訓體系。通過教學、練習、考試等形式滿足電務(wù)段職工日常培訓考核需求。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

LKJ維檢一體化教培系統(tǒng)由電源、LKJ設(shè)備機柜、教學培訓模擬臺、服務(wù)器、工業(yè)控制計算機等設(shè)備組成。系統(tǒng)采用模擬仿真操縱臺加設(shè)備柜的組合形式進行設(shè)計，系統(tǒng)整體架構(gòu)圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

教學培訓模擬臺可仿照機車司機操縱臺進行布置，I端、II端顯示器、雙針速度表、模擬壓力表、司控器、信號機等設(shè)備參照實際安裝位置進行設(shè)計。為方便實操練習，增加了便攜式通用機車信號發(fā)碼器、機車接收線圈等設(shè)備。同時預留速度、壓力、信號、鳴笛標簽等設(shè)備接口，可進行功能擴展。操縱臺上設(shè)置電腦顯示屏，實時展現(xiàn)教學培訓軟件界面。

LKJ設(shè)備柜可采用19英寸標準機柜，將LKJ設(shè)備、機車信號主機、TAX箱、本/補切換裝置、無線數(shù)傳等設(shè)備按照機車上實際位置安裝接線。為方便學員進行故障排查，設(shè)備柜背面設(shè)立了故障檢修培訓區(qū)，由接線端子排與人機交互觸摸屏組成。端子排模擬機車設(shè)備端子排，所有接線均通過端子排進行轉(zhuǎn)接。通過系統(tǒng)軟件控制斷開或手動斷開指定線路接點，模擬設(shè)定設(shè)備故障現(xiàn)象。學員可按照PC端界面提示，在此區(qū)域進行信號測量、故障排查分析，通過人機交互觸摸屏可以將故障排查結(jié)果錄入，系統(tǒng)軟件可對錄入結(jié)果進行判斷。LKJ設(shè)備柜結(jié)構(gòu)外觀如圖2所示。

圖2 設(shè)備柜整體結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)硬件平臺架構(gòu)

系統(tǒng)硬件平臺架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)硬件平臺架構(gòu)

3.3 系統(tǒng)軟件平臺架構(gòu)

系統(tǒng)軟件平臺架構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件平臺架構(gòu)

4 系統(tǒng)功能

4.1 LKJ系統(tǒng)功能模擬

4.1.1 機車信號

機車信號發(fā)送由發(fā)碼設(shè)備與模擬環(huán)線組成，調(diào)節(jié)發(fā)碼箱不同的制式和頻率，可以發(fā)送不同的載頻信號，信號通過架設(shè)在鋼軌上的環(huán)線被感應(yīng)線圈接收，然后通過信號轉(zhuǎn)接盒傳遞機車信號主機分析后產(chǎn)生不同的色燈信號，同時LKJ顯示器和八燈顯會作出相應(yīng)色燈變化。

4.1.2 速度信號模擬

速度信號模擬采用主控箱預留插件及步進電機等模擬速度信號。在可調(diào)速步進電機上加裝光電式速度傳感器，集中控制器采集到的司控器等操縱手柄的操作狀態(tài)，控制電機轉(zhuǎn)速，通過速度傳感器產(chǎn)生LKJ監(jiān)控所需的速度信號（可調(diào)方波信號），信號經(jīng)接口柜，可方便測試。調(diào)速范圍（0~200）km/h，同時在教學培訓模擬臺上雙針速度表指示速度。

4.1.3 壓力信號模擬

壓力信號模擬采用主控箱預留插件及輔助氣路回路模擬壓力信號。由電動壓力調(diào)節(jié)閥、壓力變送器和集中控制器構(gòu)成簡易的電動壓力控制系統(tǒng)去模擬常用制動和緊急制動所需的壓力信號，通過壓力變送器將壓力信號（方波）傳至LKJ。

4.1.4 機車工況信號

選用目前機車上在用的S710A型司機控制器，司控器由控制手柄與換向手柄組成；控制手柄有“0~16”十七個檔位，每個檔位均有定位；換向手柄有“后牽”、“后制”、“0”、“前牽”、“前制”五個檔位，每個檔位均有定位。通過主控箱中手柄采集器采集司機控制器各個檔位的觸點閉合狀態(tài)，根據(jù)司控器觸點閉合狀態(tài)輸出工況信號。4.1.5鳴笛記錄

使用LKJ功能擴展盒采集鳴笛轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的110 V開關(guān)量信號，通過 CAN總線將信號代碼發(fā)送給監(jiān)控主機記錄。同時可以將 LKJ功能擴展盒自身自檢狀態(tài)和工作狀態(tài)傳送給監(jiān)控主機顯示和記錄。

4.1.6 語音記錄

安裝在綜合監(jiān)測裝置主機箱中LY-05型語音記錄裝置，將機車乘務(wù)員通過列車無線電調(diào)度電話進行的收、發(fā)語音信號，按數(shù)字壓縮形式，并以從LKJ獲取的時間、公里標作為基準坐標進行存儲記錄，形成語音文件,同時可通過語音文件地面分析軟件進行分析。

4.1.7 車號識別

通過安裝在綜合監(jiān)測裝置主機箱中TMIS單元從LKJ獲取的車次、本/補、客/貨、時間、公里標等變化的列車運行信息實時傳送給車號識別系統(tǒng)中的機車標簽設(shè)備。TAX箱與監(jiān)控主機采用RS485通訊或CAN通訊兩種方式。

4.1.8 GPS信息接收

GPS信息接收裝置主要由 GPS接收主機、GPS天線及相關(guān)電纜組成,GPS接收主機接收GPS信息，經(jīng)過解析處理后通過外 CAN總線送入LKJ,為LKJ提供準確的時間信息。4.1.9本補切換

機車在實際運用中，存在本務(wù)運行模式和非本務(wù)運行模式。在本務(wù)運行模式下，LKJ實現(xiàn)安全控制以及全程運行記錄等功能。而在非本務(wù)運行模式下，LKJ僅實現(xiàn)全程運行記錄的功能。通過切換轉(zhuǎn)換開關(guān)完成“本務(wù)”“補機”兩種控制模式的切換，當轉(zhuǎn)換開關(guān)位于“補機”時，將所有制動控制信號切除，并將DC50V+信號送入監(jiān)控主機，監(jiān)控主機以此判斷硬件轉(zhuǎn)為非本務(wù)模式；當轉(zhuǎn)換開關(guān)位于“本務(wù)”時，制動控制信號全部直通連接，同時切斷DC50V+信號，監(jiān)控主機以此判斷硬件轉(zhuǎn)為本務(wù)模式。

4.2 接線故障模擬

在設(shè)備柜背面設(shè)立故障檢修培訓區(qū)，由接線端子排與人機交互觸摸屏組成。在設(shè)備柜中安裝接線故障模擬模塊，模塊上設(shè)置專用接線排模擬機車端子排，所有接線均通過端子排進行轉(zhuǎn)接，在接線端子排旁邊放置繼電器陣列。通過軟件設(shè)定模擬故障后，系統(tǒng)會依據(jù)相關(guān)設(shè)備信號線定義，自動斷開指定線路接點，模擬特定設(shè)備故障現(xiàn)象。

由于設(shè)備內(nèi)部接線端子數(shù)量較多，在一個模塊上模擬所有接線故障難度較大。采用模塊化設(shè)計，通過485總線實現(xiàn)多個接線故障模擬模塊擴展，為后期增加設(shè)備和接線端子預留。故障模擬模塊系統(tǒng)框圖如圖5所示。

圖5 接線故障模擬系統(tǒng)框圖

通過客戶端軟件設(shè)置好故障類型后，通過主控箱485總線向接線故障模擬模塊發(fā)送命令，控制故障對應(yīng)繼電器斷開，模擬特定設(shè)備故障現(xiàn)象，同時在PC客戶端可提示故障現(xiàn)象分析及故障排查步驟等信息。

5 系統(tǒng)軟件平臺功能設(shè)計

5.1 軟件運行模式

系統(tǒng)軟件支持三種工作模式：單機、教師工作站、學員工作站。默認的工作模式是單機模式。后兩種工作模式用來進行聯(lián)網(wǎng)操作，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是星形結(jié)構(gòu)。教師工作站是唯一的連接中心，用來提供給多臺學員工作站連接。系統(tǒng)內(nèi)部通過數(shù)據(jù)庫共享訪問、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議進行信息傳輸和應(yīng)用功能實現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫共享訪問方式為數(shù)據(jù)庫直接連接；底層框架為應(yīng)用程序提供了數(shù)據(jù)庫連接驅(qū)動。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

5.2 軟件設(shè)計思路

5.2.1 總體設(shè)計和處理流程

系統(tǒng)總體軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)需求劃分為相應(yīng)的功能模塊。對于具有顯示界面的模塊，根據(jù)操作流程，在界面上顯示，按順序調(diào)用相應(yīng)模塊，完成各操作流程。對于沒有顯示界面的模塊，運行在后臺，根據(jù)對應(yīng)的事件由系統(tǒng)調(diào)用該模塊完成相應(yīng)的模塊。數(shù)據(jù)庫接口有對應(yīng)的驅(qū)動程序,在功能模塊調(diào)用時用來操作數(shù)據(jù)庫。對于通用的功能，劃分為公共模塊。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

5.2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計思路

數(shù)據(jù)庫設(shè)計考慮數(shù)據(jù)庫性能，包括接收數(shù)據(jù)的入庫存儲，對直接訪問數(shù)據(jù)庫的終端應(yīng)用的高效支持，采用MYSQL數(shù)據(jù)庫；考慮對數(shù)據(jù)類型進行必要的分類，對于基表，存儲表，訪問表等根據(jù)各自特點進行設(shè)計；考慮與應(yīng)用間的訪問接口，避免單表的大量查詢、多表的聯(lián)合查詢等消耗數(shù)據(jù)庫性能的操作的出現(xiàn)，充分利用數(shù)據(jù)庫自身的數(shù)據(jù)管理機制和效率優(yōu)化手段。

5.3 軟件核心模塊設(shè)計

5.3.1 標準化作業(yè)流程

根據(jù)鐵路局規(guī)定對LKJ設(shè)備出入段檢測等標準化作業(yè)的工作流程，操作方法，標準要求等進行編輯管理，同時可在各步流程中從故障庫中設(shè)置特定干擾信息，通過讀取后臺存儲的標準化作業(yè)流程每個步驟要求和涉及設(shè)備干擾信息數(shù)據(jù)，記錄操作結(jié)果且后臺程序自動和正確結(jié)果比對，把比對結(jié)果顯示到前臺并提示正確操作內(nèi)容。

5.3.2 LKJ系統(tǒng)故障檢修處理流程

從故障設(shè)置界面中選中對應(yīng)設(shè)備，對接口一根或多根信號線進行故障設(shè)置。硬件平臺模擬故障現(xiàn)象，同時在PC界面中提示故障分析及處理流程指導學員進行學習；通過故障模擬設(shè)置庫選中已有故障進行故障設(shè)定。

5.3.3 LKJ知識課件庫

在軟件界面上展示word、PPT、excel、多媒體文件等格式的課件，提供給學員自主學習或教師教學。具備課件文檔列表展示、在線瀏覽、課件文檔的上傳、多媒體文件列表展示、在線播放、課件的檢索、編輯等功能。

5.3.4 LKJ試題庫

教師在系統(tǒng)后臺管理界面，錄入試題編號、類型、內(nèi)容和正確結(jié)果，形成試題庫，為學員在線考試試卷提供原始數(shù)據(jù)。同時具有保存試卷答題結(jié)果、學員成績表等功能。

5.3.5 LKJ試卷庫

教師通過系統(tǒng)后臺管理界面，在試題庫中按照試題類型、數(shù)量等條件抽取出試題并形成試卷。同時具備試題按類型排序展示、試題按條件查詢、編輯試卷、試卷數(shù)據(jù)的增刪改等功能。

6 擴展應(yīng)用

系統(tǒng)預留了各種信息接口，可擴展投影儀、模擬設(shè)備等教學設(shè)施，可擴展多臺計算機用戶并進行管理。在實際應(yīng)用中，可布局LKJ維檢一體化培訓中心，進行多人教學培訓。

責任編輯：王 華

來稿日期：2016-11-30