LKJ监控记录插件改进升级方案的探讨

傅友亮 上海铁路局电务处

LKJ是中国列车运行控制系统体系的组成部分，是用于防止列车冒进信号、运行超速事故和辅助机车及动车组司机提高操纵能力的重要行车设备。目前广泛使用于全路机车、动车组的LKJ2000型列车运行监控装置（以下简称LKJ）是10年前设计投产的设备，其功能需求是根据当时的技术条件和机车运用特点而确立的。随着技术的不断发展和机车、动车组运用交路延伸等变化，LKJ设备已经显现出一些问题，特别是LKJ设备的核心部件LKJ监控记录插件。根据目前对LKJ应用的需求分析，既有LKJ监控记录插件至少存在以下几个方面的问题或需要改进的方面：数据存储容量不足、LKJ数据换装困难且存在隐患、维修缺乏更新用器件、无法使用地面应答器数据、缺乏电子标识等。因此研究新型LKJ监控记录插件，实现已迫在眉睫。

1 LKJ监控记录插件现状分析

1.1 数据存储容量不足

LKJ2000型监控装置是2000年底完成研制投产的设备，其核心部件监控记录插件以Motoroa公司的32位微处理器MC68332为CPU，主要完成地面线路数据的存储调用，运行状态数据的记录与同步、控制模式曲线的计算等。监控记录插件采用EPROM存储器存储车载基础数据文件，最大扩充容量为2 MB。目前，全路均按铁路局为单位形成铁路局范围内统一的LKJ车载基础数据文件，随着机车动车组跨局轮乘长交路的范围的不断扩大、新建线路的不断开通运营等因素，这个LKJ车载基础数据文件已接近LKJ监控记录插件的存储极限。如果要避免LKJ车载基础数据文件的容量不超过2MB，只有采用分隔的办法，这样就造成了铁路局范围内的LKJ车载基础数据文件的不统一。

1.2 LKJ数据换装困难且存在隐患

LKJ监控记录插件的EPROM存储器采用双列直插式（DIP）管座与线路板连接，LKJ数据换装时，首先取下原EPROM存储芯片，换上已烧录新版LKJ车载数据文件的EPROM存储芯片。由于施工变化多，LKJ车载基础数据文件修改、换装频繁，仅2010年上海局就换装了26000多台次，计26000×4片次。采用芯片拔插的换装方式不仅造成换装的困难，而且还存在以下问题和隐患：换装时间作业长、芯片损耗带来了生产成本增加、换装劳动工作量大、频繁拔插监控记录插件容易造成其与LKJ母版间的接触不良，另外频繁拔插EPROM芯片容易造成EPROM的DIP管座松弛而影响EPROM芯片插脚与管座的接触不良，从而又会导致LKJ对车载数据的调用错误而影响LKJ正常控制的安全隐患（前期多个铁路局曾经发生过EPROM芯片插脚与管座接触不良而错误调用车载数据的事件）。

1.3 LKJ监控记录插件维修缺乏更新用器件

LKJ2000型监控装置的监控记录插件所采用的部分器件有的已经停产，有的即将停产，如时钟芯片DS1386已经停产，CAN控制器芯片AN82527即将停产。因此造成LKJ监控记录插件维修困难。采用替代器件又存在兼容性等问题。

1.4 插件维护管理不方便

在LKJ设备日常管理维护中，采取纸制标签、条行码等作为各插件的身份标识（ID）来进行履历登记、寿命管理等，由于LKJ设备工作环境温度较高等原因，经常出现标签、条行码的脱落，给LKJ设备管理造成了问题。

1.5 应答器信息不能接收

随着我国高速铁路、客运专线运营里程的不断增长，以及既有线路的改造，承载着线路数据的地面应答器设备已在许多线路上安装使用，实现LKJ与地面应答器技术的结合，提高LKJ设备的安全性、可靠性和对动车组、机车"车循环、人继乘"的运用方式的适应性，既是铁路运输安全的需要，也是列控技术发展的必然选择。然而，目前的LKJ监控记录插件只能调用车载预存储数据，无法读取地面应答器的线路数据。

2 改进升级方案的提出

为继续确保LKJ设备在行车安全中的保障作用，必须解决好LKJ监控记录插件存在的以上问题，而这些问题的有效解决方法只有对LKJ监控记录插件进行改造升级，而且为达到既经济、又见效快的效果，对LKJ监控记录插件升级改造需要保持既有LKJ2000型设备各种接口条件和安装方式不变，也就是说新的LKJ监控记录插件必须完全兼容既有的插件，从硬件方面来说直接使用新的LKJ监控记录插件替代既有插件，从软件上来说新的LKJ监控记录插件必须能够使用既有的LKJ车载控制软件和车载基础数据文件。在以上原则的指导下，探索LKJ监控记录插件改进升级的方案。

2.1 采用大容量存储介质，扩展存储容量，满足线路数据日益增长的需要

为解决LKJ监控记录插件数据容量不足的问题，唯一的方法是采用目前市场上成熟的大容量存储介质，另外在存储介质的选择上必须摒弃既有LKJ监控记录插件使用的EPROM存储介质，而直接采用可以通过控制指令改写其内容的Flash（闪存）存储介质来作为LKJ车载控制软件、车载基础数据文件和记录数据的存储介质。如Numonyx/ST Micro的M29W256G系列芯片的单片容量就达到了32 MB。

2.2 采用USB接口，实现换装方式方便、快捷

增设USB接口，采用专用的USB数据换装设备作为LKJ车载控制软件和车载基础数据文件的中间存储介质，LKJ监控记录插件通过读取专用USB数据换装设备上的LKJ车载控制软件和车载基础数据文件，直接将其写入插件的Flash存储介质而实现换装，彻底抛弃拔插插件、芯片的方法，从而避免了既有换装方法实施过程中存在的各种问题和隐患的发生。在专用USB数据换装设备的设计上需要考虑与通用USB设备的甄别、存储的数据内容是否合法有效等。

2.3 采用ID识别芯片，便于插件的维护管理

为满足对插件进行应用跟踪、防伪造、寿命期等管理的要求，新的LKJ监控记录插件须增加专用的ID识别芯片，生产厂家对该芯片进行特殊编程后，保证每块插件具有唯一的、合法的ID序列号。在实际使用和管理中，可以随时查询插件的合法性等信息，提高LKJ相关设备管理的有效性和规范性。

2.4 增加读取地面应答器数据的功能

由于采用了Flash芯片作为新的LKJ监控记录插件的存储介质，就为其读取地面应答器数据奠定了必要基础。因此为扩展LKJ设备的应用范围，减少CTCS-2级区间LKJ数据的调整工作量，新的LKJ监控记录插件考虑增加读取地面应答器数据的功能。

3 改进升级的方案

按照新的LKJ监控记录插件必须完全兼容既有的插件的原则，按以下方案实施新的LKJ监控记录插件的升级改造。

3.1 硬件总体方案

3.1.1 主要技术指标

电源指标：

工作电压：额定电压5VDC，电源波动范围4.8 V～5.2 V；

最大功耗：≤5W；

性能指标：

板载地面数据存储空间：

48 MB（FLASH）

板载记录数据存储空间：

16 MB（FLASH）

RAM存储空间：

512 kB（SRAM）

非易失RAM存储空间：

2MB（FRAM）

USB HOST接口：

1路，全速(12 Mbit/s)

并行总线：

VME总线

CAN串行接口：

2路，电气隔离，通信速率500 kbit/s

数据换装时间：

每1 MB≤30 s

3.1.2 改进升级的总体构成

新的LKJ监控记录插件由CPU模块、实时时钟模块、CAN通信接口模块、同步通信模块、RS232通信模块、VME并行接口模块、硬件CRC运算处理模块、USB模块、程序与地面数据存储模块、记录数据存储模块，为保持程序的兼容性，核心电路与现有监控记录插件相同，同时增加了硬件CRC校验模块，采用Flash存储程序和地面数据，增加了程序及数据换装端口，具体实现的原理如图1。

图1 改进升级方案原理示意图

原理图中共有10个模块，各模块功能为：CAN通信接口模块完成监控记录插件与LKJ系统中地面信息插件、通信插件、扩展通信插件、屏幕显示器、功能扩展盒之间的数据通信；同步通信接口模块完成LKJ系统中A、B监控记录插件间的数据同步通信；VME并行接口模块完成监控记录插件与LKJ系统中模拟量输入/输出插件、数字量输入插件、数据量输入/输出插件间的通信；硬件CRC运算处理模块实现程序数据存储区内数据的CRC校验；USB接口模块实现监控记录插件与专用USB数据换装设备间数据通信；程序与地面数据存储模块实现USB接口模块传输数据的存储；记录数据存储模块实现对LKJ系统运行过程的数据记录；RS232通信模块实现记录数据的转储，以及与校时设备通信；实时时钟模块实现监控记录插件本身的实时钟运行和存储；CPU模块作为监控记录插件的核心模块实现各类数据的运算、通信等控制。

3.2 数据管理软件方案

主要功能是将车载基础数据文件U5、U6和程序文件 U3、U4生成 Flash可以识别的文件格式。监控记录插件通过USB接口接收数据，经过程序数据换装模块完成Flash的在线编程。开发环境如下，与既有的开发环境完全兼容：

采用操作系统Microsoft Windows XP、数据库 Microsoft Access，开发平台工具delphi7.0语言，编译环境WindowsXP+delphi7.0+Access数据库。

4 结束语

通过上述方案的实施，新型LKJ监控记录插件的存储容量在原有的2MB基础上扩展了24倍，从根本上解决了存储容量不足；另外Flash芯片和专用USB换装设备的应用可以有效避免既有LKJ数据换装困难和存在隐患的发生等等。而且由于新型LKJ监控记录插件完全兼容既有的插件，因此可达到投资少、见效快的实用效果，进一步提高LKJ设备在铁路运输安全中的保障作用。