LKJ-15型列车运行监控系统功能测试平台的研究

何宇晖，郑璟瑜

(中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所，北京 100081)

随着铁路运输需求不断发展，LKJ逐渐成为列车车载运行信息中心，并为多种安全监控和运行信息的传输提供基础。LKJ-15型列车运行监控系统是在LK-J2000型列车运行监控装置的基础上，借鉴ATP及ATC的先进技术，采用安全计算机、新型测速定位及车地信息交换等技术研制而成。LKJ-15的设计依据符合GB/T 21562-2015、GB/T 28808-2012、GB/T 28809-2012、GB/T 25119-2010等标准，具有良好的安全性、可靠性、可用性和可维护性。

1 LKJ-15系统构成及软件功能

LKJ-15系统由主机单元、扩展单元、人机界面单元（DMI）、应答器信息接收单元(BTM)、轨道信息读取单元（机车信号）、速度传感器、压力传感器、专用IC卡设备、专用电缆等构成。LKJ-15与机车安全信息综合监测装置（TAX）、机车语音记录装置、列车运行状态信息系统（LAIS）、铁路车号自动识别系统(ATIS)等设备结合使用，共同组成列车运行安全监控系统，如图1所示。

图1 LKJ-15型列车运行监控系统构成Fig.1 Composition of LKJ-15 train monitoring system

LKJ-15系统的软件功能主要有监控功能、记录功能、人机界面功能、在线换装及扩展功能，其扩展功能支持非安全开关量信号采集、BDS/GPS信息接收、车地无线通信及对外通信接口等。

2 LKJ-15功能测试平台架构设计

LKJ-15型列车运行监控系统的构成及I/O信号等信息，如图1所示。LKJ-15系统功能测试平台使用实物设备或模拟信号设备，向LKJ-15提供输入信息并接收返回的响应信息。

LKJ-15功能测试平台的架构如图2所示。测试平台通过专用电缆与LKJ-15间进行信息交互，提供LKJ-15正常工作所需的机车信号、BTM 信息、工况信号、速度信号、压力信号，以及其他外部设备（如 ATP、 EMU、 TAX、 LAIS、平 调、双 针 表等）信息，并向LKJ-15提供DC110 V工作电源。测试平台采用闭环反馈模式，输入信息的同时采集LKJ-15返回的输出信息，以此判断相应通道是否良好、LKJ-15系统工作是否正常；测试平台同监控设备建立通讯，实时反馈并显示采集到的信号状态，为监测LKJ-15系统工作状态提供条件。

测试平台提供的主要信号如下。

1）机车工况信号输出

a.输出信号：向前、向后、牵引、制动、零位、I端警惕、II端警惕、ATP控车、备1～8，共16路开关量信号。

b.输出电压可配置范围：DC10～110 V，输出电压误差：±1% FS，驱动电流：≥1 mA。

2）机车信号输出

a.输出信号：绿灯（L）、绿黄（LU）、黄灯（U）、黄2（U2）、双黄（UU）、红黄（HU）、红（H）、白（B）灯、速度等级1（SD1）、速度等级2（SD2）、速度等级3（SD3）、制式（ZS）、绝缘节（JYJ）、备1（SDBAK1）、备2（SDBAK2）、备3（SDBAK3），共16路色灯50 V数字量输出信号。

b.输出电压可配置范围：DC10～50 V，输出电压误差：±1% FS，驱动电流：≥1 mA。

3）开关量信号采集

a.卸载、减压、关风、紧急1、紧急2、备2、备3 常开常闭开关量采集，共14路。

图2 LKJ-15功能测试平台架构Fig.2 Composition of LKJ-15 function test platform

b.输入电压采集范围：DC 0～200.0 V，输入阻抗：≥10 kΩ，输入采集误差：±2.0 V。

4）压力信号模拟

a.设置2组（每组5通道）电流型管压输出方式或电压型管压输出方式。

b.输出范围：DC 4～20 mA（电流型）或DC 0～5 V（电压型），输出误差：±0.5% FS。

5）速度信号模拟

a.设置2组（每组4通道）不过零正方波速度信号输出通道。

b.输出频率：0～6 kHz（方波），频率误差：±0.25%FS；占空比：50%±5%；幅度调节范围：DC 0～15 V；幅度误差：≤±10% FS（6～12 V）。

6）双针速度表驱动信号模拟

a.2路双针表速度信号输出，信号范围0～20 mA,误差≤±0.5% FS，不隔离。

b.2路双针表速度信号输入，信号范围0～20 mA,误差≤±0.5% FS，不隔离。

c.1路双针表里程驱动输出，信号幅值24 V，脉冲宽度200 ms，不隔离。

d.1路双针表里程驱动输入，信号幅值24 V，脉冲宽度200 ms，隔离电压≥1 000 V。

6）柴油机转速信号模拟

a.1路柴速转速(过零正弦波)输出接口。

b.频率：0～2 kHz （正弦波）；频率误差：±0.1%FS；电压幅度调节范围：0～15 V；幅度误差：≤±10%（6～12 V）。

7）原边电压原边电流信号模拟

a.1路原边电流（过零正弦波）信号输出，幅值0～12 V程控可调，频率50 Hz。

b.1路原边电压（过零正弦波）信号输出，幅值0～12V程控可调，频率50 Hz。

8）轨道信号模拟

1路轨道信号输出接口。

9）通信模拟

a.1路RS-422模拟ATP通信，电气隔离，4线双向，通信速率38.4 kbit/s。

b.1路RS-485 或收/发电流环（0～20 mA）模拟EMU通信，电气隔离，4线半双工方式，通信速率9.6 kbit/s；采用模拟开关切换，支持RS-485/电流环的通信模式软切换。

c.2路CAN模拟发送BTM信息，电气隔离，通信速率500 kbit/s。

d.2路CAN模拟发送机车信号信息，电气隔离，通信速率500 kbit/s。

e.2路CAN模拟发送TAX信息，电气隔离，通信速率500 kbit/s。

f.1路以太网，电气隔离，通信速率100 Mbit/s，模拟LAIS/LMD通信。

g.1路备用以太网，电气隔离，通信速率100 Mbit/s，模拟CMD通信。

h.采用2×2路以太网交换机，监测LKJ与DMI间的网络通信。信号速率：125 Mbit/s。

10）平面调车模拟

6位数字编码输出，输出电流：10±2 mA，输出高电平电压：5±0.5 V，低电平0±0.5 V。

3 LKJ-15功能测试平台应用

测试平台可按照TJ/DW 193-2017的规定和现场应用中的实际需求，对LKJ-15的系统功能进行检验检测。本节以LKJ-15在实际运行中的典型案例为例，描述测试平台的使用方法。

1)限速功能

LKJ-15系统上电，在停车状态下，操作DMI人机界面单元，设定行车参数，按压“模式”键选择进入调车模式，观察DMI人机界面单元左侧状态栏显示为“调车”，限速值为41 km/h。列车运行，当运行速度达到41 km/h时，系统输出常用制动，如图3所示，测试平台检测到常用制动输出通道电平变化，调车限速功能正常。

2)压力信息采集功能

测试平台向LKJ-15系统5路压力采集通道依次输入0 kPa、600 kPa和1 000 kPa压力值对应的电压或电流信号，查看DMI主界面压力工况显示区显示的压力值与对应输入值一致，压力信息采集功能正常。

图3 调车模式下输出常用制动Fig.3 The output of service braking under shunting mode

3）速度信息采集功能

测试平台向LKJ-15系统I/II系4路速度采集通道依次输入0 km/h、100 km/h、200 km/h、350 km/h速度值对应的不过零正方波信号，查看DMI主界面显示的速度，以及查询界面显示的各通道速度值，与对应输入值一致，速度信息采集功能正常。

4）柴速信息采集功能

设置LKJ-15的机车型号为DF系列，调整测试平台的机车轮径与LKJ-15一致。测试平台向LKJ-15系统输入500 r/min、1 000 r/min、1 500 r/min柴速对应的过零正弦波信号，查看DMI主界面速度工况显示区的柴速值与对应输入值一致，柴速信号采集功能正常。

5）ATP通信功能

设置LKJ-15的机车型号为动车，测试平台通过RS-422模拟ATP通信，切换LKJ-15进入ATP控车模式，DMI播报语音“LKJ退出控制”，主界面显示“其他列控控制区”；退出ATP控车模式，DMI播报语音“LKJ投入控制”，主界面不再显示“其他列控控制区”，实现LKJ与ATP控制模式切换。

6）TAX通信功能

通过DMI改变LKJ-15系统的行车参数，测试平台的TAX窗口界面可以实时查询行车参数及运行数据的变化，且与DMI的显示一致。

7）LAIS通信功能

测试平台通过以太网模拟LAIS与LKJ-15的通信，查看DMI系统查询界面，通信连接显示正常。

8）EMU通信功能

打开测试平台的EMU检测窗口，选择“RS-485接口”，点击发送EMU信号，主机记录插件A面板10A指示灯闪烁（功能为实现）。选择“电流环接口”，点击发送EMU信号，主机记录插件10A灯闪烁，则EMU通信正常。

9）BTM通信功能

通过DMI进入LKJ-15设备查询界面，查看BTM与LKJ-15系统通信正常。在降级模式下，设置行车参数。测试平台向LKJ-15系统发送开车对标报文数据，DMI提示“前方70 m自动对标→CTCS-2”，如图4所示。

图4 自动对标界面Fig.4 Automatic benchmarking interface

通过测试平台设定机车速度，开始行车。当完成70 m行车距离后，进入C2模式，成功接收BTM报文数据。

当机车行驶至应答器位置时，测试平台发送BTM报文数据，DMI主界面文本显示区显示在某时间点收到的应答器信息与报文编号，如图5所示，BTM功能正常。

图5 文本区报文数据显示界面Fig.5 Message data display interface of text area

10）机车信号通信功能

通过DMI进入设备查询界面，查看机车信号主机与LKJ-15通信正常。测试平台向LKJ-15依次发送不同的色灯信号，DMI显示的色灯信号与实际发送信号一致，机车信号功能正常。

4 结束语

本文研究了对LKJ-15系统功能运行状态检验检测的方法，开发了LKJ-15型列车运行监控系统功能测试平台。依据行业技术条件相关规定，通过对数字量、模拟量等接口信号的半实物模拟仿真，真实还原了LKJ-15现场使用的典型场景，并以LKJ-15系统的工作状态判定是否行业标准的要求，该平台为LKJ-15系统检验检测的顺利进行提供了支撑。