LKJ-2000型监控记录装置人机界面单元常见故障的判断与维修

房立琪

太原局铁路集团有限公司侯马电务段 山西 太原 030000

前言

故障处理LKJ-2000型列车运行监控装置（以下简称LKJ）是中国铁路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、运行超速和辅助机车司机提高操纵能力的重要行车设备。LKJ车载设备经历第一代LKJ-2H型列车监控记录装置，第二代LKJ-93型列车运行监控装置，目前LKJ-2000型列车运行监控装置为第三代产品，其性能和设备的可靠性均有大幅的提升。LKJ-2000型采用MOT0ROLA生产的32位处理器MC68322，运算速度快，寻址能力强。采用双机主从热备冗余方式，并通过双CAN总线进行数据交换。列车运行监控装置自投入应用以来，为铁路的安全运输提供了重要安全保障。

1 LKJ人机界面单元工作原理

LKJ（屏幕显示器）是进行人机交互的重要界面和装置，它通过双路CAN总线和监控主机通信交换数据，人机界面单元以PC104结构的486主板为核心，由主板、底板、IC卡语音板、电源板 、高压板 、通信子板及PC104总线CPU 486主板组成，外部接口通过双路CAN总线和监控主机通信交换数据，在l0吋彩色液晶显示屏上显示线路、速度曲线、信号等数据信息，并有IC卡转储、语音提示、蜂鸣器报警等功能。

LKJ人机界面单元各电路板的功能分别是：

（1）底板：提供PC104总线接口，与主机通信的CAN接口，与LKJ主机或TAX装置通信的485接口，4×8矩阵键盘接口，8路开关量输入接口。

（2）IC卡语音板：提供IC卡读卡器接口，语音提示接口。

（3）电源板：将机车110V电源转换为5V、12V电源供显示器其他各板用。

（4）高压板：提供故障报警电路、液晶屏1000V背光电源电路及面膜背光高压产生电路。

（5）通信子板：通过RS485/422接口与微机柜进行通信，并通过双口RAM与上位机80486主板CPU进行信息交换。

（6）PC104总线CPU 486主板：80486处理器系统；同时集成LCD显卡，可将CPU传过来的数据变成图形点阵并送屏幕显示器显示。

2 人机界面单元常见故障判断和处理

2.1 人机界面单元面膜按键无效

（1）电路原理：人机界面单元面膜按键是由面膜以及矩阵键盘电路组成。矩阵键盘电路CPU对键盘的查询采用逐列扫描、逐行检查的方式，由行信号与列信号的组合确认键值。其具体方法为：用“0”作为列选通信号，用“1”作为列关闭信号。即选通某列时将此列设为“0”而其余列关闭置“1”。逐列扫描，首先置D0=0选通第0列，若此列中有按键闭合，则相应的行码输出为“0”，反之为“1”；若此列无按键闭合，将选通下一列检查行的输出。这样一列一列地扫描，由列码的值与行码的输出值配合，可确定是哪一个键闭合。因此，导致面膜按键失效的原因多为U14(74HC245)无输出或按键机械性弹性减弱或面膜按键粘连问题[1]。

（2）故障处理：先检查人机界面单元面膜按键本身是否有损坏不良，将按键面膜更换，发现按键仍然不能正常作用，再行检查面膜键盘扫描电路，用示波器测量U14(74HC245)是否有输出，如无输出则是U14故障。

（2）故障总结：人机界面单元面膜按键设计寿命为室温环境下以固定力度按压最多次数设定，高低温环境及粉尘、油污、酸碱腐蚀均会降低面膜使用寿命。由于人机界面单元面膜按键是司机与LKJ的人机交互界面，也是唯一可操作途径，按照LKJ列车监控装置检修规程规定使用2年须进行更换。实际应用中对于频繁使用按键的显示器的机车（调车机等），建议1年更换一次。

2.2 人机界面单元开机无显示“黑屏”

（1）电路原理：机车运行途中人机界面单元“黑屏”，原因多为CPU温度过高保护或显示器电源、高压板或CPU硬件故障。

（2）故障处理：机车在运行途中人机界面单元出现 “黑屏”时，乘务员进行关机间隔30秒以上重新开机启动一次，如果显示器可恢复正常显示，大多为显示器CPU过热保护所致；加入依旧黑屏，则需用万用表测量CPU卡电压，如果电压在4.95～5.05V范围内，则判断为CPU硬件故障，需更换CPU卡；如果电压不在4.95～5.05V范围内，调节显示器电源板的R26电阻值，该阻值应在18～30KΩ范围，如果电压偏高，则将R26阻值调小，如果电压偏低，则将R26阻值调大，调节完后，显示器上电，故障现象可消失。

故障总结：屏幕显示器“黑屏”故障多为CPU不能正常工作故障所致，通过开关机能够恢复正常显示的，通常为CPU瞬间卡滞导致。如仍不能恢复时，通常考虑CPU电源和CPU卡本身故障。另外也存在显示器液晶背光灯坏，更换液晶背光灯灯管。高压板异常不能输出高电压点亮背光灯。通信电缆和电源电缆插头是否接触良好以及机车110V电源等原因。

2.3 人机界面单元无图像显示，显示 “白屏”

（1）电路原理：人机界面单元（显示器）是通过CAN总线和485总线与LKJ主机进行通信的，从电子盘调出地面数据，依据LKJ主机发出的命令，在人机界面单元上显示监控的各种信息数据和实时运行曲线。如果出现白屏的现象，表明从人机界面单元CPU开始到液晶屏这些环节有可能出现问题，需逐步依次进行检查。首先按压人机界面单元显示器面膜按键，听是否有声响，如有语音或者有按键音，则说明显示器CPU卡正常工作，如果没有声响则表明CPU卡可能出现故障。

（2）故障处理：首先检查显示器电源，测量显示器显示屏和电子盘的工作电源电压是否正常，如果按压人机界面单元面膜按键没有任何声响，则更换CPU卡后进行测试，按压面膜键有了声响，表明人机界面单元CPU卡故障。

（3）故障总结：人机界面单元“白屏”故障，在现场实践中主要是由CPU或液晶屏故障导致。通常按压显示器面膜按键，听是否有声响，来确定是否和CPU卡有关系。再用万用表测量电子盘的工作电压，工作电压应在5±0.05V之间，如果超出正常范围值，则需先更换CPU卡，更换后观察能否正常工作；如果正常可判断为CPU卡故障，如果仍不正常再检查与CPU卡连接的扁平电缆和彩色液晶屏是否故障。

2.4 人机界面单元无语音输出

（1）电路原理：与语音有关系的语音电路板P1∶2 脚控制语音电路的电源开关，当有语音输出时候，2脚信号为低电平，经过U1整形后Q2导通，语音电路开始工作。U3低压差稳压器，+5V 电压送入U3-3 脚，稳压后在U3-1 脚输出稳定的3V 电压，供给U5使用。当发音时，由系统软件将U5-2 脚置1—Q2 导通—U4 得电且U3 得电—软件给并口的第13 脚清0—U5 得电—W1 有信号—R16—C16—U4—C7、C8、C9—喇叭播音。

（2）故障处理：先用万用表测量电阻挡判断扬声器是否损坏；其次再测量IC卡语音板U5语音芯片l、l5脚有无电压，如没有3V电压，测量U3，如果有输入，却没有5V电压输出，说明U3已损坏，则需更换U3。如U3测量正常，那么就是PC104CPU卡故障。

（3）故障总结：碰到显示器无语音的情况，我们一般从三个地方着手，首先是喇叭，我们可以用表迅速测量喇叭是否故障；其次就是IC 卡语音板，可以用示波器按电路原理进行一步步测量；然后是，因为语音板中由80486并口的数据线来控制语音芯片U5 的串行数据输入、读写时钟、地线；并口21脚接收语音芯片的数据，因此与PC104CPU卡有一定关系。

2.5 LKJ主机关机后人机界面上仍有显示

（1）电路原理：人机界面单元电源电路是由机车提供ll0 V电压， 110 V电压经过滤波电路后送到开关电源功率振荡电路，屏显电源输入时先经过一个继电器常开触点，当LKJ主机提供的15V电压给到继电器，使继电器动作，110V才可以送到屏显电源板。现LKJ主机关机后彩屏上仍有显示，说明继电器触点仍处于闭合，怀疑继电器故障。

（2）故障处理：用万用表测量继电器3、4脚如电阻为零，则说明仍处于导通状态，更换该继电器，进行通电测试应正常工作。

2.6 人机界面单元右上角显示红色CANA或CANB字符图标

（1）电路原理：人机界面单元与LKJ主机的通信采用RS485通信和CAN 通信。人机界面单元与LKJ主机主要是通过CAN通信，当CANA工作时，CANA信号经过U3总线收发器输入，途径U2光电隔离，到CAN 控制器U1-19脚进行输入信号的处理，后又从U1-13脚发出信号经U4隔离送入U3驱动总线。

（2）故障处理：LKJ主机电路主要由U1、 U2、U3、U4 等组成，当系统检测不到CAN信号时，人机界面单元右上角就会显示红色CANA或CANB字符图标，提醒显示器与监控主机CAN通信故障，应先检查晶振是否正常工作，选片信号是否输入，地址线是否有数据，如果不行再用示波器从U3 开始测量电平，如果测量到某一个元件无输出、输入信号，则就地查找故障元器件。如当晶振故障时就输不出16M频率，此时U1 就不能正常工作，在U1-13 脚就不会发输出数据信号。

（3）故障总结：CAN 故障，常见的主要原因有晶振故障，光耦U2、U3损坏，U1、U3损坏的基本上不多，有时还有其他的原因也会造成故障。出现问题时，先测量各元件的工作条件，满足工作条件后，再从输出或输入开始逐步检查，故障点、故障原因就能依次逐步地检查测量出来。

3 结束语

以上介绍了人机界面单元的常见故障和日常检修维护管理过程中的一些经验，论述了屏幕显示器的一些维修方法和维护措施。在日常检修过程中，诸如面膜故障、蜂鸣器故障、I C卡座等故障检修起来也相对简单。故障频率比较高的还是显示器黑屏、白屏、花屏以及自检异常等现象，检修起来相对要复杂一些，需要检修人员不断学习，不断摸索规律，总结经验。

在日常维护保养中应加强预防性的检修和整治措施，减少故障的发生，日常检修显示器，首先对于显示器面膜、IC卡座组件等按规定定期更换，对于易损部件可以适当减少更换周期；对于电源模块、面膜、IC卡座组件、液晶屏、PC104主板、排线等在显示器使用4年时必须更换。对于原有的DOS盘及早进行ARM系统改造；对于老式显示器进行电源改造，全部改为模块式电源，电源线由插接式全部改为焊接方式，以减少压降；加装防电磁干扰磁环，提高显示器抗干扰能力。磁环可以加在显示器内部或显示器外部连接在电缆上，只要达到效果即可。要严格进行整机测试，故障落修的显示器，经检修人员检修处理后，必须经过长时间的通电测试，用以检验检修效果。通电检测一般应不少于72 h。还有就是 LKJ运行记录文件分析，分析人员及时对LKJ运行记录文件进行检索分析，发现屏幕显示器A／B模块故障，应立即更换显示器，由检修人员进行检修和整机测试。

通过上述经验的实践，车载作业人员在检修LKJ-2000型列车运行监控记录装置故障时有很大的借鉴性，对提高检修水平及对故障的判断能力、处理速度和解决问题的彻底性有很大帮助，可极大地提高行车效率，为保障行车设备安全发挥重要作用，在新一代监控装置维护方面提供了一条适用性很强的方法。同时也锻炼了队伍，提高了检修能力，最大程度保障了车载设备质量，发挥车载设备对行车安全的重要性。监控记录装置人机界面单元是监控装置重要的组成部分，也是设备故障易发部件，随着技术的发展和其在安全行车中的重要意义，目前新一代LKJ监控记录装置已开发应用带有冗余的主副屏人机界面单元显示器，极大地保障了设备的安全性。