LKJ维检一体化教学培训系统的制作方法

本发明涉及一种LKJ维检一体化教学培训系统。

背景技术：

随着铁路列车运行速度的不断提高及运行密度的进一步加大，客、货运输对行车安全装备的功能、可靠性及安全性等方面的要求愈来愈高。列车运行监控装置已经成为运用机车不可缺少的安全设备，同时，对列车运行监控装置相关设备的检修也成为了不可或缺的环节。在新的机车专业教学计划中，列车运行监控装置成为一门必修课程，与之相应的设备维护及故障检修培训也成为一个重要实作项目。

目前电务段车载设备车间人员工学矛盾日益突出，传统的“传、帮、带”的培训模式已经成为了职工尽快适应新岗位、提升业务水平的绊脚石。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于提供一种LKJ维检一体化教学培训系统，以解决现有技术存在的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

LKJ维检一体化教学培训系统，包括教学培训模拟台、机柜、工业控制计算机、集中控制器；

所述教学培训模拟台上设置司控器操纵手柄、LKJ显示器、风缸压力表、制动缸压力表、列车管压力表、双针速度表；

所述机柜内设置有为系统供电的电源和LKJ主机，还设置有与LKJ主机连接的机车设备；

所述工业控制机算机包括内部设置有处理器，处理器与教学培训模拟台通信连接，同时处理器通过RS485接口与集中控制器通信，通过CAN接口与LKJ主机进行通信；

学员通过司控器操纵手柄输入操作信息，所述集中控制器获取司控器操纵手柄的操作信息后，根据操作信息模拟速度信号和压力信号并将速度信号和压力信号发送给LKJ主机，LKI主机根据接收的速度信号和压力信号模拟机车运行，然后将运行信息发送到教学培训模拟台，在LKJ显示器、风缸压力表、制动缸压力表、列车管压力表、双针速度表上进行显示，同时，工业控制计算机内部设置有故障模拟模块、教学管理模块、考试管理模块、数据管理模块，学员通过上述模块进行教学培训。

所述机柜内还设置有与LKJ主机和机车设备的接线端子相连的故障模拟板，所述故障模拟板设置多个，多个故障模拟板覆盖LKJ主机和机车设备的所有接线端子；

所述故障模拟板包括与设备内部连接线两端接线端子相连接的内部接线排和外部接线排，内部接线排和外部接线排共同连接继电器排和故障解除跳线排，继电器排与继电器驱动连接，继电器驱动与CPU连接，CPU与故障排除按键排和RS485转换电路连接，故障模拟板通过RS485转换电路连接RS485总线，通过RS485总线与集中控制器通信连接；

工业控制计算机内部还设置有故障模拟模块，培训员通过工业控制计算机上的故障模拟软件设置断线对象，然后将向集中控制器发送命令，集中控制器通过RS485总线向故障模拟板的CPU发送信号，CPU通过继电器驱动控制继电器排中对应的继电器断开，模拟故障现象，供学员检测排查；

学员排查到故障对象后，通过故障解除按键排中对应的按键，将继电器吸合，解除故障现象；或者通过学员在工业控制计算机的故障模拟模块内输入学员排查的断线对象的故障线号，如果线号正确，则向集中控制器发送信号，集中控制器通过RS485总线向故障模拟板的CPU发送信号，CPU通过继电器驱动控制继电器排中对应的继电器吸合，解除故障现象。

所述机车设备包括：

与LKJ主机相连的GPS接收主机，GPS接收主机连接GPS天线；

与LKJ主机相连的LKJ功能扩展盒，LKJ功能扩展盒上连接鸣笛转换器和LAIS车载主机，LAIS车载主机连接TAL接线盒和车载通话器，TAL接线盒连接TAX主机。

所述工业控制机算计的处理器还包括连接外部显示器，投影仪的VGA或HDMI接口，和连接键盘、鼠标、数据转存器的USB接口。

所述集中控制器为插件式结构，包括母板，母板上插接有与LKJ主机、工业控制机算机、故障模拟板进行通信的主控通讯插件，采集司控器操纵手柄信号的采集插件，模拟机车工况信号、制动控制信号、紧急制动控制信号的数字量插件，还包括对电机进行驱动的电机驱动插件和对气路压力进行控制的气路压力控制插件，将市电转换为24直流电源为插件供电的电源插件Ⅰ。

当不设置电机驱动插件和气路压力控制插件时，所述母板上还插接有频率量插件和模拟量插件。

当系统中不设置机车信号主机时，所述母板上还插接有产生色灯信号的色灯插件，同时设置将市电转换为50V的直流电为色灯插件供电、将将市电转换为110V的直流电为数字量插件供电的电源插件Ⅱ。

所述机车设备还包括与LKJ主机相连的本补切换装置，本补切换装置连接平调接口盒、机车信号主机，平调接口盒与无线吊车灯显设备连接，机车信号主机与机车信号显示灯、接收线圈连接，接收线圈与发码机相连；

所述教学培训系统中还包括模拟钢轨环线，所述模拟钢轨环线包括钢轨和钢轨上的模拟环线；

系统在模拟钢轨环线上进行机车信号的发送与接收，所述机车信号的发送与接收设备包括机车信号主机、信号接线盒、接收线圈、双面八面显示机车信号机、发码箱、模拟环线，所述模拟环线架设在钢轨上，模拟环线上设置接收线圈，发码箱与模拟环线相连，发码箱发送的信号进行架设在钢轨上的模拟环线，被模拟环线上的接收线圈接收，然后通过信号接线盒将信号传递给机车信号主机，通过机车信号主机发送给机车信号显示灯和LKJ显示器进行显示。

所述电源与市电相连，通过设置在机柜内的直流稳压电源输出直流电为系统各设备供电，直流稳压电源采用插箱式插接在机柜内，且在直流稳压电源侧设置有安装有断路器和电源指示灯的集中式开关面板，所述短路器包括系统总电源短路器、直流稳压电源断路器、机车信号环线发码箱断路器。

本发明的有益效果：本发明采用实际操作加模拟仿真培训的方式，可以帮助电务段员工尽快适应新岗位，提升业务水平。

附图说明

图1为本发明系统的硬件平台示意图。

图2为本发明的软件平台示意图。

图3为机车信号接线图。

图4为模拟环线原理图。

图5为故障模拟板接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种LKJ维检一体化教学培训系统，能够按照机车上列车运行监控装置等车载设备的实际标准连接方式，模拟机车信号、压力信号、速度信号、无线数传通话等信号通路，在地面真实再现机车电务设备的运行场景。能够模拟车载设备故障现象，并能给出故障分析及处理流程提示。为提升故障分析处理能力教学培训提供平台。能够对出入段车载设备检测作业标准流程、LKJ单项设备检修流程、车载设备运行记录数据分析流程等标准化作业流程进行教学培训，并能为标准化作业流程教学培训提供平台。能够对机车信号、LKJ列车运行监控装置各模块工作机理及相关地面数据分析软件操作进行培训。为新入职员工业务知识的教学培训提供平台。能够建立列车运行监控装置相关知识的理论知识与模拟操作知识的题库，以员工练习和竞赛考试两种方式为电务段日常员工考核提供平台。能够建立培训任务、教学培训、考试内容、考试成绩数据为基础的教学培训平台。

本发明的系统包括教学培训模拟台、机柜、工业控制计算机、集中控制器。

如图1所示的系统中，教学培训模拟台上设置司控器操纵手柄、LKJ显示器、风缸压力表、制动缸压力表、列车管压力表、双针速度表，司机控制器采用内燃机车司机控制器S710A，司控器由控制手柄与换向手柄组成。控制手柄有“0-16”十七个档位，每个档位均有定位。换向手柄有“后牵”、“牵牵”、“0”、“前牵”、“前制”五个档位，每个档位均有定位，通过司控器的操纵手柄模拟机车运行，LKJ2000将机车模拟信号返回教学培训模拟台，在LKJ显示器、风缸压力表、制动缸压力表、列车管压力表、双针速度表进行显示，真实的模拟机车操纵。

机柜内设置有为系统供电的电源和LKJ主机，还设置有与LKJ主机连接的机车设备；机车设备包括与LKJ主机相连的GPS接收主机，GPS接收主机连接GPS天线；机车设备还与LKJ主机相连的LKJ功能扩展盒，LKJ功能扩展盒上连接鸣笛转换器和LAIS车载主机，LAIS车载主机连接TAL接线盒和车载通话器，TAL接线盒连接TAX主机。

其中电源系统采用外部市电供电，整机功耗控制在500W之内。通过机柜内直流稳压电源输出DC110V为系统各设备供电。直流稳压电源采用插箱式设计安装在设备柜内，输入电压：AC90V-240V，输出电压：0-200V可编程输出，最大输出功率640W。

在直流稳压电源侧设置有安装有断路器和电源指示灯的集中式开关面板，总电源和各分断路器都放在开关面板上。交流断路器设置如下：K1：系统总电源断路器，K2：直流稳压电源断路器，K3：机车信号环线发码箱断路器。

工业控制机算机包括内部设置有处理器，处理器与教学培训模拟台通信连接，处理器上至少具备以下接口：（1）不少于2个USB接口：接鼠标键盘、数据转储器等设备；（2）至少1路RS485接口：一路与集中控制器进行通讯；（3）至少1路CAN口：一路与LKJ2000通讯；（4）2个VGA或HDMI口：外接显示屏，预留投影仪接口；（5）1个以太网口：外接网络设备，作为后期组建培训网络预留同时处理器通过RS485接口与集中控制器通信，通过CAN接口与LKJ主机进行通信。

学员通过司控器操纵手柄输入操作信息，集中控制器获取司控器操纵手柄的操作信息后，根据操作信息模拟速度信号和压力信号并将速度信号和压力信号发送给LKJ主机，LKI主机根据接收的速度信号和压力信号模拟机车运行，然后将运行信息发送到教学培训模拟台，在LKJ显示器、风缸压力表、制动缸压力表、列车管压力表、双针速度表上进行显示，同时，如图2所示，工业控制计算机内部设置有故障模拟模块、教学管理模块、考试管理模块、数据管理模块，学员通过上述模块进行教学培训。

教学培训系统中还包括设置在平地上的模拟钢轨环线，机柜内的机车设备还包括与LKJ主机相连的本补切换装置，本补切换装置连接平调接口盒、机车信号主机，平调接口盒与无线吊车灯显设备连接，机车信号主机与机车信号显示灯、接收线圈连接，接收线圈与发码机相连。

如右图3、图4所示，系统在模拟钢轨环线上进行机车信号的发送与接收，机车信号的发送与接收设备包括机车信号主机、信号接线盒、接收线圈、双面八面显示机车信号机、发码箱、模拟环线，模拟钢轨环线包括钢轨和钢轨上与机车信号主机连接的模拟环线。

模拟环线架设在钢轨上，模拟环线上设置接收线圈，发码箱与模拟环线相连，发码箱发送的信号进行架设在钢轨上的模拟环线，被模拟环线上的接收线圈接收，然后通过信号接线盒将信号传递给机车信号主机，通过机车信号主机发送给机车信号显示灯和LKJ显示器进行显示。

如图2中所示，本发明需要进行速度模拟和压力模拟。速度信号的模拟采用电机进行。具体来说，在可调速步进电机上加装光电式速度传感器，集中控制器采集到的司控器等操纵手柄的操作状态，控制电机转速，通过速度传感器产生LKJ监控所需的速度信号（可调方波信号），信号经接口柜，可方便测试。调速范围0-200km/h。同时在教学培训模拟台上双针速度表指示速度。

压力模拟：由于模拟电空制动机的工作状态比较复杂，考虑设置气源及简单的气路压力模拟回路，由电动压力调节阀、压力变送器和集中控制器构成简易的电动压力控制系统去模拟常用制动和紧急制动所需的压力信号，通过压力变送器将压力信号（方波）传至LKJ。气气源选择实验室用小型无油静音实验室用空压机，电动调节阀采用顶部导向结构，由电动执行器和精小型调节阀体组成，内含伺服功能，接受控制器发出的4-20mA或1-5V·DC的标准信号，将电流信号转变成相对应的直线位移，自动地控制调节阀开度，达到对气路管道内流体的压力的连续调节。

集中控制器为教学培训系统的控制核心，完成以下功能（1）司控器等操纵手柄的状态采集，作为速度信号和压力信号的产生条件；（2）驱动伺服电机转速调节，以模拟四路速度信号（或直接模拟速度传感器的输出信号）。（3）驱动电动调节阀，以模拟四路压力信号（或直接模拟压力传感器的输出信号）；（4）与工业计算机进行通讯，通信方式采用RS485通信。（5）通过RS485总线接线端子排继电器断开来模拟接线故障。（6）通过CAN总线与LKJ2000进行通讯。（此接口为预留接口，可以在没有PC客户端软件时实现入库检测流程等基本操作）

它为插件式结构，包括母板，母版上插接有以下插件:

电源插件Ⅰ：将市电转换为DC24V为各个插件供电。

电源插件Ⅱ：将市电转换为DC50V为色灯插件供电，DC110V为数字量插件供电。

主控通讯插件：与LKJ2000进行CAN通讯，与上位机软件进行RS485通讯，与故障模拟板进行RS485通讯。

频率量插件：模拟机车三路速度信号输出、一路柴速信号输出及原边电流电压输出等信号，当不使用电机采用速度传感器信号时保留此插件。

该频率插件指的是在插件板上设置一些现有的信号模拟电路，模拟机车上的速度信号、电压电流信号等需要的信号，该领域技术人员能够根据上述的效果使用现有的电路进行设计。

模拟量插件：模拟四路速度压力信号、预留模拟双针速度表里程计、实际速度电流信号、限制速度电流信号等。当采用气路压力传感器和双针速度表时该插件可省略。

该模拟量插件指的是在插件板上设置一些现有的模拟量的信号模拟电路，模拟机车上的模拟量的速度信号、电压电流信号等需要的信号，该领域技术人员能够根据上述的效果使用现有的电路进行设计。

数字量插件：模拟机车工况信号、常用制动和紧急制动控制信号。

采集插件：司控器状态采集，作为速度和压力信号的产生条件；为将现有的采集电路设置在插件板中形成。

色灯插件：产生色灯信号，此插件接口预留，当没有机车信号主机时保留此插件。为在插件板上设置现有的色灯驱动电路构成。

预留插件：完成四路步进电机驱动和四路气路压力控制功能，当采用速度传感器和压力传感器时保留此插件。此时，插入该接口中的插件还包括对电机进行驱动的电机驱动插件和对气路压力进行控制的气路压力控制插件，电机驱动插件指的是一个插件板上设有电机驱动电路，而电机驱动电路是现有设计。气路压力控制插件是指将对上述的压力模拟中的现有的压力调节阀的驱动、空压机的驱动等需要的现有驱动集成到一个插件中。

本发明还可实现故障模拟，此时，如图5所示，机柜内还设置有与LKJ主机和机车设备的接线端子相连的故障模拟板，故障模拟板设置多个，多个故障模拟板共同覆盖LKJ主机和机车设备的所有接线端子。

故障模拟板包括与设备内部连接线两端接线端子相连接的内部接线排和外部接线排，内部接线排和外部接线排共同连接继电器排和故障解除跳线排，继电器排与继电器驱动连接，继电器驱动与CPU连接，CPU最与故障排除按键排和RS485转换电路连接，故障模拟板通过RS485转换电路连接RS485总线，通过RS485总线与集中控制器通信连接；

此时，工业控制计算机内部还设置有故障模拟模块，培训员通过工业控制计算机上的故障模拟软件设置断线对象，然后将向集中控制器发送命令，集中控制器通过RS485总线向故障模拟板的CPU发送信号，CPU通过继电器驱动控制继电器排中对应的继电器断开，模拟故障现象，供学员检测排查；

学员排查到故障对象后，通过故障解除按键排中对应的按键，将继电器吸合，解除故障现象；或者通过学员在工业控制计算机的故障模拟模块内输入学员排查的断线对象的故障线号，如果线号正确，则向集中控制器发送信号，集中控制器通过RS485总线向故障模拟板的CPU发送信号，CPU通过继电器驱动控制继电器排中对应的继电器吸合，解除故障现象。

系统中的本部切换装置采用TPK36型本/补切换装置，实现监控装置的正常运行模式与分本务运行模式的转换。在本务运行模式下，监控装置实现安全控制以及全程运行记录等功能。而在非本务运行模式下，监控装置仅实现全程运行记录的功能。通过切换转换开关完成“本务”“补机”两种控制模式的切换，当转换开关位于“补机”时，将所有制动控制信号切除，并将DC50V+信号送入监控主机，监控主机以此判断硬件转为非本务模式；当转换开关位于“本务”时，制动控制信号全部直通连接，同时切断DC50V+信号，监控主机以此判断硬件转为本务模式。

系统软件主要完成教学培训功能，采用模块化设计，分为故障模拟、教学管理、考试管理和数据管理四个子模块。

（1）故障模拟模块

主界面可以考虑将出入段检测和LKJ设备检修等标准化检修流程为基础，在标准化流程操作过程中设置故障现象，并提供故障状态监测及故障处理流程说明等。

（2）教学管理模块

主要完成对教学课件数据管理功能，结合故障模拟对设备安装要求、工作机理、检修流程、地面数据分析流程进行讲解。

（3）考试管理

考试管理模块主要完成试题库的建立和考试功能设定，支持试题库的编辑与管理功能。试题库分为理论试题和实际操作试题。实际操作试题可配合模拟仿真界面完成操作，并通过记录操作步骤判断。

考试分为单机考试和网络考试两种，单机考试模式下，在教师设定好试卷信息后，所有学员依次登录并完成考试；网络考试下，教师在教师工作站上设定好考试信息，并发出考试开始指令，学员在规定时间内统一完成考试。

（4）数据管理

通过建立数据库，对培训日志、培训内容、考试成绩、学员信息等数据建立数据检索与查询，并支持数据上传服务器，方便教学培训数据管理。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。