专利名称：共平台模块化多功能机车安全信息综合监测系统的制作方法
列车运行监控记录装置(以下简称监控装置)作为列车运行的安全防护设备已在铁路的电力机车上普遍安装使用，无论是机车检测设备还是信息传输设备，均希望通过监控装置获取列车运行的有关基本信息，如时间、公里标、速度、车次等，并以这些信息作为基准坐标进行各种检测信息的记录。近年来，一些与机车运行有关的辅助安全信息检测及信息传输设备已相继问世，并开始试验或局部运用，如轨道动态检测设备、弓网检测设备、列车无线调度电话机车电台语音录音设备、TMIS及DMIS列车运行信息传输设备等。但这些设备分别由不同的研制单位生产或试制，自成一体，在机车上分散安装，系统性不强，资源浪费大；况且由于没有与列车运行的时间、公里标、速度和车次等信息相结合，又没有一套较好的地面管理系统支持，致使记录的信息可用性差，不便于分析和统一管理。为此，很有必要将这些设备集中化、系统化，并建立统一的工作平台，将各种检测设备及信息传输设备以标准功能模块单元置于工作平台中。而监控装置是确保列车运行安全的关键设备，其性能主要是防止列车冒进和超速，并实时记录列车运行的安全信息以便分析。若通过改造监控装置的硬件和软件来达到上述目的，势必将增加监控装置系统软、硬件的复杂性，降低系统可靠性指标，最终导致影响监控装置原有的监控和记录功能，危及列车运行安全，这是绝不可取的！况且监控装置的软硬件资源在很大程度上已受到限制，要在此基础上进行改造、扩展容量、增加功能已基本不可能。
本发明的目的在于针对现有机车监控装置的不足提出一种具有共平台，设备集中化、系统化，能将各种检测设备及信息传输设备集中控制管理同时又不损害监控装置的硬件和软件的共平台模块化多功能机车安全信息综合监测系统。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的，在监控装置与各种检测设备及信息传输设备之间建立统一的工作平台，将各种检测设备及信息传输设备以标准功能模块单元置于工作平台中。整个系统除电源单元外，其余各单元均带有多级串行通信的多计算机系统。系统采用多计算机串行通信方式进行控制，在此工作平台中的设置一基本功能单元，即通信记录单元。它一方面从监控装置主机与显示器间的串行通信总线上获取列车运行信息，同时将所获信息通过另一级通信实时传送给装置内各功能模块单元，从而不影响监控装置的任何软、硬件；另一方面又实时记录各功能模块单元反馈的信息。装置内部采取由电源单元集中供电的工作方式，由电源单元提供多路电源输出给各单元的电路及其相关外部设备(如传感器、机车标签等)。各单元从中选用任何一种电源均必须采取DC-DC变换器等方式与系统电源隔离，以提高系统电源的工作可靠性。通信记录单元为装置的核心，通过它获取监控装置的运行信息，完成对各功能单元反馈信息的信息及对外数据的转储。装置内各单元插件采用统一的48芯插头，通过箱内母板上的48芯插座及印制线将各单元相连。
本发明的主要特点是
(1)采用4U标准机箱及插件单元方式进行结构设计。这样既符合开放式工作平台结构的要求，也便于装置的标准化、模块化，有利于装置的检测、维护、功能扩充和规范管理。
(2)采用相互独立的多级串行通信方式交换信息。这样既可保证不影响监控装置的原有硬件和软件，又提高了记录数据的实时性、可用性和统一性。
(3)采用与机车监控装置完全兼容的数据记录格式。这样可以充分利用原有监控装置的转储和地面分析设备来分析和管理记录的数据，节省了投资。
(4)采用较先进的闪烁存储器技术。这样可以不用电池，且记录数据可长久保存(10年以上)，同时提高了数据存储的可靠性。
(5)装置中各功能单元采用隔离技术。如电源隔离、通信接口隔离及对外输入/输出信号隔离技术，提高了装置的可靠性、安全性和抗干扰性。
(6)装置为开放式平台结构，各功能单元采用统一的硬件规范和软件通信协议。这样有利于功能单元的合作开发和新增功能的扩展。
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述
图1为系统结构框图；图2为通讯记录单元原理框图；图3为程序流程图；从附图中可以看出本发明包括机车监控装置(1)，电源单元(2)和信息监测单元(3)几部分，其特征在于在机车监控装置(1)与信息监测单元(3)之间串接有通信记录单元(4)，并同时由电源单元(2)集中供电，但各单元之间是实行电源隔离的。各功能单元均是以标准功能模块单元的形式置于同一工作平台中的，为开放式平台结构，并实施多计算机系统多级串行通信方式进行控制。本系统中除电源单元外，其余各单元均带有多级串行通信的多计算机系统和通信接口。因此，本系统是有多级串行通信的多计算机系统。而且系统各功能单元均为标准模块化插件单元结构，并安装在同一标准机箱内。通信记录单元(4)通过串行通讯方式从监控装置(1)获取各种信息源，并能将这些信息通过另一个通信接口周期地传送到装置内各检测单元(3)。各信息检测单元(3)将经过分析判断且要求记录的信息返回给通讯记录单元(4)进行记录，并同时通过转储器输送到地面微机系统进行分析处理。正常情况下，通讯记录单元(4)每隔50ms周期地向各信息检测单元(3)发送统一内容的列车运行情况信息，每组40个字节，内含月日、时分秒、公里标、实速、车次、机车号、车站号、区段号、司机(副司机)号、总重、计长、辆数等信息，各检测单元(3)都应同时接收此组信息，并不断刷新自己的座标系统。在发送上述信息的同时，通讯记录单元(4)还应发送需与其通讯的检测单元的代号(从机地址)。与该代号相同的检测单元在接收成功后应在5ms内转为发送态并开始。
本发明各单元及其与监控装置间的相互关系如图1所示。
下面以装置的核心单元，即通信记录单元(4)为重点对系统硬件设计的基本原理作一介绍。
通信记录单元(4)的核心器件是8位单片机80C320。该单元主要设有80C320单片微机、28SF040闪烁存储器、MAX1480B和TSC232串中行通信接口、DS1232电源电压监视等电路，由48芯插头并通过机箱内母板印制线与其他各单元相联系，通过机箱后背板专用插座与监控装置通信，其原理如图2所示。从图2可以看出，D1(27C512)为64KBEPROM存储器，用于存放通信记录程序，由80C320的程序存储器读选通信号(PSN/)来进行对该芯片的访问。D3、D6(28SF040)为单5V供电闪烁存储器，每片28SF040容量为512KB，故D3、D6共具有1MB存储容量用于记录数据。28SF040存储器分成2048个区，每区256个字节，每人区首地址的低字节为00H，末地址的确良低字节为0FFH。D5(6264)为8K RAM存储器，为程序运行的中间结果缓冲区。D3、D5、D6三片存储器通过P1.1、P1.0的编码来控制其片选信号。P1.7用于控制监视器(DS1232)，激活由DS1232芯片构成的外部监视电路，以增强程序的抗干扰能力；P1.2、P1.3用于扩充通信接口；P1.4、P1.5、P1.6用于高三位地址线A16～A18的扩充。通信口0(RSD0，TXD0)固定用于与监控装置通信，波特率为9600bps；通信口1(RXD1，TXD1)用于与各功能单元、转储器及IC卡的通信，为多功能通信接口，但它同时只能与三者之一通信，为多功能通信接口，但它同时只能与三者之一通信，由硬件电路及软件判别进行自动切换。其切换原理为当用转储器转储数据时，硬件电路保证无条件切换为与转储器通信；当用IC卡转储数据时，软件判别由与各功能单元通信转为与IC卡通信；通常状态下，通信口1保持与各功能单元通信。通信口1与各设备通信的方式及通信波特率如下A、与功能单元的通信采用RS-485通信方式，波特率28.8kbpsB、与IC卡的通信采用RS-485通信方式，波特率28.8kbpsC、与转储器的通信采用RS-232通信方式，波特率28.8kbps电源单元为系统本身及相关外部传感器等提供+5V、±12V、+15V、+24V、+110V等多种保护功能。
轨道检测单元用于机车运行动态检测轨道的技术状况。其基本原理是通过安装在机车上的振动传感器检测机车运行时的横向和垂向加速度值，在结其进行分析处理后得出机车在运行轨道上的晃动等级，从而判定相关地点的轨道状况。本单元还将横向超限和垂向超限的时间、地点、加速度值等数据实时反馈给通信记录单元进行记录，以便地面的进一步分析和及时对轨道设备进行维护。
弓网检测单元用于电力机车运时动态检测弓网的技术状况。该单元对由拉出值和硬点冲击超限检测传感器检测到的拉出值超限、硬点冲击超限等信号进行处理，能及时检测到电力机车在运行线路上的弓网状态，并将确定的拉出值超限和硬点冲击超限点的时间、线路公里标、速度等信息实时反馈给通信记录单元进行记录，以便地面的进一步分析和及时对弓网设备进行维护。
TMIS单元其主要功能是将从监控装置获取的车次、本/补、客/货等列车运行信息实时传送给车号自动识别系统中的机车标签设备，再由车号自动识别系统的地面识别设备和管理设备传送给TMIS系统，完成TMIS系统对机车的动态跟踪管理。
DMIS单元是DMIS工程无线车次号校核系统中车次等信息的传输源。其主要功能是将从监控装置获取的列车运行时间、公里标、车次、信号机编号和速度等信息经调制后，通过机车电台传输到车站地面电台，再传送给DMIS系统，完成对机车的调度管理。
语音录音单元是列车无线调度电话机车电台语音录音装置的车载设备。该单元以从监控装置获取的时间、公里标作为基准坐标，将机车乘务员通过列车无线调度电话进行的收、发语音信号，按数字压缩形式进行存储记录，再通过地面语音回放器来转储以及还原回放语音信号，以加强对“车机联控”的规范化管理。
备用单元预留给尚待开发的其他功能。
通信记录单元软件为装置的核心软件，它采用模块化设计，主要由如下五大模块组成(1)与监控装置通信管理模块。该模块完成从监控装置获取信息，并自动识别LKJ-93A和JK-2H监控装置型号的功能。
(2)数据组织管理模块。该模块把从监控装置获取的信息组织成发送给各功能单元的数据。
(3)与各功能单元通信管理模块。该模块采用多机通信方式把信息传递给予各功能单元，并接收各功能单元反馈的信息。
(4)数据记录模块。该模块完成对各功能单元反馈信息的记录。
(5)与转储器通信管理模块。该模块把记录数据传递给转储器，以进行地面分析处理。
其程序流程如图3所示。
整个系统具有如下功能1.串行通信功能通讯记录单元(4)能通过RS-485串行通讯方式从监控装置获取年月日、时分秒、公里标、列车运行速度、机车号、车次、车种、区段号、车站号、司机(副司机)号、列车编组等信息，并能将这些信息通过另一个RS-485接口周期地传送到装置内各检测单元。各检测单元将经过分析判断且要求记录的信息返回给通讯记录单元进行记录。
2.记录功能通讯记录单元(4)能实时记录各检测单元反馈的各种状态信息，数据记录格式与LKJ-93型监控装置的数据记录格式相同。
3.数据转储功能通讯记录单元(4)记录单元的信息可以利用LKJ-93转储器或其它兼容型转储器通过RS-232串行方式进行转储，且预留有与可能应用的IC卡设备通讯的RS-485接口。
4.数据分析处理功能本发明所记录的信息通过转储器输送到地面微机后，可以利用LKJ-93监控装置地面分析处理软件(增加对检测单元的事件记录项目，但与原软件兼容)进行地面分析。
权利要求
1.一种共平台模块化多功能机车安全信息综合监测系统，包括机车监控装置(1)，电源单元(2)和信息监测单元(3)几部分，其特征在于在机车监控装置(1)与信息监测单元(3)之间串接有通信记录单元(4)，并同时由电源单元(2)集中供电，但各单元之间是实行电源隔离，各功能单元均是以标准功能模块单元的形式置于同一工作平台中，为开放式平台结构，并实施多计算机系统多级串行通信方式进行控制，为多级串行通信的多计算机系统。
2.如权利要求1所述的一种共平台模块化多功能机车安全信息综合监测系统，其特征在于除电源单元外，其余各单元均带有多级串行通信的多计算机系统和通信接口。
3.如权利要求1所述的一种共平台模块化多功能机车安全信息综合监测系统，其特征在于系统各功能单元均为标准模块化插件单元结构，并安装在同一标准机箱内。
4.一种共平台模块化多功能机车安全信息综合监测系统，其特征在于通信记录单元(4)通过串行通讯方式从监控装置(1)获取各种信息源，并能将这些信息通过另一个通信接口周期地传送到装置内各检测单元(3)。各信息检测单元(3)将经过分析判断且要求记录的信息返回给通讯记录单元(4)进行记录，并同时通过转储器输送到地面微机系统进行分析处理。
5.如权利要求4所述的一种共平台模块化多功能机车安全信息综合监测系统，其特征在于通讯记录单元(4)每隔50ms周期地向各信息检测单元(3)发送统一内容的列车运行情况信息，每组40个字节，内含月日、时分秒、公里标、实速、车次、机车号、车站号、区段号、司机(副司机)号、总重、计长、辆数等信息，各检测单元(3)都应同时接收此组信息，并不断刷新自己的座标系统。在发送上述信息的同时，通讯记录单元(4)还应发送需与其通讯的检测单元的代号(从机地址)。与该代号相同的检测单元在接收成功后应在5ms内转为发送态并开始。
6.如权利要求4所述的一种共平台模块化多功能机车安全信息综合监测系统，其特征在于通讯记录单元(4)通信口0(RSD0，TXD0)固定用于与监控装置通信，波特率为9600bps；通信口1(RXD1，TXD1)用于与各功能单元、转储器及IC卡的通信，为多功能通信接口，但它同时只能与三者之一通信，为多功能通信接口，但它同时只能与三者之一通信，由硬件电路及软件判别进行自动切换。其切换原理为当用转储器转储数据时，硬件电路保证无条件切换为与转储器通信；当用IC卡转储数据时，软件判别由与各功能单元通信转为与IC卡通信；通常状态下，通信口1保持与各功能单元通信。通信口1与各设备通信的方式及通信波特率如下A、与功能单元的通信采用RS-485通信方式，波特率28.8kbpsB、与IC卡的通信采用RS-485通信方式，波特率28.8kbpsC、与转储器的通信采用RS-232通信方式，波特率28.8kbps
全文摘要
共平台模块化多功能机车安全信息综合监测系统。在监控装置与各种检测设备及信息传输设备之间建立统一的工作平台,将各种检测设备及信息传输设备以标准功能模块单元置于工作平台中。并设置一基本功能单元,即通信记录单元。一方面从监控装置主机与显示器间的串行通信总线上获取列车运行信息,同时将所获信息通过另一级通信实时传送给装置内各功能模块单元,从而不影响监控装置的任何软、硬件;另一方面又实时记录各功能模块单元反馈的信息。
文档编号B61L23/00GK1371832SQ0110690
公开日2002年10月2日 申请日期2001年2月28日 优先权日2001年2月28日
发明者唐献康, 李均良, 周志飞, 王奇, 杨十力, 任文毅, 申竹林, 陈开先, 唐斌 申请人:铁道部株洲电力机车研究所