第8章 机车运行控制系统车载设备

19688HXN5型内燃机车装备了列车运行自动防护系统ATP（AutomaticTrainProtection），该系统以保障运行安全为目的，以监测运行速度为手段对列车进行控制及安全监测，机车运行监控系统以列车运行指令信息源，以线路数据预算置于主机的独特方式获取运行线路参数信息，采用计算机处理对列车运行速度进行安全监控，实现ATP功能。ATP系统由运行指令信息传递、运行所处线路参数信息传递、列车自身运行状况信息采集等信息获取环节和对信息进行处理并做出控制的主机组成。ATP系统的主要控制主机为列车运行监控记录装置，该装置是中国技术人员研制的以保障列车运行安全为主要目的的列车速度控制装置，在实现安全速度控制的同时，采集记录与列车安全运行有关的各种机车运行状态信息，促进了机车运行管理的自动化。并且，随着运输需求的发展，监控装置逐渐成为了列车车载运行信息中心，为多种安全监测、运行信息传输提供基础。8.1概述我国监控装置的研究开发从1990年代初开始，从1995年起形成全路普及使用的规模。普及使用的监控装置主要型号为LKJ-93型和JK-2H型。LKJ2000型监控装置吸取了JK-2H型和LKJ-93型监控装置的成熟技术经验，在技术等级、功能、性能和可靠性等方面都有了较大程度的提高，并且在功能扩展性和各项发展中的技术设备的接口配合方面作了适应设计，是监控装置的新一代设备。与JK-2H型及LKJ-93型装置相比，LKJ2000型监控装置的技术性能具有明显优势。8.1.1LKJ系统车载设备构成8.1.1.1设备构成在HXN5型内燃机车装备了LKJ系统车载设备，该系统主要由LKJ设备和LKJ相关设备组成，其组成结构示意图如图8-1所示。机车运行监控系统车载设备HXN51978机车运行监控系统车载设备LKJ由监控主机箱、人机交互单元（又称屏幕显示器）、机车信号设备、监控装置功能扩展盒、GPS信息接收装置、压力传感器、速度传感器、鸣笛转换器、本/补切换装置、事故状态记录器、调车灯显接口盒、专用连接线缆等组成。其结构示意图如图8-1粗实线框部分所示。LKJ相关设备包括机车安全信息综合监测装置（内含机车语音记录装置，以下简称TAX）、列车运行状态信息系统车载设备（LAIS车载设备）、铁路车号自动识别系统ATIS机车车号识别设备(车号识别设备)、专用连接线缆等。其结构示意图如图8-1细实线框部分所示。图8-1LKJ系统组成结构示意图8.1.1.2设备安装位置HXN5198和谐5型内燃机车主操纵台副操纵台TSC1主机TPJ1主机数模转换盒TAX2箱GPS控制盒LKJ设备的LKJ2000主机及JT-C机车信号主机安装在司机主操纵台侧的机柜1，安装位置及结构布局见图8-2。图8-2LKJ2000主机及JT-C信号主机安装位置示意图LKJ其他相关设备主要安装在机车行车安全设备柜内，安装位置见图8-3。图8-3LKJ相关设备安装位置示意图机柜1机柜1TAL接线盒anheLKJ接口盒LKJT接口盒CIR电台HXN51998机车运行监控系统车载设备8.1.1.3设备清单HXN5型内燃机车为单司机室双操纵台，LKJ设备需双操纵台安装，每台机车总共需要1套设备，设备清单见表8-1。表8-1每台机车设备清单（双端安装）序号名称型号数量备注一LKJ设备1LKJ2000主机LKJ2000型1套1.1电源插件2块1.2数字量输入插件2块1.3数字量输入/输出插件2块1.4模拟量输入/输出插件2块1.5信息处理插件2块1.6通信插件2块1.7监控记录插件2块1.8扩展通信插件2块与监控装置功能扩展盒、LAIS车载设备、机车双向标签、GPS信息接收装置通信2屏幕显示器2台3压力传感器TQG14E1型4个4速度传感器TQG15X-T2个DF16型兼容安装，采用机车轴端光电式速度传感器5机车信号设备JT-C系列1套5.1机车信号主机JT1.Z1套5.2双面八显示机车信号机J.XS-82套含开关盒5.3机车信号双路接收线圈JT1.JS-Ⅱ4套5.4机车信号通信板1块安装在TAX主机箱内5.5机车信号设备接线电缆1套6机车鸣笛记录接口装置1套6.1监控装置功能扩展盒1个6.2鸣笛转换器6个与I、II端司机室内的鸣笛风管管路连接，数量根据实际安装情况可做调整7GPS信息接收装置1套用于LKJ校时和定位，可选7.1GPS控制盒GPS-2000型1个可选7.2GPS天线1个与GPS控制盒配套，可选8事故状态记录器2000型1个可选HXN5200和谐5型内燃机车序号名称型号数量备注9总线扩展盒2000型1个监控装置功能扩展盒、LAIS车载设备、机车双向标签、GPS信息接收装置多个同时安装时扩展CAN总线用10协议转换器1个HXN5机车专用11柴油机转速信号转换器1个HXN5机车专用12本/补切换装置TPK36型1个13调车灯显接口盒1个可选二TAX1主机TAX型1套1.1电源插件1块1.2通信记录插件1块2机车语音记录装置（单元）LY-05型1块安装在TAX主机箱内三LAIS车载设备1车载主机TSC1型1套2WLAN/GPRS二合一天线1套3车载通话器2个4监控通讯接线盒TAL93型1个四车号识别设备1机车车号识别设备1套1.1机车电子标签1个1.2车载编程器（TMIS插件）1块安装在TAX主机箱内1.3标签电缆1套五其它配套工作设备1数模转换盒TQZ4型1个2双针速度表ZL型2套3语音箱1套3.1语音箱ATXYJ2001型1个3.2语音箱BTXYJ2001型1个4常用制动接线盒1个可选5机车综合无线通信设备1套六各种自带电缆1套电缆符合TB/T1484.1-2001HXN52018机车运行监控系统车载设备8.2LKJ2000型列车运行监控记录装置LKJ设备是我国研制的，以保障列车运行安全为主要目的的列车速度控制装置。该装置在实现安全速度控制的同时，采集记录与列车安全运行有关的各种机车运行状态信息，促进了机车运行管理的自动化。LKJ2000型列车运行监控记录装置如下图8-4。图8-4LKJ2000型列车运行监控记录装置装置的主要特点：1.装置的基本工作方式是将运行全程线路的参数事先存储于主机中，作为监控工作的依据，并能够与地面信息交换,采用车载或车载数作为监控工作的依据，并能够与地面信息交换,采用车载或车载数据与地面信息相结合的控制模式。2.系统采用双机主从热备冗余方式（模块级冗余），当工作机出现故障的情况下，自动切换到热备机工作，当任意一个单元或通道出现故障的情况下，自动启用备用单元或通道，大大提高了工作可靠性。3.采用先进的32位微处理器MC68332作为系统主CPU，具有较高的执行速度、控制精度，较高的稳定性和很强的数据处理能力。4.采用控制器局域网（CAN）作为系统内部通信方式进行数据交换、CAN总线器件本身带CRC校验功能，具有高强的检错与容错的能力，使传输可靠性进一步提高。5.监控功能的制动模式限速曲线采用实时计算，并考虑客/货车，制动机种类、线路坡度等因素对制动距离的影响，使制动距离尽量接近于实际。6.对故障导向的安全措施作了较多的考虑。对速度信息故障、机车信号信息故障、过绝缘节校正故障，通信故障等都有具体的的处理。HXN5202和谐5型内燃机车7.采用10英寸TFT高亮度液晶显示屏作为显示界面，以图形方式预示前方的桥隧、坡道、曲线、车站、道岔、线路限速、优化操纵曲线的情况，使装置与司机之间更好地交换信息。8.具备大容量IC卡读写功能，能够解决对乘务员的参数输入，临时限速的控制，大交路大轮乘文件转储困难等问题。9.具备列车事故状态记录器（黑匣子），可以详细记录事故前30分钟的内容，结构合理，不易损坏。10.在系统内比LKJ-93型多安装了机车闸缸压力传感器，可以记录和检查机车小闸使用的情况。11.采用6U标准插件及机箱结构，具有灵活、维修方便等优点。12.系统电磁兼容性满足IEC61000标准三级要求，抗干扰能力强，工作可靠性高。8.2.1组成LKJ基本组成主要由监控主机、屏幕显示器、事故状态记录器、速度传感器、压力传感器、机车鸣笛记录接口装置、GPS信息接收装置、总线扩展盒、本/补切换装置、平调信号接口盒组成。速度信息来自安装在机车轮对上的光电式速度传感器。压力信息除了检测列车管压力外，还检测机车制动缸压力和均衡风缸压力。在装置关机情况下，实际速度指针由数模转换盒驱动。与LKJ配套工作的设备还有机车语音箱、数模转换盒、双针速度表、常用制动接线盒，双针速度表里程计指示可由监控装置驱动，在安装了数模转换盒的情况下，也可由数模转换盒驱动。8.2.1.1监控主机箱标准监控主机箱采用6U、19英寸标准机箱，背部对外出线方式，其主机箱为6U（高度）×300（深度），宽度尺寸为84R（1R=5.08mm），插件尺寸为6U（高度）×160（深度）标准插件。主机箱为系统控制中心，其内部由A、B二组完全相同的控制单元组成（左边为A组，右边为B组），每组有8块插件位置，各插件位置以机箱中心线为基准对称排列，从中心线开始往左、右，各插件排列顺序依次为：监控记录、地面信息、通信、模拟量输入/出、扩展通信、数字量输入、数字量输入/出、电源，外形图如图8-5所示。HXN52038机车运行监控系统车载设备图8-5LKJ2000标准主机箱外形图1.主要技术参数主机输入电压：DC75V＋２５％－３０％，75V回路具备过压抑制功能50V输入通道：16路，通道电流≤10mA75V输入通道：8路，通道电流≤10mA制动控制输出通道(阻性负载)：8路，通道电流≤300mA模拟信号输入通道：7路频率信号输入通道：4路主机电源功耗：＜200W主机箱重量：25kg装置符合TB/T3021-2001《铁道机车车辆电子装置》标准要求2.安装尺寸标准型LKJ2000监控主机箱的外形尺寸和安装尺寸为：——外形尺寸：534mm(宽)×350mm(深)×360mm（高）——安装尺寸：474.5mm(宽)×174mm(深)8.2.1.2屏幕显示器LKJ采用10英寸TFT高亮度彩色液晶显示器，以动态图形方式预示前方线路的弯道、坡道、桥梁、隧道、道岔以及信号机布置情况，随列车运行滚动显示监控装置控制模式限速曲线。图形化屏幕显示器显示直观，认读性好，司机操作的交互性好。实物图如图8-6。HXN5204和谐5型内燃机车图8-6LKJ2000屏幕显示器1.主要技术参数供电电源DC75V＋２５％－３０％功率：≤50W重量：≤7.5kg显示屏(LCD)：采用TFT高亮度彩色液晶屏采用CAN总线与主机交换信息工作温度：0℃～55℃，存储温度：-25℃～70℃装置符合TB/T3021-2001《铁道机车车辆电子装置》标准要求总外形尺寸为：340mm(宽)×135mm(深)×250mm（高）屏幕显示器箱体：308mm（宽）×120mm(深)×238mm(高)前面板：340mm(宽)×6mm(深)×250mm(高)安装尺寸：325mm(宽)×180mm(高)2.安装方式标准型LKJ2000屏幕显示器安装示意图见图8-7。四个安装孔尺寸为Φ6（沉孔尺寸为Φ10），安装4个M5螺栓。屏幕显示器原则上采用嵌入式安装方式，在司机台的面板上开一方孔，以便显示屏座落在孔中。显示屏装在司机前方，方便司机观察及操作，保证列车安全运行。HXN52058机车运行监控系统车载设备图8-7标准型监控屏幕显示器安装示意图8.2.1.3压力传感器压力传感器给LKJ提供列车管、制动缸和均衡风缸的压力采样信号，输出0～5V直流信号，相当于空气压力0～1000kPa。1-卡箍2-连接器3-传感器图8-8TQG14E1型压力传感器1.技术参数使用温度-25℃～+70℃测量范围0～1000kPa输出电压0～5V准确度±0.5%VFS过载能力3000kPa/1min传输方式三线制传输供电电压直流电压15V±10%HXN5206和谐5型内燃机车电流消耗不大于15mA耐压外部接线与壳间500Vrms/50Hz/1min负载能力不小于2kΩ管路接口连接螺纹为锥螺纹R1/2（公制）电气接口接线方