CN110395296B - 一种新型lkj记录单元 - Google Patents
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Abstract
本发明的LKJ记录单元，主机板通过内部通信总线收集各板块采集结果，完成核心控制逻辑运算，监控列车运行；采用独立的LKJ记录单元实现对列车运行状态、LKJ工作状态和司机操作信息的数据记录功能；安全的监控处理功能由主机板来实现，非安全的数据记录功能由记录单元来实现；记录单元监听内部和外部通信总线，监听所有通信数据，并实现LKJ运行状态记录的功能；记录单元与LKJ监控主机的内部通信接口采用隔离处理，关闭发送功能，避免记录单元向内部通信总线发送数据。本发明的技术优势：独立的LKJ记录单元，保证LKJ核心逻辑处理功能的安全独立性。独特的设计结构，提供灵活便捷的信息化接口。
Description
技术领域
本发明涉及列车自动控制领域，具体涉及一种新型的列车运行监控系统的记录单元。
背景技术
列车运行监控系统(LKJ)除了其核心的监控处理功能，还需要具有运行数据实时记录的功能，一般来说，记录采用事件触发方式，能够记录日期、时间、里程坐标、运行状态、按键、检修人员输入、司机输入、系统自检、运行揭示等内容。LKJ采用文件的方式存储记录的数据，当有记录事件发生时，将记录内容顺序写入当前的运行记录数据文件中。在司机号、车次等信息发生变化时，可建立新的运行记录数据文件，新文件建立后，后续记录事件将写入该文件中。双机运行记录数据通过同步的方式达到一致。
既有的列车运行监控系统的监控主机中，由监控记录插件来实现LKJ的主要功能，该插件既要实现LKJ的核心监控处理功能，又要完成对列车运行状态、LKJ工作状态和司机操作信息的数据记录功能。监控处理功能是与机车运行安全直接相关的核心安全功能，数据记录功能是与LKJ运用维护、质量分析等相关的非安全功能。安全功能与非安全功能混叠在一起，由同一个CPU实现完成。因此安全功能不独立，CPU业务处理功能复杂，对LKJ的安全性及工作性能都带来极大的风险。
综上，为了满足列车运行监控系统的安全运行以及高性能业务处理需求，解决安全功能与非安全功能混叠的问题，提高LKJ的安全性、可用性等。在列车运行监控系统中，需要一种新型的记录单元：通过其可以独立完成LKJ的数据记录功能，通过其可以连接或扩展连接LKJ相关设备。
发明内容
本发明主要解决既有LKJ监控记录插件的安全功能和非安全功能由一个CPU来实现的问题，即核心监控处理功能与数据记录功能混叠的问题。
本发明提出了一种LKJ记录单元，列车运行监控系统(LKJ)包括监控主机、屏幕显示器和其他扩展设备；所述监控主机包括主机板、通信板、机车信号通信板、模拟板、输入板、输出板、记录单元和电源板；所述主机板是LKJ监控主机的核心板块，通过内部通信总线收集各板块采集结果，完成核心控制逻辑运算，监控列车运行；
采用独立的LKJ记录单元实现对列车运行状态、LKJ工作状态和司机操作信息的数据记录功能；
安全的监控处理功能由所述主机板来实现，非安全的数据记录功能由所述记录单元来实现；
所述记录单元监听内部和外部通信总线，监听所有通信数据，并实现LKJ运行状态记录的功能；
所述记录单元与LKJ监控主机的内部通信接口采用隔离处理，关闭发送功能，避免记录单元向内部通信总线发送数据。
本发明设计的一种独立的LKJ记录单元，用于实现对列车运行状态、LKJ工作状态和司机操作信息的数据记录功能，以保证LKJ核心逻辑处理功能的安全独立性。此外，记录单元独特的设计结构，优化了存储容量及存储方式，提供灵活便捷的信息化接口，不仅让数据存储功能更加优化，还扩展了与外部设备的通信接口，提高了LKJ监控主机的安全性和可用性。
附图说明
图1为本申请新型LKJ结构图
图2为本申请LKJ记录单元结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。以下描述内容将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种新型结构的LKJ设备及其记录单元。新型结构的列车运行监控系统由监控主机、人机交互单元(又称屏幕显示器)和其他扩展设备组成。如图1所示，其中，监控主机具备一种新型结构，该监控主机包括主机板、通信板、机车信号通信板、模拟板、输入板、输出板、记录板和电源板。
相比既有监控主机的监控记录插件来实现的监控处理功能和数据记录功能，本发明将安全的监控处理功能由主机板来实现，非安全的数据记录功能由记录板(也叫记录单元)来实现，实现了安全功能和非安全功能的独立划分。
其中，如图1所示，机车信号通信板完成并口机车信号、串口机车信号、过机绝缘节采集功能；通信板与扩展设备通信，采集扩展设备信息；模拟板完成压力、柴油机转速、速度等信息的采集；输入板完成输入信号调理功能；输出板实现制动安全输出功能；主机板是新型LKJ主机的核心板块，通过内部CAN总线收集各板块采集结果，完成核心控制逻辑运算，监控列车运行。记录板监听内部CAN和外部CAN总线，监听所有通信数据，并实现LKJ运行状态记录的功能。
本发明的LKJ记录单元，解决既有LKJ监控处理功能与数据记录功能混叠的问题，采用独立的LKJ记录单元实现对列车运行状态、LKJ工作状态和司机操作信息的数据记录功能，以保证LKJ核心逻辑处理功能的安全独立性。
本发明的新型LKJ记录单元的结构采用单CPU+IO扩展模块架构，二者之间以高速并行总线通信，记录单元的CPU选型和IO扩展模块可根据实际应用选型，对CPU和IO模块的不同选择应包含在本发明的保护范围之内。
下面以具体实施例介绍记录单元的详细结构，CPU+IO扩展模块架构，最优的，采用ARM+FPGA架构，如图2所示，ARM搭载操作系统处理业务逻辑，FPGA实现通信接口扩展。ARM+FPGA架构是根据本发明的一个实施例，作为示例而非限制。
图2中，ARM作为CPU，直接采集轨道电路机感线圈信号，对外提供调试、校时、转储等接口，通过FPGA实现IO扩展功能，与外部设备LAIS、TAX通信，并通过内部CAN总线监听LKJ的监控主机的通信数据及状态信息，通过外部CAN总线与屏幕显示器实现转储、监听等通信功能，通过FPGA还扩展了与存储卡的接口。
下面以图2的记录单元结构示意图详细介绍本记录单元的功能：
监听和记录LKJ监控主机内部通信的数据：记录单元监听LKJ监测主机A/B系的内部通信总线，获取内部总线上所有的通信数据，并根据需要记录列车运行状态和LKJ工作状态；当LKJ监控主机故障时，记录单元记录故障前一段时间内的内部通信总线数据，以满足对原始数据的分析；记录单元与LKJ监控主机A/B系的内部通信接口采用隔离处理，关闭发送功能，避免记录单元向内部通信总线发送数据。
监听和记录LKJ监控主机与屏幕显示器的通信数据：记录单元监听LKJ监控主机与屏幕显示器的外部通信总线，获取外部总线上所有的通信数据，并根据需要记录司机操作信息、列车运行状态和LKJ工作状态；记录器单元向屏幕显示器发送LKJ记录单元的工作状态和版本信息，用于界面展示；当LKJ记录单元接收到屏幕显示器的转储请求时，记录单元向屏幕显示器发送存储的记录数据；当LKJ监控主机或屏幕显示器故障时，LKJ记录单元会记录故障前一段时间内的通信数据，以满足对原始数据的分析。
与LAIS/TAX通信功能：记录单元具备与LAIS通信的功能，向LAIS发送列车运行状态信息，并根据LAIS转储请求，发送存储的记录数据；记录单元具备与TAX通信的功能，向TAX发送时间、公里标、速度和车次等信息，TAX仅接收记录单元的数据，不发送数据给记录单元。
数据转储功能：LKJ记录单元具备大容量存储器，最高可支持32GB的存储容量，并且该存储器具有易于更换的特点；记录的数据可通过转储接口连接转储设备进行数据转储，如，可以通过USB接口连接USB设备进行数据转储，也可以通过以太网接口连接交换机进行数据转储，也可以通过RS232接口连接转储器进行数据转储，转储接口的不同不以任何形式限制本发明。
信号记录功能：记录单元可采集机车110V电源的信息，记录上电、断电和正常工作的电源电压的实时波形；记录单元可采集轨道电路接收线圈的信息，记录不同制式下的轨道电路线圈信号的实时波形。
在线程序换装功能：记录单元可通过信息化接口(如：USB接口、以太网接口、RS232接口等)实现记录单元的在线程序换装，通过该接口还可以实现主机板、屏幕显示器等单元的在线程序换装。
LKJ监控处理功能和数据记录功能的独立处理，是本发明的一大特点。安全功能和非安全功能的隔离，不仅避免非安全功能对安全功能的干扰，并且对于一个CPU来说过于集中的功能，不仅会降低其核心监控处理功能的处理性能，还会给LKJ监控主机带来潜在的安全风险。LKJ记录单元的发明，不仅将数据存储功能独立实现，并且更加优化了数据处理的功能，保证了LKJ监测主机整体的安全性、可靠性。
与既有产品固定的存储容量不同，本发明的记录单元的存储容量，不仅最高可支持32GB的存储容量，其存储设备具有易于扩展的特点，可通过插拔存储卡扩展存储容量，解决了记录单元数据量大，数据存储范围过小的问题，同时灵活便捷的操作，提高了LKJ的可用性。
本记录单元具备灵活的信息化接口，是既有设备不具有的特点，本发明采用多样的形式来实现信息化接口，如USB接口、以太网接口，通过此类接口可以进行数据转储、设备维护，以及LKJ系统全部模块的程序在线换装，提高了LKJ系统的可维护性、可用性。
LKJ记录单元有存储数据量大、通信速率要求较高的特点，本发明，最优的，对记录单元采用ARM+FPGA架构，ARM作为核心处理单元，FPGA实现对多方数据采集、整理、接口扩展等，提高了数据处理效率，以及数据存储、读取的效率，提高了记录单元的性能及可用性。
以上所述仅为本发明方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种LKJ记录单元，列车运行监控系统(LKJ)包括监控主机、屏幕显示器和其他扩展设备；所述监控主机包括主机板、通信板、机车信号通信板、模拟板、输入板、输出板、记录单元和电源板；其特征在于，
所述主机板是LKJ监控主机的核心板块，通过内部通信总线收集各板块采集结果，完成核心控制逻辑运算，监控列车运行；
采用独立的LKJ记录单元实现对列车运行状态、LKJ工作状态和司机操作信息的数据记录功能；
安全的监控处理功能由所述主机板来实现，非安全的数据记录功能由所述记录单元来实现；
所述记录单元监听内部和外部通信总线，监听所有通信数据，并实现LKJ运行状态记录的功能；
所述记录单元与LKJ监控主机的内部通信接口采用隔离处理，关闭发送功能，避免记录单元向内部通信总线发送数据；
所述记录单元通过信息化接口实现记录单元的在线程序换装，通过该接口还能实现主机板、屏幕显示器单元的在线程序换装。
2.根据权利要求1所述的LKJ记录单元，其特征在于，所述记录单元监听LKJ监控主机与屏幕显示器间的外部通信总线，获取该外部总线上所有的通信数据，并根据需要记录司机操作信息、列车运行状态和LKJ工作状态。
3.根据权利要求2所述的LKJ记录单元，其特征在于，所述记录单元向屏幕显示器发送LKJ记录单元的工作状态和版本信息，用于界面展示；当LKJ记录单元接收到屏幕显示器的转储请求时，记录单元向屏幕显示器发送存储的记录数据。
4.根据权利要求2或3所述的LKJ记录单元，其特征在于，当LKJ监控主机或屏幕显示器故障时，记录单元记录故障前一段时间内的内部通信总线数据，以满足对原始数据的分析。
5.根据权利要求1所述的LKJ记录单元，其特征在于，所述记录单元的结构采用单CPU+IO扩展模块架构，二者之间以高速并行总线通信，记录单元的CPU和IO扩展模块能根据实际应用选型。
6.根据权利要求5所述的LKJ记录单元，其特征在于，记录单元的CPU和IO扩展模块采用ARM+FPGA架构，其中，ARM搭载操作系统处理业务逻辑，FPGA实现通信接口扩展；
ARM作为CPU，直接采集轨道电路机感线圈信号，对外提供调试、校时、转储接口；通过FPGA实现IO扩展功能，与外部设备LAIS、TAX通信，并通过内部通信总线监听LKJ的监控主机的通信数据及状态信息，通过外部通信总线与屏幕显示器实现转储、监听通信功能；通过FPGA还扩展了与存储卡的接口。
7.根据权利要求1所述的LKJ记录单元，其特征在于，所述记录单元具备与LAIS通信的功能，向LAIS发送列车运行状态信息，并根据LAIS转储请求，发送存储的记录数据；记录单元还具备与TAX通信的功能，向TAX发送时间、公里标、速度和车次信息，TAX仅接收记录单元的数据，不发送数据给记录单元。
8.根据权利要求1所述的LKJ记录单元，其特征在于，所述记录单元能采集机车110V电源的信息，记录上电、断电和正常工作的电源电压的实时波形；
记录单元能采集轨道电路接收线圈的信息，记录不同制式下的轨道电路线圈信号的实时波形。
9.根据权利要求1所述的LKJ记录单元，其特征在于，所述信息化接口是USB接口、以太网接口、RS232接口。
10.根据权利要求1所述的LKJ记录单元，其特征在于，所述记录单元具备大容量存储器，并且该存储器具有易于更换的特点；记录单元所记录的数据能通过转储接口连接转储设备进行数据转储。
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