列车运行监控
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LKJ2000型列车运行监控记录装置故障分析
LKJ2000型列车运行监控记录装置故障分析摘要：当前，铁路正在向高速和重载方面发展，保证道床性能稳定已然成为铁路人急需解决的难题。
大型养路机械作为铁路线路维护的主要发展趋势，为铁路强基固本方面做出了非常大的贡献。
因此通过分析和探讨LKJ一200型列车监控记录装置系统的故障问题对科学有效的解决该系统装置故障问题有着极其重要的现实意义。
基于此，本文就LKJ2000型列车运行监控记录装置常见故障及产生原因进行分析，积极探寻故障解决有效方法，旨在为提高监控装置运行质量，提高铁路交通运输安全系数提供有益参考。
关键词：LKJ2000；监控记录装置；故障分析1LKJ2000-S型列车运行监控记录装置特点1.1曲线控制以连续平滑的速度模式为主LKJ2000-S型列车运行监控记录装置功能完善，主机存储空间大，主要工作方式是将运行全程线路的基础数据通过转储器和IC卡事先存储于主机和显示器中。
作为运行监控工作的依据，运行中与地面信息交换，采用车载数据与地面信息相结合的控制模式。
通过发挥其监控功能，有效监控列车闭塞指令、前方信号开放情况、固定限速，制动模式限速曲线采用实时计算。
考虑大型养路机械及轨道车制动机种类、线路坡度等因素对制动距离的影响，使制动距离尽量接近实际。
从而提高自轮运转设备运行的安全性，最大程度适应司机正常人工操作，保证车组稳定运行，其曲线控制精度较高[1]。
1.2车载存储线路基础数据LKJ2000-S型列车运行监控记录装置在实际运行中之所以发挥着不可替代的作用，主要是监控装置具有获取线路参数的成熟技术，提升了系统性能。
在监控装置主机中存有线路平纵断面、线路信号设备等全面的线路设施资料，能够直接对列车运行进行监控，不需要在地面上安装其他设备，既节约了运行成本，又提高监控效率，促使自轮运转设备运行处于稳定状态。
1.3提高可靠性设计相对其他监控装置，LKJ2000-S型列车运行监控记录装置具有较高可靠性，装置采用6U标准插件及机箱结构，具有灵活、维修方便等优点。
高速铁路信号系统-第八章列车运行监控记录装置
二〇一七年三月
第8章 列车运行控制记录装置 －－（LKJ2000型）
列运行监控记录装置简介
列车运行监控记录装置简称监控装置（LKJ），是中国自主研发的列 车速度控制和运行过程记录的信号设备。
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。是列车运 行信息记录的黑匣子。
8.4 LKJ2000型监控装置的特点
1．车载存储线路参数 2．采用连续平滑速度模式曲线控制 3．实时计算取得速度控制值 4．装置主要控制过程全部通过计算机实现 5．提高可靠性设计 6．提高安全性设计 7．采用了图形化屏幕显示器
8.5 LKJ2000型监控装置的功能
1．监控功能 2．记录功能 3．显示提示功能
8.1 系统组成
三、转储器 转储器可将车载记录数据转录至地面微机系统供分析处理。其内部数据存储器
采用大容量非易失性数据存储器。
8.2 系统通信结构
装置主机采用双套热备冗余工作方式，由 A、B 两组完全独立的控制单元组成。每 组单元都有完整的信号输入及控制输出接口模块，单元内部各不带CPU的模块之间 采用VME并行总线与监控记录模块连接。系统A、B组监控记录模块之间采用同步 通信方式进行数据交换，同步通信主要用于A、B机记录数据的传输，以实现两机 记录数据的完全一致。主机箱与显示器及事故状态记录器之间采用与主机箱内部 网络相同的双路CAN网络进行连接。
8.5 LKJ2000型监控装置的功能
二 、 记录功能
3）记录条件 （1）运行记录。 当满足下列条件之一时，产生一次参数记录： ① 实际速度变化 2 km/h。 ② 限制速度变化 2 km/h。 ③ 列车管压力或机车制动缸压力变化 20 kPa。 ④ 柴油机转速变化 100 r/min。 ⑤ 机车信号显示及平面调车灯显信息变化。 ⑥ 机车工况变化。
第8章 列车运行控制记录装置 －－（LKJ2000型）
列运行监控记录装置简介
列车运行监控记录装置简称监控装置（LKJ），是中国自主研发的列 车速度控制和运行过程记录的信号设备。
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。是列车运 行信息记录的黑匣子。
8.4 LKJ2000型监控装置的特点
1．车载存储线路参数 2．采用连续平滑速度模式曲线控制 3．实时计算取得速度控制值 4．装置主要控制过程全部通过计算机实现 5．提高可靠性设计 6．提高安全性设计 7．采用了图形化屏幕显示器
8.5 LKJ2000型监控装置的功能
1．监控功能 2．记录功能 3．显示提示功能
8.1 系统组成
三、转储器 转储器可将车载记录数据转录至地面微机系统供分析处理。其内部数据存储器
采用大容量非易失性数据存储器。
8.2 系统通信结构
装置主机采用双套热备冗余工作方式，由 A、B 两组完全独立的控制单元组成。每 组单元都有完整的信号输入及控制输出接口模块，单元内部各不带CPU的模块之间 采用VME并行总线与监控记录模块连接。系统A、B组监控记录模块之间采用同步 通信方式进行数据交换，同步通信主要用于A、B机记录数据的传输，以实现两机 记录数据的完全一致。主机箱与显示器及事故状态记录器之间采用与主机箱内部 网络相同的双路CAN网络进行连接。
8.5 LKJ2000型监控装置的功能
二 、 记录功能
3）记录条件 （1）运行记录。 当满足下列条件之一时，产生一次参数记录： ① 实际速度变化 2 km/h。 ② 限制速度变化 2 km/h。 ③ 列车管压力或机车制动缸压力变化 20 kPa。 ④ 柴油机转速变化 100 r/min。 ⑤ 机车信号显示及平面调车灯显信息变化。 ⑥ 机车工况变化。
列车运行监控装置(LKJ2000型)
一、项目概况1.项目名称：列车运行监控装置（LKJ2000型）2.设备名称及数量：二、设备（产品）基本功能及技术参数及性能1、执行并符合相应国家标准和铁道部规定文件及相关的标准要求。
装置满足《EN50121-3-2欧盟铁路机车车辆电气设备电磁兼容性能》，满足《TB1394-93铁路机车动车电子装置》技术质量标准。
采用先进的H型监控记录板主机。
2、H型监控记录板技术指标为：工作电压：额定电压5VDC，电源波动范围：4.8V～5.2V；最大功耗：≤5W；板载引导程序/应用程序存储空间：32MB（FLASH），其中：引导程序空间 128KB应用程序存储空间 1MB备用存储空间 30MB板载地面数据/扩展记录数据存储空间64MB（FLASH），其中：板载地面数据存储空间 2M（可扩充至47MB）板载记录数据存储空间 2M（可扩充16MB）RAM存储空间：1MB（SRAM）；非易失RAM存储空间：2MB（FRAM）；通信接口USB HOST接口： 1路，全速时通信速率可达12Mbit/sRS232接口： 1路，速率（0～512Kbit/s）SPI串行接口： 1路，电气隔离，速率（1Mbit/s）CAN串行接口： 2路，电气隔离，通信速率500kbit/s并行总线：VME总线；程序更新时间通过专用编程接口更新：每1MB≤30s（通信速率可达12Mbit/s）供记录用数据存储器采用非易失性数据存储器，可不带电池长期保存数据，断电数据保存时间不小于1年。
三.设备（产品）的辅助功能要求无四.设备（产品）质量要求1、提供的设备技术性能符合铁道部行业标准及有关文件规定。
2、设备到达现场的开箱良好率达100%。
3、设备装车投入运用的入库良好率达99%以上，设备质保期十八个月。
五.资质要求1、通过年审的企业法人营业执照2、通过年审的营业执照3、税务登记本4、组织机构代码证5、银行资信证明书6、质量体系认证证书7、铁路产品认证证书六.售后服务要求1、从需方收到供方提供和交付的产品之日起，供方就有售后服务的责任，并履行售后服务的义务。
铁运〔2007〕130号关于印发《列车运行监控记录装置控制模式设定规则》的通知
铁道部文件铁运〔2007〕130号关于印发《列车运行监控记录装置控制模式设定规则》的通知各铁路局：根据第六次铁路大面积提速调图模拟运行检查情况，现将修订后的《列车运行监控记录装置控制模式设定规则》印发给你们，自公布之日起实行。
铁道部原发《列车运行监控记录装置控制模式设定规则》（铁运〔2007〕48号）、《关于修改LKJ 速度控制模式的通知》（铁运电〔2007〕98号）停止执行。
二〇〇七年七月五日列车运行监控记录装置控制模式设定规则第一章总则第1条为规范列车运行监控记录装置（以下简称监控装置）控制模式的设定工作，特制定本规则。
第2条本规则规定了国家铁路通常的监控装置控制模式的主要内容，控制参数的取值，控制模式的设定方法和权限。
对于列车运行条件特殊和有特别运输要求的，经铁道部批准另行规定。
监控装置的设计、制造单位和铁路各级行车部门必须遵守本规则。
第3条本规则所指监控装置限定为LKJ2000型。
第4条监控装置的控制模式分为基本控制模式和运行区段控制模式。
基本控制模式包括原始参数设置和基本功能设定，由监控装置制造单位完成；运行区段控制模式包括运行区段各项参数的软件赋值和具体控制功能的确定，由铁路局监控装置专业管理机构完成。
完成控制模式设定的监控装置必须满足铁道部有关技术规范要求。
第5条对新的运行区段控制模式设定或对既有运行区段控制模式参数进行调整，铁路局须组织进行控制模式的模拟检验和控制功能的运行测试验证。
第二章线路数据文件形成第6条监控装置线路数据文件的产生由数据汇集、数据编写、计算机模拟检验、运行测试验证、数据文件的形成等环节组成。
第7条有关部门应按《铁路机车行车安全装备管理规则》规定和有关规范向机务部门提供基础线路数据资料。
第8条运行测试验证工作应选用性能良好、轮径参数设置准确的机车、动车组，并由监控装置专业人员和机车、动车组运用有关人员共同完成。
第9条行车组织部门应对运行测试验证机车、动车组交路做出合理安排，确保运行测试工作的顺利进行。
《列车运行监控装置(LKJ)运用维护规则》修订(2018)132
《列车运行监控装置(LKJ)运用维护规则》部分内容的通知各铁路局集团公司：为适应铁路改革和LKJ技术发展的需要，经总公司研究，决定对《列车运行监控装置（LKJ）运用维护规则》部分内容作如下修订（技术规章编号：TG/XH208A-2018）。
一、第二条第2段“本规则LKJ所指为LKJ2000型,其他型号可参照执行”修改为“本规则LKJ所指为LKJ-15型、LKJ2000型,其他型号可参照执行”。
二、第六条第2段“铁路局（含铁路公司，下同）每半年应组织一次对LKJ系统工作的全面检查”修改为“铁路局集团公司（含铁路公司，以下称铁路局）每半年应组织一次对LKJ系统工作的全面检查”。
三、第九条“分管运输工作的副局长为LKJ基础数据变更的总负责人，其他副局长按业务分工负责对应业务工作”修改为“分管运输工作的副总经理为LKJ基础数据变更的总负责人，其他副总经理按业务分工负责对应业务工作”。
四、第十一条“铁路总公司运输局（电务部）”修改为“铁路总公司工电部”。
五、第十五条第3项“⑷负责LKJ芯片的数据灌制”修改为“⑷负责LKJ数据转存设备及芯片的数据灌制”。
六、第十六条“铁路总公司运输局（机务部）”修改为“铁路总公司机辆部”。
七、第二十五条第3段“应由铁路局局长批准”修改为“应由铁路局集团公司总经理批准”。
八、第三十二条“LKJ系统各设备设计使用寿命期为6～8年，其中安装于轴端的转速传感器设计使用寿命期为4年”修改为“LKJ2000型设备及LKJ相关设备设计使用寿命期为6～8年，LKJ-15型设备设计使用寿命期为10年，LKJ设备中安装于轴端的转速传感器设计使用寿命期为4年”。
九、第三十七条第4项“⑵牵引列车的车次号、车站号、监控交路、列车类型”修改为“⑵牵引列车的车次号、车站号（车站）、监控交路（运行径路）、列车类型”。
十、第四十四条“LKJ车载基础数据文件和LKJ车载控制文件由数据转存设备载入或直接写入芯片，存储在LKJ设备中”修改为“LKJ车载基础数据文件和LKJ车载控制文件由数据转存设备载入、直接写入芯片，也可通过远程无线方式载入，存储在LKJ设备中”。
《列车运行监控装置(LKJ)检修规程(V2.0)》(2014)100
TG/XH207-2014列车运行监控装置(LKJ)检修规程（V2.0）目录1 总则 (3)2 基本规定 (4)3 检修管理 (8)4 基本技术要求 (10)5 附则 (12)附件1 LKJ系统设备检测范围和标准 (13)附件2 LKJ运行记录数据质量分析主要项目和标准 (16)附件3 LKJ系统设备Ⅰ级修修程范围和标准 (17)附件4 LKJ系统设备Ⅱ级修修程范围和标准 (22)附件5 LKJ系统设备Ⅲ级修修程范围和标准 (30)附件6 LKJ系统设备检修互换主要配件表 (33)附件7 电务段LKJ基本工装配置表 (35)1 总则1.1 根据《列车运行监控装置（LKJ）运用维护规则》，为规范列车运行监控装置（LKJ）及相关设备的检修工作，保障设备质量可靠，特制定本规程。
1.2 本规程适用于LKJ 2000型监控装置及相关设备（以下统称LKJ系统设备）的各级维修和检测工作，规定了LKJ系统设备检修的基本要求、检修周期、修程范围和质量标准等内容，是开展检修工作的依据。
各级管理人员应严格管理，作业人员应精检细修，使LKJ系统设备的质量状态满足各项技术规范、技术标准和运行质量指标的要求。
1.3 LKJ系统设备的质量直接关系到列车运行安全，为确保设备质量状态满足规定的要求，检修工作须坚持“质量第一、预防为主”的方针。
实行机车、动车组担当牵引任务出库前的基本状态确认检测体制；实行预防修与状态修相结合的维修体制。
各检修单位应建立完善的管理制度和检修体系，加强生产组织管理和质量控制。
1.4 LKJ系统设备的维修周期和修程设置应适应机车、动车组的检修体制，维修工作在机车、动车组检修作业时同步进行；LKJ 系统设备的检测应适应机车、动车组的整备作业，检测作业在机车、动车组整备作业时同步进行。
1.5 LKJ系统设备的检修工作应坚持“按范围、按信息反馈及设备状态、按技术要求、按工艺”、“程序化、文明化、现代化”、“记名检修”（简称“四按三化记名修”）的施修方式，实行专业化修理，严格控制检修过程中各环节的作业质量。
第五章 列车自动监控系统ATS
－正常情况下，ATS系统自动地控制列车运行，并向操作员 提供监视过程的设备和手段。系统采用集中控制方式 列车进路将根据计划表自动排列； 晚点及重大事件将通过ＭＭＩ通知调度员 －中央计算机故障时或中央ＡＴＳ与ＲＴＵ之间通道故障时， 分散的ＲＴＵ能够接管控制权排列车进路； 其它操作可以通过联锁装置的操纵台进行； －与分散的ＲＴＵ相联的列车识别系统在轨道电路发生故障 时起到自动调整作用； 列车进路方式（ＴＲＭ） ATS系统较高的自动控制方式，系统可以自动排列进路。 主要功能： •列车追踪 ； •列车自动调整； •时刻表 ；•自动进路排列； •远程控制联锁装置
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（2）功能和基本原理
列车监视和追踪功能（TMT）
基本功能 •在读站车次号自动读入； •如果读站发生故障，车次号由时刻表系统提出； •虚假车次号生成； •人工输入； •车次号重编； •人工车次号调节； •列车运行的识别； •列车运行的模拟； •处理容许行程； •显示列车位置； •车次号记录；
（4）编制和管理列车运行图 （5）列车运行调整 某列车或多个列车偏离运行图时，对列车运行 进行调整，使列车尽快恢复按图运行。 列车运行调整分为： • 自动调整：调整列车停站时分、列车运行级别、 列车发车时分、 • 人工调整：站台扣车、变更目的地变更通/停； （6）列车运行实迹记录、统计、输出； （7）列车运行模拟 用于软件维护及人员培训；
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列车监视和追踪功能（TMT）
基本功能 •在读站车次号自动读入； •如果读站发生故障，车次号由时刻表系统提出； •虚假车次号生成； •人工输入； •车次号重编； •人工车次号调节； •列车运行的识别； •列车运行的模拟； •处理容许行程； •显示列车位置； •车次号记录；
（4）编制和管理列车运行图 （5）列车运行调整 某列车或多个列车偏离运行图时，对列车运行 进行调整，使列车尽快恢复按图运行。 列车运行调整分为： • 自动调整：调整列车停站时分、列车运行级别、 列车发车时分、 • 人工调整：站台扣车、变更目的地变更通/停； （6）列车运行实迹记录、统计、输出； （7）列车运行模拟 用于软件维护及人员培训；
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中国列车运行控制系统
3
控制系统
控制系统是CTCS的核心组成部分，主要包括中央控制系统和区域控制系统。 中央控制系统负责全线列车的控制和监控，区域控制系统则负责某一区域 的列车控制和监控
中央控制系统通过无线通信网络与车载设备和轨旁设备进行信息交互，获 取列车的状态信息和轨旁设备的控制指令，同时向车载设备和轨旁设备发 送控制指令，调整列车的运行状态。区域控制系统则通过无线通信网络与 本区域的列车和轨旁设备进行信息交互，实现本区域列车的控制和监控
4
技术特点
CTCS具有以下 技术特点
技术特点
技术特点
总之，CTCS-中国列车运行控制系统是中国自主研发 的具有自主知识产权的列车运行控制系统，具有安全、 高效、可维护、可扩展等特点，为列车的安全运行提
供了重要保障
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清新简约风
十分感谢大家观看
演示文稿是一种实用的工具，可以是演示，演讲，报告等。大部分时间，它们都是在为观众服务。演示文稿 是一种实用的工具，可以是演示，演讲，报告等。
限速信息等，为列车提供安全保障
2
轨旁设备
01.
轨旁设备是CTCS地面设备的组成部分，主要包括轨道电路、应答器、信号机等。这些设 备通过无线通信网络与车载设备进行信息交互，实现列车位置、进路信息、限速信息等 信息的传输和控制
02.
轨道电路是轨旁设备的基本组成部分，用于监测列车的占用情况。应答器则是传递信息的重要设备， 可以向列车发送进路信息、限速信息等。信号机则用于指示列车的运行方向和限速情况，确保列车安 全通过
汇报人：XXXX
1
车载设备
车载设备是CTCS的核心组成部分，主要 包括车载计算机、速度传感器、轴温传 感器、机车信号设备等。这些设备通过 无线通信网络与地面设备进行信息交互， 实现列车位置、速度等信息的实时监测
LKJ 型列车运行监控记录装置使用操作说明书
LKJ2000型列车运行监控记录装置使用操作说明书V7.0株洲南车时代电气股份有限公司安全装备事业部2007年3月15日目录1.概述1.1 装置的应用范围1.2 装置的基本控制模式1.3 运行数据的记录与分析处理1.4 系统冗余方式与切换原理1.5 系统主微处理器说明1.6 系统通信网络1.7 结构设计特点1.8 适应的环境条件2.装置的基本功能2.1 监控功能2.2 记录功能2.3 显示功能3. 系统的构成及说明4. 主要技术参数5. 安装说明6.主机箱插件面板指示灯说明7.制动控制输出说明8.操作注意事项9.机车布线9.1机车布线图9.2机车布线说明9.3机车接线表系统原理图10.数码显示器操作说明10.1信息与状态显示10.2司机操作11. 屏幕显示器操作说明11.1显示界面11.2 司机操作111.3 8.15和4.11模式12. 事故状态记录器操作说明1．换代产品。
概述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在功能、可靠性及安全性等方面的要求愈来愈高，现有的安全监控设备在一定程度上已不能满足铁路运输的需要。
LKJ2000型列车运行监控记录装置是在LKJ-93型监控装置成功运用基础上，借鉴国内外先进列车超速防护及列车控制技术而研究开发的新一代列车超速防护设备。
是采用了先进的32位微处理器技术、安全性技术以及数字信号处理技术等来保证列车行车安全的控制装置。
它是既有列车行车安全设备的升级1．1装置的应用范围2000型监控装置适合各型电力机车及内燃机车；适应自动及半自动闭塞方式；并能适应各种信号制式，包括移频（包括18信息移频）、交流计数、UM-71（或UM-2000）、极频等制式（装置所需机车信号信息取自通用式机车信号装置）。
装置既适合运行于不同速度等级线路的各型旅客列车（包括动车组）及货物列车，也适合于调车机车。
装置的软件具有通用性，不同的用户可通过面向用户的软件参数调整来满足不同功能的要求，适应不同的运行情况。
列车自动监控系统中车次追踪的运营探究
列车自动监控系统中车次追踪的运营探究一、引言列车自动监控系统是现代铁路运输中的重要组成部分，它可以有效地提高列车运行的安全性和效率。
其中，车次追踪是列车自动监控系统中的重要功能之一。
本文将从运营角度出发，探究列车自动监控系统中车次追踪的作用、原理和应用。
二、车次追踪的作用1. 提高列车运行安全性车次追踪可以实时监测列车位置信息，对于异常情况及时发出警报，避免事故的发生。
例如，在列车开行过程中，如果发现列车偏离正常轨道或超速等情况，系统会立即向驾驶员发送警报信息，提醒其采取相应措施。
2. 提高列车运行效率通过对列车位置信息进行实时监测和分析，系统可以为铁路调度员提供准确的数据支持，帮助其更好地进行调度和管理。
例如，在高峰期或特殊情况下，通过对列车位置信息进行分析和比较，调度员可以更好地安排列车间隔时间、优化线路选择等工作。
三、车次追踪原理1. GPS定位技术列车自动监控系统中的车次追踪主要依靠GPS定位技术。
GPS定位技术是一种利用卫星信号测量地面物体位置的技术，通过卫星接收机和GPS卫星系统之间的通信，可以实现对列车位置信息的准确获取。
2. 数据传输技术获取到列车位置信息后，需要将其传输到中央控制台进行处理。
数据传输技术是指将数据从一个地方传输到另一个地方的技术。
在列车自动监控系统中，常用的数据传输方式包括有线传输和无线传输两种。
四、车次追踪应用1. 实时监测列车位置信息通过对列车位置信息进行实时监测和分析，可以为铁路调度员提供准确的数据支持，帮助其更好地进行调度和管理。
2. 发送警报信息当发现列车偏离正常轨道或超速等情况时，系统会立即向驾驶员发送警报信息，提醒其采取相应措施。
3. 自动停车功能当发生紧急情况或出现故障时，系统可以根据列车位置信息自动停车。
例如，在行驶过程中突然出现障碍物或人员，系统会自动停车以避免事故的发生。
4. 线路优化通过对列车位置信息进行分析和比较，调度员可以更好地安排列车间隔时间、优化线路选择等工作，提高列车运行效率。
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- 1 - 摘 要 21世纪我国经济已进入了一个快速稳定的发展时期，高速增长的国民经济对铁路运输提出了更高的要求。列车运行监控、检测装置为列车安全高速行驶必备的装备之一，各国铁路大力发展列车运行监控技术已成为潮流。现在组态技术已被认可并广泛应用，它提供了从数据采集到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案。 本文分析描述了列车运行过程和列车监控系统的相关知识，在了解列车运行监控系统结构的基础上用组态王软件完成列车运行过程的模拟监控设计。系统设计了组态监控主界面，在组态监控主界面上能实时反映机车运行过程中主变压器功率、受流电压、电流、速度、电机转速、轴温、到站站点、运行距离、运行时间、空调温度等参数的变化，并能通过此界面模拟控制机车启动、加速、制动、停车的运行状态。此外，主界面可切换到参数设定界面，对列车车次等参数设定，还可以切换到设备状态界面，查看列车内各设备是否正常运行。 系统运行结果表明，很直观地输出了列车运行参数报表和速度趋势曲线，运行稳定、画面清晰、记录准确。此外，系统成本很低，使用很方便。
关键词：列车运行；组态王；模拟；监控 - 2 -
1 绪论 1.1 论文背景与意义
铁路作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具，在我国社会经济发展中具有重要作用。我国铁路在2007年4月进行了第六次大提速，提速干线开行的CRH(China Railway Highspeed,中国高速铁路)系列动车组的运行速度已达到200-250km/h，既有线旅客列车运行速度普遍达到140-160km/h，货运列车牵引重量达5000t，大秦线已开行了万吨列车。不断提高的运行速度与牵引重量对铁路机车、车辆是一种考验，对行车安全更是一场挑战。客车高速、货车重载是未来铁路发展的两个重点。建设客货车安全运行监控与防范体系的必要性在铁路“十一五”规划中已确定。在这种新形势下，如果没有可靠的设备保障，客货车安全运行就会失去坚实的基础。如何保障客货车安全高效地运行成为铁路部门迫切需要解决的问题。在这种情况下，列车运行监控、检测设备显得尤为重要。因此，设计通用性强的列车运行实时监控设备势在必行。 “组态王”软件是在计算机上建立工业控制对象的人机接口的一种智能软件包，我们利用它设计虚拟系统来模拟实际的物理系统。这样就充分利用了Windows的图形，具有功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，它使采用计算机开发的系统工程比以往的使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，这样就大大地减少了工控软件开发者的重复性工作，并可运用计算机丰富的软件资源进行开发。 本课题就是在计算机上安装的组态王软件中实现模拟的列车运行监控。模拟列车运行监控是指在组态王中根据列车实际的运行轨迹用软件进行模拟，包括列车在预定轨道上运行、各站点位置等，然后用命令语言控制其运行，达到在虚拟列车的运行过程中实时显示并记录各运行参数，并在组态王监控界面里模拟操作来控制列车的运行状态。 与列车运行的物理模型相比，组态王虚拟列车运行具有以下优点： (1) 列车运行物理模型的价格高，功能单一、体积大、需要的原件多、结构复杂，运行起来不便。而模拟的列车运行监控只需一台计算机，在其中安装组态王软件，然后就可以对任意预定轨迹、运行速度和时间的列车运行进行模拟，监控画面清晰，使用非常方便。 (2) 该系统是中文界面，具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言，操作简单易学且编程简单，参数输入与修改灵活，可以直观地显示系统的趋势曲线和数据 - 3 -
报表等，这些很强的交互能力使其在控制系统的实验中能发挥较为理想的效果，以便被模拟和控制。 用软件实现的方法开发模拟控制对象周期短、费用低、可靠性高、维护要求低，实 验过程中不会造成资源浪费和污染。且模拟效果明显、监控界面友好，所以在工业工程控制中得到了广泛的应用。
1.2 国内外研究现状概述
目前，铁路运输进入了高速运输发展的新阶段，法国的TGV、德国的ICE、西班牙的AVE、日本的新干线列车运行速度均达到300km/h。国内自第六次大提速后，我国既有线开行的和谐动车组运行速度已达到250 km/h。 世界铁路发达国家在本国铁路发展过程中都充分发展了与本国铁路路网、机车车辆、通讯信号、运营管理相适应的安全监控与防范体系。由于各国铁路发展时所处的历史技术条件不同，所以每个国家所采用的设备安全状态监测的方式和防范手段也有所不同，各有特点。在欧洲一些国家的高速动车组上，由于采用了车载监控系统，因此对牵引系统、制动系统、供电系统实现了实时控制与监视，对空调通风系统、车门、火灾报警及轴温报警等系统进行监测已很普遍，为了避免车辆的性能降低甚至失效而导致车辆失稳，一些国家规定在高速车辆转向架上需加装加速度传感器以监测转向架的运行状态。美国和德国都在着手研究列车状态的实时监测与信息传输系统。在日本，日本西铁路客运公司在221系以后的所有新造车辆上均安装了监控装置，以及时掌握车辆的状态。在铁道车辆上应用监控装置监视车辆状态成为新型车辆的标准设备。发展至今国外铁路车载安全设备监测技术已经比较成熟，发展方向逐渐转向车地无线通信及地对车远程监控，正在逐步实现车载安全监控体系与地面安全监控体系的有机结合。 我国铁路安全技术设备的研制和发展是在当今高科技领域计算机网络技术、通信技术、DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)技术、人工智能技术等多方面基础技术的成熟和长足发展的条件下进行的，与其他铁路发达国家的历史同期相比，我们更能充分利用这些高科技手段，为我国铁路的高速化、安全化服务。在客车安全监测技术领域，我国处于发展与推广应用阶段。在广大科技人员的长期努力下，轴温报警装置和电子防滑器已经相继在提速客车和准高速、高速客车上装车使用，取得了非常显著的效果。2004年，国产新造25T型客车普遍安装中国铁道科学院、四方车辆研究所完全自主研制的车载安全监控系统，在我国客车车辆上首次实现了对轴温、供电、车门、车下电源、火灾、空调、防滑器、基础制动系统和转向架、车辆动力学的全面监测，重点对客车热轴事故、 - 4 -
火灾事故、供电故障及制动系统和走行部故障进行监控，标志着我国客车安全监测技术从单一功能、单一结构的部件研制和应用阶段发展到多功能、网络化、信息开放式的安全监测体系的研制和应用阶段。但总体来看，目前我国的机车运行监控技术与国外相比差距较大，系统稳定性不好，地面综合分析能力较差，有待于迅速改善。
1.3 本文的主要内容
本文主要针对列车的两个重要系统：牵引/制动系统和供电系统的特点，依据列车监控装置的设计原理，在组态王软件中完成了列车运行监控主界面的设计，模拟实际运行的列车，实时显示模拟列车的运行轨迹，记录并实时显示运行参数。 论文需要完成的主要工作有： (1) 介绍列车的牵引供电和传动系统、列车运行调速原理和列车运行全过程，为编写基于组态软件的列车运行监控的命令语言提供理论基础； (2) 概述列车运行监控系统的结构和功能，为设计监控界面提供思路； (3) 介绍组态王软件的功能、特点等，熟悉软件使用方法，为进行设计做准备； (4) 依据组态王软件的设计步骤进行软件设计，完成监控画面和参数设置等工作，编写命令语言，列出设计过程并详细给出列车供电系统和牵引、制动系统的各个参数及实时数据报表等。 - 5 - - 6 -
2 列车运行概述 机车按牵引方式分为蒸汽机车、内燃机车和电力机车。电力机车是从接触网获取电能，再利用牵引电机驱动的机车，是非自带能源式的机车。下面主要描述电力列车的运行原理及过程，包括： (1) 列车牵引供电与传动； (2) 列车运行调速原理； (3) 列车运行过程。
2.1 列车牵引供电与传动
2.1.1 特高压电气系统 电气化铁道供电系统是在以电力机车作为牵引动力的铁道上，专门用来给电力机车或电动车组供给电能的整套装置。 我国电气化铁路采用单相工频交流制，额定电压为25kV。电气化铁道供电系统由一次供电系统和牵引供电系统组成。一次供电系统由区域变电所或发电厂与交流高压输电线组成，牵引供电系统由牵引变电所、馈电线、接触网、钢轨和钢轨回流线等组成。 动车组特高压电气系统包含的大部件有：受电弓、保护接地开关、故障隔离开关、真空断路器、避雷器、高压电缆及高压连接器。它的系统原理是25kV电网高压首先由受电弓引入动车组，然后经过故障隔离开关接入到高压机器箱，并旁路连接了保护接地开关。高压机器箱内有避雷器、真空断路器、接地端子。从高压机器箱出来的高压电直接连接到牵引变压器的原边绕组。设置了高压联锁回路，在受电弓没有降下或保护接地开关没有闭合的情况下，高压机器箱不能打开。故障隔离开关的作用是在出现故障时强迫断开受电弓。保护接地开关的作用是将高压系统强制性接地，以便车辆维护时人员的安全。真空断路器的作用是在需要的情况下自动断开主变压器的供电。整列动车组设两台受电弓，正常运行时，采用单弓受流，另一台备用，处于折叠状态。 - 7 -
2.1.2 动车组牵引传动系统 近代高速动车组近乎全部采用交流传动的牵引传动系统，动车组的传动方式主要包括交-直传动方式和交-直-交传动方式，交-直-交牵引传动系统的构成如图2.1所示。 交流传动系统是指由各种变流器供电的异步或同步电机作为动力的机车或动车组传动系统。
图2.1 牵引传动系统简图 从图2.1中可以看出，交-直-交牵引传动系统主要由受电弓（包括高压电气设备）、牵引变压器、四象限变流器、中间环节、牵引逆变器、牵引电机、齿轮传动系统等组成。受电弓将接触网的AC25kV单相工频交流电输送给牵引变压器，经变压器降压后的单相交流电供给脉冲整流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路将直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压、电流、频率可控的三相交流电供给三相异步牵引电机，牵引电机轴端输出的转矩与转速通过齿轮传动传递给轮对，转换成轮缘牵引力和线速度[1]。
2.2 列车运行调速原理
三相异步电动机的工作原理简述如下：在定子绕组接入三相电时，定子三相电压产生定子三相电流，三相电流通过三相绕组产生旋转磁场，转子与旋转磁场存在着相对运动，在转子绕组中产生了感应电动势，在闭合的转子绕组中产生了感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用产生了电磁转矩，从而使转子拖动生产机械以转速n运转。
站 电 变 网 触 接 弓 电 受 器 压 变 主 器 流 变 器 变 逆 机 电 流 直
牵引电流 再生电流（制动 ） 中间直流环节