关于外部总线工作异常造成LKJ2000文件异常的原因分析

摘 要 LKJ2000型列车运行监控装置（以下简称LKJ2000）是我国自主研发的防护列车出现“两冒一超”现象的列车控制设备，该设备采用双机热备冗余的工作机制确保了设备的高可用性。随着运输的发展，LKJ2000外部接入的设备日益增多，导致运用过程中LKJ2000设备文件异常的状况频发，对行车安全和运输秩序带来一定影响。本文对LKJ2000型外部总线接入设备进行分析，找出影响LKJ2000设备工作的隐患点，并提出隔离外部干扰信息的改进思路，进而解决外部总线引发设备异常的问题。

关键词 LKJ2000；双机热备冗余；文件异常；外部总线

1 运用现状

随着铁路运输的快速发展，机车状态监测、报警和记录等设备（如TMIS系统、DMIS系统、弓网检测设备、语音录音设备等）均需要从LKJ2000设备获取里程、公里标等信息。目前，LKJ2000设备对外信息主要通过RS485和外部CAN总线进行交互。根据现场运用状态的统计分析发现，LKJ2000外部接入较多设备时，文件记录异常的故障概率较高，且该类型故障往往表现为偶发性和随机性，机车回库后故障难以复现。文件记录异常对司机安全操纵和LKJ2000设备状态分析带来困扰[1]。

2 原因分析

2.1 设备连接状态分析

目前，HXD系列机车作为现场运用的主力机型，使用数量大、覆盖范围广。现以HXD系列机车配属的LKJ2000及其外部连接为例进行分析，设备连接示意图如下：

LKJ2000设备对外的RS485A通信接口通过X36插头引出，经功能扩展盒与机车安全信息综合检测装置（以下简称TAX箱）内的TMIS插件连接；外部CAN通信接口通过X36插头接入功能扩展盒，同时还连接TAX箱的通信记录插件；外部RS485B通过X37插头接入TAX箱。

2.2 CAN总线状态分析

LKJ2000设备CAN通信总线由内部2路和外部2路总线构成，以HXD系列机车为例，内部CAN总线上挂载的设备有LKJ屏幕显示器、扩展通信插件、通信插件、地面信息处理插件和监控记录插件；外部CAN总线上挂载的设备有扩展通信插件、功能扩展盒。整个系统通过扩展通信插件实现内部CAN总线和外部CAN总线的数据交互。CAN总线挂载设备如图2所示：

（1）内部CAN总线分析。根据CAN总线通信标准的要求，显性差分电压信号的范围应为1.2V至3.0V之间。而显性差分电压与总线上挂载各设备配置的终端电阻有较大关系，内部CAN总线配置终端电阻的设备有2块监控记录插件和1台屏幕显示器。测试发现CAN总线的差分电压信号幅值为2V左右，差分信号比较规整。

（2）外部CAN总线分析。以HXD系列机车为例，外部CAN总线配置终端电阻的设备有3个，分别是2块扩展通信插件、1台功能扩展盒。CAN总线的差分电压信号幅值为2V左右，信号质量较好。

通过上述测试可知，内部CAN总线和外部CAN总线配置差分信号良好。

（3）其他外部总线分析。LKJ2000对外的其他通信总线分别为外部RS485A和RS485B，现对外部RS485A总线和外部RS485B总线分别进行测试和分析，结果如下所示：

外部RS485A总线分析。根据设备连接示意图（图1）可知，LKJ主机扩展通信插件与TMIS插件共用一路RS485A，现场测试发现当TMIS插件出现复位或RS485A总线通信中断时，LKJ扩展通信插件立即出现双主工作现象（双侧6A灯闪烁，正常应该是主机侧闪、备机侧灭），使用工具模拟外部CAN总线存在数据的场景时，LKJ设备可复现出文件转储异常的情况。

外部RS485B总线分析。外部RS485B总线连接的设备为TAX箱设备，当RS485B总线工作异常时重复上述测试步骤，未发现LKJ文件记录异常的情况。

LKJ扩展通信插件通过RS485A总线确定主/备工作关系，扩展通信插件主用工作侧通过RS485總线向备用侧发送数据，当备用侧无法侦测数据时将当前侧升为主用工作状态。由于该RS485总线上挂载两块扩展通信插件和一块TMIS插件，TMIS插件工作异常或RS485总线通信中断后，双侧LKJ扩展通信插件均处于主用工作状态。

IC卡通过SPI总线与显示器进行通信，显示器通过内CAN发送“申请文件指令帧”，被扩展通信插件转发至外CAN，由于另外一侧扩展通信插件也为主机，其收到此数据后转发至内CAN，如此循环往复，使监控记录插件通过CAN总线发送至显示器的“文件信息帧”混乱，导致转储出的文件异常[2]。

3 解决方法

LKJ2000外部接入设备作为检测和诊断的辅助设备，其工作异常时不应影响LKJ2000设备的正常工作，针对外部总线异常工作导致LKJ2000出现频繁文件记录异常的情况，解决措施如下：

措施1：升级LKJ2000扩展通信插件软件，当TMIS插件工作异常造成RS485总线故障时，LKJ扩展通信插件软件应通过其他通信通道来确定主备工作关系，避免出现双侧主机工作状态；同时应提高抗干扰能力，对CAN总线内外部转发的数据进行部分隔离，避免转发时出现数据环路造成总线拥堵的情况；

措施2：对LKJ2000外部接入的设备进行梳理，统一由机车安全信息监测装置（TAX）提供外部接口，避免其他设备直接从LKJ2000总线获取信息的情况，防止外部总线工作异常时影响LKJ2000内部工作的情况。

同时采取上述措施对既有的设备进行升级和改造，可从源头上切断外部总线影响LKJ2000内部工作的通道，有效的解决此种场景下文件异常的问题。

4 结束语

外部总线工作异常造成LKJ2000列车运行监控装置出现文件异常问题，对行车安全造成了影响。通过分析外部设备影响LKJ2000工作的原因，提出切实可行的改进方法，将极大提高LKJ2000设备的安全性和可用性，使LKJ2000列车运行监控装置能更加有效的保障列车的运用安全。

参考文献

[1] 杨志刚.LKJ2000型列车运行监控记录装置[M].北京：中国铁道出版社，2007：109.

[2] 佚名.列车运行监控装置（LKJ）技术规范（V1.0）[M].北京：中国铁道出版社，2008：197.

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