鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯技術(shù)的探討

張中華

【摘 要】容錯技術(shù)是包管安全性和可靠性的關(guān)頭本領(lǐng)之一。本文介紹了鐵路信號體系中經(jīng)常使用的容錯手藝及其道理，然后先容了自行研制開發(fā)的基于RTLinux的容錯計算機聯(lián)鎖控制體系，而且具體會商了體系的容錯手藝實現(xiàn)方式。

【關(guān)鍵詞】鐵路信號；實時；計算機連鎖；容錯；RTLinux

在鐵路信號體系中，計算機獲得愈來愈普遍的利用，作為構(gòu)造列車行車辦理和包管行車平安的鐵路信號體系，其自動化程度不斷進步，范圍日趨擴展，復(fù)雜性也敏捷進步，是以，對體系的平安性和可靠性就提出了很高的請求。用計算機技術(shù)可以提高聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性和可靠性，并不是說計算機自身固有這些優(yōu)點，而是說以計算機為核心，綜合利用有關(guān)容錯技術(shù)可以達到這些目的。計算機化的鐵路信號裝備根據(jù)容錯計算技術(shù)，經(jīng)由過程軟、硬件的容錯計劃，可以很是有效地進步鐵路信號裝備的可靠性，進而進步裝備的安全性。

一、 容錯技術(shù)在鐵路信號系統(tǒng)中的利用

容錯技術(shù)的實現(xiàn)方式首如果冗余，所采納的首要本領(lǐng)便是投入更多的超凡計劃所需的資本、即外加資本，來調(diào)換更高的非常規(guī)計劃所能到達的超高可靠性。外加資本是多種多樣的，歸納綜合起來有硬件冗余、信息冗余、時候冗余和軟件冗余，它們終究在計算機體系中體現(xiàn)為硬件冗余和軟件冗余。各種冗余要有機地相互配合利用才氣到達超高可靠性方針。目前在計算機聯(lián)鎖范疇經(jīng)常使用的有三摸冗余、勸戒熱備。

1.1三模冗余三模冗余簡稱TMR（Triplc Modular Redundancy）。三個相同的模塊，也可所以三臺不異的計算機，也可所以三個不異的部件。三個模塊同時履行同樣的操縱，其輸出送到“表決器”的輸入瑞，然后把“表決器”的輸出作為體系輸出。

1.2雙機熱備是動態(tài)冗余中經(jīng)常使用的一種，也叫待命儲蓄體系。它它由（S+1）個模塊、妨礙查抄器和切換開關(guān)構(gòu)成。此中憐惜—個模塊處于事情狀況而其余模塊處于待命接替狀態(tài)。運行中當妨礙檢測器發(fā)明處于事情狀況的根基模塊產(chǎn)生妨礙后，當即經(jīng)由過程切換開關(guān)乞假妨礙模塊，代之以儲蓄模塊。如果取代事情的模塊不斷后又產(chǎn)生妨礙，則再將其乞假，用另一個儲蓄模塊來取代。如此“切除—替代”，一向進行到儲蓄模塊全數(shù)耗盡為止。

在現(xiàn)實的利用中，綜合斟酌機能、經(jīng)濟等身分，二模冗余體系具備布局簡略、易于實現(xiàn)、糾錯率較高檔很多長處，是以獲得了比力普遍的利用。二模冗余熱備體例的最大特色是雙模統(tǒng)共事情，具備快速切換和持續(xù)事情的特色，很是適合于鐵路信號裝備對節(jié)制持續(xù)性、瞬時節(jié)制能力的請求，是以，咱們的體系在硬件布局上選定為二模熱備，即所謂的勸戒熱備。

二、基于RTLinux的容錯計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

該體系從邏輯上可以分為三層：人機會話、維修辦理和通訊接口層、聯(lián)鎖邏輯運算層、數(shù)據(jù)收集、號令驅(qū)動層。各部分的功能如下：

（1）人機會話、維修辦理和通訊接口層

人機會話機除主機外，還配有備機，采取熱備方式。雙機同時工作，物理上相互獨立，但同一時刻只有一臺設(shè)備具有人工操作（如辦理進路）功能。它通過操作鼠標或鍵盤形成操作命令，并根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)表進行初步合法性檢查，以屏蔽掉操作人員的誤操作，然后將命令發(fā)送到連鎖機，并接收來自聯(lián)鎖機的命令執(zhí)行情況以及站場中各信號設(shè)備的動態(tài)狀態(tài)信息，以完成值班員的各種執(zhí)行任務(wù)，并把聯(lián)鎖機的執(zhí)行結(jié)果和系統(tǒng)狀態(tài)信息實時顯示在顯示屏上。

（2）連鎖邏輯運算層

聯(lián)鎖邏輯運算層包羅兩臺互為熱備的聯(lián)鎖機，賣力領(lǐng)受人機會話機下達的聯(lián)鎖號令，按照從收集驅(qū)動層收集來的現(xiàn)場及時狀況數(shù)據(jù)舉行聯(lián)鎖運算，同時將運算成果發(fā)送到收集驅(qū)動層和人機會話層。聯(lián)鎖邏輯運算層是計算機聯(lián)鎖控制體系的焦點，其是不是安全可靠將直接決議全部體系是不是安全可靠。

2.2系統(tǒng)容錯機制

該體系容錯機制表示在三個方面：硬件冗余、軟件冗余和智能自測。

硬件冗余：此體系可以看做是雙模容錯結(jié)構(gòu)。因為兩聯(lián)鎖機在硬件上說是雙模塊，而且考慮到鐵路信號系統(tǒng)的及時性，采取熱備份。聯(lián)鎖機、人機對話機和維管機之間用兩個集線器（340）彼此連接，組成彼此冗余的兩個局域網(wǎng)。人機對話機和兩聯(lián)鎖機之間及兩聯(lián)鎖機之間都可以彼此通報數(shù)據(jù)和節(jié)制信息，采取的通信協(xié)議是TCP`IP。采用局部網(wǎng)絡(luò)的方式，既可以保證相互通信的速率，又可以方便與外部網(wǎng)絡(luò)相連接（如DIMS系統(tǒng)）?？紤]到局部網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)通信的過程中可能發(fā)生故障從而對整個系統(tǒng)容錯性能造成致命影響，因此采用了局部網(wǎng)絡(luò)冗余結(jié)構(gòu)，在人機對話機和兩聯(lián)鎖機上各配備了雙網(wǎng)絡(luò)接口板，用兩套網(wǎng)線進行連接，構(gòu)成兩套局部網(wǎng)絡(luò)，這樣就保證了整個系統(tǒng)容錯功能的實現(xiàn)。

（2）人機交互機和甲、乙機上的經(jīng)由過程套接字（scoket）舉行通訊的檢測體系。

人機交互機定時經(jīng)由過程套接字向甲、乙機發(fā)送聯(lián)鎖運算號令，按照甲、乙機返回狀況設(shè)定哪臺是主機哪臺是從機，若是一臺聯(lián)鎖機出現(xiàn)題目，體系立即切換到另一臺舉行數(shù)據(jù)收集并重新啟動這臺機械，若是兩臺機械都出了題目，體系切換HUB（同等切換新的事情收集）。通過運算進行自判斷并把結(jié)果返回人機交互機，而且寫入系統(tǒng)日志文件便于今后查詢。出于系統(tǒng)的特殊要求，自檢系統(tǒng)具有以下特點：

·由于鐵路的特殊工作要求，故障必須及時解決，否則就會Socket.Send Stresm（My Stream）；經(jīng)過壓縮后的jpeg圖像數(shù)據(jù)保存在流MyStream中

·client端（遠程監(jiān)視點）。首要實現(xiàn)視頻流的接管，解碼及顯示等。也被計劃為兩個線程，一個用于視頻流的領(lǐng)受，另一個用于解壓并顯示。在實際軟件設(shè)計時應(yīng)解決好線程通信、同步問題?？蛻舳送瓿蓤D像解壓、顯示的線程在收到一幅完整的jpeg圖像數(shù)據(jù)后啟動（Resume），圖像顯示完掛起（Suspend）。實際數(shù)據(jù)接收代碼完成。

三、結(jié)語：

該計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)從硬件、軟件方面采用多級混合容錯技術(shù)，從系統(tǒng)級、單機級、任務(wù)級、進程級、到程序塊級來考慮視頻監(jiān)視系統(tǒng)的要求，而且當壓縮比在50-70之間時，所拍下的圖像沒有什么很明顯的差別，因此可以減小壓縮比，進一步降低網(wǎng)絡(luò)傳輸量，減小網(wǎng)絡(luò)擁塞。如果對圖像的清晰度要求不太高，壓縮比還可以降低。本文提出了一種基于局域網(wǎng)的數(shù)字視屏實時監(jiān)控系統(tǒng)得設(shè)計。

應(yīng)用該設(shè)計，圖像的傳輸、攝像機的控制全部利用現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)，不需要鋪設(shè)多余線纜。同時，客戶端微機也不需要安裝任何硬件。實驗證明該系統(tǒng)具有靈活方便和成本較低的特點，并且由于主要采用的是軟件技術(shù)，大大節(jié)省了硬件部分測量儀表和傳感器的費用。且升級方便，具有很強的實用性。

參考文獻：

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[2]張金全.基于鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].西安建筑科技大學，2009.