試析準(zhǔn)池鐵路型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)

焦景忠

摘 ?要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平越來越高，在很多領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要的作用。在鐵路系統(tǒng)中的應(yīng)用提高了列車運(yùn)行的安全性，也增強(qiáng)了列車突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)水平。隨著鐵路系統(tǒng)的完善和發(fā)展，鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)也取得了進(jìn)步，升級(jí)改造的力度也不斷地在加強(qiáng)。計(jì)算機(jī)作為聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容，經(jīng)過完善和發(fā)展能夠增強(qiáng)系統(tǒng)本身的自我防御能力。鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)能夠推動(dòng)鐵路行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，需要在實(shí)踐中加以重視，文章主要針對(duì)這種技術(shù)作了詳細(xì)介紹，希望可以為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào);計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng);控制系統(tǒng);容錯(cuò)技術(shù);鐵路行業(yè)

中圖分類號(hào)：U284 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）15-0147-03

Abstract： With the increasing level of computer technology， it plays an important role in many fields. The application in the railway system not only improves the safety of train operation， but also enhances the response level of train emergencies. With the improvement and development of the railway system， the railway signal computer interlocking control system has also made progress， and the intensity of upgrading and transformation is also constantly strengthened. As the core content of interlocking control system， computer can enhance the self-defense ability of the system itself after improvement and development. The fault-tolerant technology of railway signal computer interlocking control system can promote the development and progress of railway industry， which needs to be paid attention to in practice. This paper mainly introduces this technology in detail， hoping to provide reference for the relevant personnel.

Keywords： railway signal; computer interlocking system; control system; fault-tolerant technology; railway industry

引言

容錯(cuò)技術(shù)在鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，需要借助其他技術(shù)，才能夠保證鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的可靠性。通過升級(jí)并完善現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件，讓信息冗余和計(jì)算的時(shí)間均縮短，從而達(dá)到高效控制鐵路信號(hào)的目的。從當(dāng)前鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)來看主要包括了三模冗余以及雙機(jī)熱備兩種技術(shù)。針對(duì)這兩種技術(shù)在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖領(lǐng)域中的應(yīng)用研究越來越深入，產(chǎn)生了積極的作用。

1 鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)工作原理

1.1 硬件冗余型的工作原理

鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)利用的是二乘二取二冗余系統(tǒng)，它主要是包括了兩個(gè)比較子系統(tǒng)以及一個(gè)輸出選擇器。比較子系統(tǒng)又包括了兩個(gè)具有故障檢測(cè)功能的運(yùn)算模塊以及一個(gè)比較器。具體運(yùn)用過程中運(yùn)算模塊具有自檢故障的功能，所以當(dāng)自檢出現(xiàn)故障之后便能夠發(fā)送控制信號(hào)至比較器。無論是哪一個(gè)模塊自檢出現(xiàn)了故障，系統(tǒng)會(huì)應(yīng)用兩種不同的工作策略。其一是直接發(fā)送子系統(tǒng)可測(cè)故障的信號(hào)至輸出選擇器，這樣一來子系統(tǒng)的輸出就會(huì)保持無效狀態(tài)。其二是令剩余模塊保持工作狀態(tài)，剩余模塊的輸出這時(shí)候就會(huì)作為子系統(tǒng)輸出而存在，能夠被比較器識(shí)別。

輸出選擇器具有能夠選擇兩個(gè)比較子系統(tǒng)之一的輸出，進(jìn)而達(dá)到控制被控對(duì)象的作用。被輸出選擇器選擇的子系統(tǒng)一般又被稱之為主機(jī)子系統(tǒng)，而相應(yīng)的沒有被輸出選擇器選擇子系統(tǒng)則被稱之為備機(jī)子系統(tǒng)。當(dāng)處于正常狀態(tài)的時(shí)候，這兩個(gè)子系統(tǒng)均可以產(chǎn)生輸出，但是只有一個(gè)會(huì)控制被控對(duì)象。因此當(dāng)子系統(tǒng)發(fā)生了故障，輸出選擇器需要令被控對(duì)象導(dǎo)向安全輸出。之所以在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中應(yīng)用容錯(cuò)技術(shù)就是因?yàn)槿绻捎靡荒Ｓ?jì)算方法，當(dāng)計(jì)算結(jié)果失誤或者錯(cuò)誤的時(shí)候?qū)?huì)付出更大的代價(jià)計(jì)算沒有價(jià)值的結(jié)果，不僅會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而且最終的結(jié)果對(duì)于鐵路系統(tǒng)并不會(huì)產(chǎn)生積極的作用，甚至還會(huì)導(dǎo)致安全事故發(fā)生。

1.2 雙機(jī)熱備的工作原理

雙機(jī)熱備的工作原理需要聯(lián)系到動(dòng)態(tài)冗余，這是因?yàn)樗趧?dòng)態(tài)冗余中有著更加重要的作用。雙機(jī)熱備三模冗余相比它的內(nèi)部有著更多的模塊，包括了工作模塊、切換開關(guān)以及故障自我檢查模塊等七個(gè)模塊。當(dāng)雙機(jī)熱備處于正常工作狀態(tài)之中的時(shí)候，其實(shí)這時(shí)候七個(gè)模塊中只有一個(gè)模塊屬于工作的狀態(tài)，其他六個(gè)模塊這時(shí)候均以待機(jī)的狀態(tài)存在，只有當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出了相關(guān)指令之后，其他六個(gè)模塊才會(huì)以輔助這一模塊工作的狀態(tài)運(yùn)行，而且也需要結(jié)合實(shí)際來確定其他模塊中的某一個(gè)模塊成為工作狀態(tài)。

當(dāng)然在雙機(jī)熱備中一開始就能夠處于工作狀態(tài)的模塊屬于基本模塊，其他相對(duì)處于待機(jī)狀態(tài)的模塊則視作儲(chǔ)存模塊，儲(chǔ)存模塊和基本模塊之間屬于相互輔助的關(guān)系，能夠有效解決基本模塊故障的問題。因?yàn)榛灸K無法正常運(yùn)行的時(shí)候系統(tǒng)便會(huì)發(fā)送指令，根據(jù)實(shí)際情況來啟動(dòng)六個(gè)儲(chǔ)存模塊其中的一個(gè)，達(dá)到切換控制的效果。實(shí)際應(yīng)用中一般利用儲(chǔ)存模塊就可以解決基本模塊運(yùn)行故障問題，但是如果本身儲(chǔ)存模塊就存在錯(cuò)誤，那么會(huì)連續(xù)啟動(dòng)其他剩余的儲(chǔ)存模塊，直到系統(tǒng)處于正常運(yùn)行的狀態(tài)之中。

之所以在基本模塊之上還設(shè)計(jì)六個(gè)儲(chǔ)存模塊，是因?yàn)橹挥羞@樣的規(guī)模才能夠滿足系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的需求，從而保證工作狀態(tài)沒有失誤。當(dāng)然通常在實(shí)踐中六個(gè)儲(chǔ)存模塊和一個(gè)基本模塊的設(shè)計(jì)已經(jīng)足夠涵蓋所有錯(cuò)誤問題，令系統(tǒng)能夠及時(shí)以切換模塊的方式恢復(fù)正常，從而保證鐵路運(yùn)行的安全性。

使用雙機(jī)熱備的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)對(duì)其全面地分析，以達(dá)到正確應(yīng)用的效果，發(fā)揮其潛在的作用。雙機(jī)熱備使用所需的成本和維修保養(yǎng)費(fèi)用也需要考慮在內(nèi)，以更好地優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。所以設(shè)計(jì)模塊的數(shù)量的時(shí)候已經(jīng)將這些問題考慮在內(nèi)了，除了能夠滿足日常需求之外，維修保養(yǎng)的成本也會(huì)降低，但是效果卻會(huì)達(dá)到最高。從前面分析的內(nèi)容即可知道雙機(jī)熱備僅僅需要一個(gè)模塊處于工作狀態(tài)之中就可以保證系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行。從表面上這時(shí)消耗的僅僅是基本模塊或者是儲(chǔ)存模塊的資源，但是實(shí)際上六個(gè)處于待機(jī)狀態(tài)的模塊同樣會(huì)消耗系統(tǒng)內(nèi)的資源。以此來推論就會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)雙機(jī)熱備的模塊數(shù)量過多的時(shí)候其實(shí)其應(yīng)用成本就增加了，而且由于只能夠有一個(gè)模塊處于工作狀態(tài)，所以越多的待機(jī)模塊就越是會(huì)浪費(fèi)資源。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的時(shí)候就要結(jié)合實(shí)際情況控制模塊的數(shù)量，當(dāng)然這也是目前研究設(shè)計(jì)人員面臨的問題，甚至是困難。但是由于雙機(jī)熱備的使用價(jià)值較高，擁有非常快的切換速度，可以達(dá)到始終保持鐵路系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)的效果，所以對(duì)于雙機(jī)熱備的研究具有價(jià)值和意義。

2 鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 軟件冗余

鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)在軟件冗余方面，容錯(cuò)技術(shù)的目的是確保鐵路信號(hào)系統(tǒng)始終處于安全的狀態(tài)之中，它利用的是雙份編碼的形式，以形成特定語言和結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到高效率的存儲(chǔ)效果，確保數(shù)據(jù)的安全真實(shí)且有效，以促進(jìn)鐵路的安全運(yùn)行。

2.2 硬件冗余

鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用還表現(xiàn)在對(duì)硬件的冗余方面，結(jié)合這種技術(shù)的工作原理可以知道，當(dāng)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，其實(shí)它是以雙模塊的形式運(yùn)行的。鐵路作為人們出行的交通工具，必須要具有絕對(duì)的安全才能夠保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。所以針對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的研究越來越多，其中最為明顯的就是確保數(shù)據(jù)能夠在實(shí)時(shí)的狀態(tài)下被傳輸，不容許系統(tǒng)存在故障的可能性。

針對(duì)安全機(jī)制加以考慮的時(shí)候，要從其特殊性的要求出發(fā)，由于人機(jī)對(duì)話機(jī)和連鎖機(jī)之間連接靠的是集線器。當(dāng)兩個(gè)集線器將這些設(shè)備聯(lián)系在一起之后就會(huì)形成局域網(wǎng)，相互之間的聯(lián)系加強(qiáng)了能夠產(chǎn)生更大的動(dòng)力。傳遞信息的時(shí)候主要以兩兩的形式進(jìn)行，結(jié)合當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的使用情況分析局域網(wǎng)會(huì)發(fā)現(xiàn)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要比互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境干凈很多倍。所以在這樣的局域網(wǎng)中傳輸數(shù)據(jù)和信息確實(shí)能夠達(dá)到實(shí)時(shí)的效果，而且不會(huì)被不法分子盜取數(shù)據(jù)，也不會(huì)被黑客攻擊和影響。除此之外，局域網(wǎng)狀態(tài)下的設(shè)備數(shù)量和種類都非常少，這就降低了升級(jí)改造的成本，有利于節(jié)省開支。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行的時(shí)候，局域網(wǎng)能夠起到一種保護(hù)的作用，保證鐵路系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線，同時(shí)還能夠處理各種數(shù)據(jù)和信息。杜絕外部侵害的效果非常大，對(duì)于保證鐵路系統(tǒng)的信息傳輸效率具有重要的意義，從而為鐵路的安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)具有安全性，其中包含了先進(jìn)的技術(shù)能夠達(dá)到對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)管控的效果。它的管控形式是一對(duì)一的。包含的七個(gè)模塊具有自檢功能，也正是因?yàn)檫@一功能才會(huì)讓這些模塊之間不會(huì)相互影響，只是一輔助的形式而存在。利用先進(jìn)的技術(shù)加以模塊開發(fā)的時(shí)候，選擇材料的時(shí)候會(huì)將安全可靠性放在第一位，利用冗余機(jī)構(gòu)的作用提高其可用水平。再者模塊故障能夠達(dá)到在線維護(hù)的效果，所以總的來講它的可靠性和安全性都能夠滿足當(dāng)前鐵路運(yùn)行安全性的要求。

3 鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

研究鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)的時(shí)候不得不對(duì)鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，以形成科學(xué)合理的結(jié)論。從實(shí)踐中廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)來看，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)其實(shí)就我們經(jīng)常所說的CBI。鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的工作目的是解決與火車運(yùn)行相關(guān)的設(shè)備之間的關(guān)系，包括了信號(hào)機(jī)、道岔以及軌道這三部分。操作人員能夠借助計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的作用下達(dá)指令，在這一過程中ATP以及ATS能夠發(fā)揮輸出聯(lián)鎖信息的作用。因此就會(huì)形成一種科學(xué)運(yùn)行的狀態(tài)，以便于鐵路始終能夠在正確的軌道上衣正常的時(shí)速運(yùn)行，保障乘坐鐵路人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。這也是為什么鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)能夠被應(yīng)用到實(shí)踐中的原因，在今后對(duì)其進(jìn)行的研究還會(huì)更加深入，部分沒有解決的問題也會(huì)逐漸得到解決。

從鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的應(yīng)用來總結(jié)其功能，能夠發(fā)現(xiàn)主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。其一是在正常操作處理方面的作用，以下達(dá)操作指令的形式表現(xiàn)出來。連鎖機(jī)能夠針對(duì)下達(dá)的指令加以分析并形成正確的判斷結(jié)果，從而決定是否執(zhí)行。這屬于一個(gè)完整的反應(yīng)過程，為了方便觀察，會(huì)將反應(yīng)過程在屏幕上加以顯示。聯(lián)鎖控制系統(tǒng)還能夠?qū)﹀e(cuò)誤指令發(fā)出提示，讓操作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)指令錯(cuò)誤的問題，進(jìn)而調(diào)整和處理。

第二方面則是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)它的對(duì)象是信號(hào)，這些信號(hào)是由現(xiàn)場(chǎng)正在工作的設(shè)備發(fā)出的，聯(lián)鎖控制的過程同樣會(huì)被反應(yīng)到屏幕上，而且會(huì)以實(shí)時(shí)的形式呈現(xiàn)。這樣一來就會(huì)有利于工作人員的監(jiān)督管控工作，提高他們的工作質(zhì)量。

第三方面則是聯(lián)鎖控制技術(shù)其實(shí)還能夠有效排出信號(hào)方面的故障，信號(hào)是由現(xiàn)場(chǎng)的工作設(shè)備發(fā)出的，當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)了故障意味著工作的設(shè)備出現(xiàn)了問題，這是能夠立即發(fā)出預(yù)警和提示，從而達(dá)到快速排查故障并處理故障的效果。

聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)，并使其相互連接，從而形成的聯(lián)鎖數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其中匯總的數(shù)據(jù)有動(dòng)態(tài)的也有靜態(tài)的。

4 鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的可靠性以及安全保障技術(shù)

4.1 故障原因

研究鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的可靠性和安全保障技術(shù)的時(shí)候首先需要結(jié)合實(shí)際情況掌握計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障，以此為基礎(chǔ)才能夠找到故障發(fā)生的原因。目前存在兩個(gè)方面的原因，一種是人為的，一種則是物理方面的。物理方面的原因仔細(xì)分析起來不外乎就是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)內(nèi)部元器件的質(zhì)量問題以及外部環(huán)境問題。內(nèi)部元器件的質(zhì)量問題主要是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的使用和運(yùn)行導(dǎo)致的耗損，從而引發(fā)問題。當(dāng)然也會(huì)存在內(nèi)部元器件本身的質(zhì)量就不達(dá)標(biāo)的情況，例如在內(nèi)部元器件的生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了氧化穿孔等問題。加之安裝的過程中操作人員沒有嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行，也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部元器件無法正常運(yùn)行。針對(duì)外部環(huán)境因素來看，則主要集中于電磁干擾、機(jī)械震動(dòng)以及沖擊等三個(gè)方面，這些都屬于客觀的因素，在解決的時(shí)候難度較大，要求從各個(gè)細(xì)節(jié)出發(fā)。而人為的原因則主要與操作人員的操作手法有關(guān)比如不規(guī)范操作以及失誤操作等問題。

4.2 安全可靠性

鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)的研究和探討不得不提高聯(lián)鎖控制系統(tǒng)具有的安全可靠性。由于它是基于鐵路信號(hào)而存在，并為處理鐵路信號(hào)而發(fā)揮作用的。所以針對(duì)鐵路信號(hào)安全的分析要到位，具體來講包括了功能安全和故障安全兩個(gè)方面。鐵路信號(hào)其實(shí)屬于一種指示或者是命令，在具體的情況下它會(huì)以不同的形式呈現(xiàn)出來。目前針對(duì)鐵路信號(hào)的研究還不夠深入和徹底，所以還不具備統(tǒng)一性。鐵路信號(hào)其實(shí)是作為一種提供服務(wù)的設(shè)備和技術(shù)存在的，它在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值能夠被認(rèn)識(shí)到。

故障處理方面計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)相較于繼電器聯(lián)鎖所表現(xiàn)出的優(yōu)越性非常的明顯，除了能夠保證時(shí)效性之外，它的準(zhǔn)確性還非常高。加之具體的運(yùn)行狀態(tài)之中，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的控制中心為主控單元，它的工作對(duì)象是輸入信心，并且能夠?qū)崟r(shí)傳輸信息，還能夠起到復(fù)雜邏輯運(yùn)算的作用。這樣的運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)于鐵路運(yùn)行的安全性有了更大的保障?；趯?shí)踐中的應(yīng)用效果可以看到故障被發(fā)現(xiàn)和被處理這兩個(gè)方面它都具有明顯的效果。

5 結(jié)束語

鐵路系統(tǒng)的安全性需要得到保障才會(huì)讓鐵路行業(yè)保持健康有序的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，鐵路作為現(xiàn)代人們出行經(jīng)常選擇的工具之一，它的安全水平對(duì)于人們的生活有著重要的影響。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)的出現(xiàn)讓鐵路系統(tǒng)的安全水平大大提高了。應(yīng)用到實(shí)踐中的時(shí)候會(huì)以冗余設(shè)置的形式達(dá)到目的，所以能夠從各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)降低錯(cuò)誤率的效果，讓鐵路系統(tǒng)的安全性和有效性都更高，更滿足人們的需求。

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