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

王紹新

（卡斯柯信號(hào)（成都）有限公司 四川省成都市 610083）

在研究鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)期間，要從鐵路信號(hào)系統(tǒng)的各個(gè)方面出發(fā)，對(duì)其工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)體系等多個(gè)方面進(jìn)行分析。近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)在鐵路系統(tǒng)中被充分應(yīng)用，在列車日常運(yùn)行期間，對(duì)各項(xiàng)安全問(wèn)題以及突發(fā)問(wèn)題進(jìn)行疏散和管理。本文從鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)內(nèi)容入手，結(jié)合三模冗余和雙機(jī)熱備工作原理及特點(diǎn)內(nèi)容展開(kāi)闡述，針對(duì)以RTLinux 的容錯(cuò)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行全面探討，在深入了解容錯(cuò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，為后續(xù)將其正確應(yīng)用在鐵路信號(hào)中提供參考依據(jù)。

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)

1.1 鐵路信號(hào)

對(duì)于鐵路信號(hào)而言，主要就是對(duì)某種設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用，發(fā)射出不同顏色、不同位置等方面的信號(hào)，以此來(lái)為鐵路工作人員開(kāi)展工作提供指導(dǎo)。從微觀的角度進(jìn)行分析，鐵路信號(hào)就是由鐵路發(fā)出的聯(lián)鎖、設(shè)備閉合等方面的信息；如果從宏觀的角度進(jìn)行分析，鐵路信號(hào)就是指運(yùn)用在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中比較常見(jiàn)的一種技術(shù)設(shè)備，對(duì)于列車安全穩(wěn)定運(yùn)行提供重要幫助。

1.2 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中的詳細(xì)內(nèi)容比較豐富，技術(shù)操作人員在實(shí)際工作期間，以輸出控制指令和相應(yīng)的聯(lián)鎖信息為依據(jù)，在保操作真實(shí)有效性的基礎(chǔ)上，正確指導(dǎo)軌道完成軌道和道岔等多種操作。

1.3 計(jì)算機(jī)容錯(cuò)技術(shù)

計(jì)算機(jī)容錯(cuò)技術(shù)主要就是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，對(duì)于計(jì)算機(jī)容錯(cuò)技術(shù)而言，其核心技術(shù)就是以容錯(cuò)技術(shù)為主，最大程度上減少因?yàn)楫a(chǎn)生故障問(wèn)題而對(duì)機(jī)器運(yùn)行造成的影響程度，甚至還能夠防止產(chǎn)生機(jī)器停運(yùn)等問(wèn)題[1]。計(jì)算機(jī)容錯(cuò)技術(shù)在系統(tǒng)程序中發(fā)揮著重要作用，無(wú)論是在產(chǎn)生問(wèn)題過(guò)程中，還是實(shí)際在對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)期間，都支持系統(tǒng)程序運(yùn)行。此外，更加嚴(yán)格的根據(jù)具體的指令，發(fā)布并執(zhí)行任務(wù)，進(jìn)而輸出精準(zhǔn)的結(jié)果等。在此過(guò)程中，不僅不會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行錯(cuò)誤的情況，鐵路系統(tǒng)也不會(huì)因?yàn)楣收细蓴_而停止工作的現(xiàn)象，即滿足“故障-安全”原則。

2 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù)及容錯(cuò)機(jī)制的具體表現(xiàn)

2.1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù)

在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，主要融入的重要技術(shù)可以劃分為以下兩種：三模冗余技術(shù)和雙機(jī)熱備技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以獲得更豐富的外部資源。在升級(jí)優(yōu)化計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)多項(xiàng)功能的基礎(chǔ)上，為鐵路信號(hào)容錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用做好鋪墊，進(jìn)而持續(xù)提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

2.1.1 三模冗余技術(shù)

利用三模冗余技術(shù)，將系統(tǒng)指令中三個(gè)相同的模塊，從共同的輸入端，進(jìn)入同一個(gè)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，獲得最終的表決結(jié)果。應(yīng)用三模冗余技術(shù)，始終都要堅(jiān)持“少數(shù)服從多數(shù)”原則，具體工作原理為：三模塊的輸出結(jié)果屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心依據(jù)，采用三選三、三選二等方式，得到相應(yīng)的表決結(jié)果。如在此過(guò)程中，三模塊輸出結(jié)果相似，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)僅僅需要從中選擇任意一個(gè)模塊輸出結(jié)果。如果三模塊的最終輸出結(jié)果不同，那么就要遵循“少數(shù)服從多數(shù)”原則。實(shí)際上，一旦系統(tǒng)沒(méi)有應(yīng)用三模冗余技術(shù)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，在落實(shí)后續(xù)計(jì)算工作期間，就要投入更多的資源甚至還不會(huì)得到確定的結(jié)果。這樣不僅會(huì)阻礙大鐵路系統(tǒng)各類信息梳理有效性的提升，也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的安全隱患。

2.1.2 雙機(jī)熱備技術(shù)

雙機(jī)熱備技術(shù)與三模技術(shù)有所不同，其實(shí)由七個(gè)模塊組合而成的，在動(dòng)態(tài)冗余下此種技術(shù)被充分應(yīng)用。雙機(jī)熱備技術(shù)不僅具有主模塊，還具備自我檢測(cè)裝置和切換開(kāi)關(guān)，廣泛使用于切換工作模塊、檢查系統(tǒng)故障等方面[2]。在系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，一般只有一個(gè)模塊運(yùn)行，其他模塊待機(jī)。但是模塊在獲得指令之后，需要結(jié)合任務(wù)要求，打開(kāi)其他模塊的開(kāi)關(guān)，使其他模塊正常運(yùn)行。通常情況下，模塊正常待機(jī)被稱作“儲(chǔ)存模塊”，也被稱作基本模塊。如果借助故障器可以盡早發(fā)現(xiàn)模塊存在的故障，就可以自動(dòng)完成切換工作，確保存儲(chǔ)模塊代替基本模塊。如果沒(méi)有特殊情況，系統(tǒng)僅需要開(kāi)啟一個(gè)存儲(chǔ)模塊，但由于存儲(chǔ)模塊也可能存在隱患問(wèn)題，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就應(yīng)當(dāng)自我檢查。在保證儲(chǔ)存模塊沒(méi)有故障問(wèn)題之后，才能夠使其發(fā)揮切換開(kāi)關(guān)的作用，使其他儲(chǔ)存模塊階梯相應(yīng)工作保證系統(tǒng)運(yùn)行。

考慮到計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)始終都要處于持續(xù)性的運(yùn)行狀態(tài)，所以對(duì)于其他六塊模塊而言，就要最大程度上規(guī)避系統(tǒng)運(yùn)行期間的各項(xiàng)問(wèn)題，并且每一個(gè)模塊都要保證其能夠在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行恢復(fù)，這樣就有助于系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。在選擇模塊的時(shí)候，需要充分考慮實(shí)際要求，還應(yīng)當(dāng)分析維護(hù)成本、投資成本等多種因素。特別是在有多個(gè)儲(chǔ)存模塊的狀況下，會(huì)產(chǎn)生更大的維修成本。

2.2 容錯(cuò)機(jī)制的具體表現(xiàn)

2.2.1 軟件冗余

在實(shí)際對(duì)聯(lián)鎖模塊進(jìn)行使用期間，以應(yīng)用雙份編碼形式為主，保證每一份編碼都能夠在不同的物理空間下被儲(chǔ)存，這樣不僅能夠具有其自身獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)言，也能提升系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)安全性。

2.2.2 硬件冗余

鐵路系統(tǒng)在日常運(yùn)行期間對(duì)安全性的要求非常高，如要實(shí)時(shí)傳輸各類信息數(shù)據(jù)，防止產(chǎn)生較長(zhǎng)時(shí)間的系統(tǒng)故障問(wèn)題。在落實(shí)鐵路系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作時(shí)，將熱備份最為核心方式，使其充分發(fā)揮功能作用，使人機(jī)對(duì)話機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)的集線器連接在一起，將各項(xiàng)設(shè)備列入到具有較強(qiáng)嚴(yán)密性的穩(wěn)定性的局域網(wǎng)領(lǐng)域中，這樣不僅能夠?yàn)闄C(jī)器設(shè)備高效傳輸信息提供保障，工作的同時(shí)，全面提升數(shù)據(jù)信息安全性和完整性。在鐵路系統(tǒng)中將局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行比較，局域網(wǎng)的安全性更高[4]。局域網(wǎng)具有較強(qiáng)的封閉性，在其發(fā)揮作用的狀況下能夠抵御外部網(wǎng)絡(luò)病毒的侵襲；甚至也具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)型，在落實(shí)升級(jí)或是改造工作時(shí)，升級(jí)投入的資金比較少，能夠?qū)Ω黜?xiàng)資源進(jìn)行充分利用，

3 基于RTLinux的容錯(cuò)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

3.1 出現(xiàn)故障問(wèn)題的核心因素

使計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障問(wèn)題的核心因素包括人為和物理兩種因素。其中人為因素就是指技術(shù)人員在實(shí)際操作期間，因?yàn)槭д`或是技術(shù)水平等原因所產(chǎn)生的破壞性行為；物理因素與人為因素直接存在加大差異，主要就是指在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)閮?nèi)部元件損害、外部環(huán)境干擾等問(wèn)題所出現(xiàn)的故障現(xiàn)象。在對(duì)元器件損害現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致分析的狀況下，不難發(fā)現(xiàn)其還包括通電運(yùn)行老化、安裝電路缺乏合理性等問(wèn)題；而外部環(huán)境具體是指因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)或是沖擊等原因所產(chǎn)生的故障問(wèn)題。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

命令驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集、聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算層等，都是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，不僅具有相獨(dú)立性，同時(shí)也具備能在相同時(shí)間的狀況下，在鼠標(biāo)設(shè)備發(fā)揮作用的基礎(chǔ)上，形成質(zhì)量監(jiān)測(cè)機(jī)制，之后再對(duì)各種類型的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)管和核查。避免因?yàn)椴僮魇д`的現(xiàn)象，而產(chǎn)生無(wú)法接收聯(lián)鎖機(jī)命令執(zhí)行信息的現(xiàn)象。聯(lián)鎖機(jī)自身運(yùn)行的具體狀況，最終是以動(dòng)態(tài)形式展現(xiàn)出來(lái)，為技術(shù)人員順利落實(shí)各項(xiàng)任務(wù)指令提供依據(jù)[5]。

維修管理機(jī)主要就是對(duì)局域網(wǎng)、人機(jī)會(huì)話機(jī)進(jìn)行應(yīng)用，來(lái)達(dá)到接受操作指令的目的，并且要實(shí)時(shí)打印和儲(chǔ)存鐵路信息數(shù)據(jù)和檢測(cè)列車運(yùn)行狀況等，這樣就不會(huì)向聯(lián)鎖機(jī)發(fā)出相應(yīng)的操作信息，有助于提升系統(tǒng)運(yùn)行有效性。聯(lián)鎖邏輯層運(yùn)算在整個(gè)層級(jí)中具有核心作用，其自身的安全性對(duì)于鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行，具有直接影響；主要包括聯(lián)鎖A、B 機(jī)互為熱備系統(tǒng)[6]。此外，像數(shù)據(jù)才基層和命令驅(qū)動(dòng)，通常狀況下都是在人機(jī)會(huì)話機(jī)對(duì)其下達(dá)完相應(yīng)的控制指令之后，在落實(shí)各項(xiàng)執(zhí)行任務(wù)工作，在電子數(shù)字技術(shù)的輔助下以電子方式，在施工現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)數(shù)據(jù)采集工作。

3.3 系統(tǒng)容錯(cuò)機(jī)制

基于RTLinux 的容錯(cuò)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)問(wèn)題的具體表現(xiàn)，有硬件和軟件冗余、智能檢測(cè)等內(nèi)容。在網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中，一旦局域網(wǎng)發(fā)生故障問(wèn)題，就會(huì)使計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行?；诖?，就要開(kāi)展冗余結(jié)構(gòu)構(gòu)建工作。對(duì)于軟件冗余聯(lián)鎖模塊而言，在一般狀況下都會(huì)講雙份編碼形式作為主要方式[7]。此外，軟件比較器、同步控制器就要發(fā)揮作用，如要對(duì)聯(lián)鎖運(yùn)算結(jié)果輸出之前的信息、完成數(shù)據(jù)采集工作之后的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，并要正確應(yīng)用RTLinux 時(shí)鐘，保證故障問(wèn)題發(fā)現(xiàn)及時(shí)性。如果最終的運(yùn)行結(jié)果存在不一致的問(wèn)題，就要及時(shí)調(diào)整自檢程序，進(jìn)而將錯(cuò)誤故障過(guò)濾掉。

將守護(hù)進(jìn)程更好的融入到智能自測(cè)系統(tǒng)中，不斷完善和升級(jí)其容錯(cuò)功能、自檢功能，即便后續(xù)發(fā)生后無(wú)人監(jiān)管的狀況下也能進(jìn)行自我故障檢測(cè)[8]。在該系統(tǒng)發(fā)生故障問(wèn)題期間，在智能自測(cè)系統(tǒng)的作用下，能夠自行終端檢查，并且能夠及時(shí)找到產(chǎn)生故障問(wèn)題的實(shí)際位置，為了能夠防止后續(xù)出現(xiàn)問(wèn)題，還能及時(shí)切換到備用機(jī)器上。在對(duì)智能自檢系統(tǒng)進(jìn)行研究和分析期間，不難發(fā)現(xiàn)其主要就是對(duì)人機(jī)交互系統(tǒng)配置文件進(jìn)行應(yīng)用，在發(fā)揮作用的基礎(chǔ)上，能夠?qū)υ撓到y(tǒng)是否處于穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判定，最大程度上保證鐵路信號(hào)能夠達(dá)到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在研究計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中的容錯(cuò)技術(shù)時(shí)，從系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)硬件等多個(gè)不同的角度進(jìn)行分析，以此來(lái)證明該項(xiàng)技術(shù)對(duì)于鐵路系統(tǒng)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性的重要意義。在我國(guó)計(jì)算機(jī)水平全面提升的背景下，聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性、強(qiáng)容錯(cuò)等優(yōu)勢(shì)更加顯著，在保證我國(guó)鐵路系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，能夠提升該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用率，從而為后續(xù)促進(jìn)我國(guó)鐵路產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供技術(shù)保障。