對計算機聯(lián)鎖軌道采集電路引發(fā)故障與對策探究

郭文佳

中國鐵路烏魯木齊局集團有限公司烏魯木齊電務(wù)段，中國·新疆 烏魯木齊 830000

1 引言

在聯(lián)鎖系統(tǒng)的發(fā)展進程中，其最早就應(yīng)用在各大鐵路系統(tǒng)當中，為了確保行車的安全性，就應(yīng)當在進路以及信號之間維持一定的操作順序以及制約關(guān)系，通過更高效技術(shù)方法的應(yīng)用，保證道岔、信號以及進路都可以按照相應(yīng)的順序并在滿足一定條件的情況下所建立起相互關(guān)系，這就是聯(lián)鎖的基本性質(zhì)。而在近年來的發(fā)展進程中，聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)從原本的機械聯(lián)鎖、手信號進一步發(fā)展為了計算機聯(lián)鎖等全新發(fā)展階段，這也使其在鐵路交通以及軌道交通等控制領(lǐng)域當中得到了十分廣泛的應(yīng)用。因此，這就需要準確找尋出計算機聯(lián)鎖軌道采集電路中引發(fā)故障問題出現(xiàn)的主要原因，并采取針對性措施加以解決，確保計算機聯(lián)鎖軌道采集電路能夠有效發(fā)揮出自身的實際作用。

2 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的基本功能

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)為了更好地實現(xiàn)自身的基本功能，就必須囊括以下幾方面內(nèi)容。

2.1 人機對話功能

人機對話功能主要就是操作人員通過控制臺或是鍵盤等設(shè)備，直接在計算機當中輸入對應(yīng)的操作信息，并由屏幕顯示器或是控制臺來有效表示出數(shù)據(jù)信息的一種功能。

2.2 聯(lián)鎖功能

聯(lián)鎖功能屬于整體系統(tǒng)當中的核心功能，通過負載聯(lián)鎖功能的運輸來確保輸出的安全性與穩(wěn)定性，聯(lián)鎖系統(tǒng)與室外監(jiān)控對象之間，大多都會通過總線的方式來對狀態(tài)信息以及控制信息進行科學合理的交換，并在實際聯(lián)鎖功能當中進一步劃分出一種與監(jiān)控對象之間能夠交換信息的子功能。

2.3 系統(tǒng)維護功能與其他系統(tǒng)之間的信息交換功能

其中包括對于各類室外設(shè)備的全面檢測以及對操作情況的記錄等，而與其他系統(tǒng)之間的信息交換功能，則是與運行管理系統(tǒng)等交換數(shù)據(jù)信息[1]。

3 當前采用的主要計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)

在當前的社會環(huán)境中，無論是中國還是其他國家，其所采用的大多都是CBI 聯(lián)鎖系統(tǒng)，在對高可靠系統(tǒng)展開容錯設(shè)計時，其中所用的主要為三模靜態(tài)冗余方案或是二模動態(tài)冗余方案等。在采用三模靜態(tài)冗余方案的過程中，主要就是通過硬件冗余來逐步提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，二模靜態(tài)冗余方案不僅采用了硬件冗余資源，同時也引入了軟件冗余資源以及故障檢測技術(shù)等，這兩種措施所具備的主要特點就在于硬件故障有著極強的糾錯能力以及屏蔽能力，但這兩種方案在實際開展過程當中，其都存在著一定的難度以及缺陷，三模靜態(tài)冗余系統(tǒng)當中，必須保證內(nèi)部能夠?qū)崿F(xiàn)三模同步，還應(yīng)當對表決器部位進行準確設(shè)計，從而大幅度降低時鐘容錯等故障問題的發(fā)生概率，而二模動態(tài)冗余系統(tǒng)，則要求整體冗余管理工作應(yīng)當具備更高的可靠性與高效性，否則就會加大各類安全問題的發(fā)生概率。目前，這兩種不同系統(tǒng)之間在進行可靠性計算的過程中，都是在表決器以及冗余管理機構(gòu)可靠度的基礎(chǔ)上所開展的，由于整體投資成本相對較高，使其在通信以及航天等可靠性要求較高的專業(yè)領(lǐng)域中并沒有得到廣泛應(yīng)用。同時，在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)當中，還涉及到了大部分與安全相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，主要就是由規(guī)模較大的集成電路芯片所組成的，這種集成電路芯片自身具備著對稱的錯誤特性，這也使得芯片產(chǎn)生斷路故障以及短路故障的概率是相同的。所以，這就需要在采用集成電路芯片的實際過程中，確保計算機聯(lián)鎖具備著故障安全性特征，通常情況下，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)內(nèi)部都會采取容錯技術(shù)以及避錯技術(shù)來提升系統(tǒng)的可靠性，以此來降低故障問題的發(fā)生概率，但這種方式仍舊無法確保系統(tǒng)具備著絕對的可靠性，這是由于無論何種芯片，其自身的可靠性都是存在限度的，一旦超出這個限度就需要付出極大的代價，在這種情況下，為了降低計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)故障問題的發(fā)生概率，就應(yīng)當采取容錯技術(shù)。而容錯技術(shù)應(yīng)用的核心就在于承認故障無法避免這一事實情況，以此為基礎(chǔ)來對故障影響的解決措施進行使用，這就需要投入更多的資源。

除此之外，CBI 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)還能夠應(yīng)用在鐵路交通系統(tǒng)以及軌道交通系統(tǒng)當中，其屬于列車控制系統(tǒng)內(nèi)部的聯(lián)鎖子系統(tǒng)，除卻擁有基本的電氣聯(lián)鎖功能之外，還將能夠滿足提前發(fā)車、保護進路以及車站封鎖等特殊聯(lián)鎖功能的基本需求[2]。

4 計算機聯(lián)鎖軌道采集電路的具體優(yōu)化措施

4.1 軟硬件冗余技術(shù)

在計算機聯(lián)鎖軌道采集電路當中，其所采用的都是冗余結(jié)構(gòu)來提升自身的安全性與可靠性，本質(zhì)就在于添加部分性能一致的模塊，但這部分模塊站在系統(tǒng)功能的角度上來看是完全多余的。然而，在提升系統(tǒng)運轉(zhuǎn)安全性與穩(wěn)定性的方面，這些模塊則是必要的，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)內(nèi)部的可靠性冗余結(jié)構(gòu)，就是為了提升系統(tǒng)可靠性或是達到目標所用的一種的冗余結(jié)構(gòu)?？煽啃匀哂嘟Y(jié)構(gòu)中，所采用的則是雙機熱備二重系統(tǒng)，而安全性冗余結(jié)構(gòu)則是為了達到主要安全指標的冗余結(jié)構(gòu)，通常采用雙機共同工作的方式，并進行較為頻繁的結(jié)構(gòu)更換。由此可以看出，在計算機聯(lián)鎖軌道采集電路當中，其不僅有著較高要求的可靠性指標，還有著同樣重要的安全性指標，可以構(gòu)建出一種二乘二取二或是三取二的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在區(qū)域性的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)方面，所用的就是二乘二取二的軟件冗余技術(shù)以及硬件冗余技術(shù)，在遵循安全原則的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計，這樣不僅可以保證系統(tǒng)的可靠性，還能夠進一步滿足系統(tǒng)安全性方面的需求。同時，CBI 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)也只有處在雙系共同工作的狀態(tài)中，安全信號才可以正常輸入，然而，如果其中某一系產(chǎn)生了故障問題，系統(tǒng)就會自動將輸出切斷，進入到安全模式當中，并且只有在故障徹底排除過后，雙系才能夠恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)當中，在表決通過之后對控制信號進行輸出。

4.2 軟硬件檢查技術(shù)

為了在根本上提高計算機聯(lián)鎖軌道采集電路的安全性與穩(wěn)定性，就應(yīng)當在應(yīng)用CBI 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的過程中，通過軟件在線自檢技術(shù)與硬件電路回檢技術(shù)之間的融合來形成全新的軟硬件檢查技術(shù)，在硬件電路當中提升對于關(guān)鍵電路部位的檢測力度，通過安全繼電器的應(yīng)用來確保電路在產(chǎn)生故障的過程中，會將故障問題直接導(dǎo)向安全部位上；而在軟件檢測方面，則囊括了電自檢以及持續(xù)周期自檢等多方面內(nèi)容，在軟件上的電自檢內(nèi)容主要為版本信息、配置信息、電源狀態(tài)以及內(nèi)存狀態(tài)等多方面內(nèi)容的檢測，以此來保證系統(tǒng)在啟動過程中能夠始終處在安全可靠的運轉(zhuǎn)狀態(tài)中。同時，在線自檢也會對這部分系統(tǒng)的運行狀態(tài)展開周期性的輪檢，這樣不僅能夠準確找尋出計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)內(nèi)容存在的各類故障問題，確保系統(tǒng)工作的安全性與穩(wěn)定性。

4.3 雙環(huán)網(wǎng)通信技術(shù)

為了確保CBI 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的安全通信，就要在不同的子系統(tǒng)之間采取紅藍網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)設(shè)計的方式，這樣不僅可以提升整體通信的可靠性，也能夠大幅度降低各類問題的發(fā)生概率。在現(xiàn)場部位的總線設(shè)計中，應(yīng)當采用CAN 安全通信協(xié)議，這是由于CAN 協(xié)議自身就具備著安全校驗機制以及錯誤檢測機制，可以更好地保證通信過程的安全性。同時，在CBI 聯(lián)鎖子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間的核心傳輸層當中所采用的則是IP/MOLS 技術(shù)，接入層當中應(yīng)當將IEEE802.3以太網(wǎng)作為標準所在，以此來保證CBI 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間可以進行更加安全穩(wěn)定的通信[3]。

4.4 繼電器接口防護

在中國目前的計算機聯(lián)鎖軌道采集電路控制系統(tǒng)當中，所采用的主要就是繼電接口電路的方式，通常情況下，繼電接口電路都會采取AX 系列的安全型繼電器，并根據(jù)故障-安全的基本原則進行設(shè)計，計算機聯(lián)鎖則通過對接口電路內(nèi)部繼電器動作的驅(qū)動以及采集，進一步完善整體的安全控制工作。在計算機聯(lián)鎖設(shè)備當中，還配置了能夠采集繼電器工作狀態(tài)的采集板以及輸出板，采集板與輸出板當中還分別設(shè)計了安全性更高的采集電路與驅(qū)動電路，雖然其對于繼電器采集驅(qū)動回路所產(chǎn)生的電磁干擾問題以及斷線故障問題都起到了較好的防護作用，但針對內(nèi)部的單點混線故障卻并沒有提出對應(yīng)的防護措施，所以，為了進一步提高計算機聯(lián)鎖設(shè)備應(yīng)用的安全性，就必須采取必要的措施來對繼電器采集接口與驅(qū)動回路接口進行防護。

4.4.1 繼電器采集接口防護

在計算機聯(lián)鎖當中，可以通過對繼電器組合節(jié)點狀態(tài)的采集，進一步獲取電路設(shè)備與軌旁信號設(shè)備結(jié)合過后的狀態(tài)，根據(jù)繼電器接電狀態(tài)采集的基本原則，主要就是通過聯(lián)鎖設(shè)備來將系統(tǒng)內(nèi)部涉及到的DC 24V 正電，利用線纜配置在組合架當中需要采集的接點部位，而在被采集繼電器吸起時，其仍舊可以通過繼電器的接點來返回至對應(yīng)的采集通道當中，并根據(jù)所采集到的電信號來進一步判斷繼電器是否處在閉合狀態(tài)中。

4.4.2 繼電器驅(qū)動接口防護

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)主要就是通過對接口電路周邊相關(guān)繼電器的驅(qū)動，從而對結(jié)合電路與信號設(shè)備的狀態(tài)進行控制。而在被控繼電器當中，則是通過輸出板上涉及到的安全電路來對DC 24V 進行輸出驅(qū)動，不同輸出通道當中的驅(qū)動電源，其所采用的也都是由聯(lián)鎖系統(tǒng)配置過后的DC 24V 電源。因此，為防止驅(qū)動回路單點混線造成的安全風險，計算機聯(lián)鎖的繼電器輸出回路宜采用雙斷輸出設(shè)計，即輸出板每一路輸出通道同時輸出控制繼電器動作的正電和負電，在發(fā)生單點混線故障時，在一個通道驅(qū)動繼電器吸起時，由于被混電的輸出通道無法形成有效控制回路，另一路被控繼電器不會錯誤驅(qū)動吸起，保障繼電器驅(qū)動接口的安全[4]。

5 結(jié)論

在當前的社會發(fā)展進程中，鐵路的快速發(fā)展已經(jīng)成為一張亮麗的中國名片，鐵路交通已經(jīng)成為群眾日常生活中必不可少的交通出行方式，而為了更好地維護聯(lián)鎖采集內(nèi)部系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，就應(yīng)當加大對于計算機聯(lián)鎖軌道采集電路的重視程度，準確找尋出其內(nèi)部存在的各類問題，并采取針對性措施加以解決，確保整體計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)逐漸向電子化控制轉(zhuǎn)變。