试析准池铁路型计算机联锁控制系统容错技术

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　　摘  要：随着计算机技术水平越来越高，在很多领域中都发挥着重要的作用。在铁路系统中的应用提高了列车运行的安全性，也增强了列车突发事件的应对水平。随着铁路系统的完善和发展，铁路信号计算机联锁控制系统也取得了进步，升级改造的力度也不断地在加强。计算机作为联锁控制系统的核心内容，经过完善和发展能够增强系统本身的自我防御能力。铁路信号计算机联锁控制系统容错技术能够推动铁路行业的发展和进步，需要在实践中加以重视，文章主要针对这种技术作了详细介绍，希望可以为相关人员提供参考。
　　关键词：铁路信号;计算机联锁系统;控制系统;容错技术;铁路行业
　　中图分类号：U284         文献标志码：A 文章编号：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
　　容错技术在铁路信号系统中的应用，需要借助其他技术，才能够保证铁路信号计算机联锁控制系统的可靠性。通过升级并完善现有的计算机系统软硬件，让信息冗余和计算的时间均缩短，从而达到高效控制铁路信号的目的。从当前铁路信号计算机联锁控制系统容错技术来看主要包括了三模冗余以及双机热备两种技术。针对这两种技术在计算机联锁领域中的应用研究越来越深入，产生了积极的作用。
　　1 铁路信号计算机联锁控制系统容错技术工作原理
　　1.1 硬件冗余型的工作原理
　　铁路信号计算机联锁控制系统容错技术利用的是二乘二取二冗余系统，它主要是包括了两个比较子系统以及一个输出选择器。比较子系统又包括了两个具有故障检测功能的运算模块以及一个比较器。具体运用过程中运算模块具有自检故障的功能，所以当自检出现故障之后便能够发送控制信号至比较器。无论是哪一个模块自检出现了故障，系统会应用两种不同的工作策略。其一是直接发送子系统可测故障的信号至输出选择器，这样一来子系统的输出就会保持无效状态。其二是令剩余模块保持工作状态，剩余模块的输出这时候就会作为子系统输出而存在，能够被比较器识别。
　　输出选择器具有能够选择两个比较子系统之一的输出，进而达到控制被控对象的作用。被输出选择器选择的子系统一般又被称之为主机子系统，而相应的没有被输出选择器选择子系统则被称之为备机子系统。当处于正常状态的时候，这两个子系统均可以产生输出，但是只有一个会控制被控对象。因此当子系统发生了故障，输出选择器需要令被控对象导向安全输出。之所以在计算机联锁控制系统中应用容错技术就是因为如果采用一模计算方法，当计算结果失误或者错误的时候将会付出更大的代价计算没有价值的结果，不仅会浪费大量的时间和精力，而且最终的结果对于铁路系统并不会产生积极的作用，甚至还会导致安全事故发生。
　　1.2 双机热备的工作原理
　　雙机热备的工作原理需要联系到动态冗余，这是因为它在动态冗余中有着更加重要的作用。双机热备三模冗余相比它的内部有着更多的模块，包括了工作模块、切换开关以及故障自我检查模块等七个模块。当双机热备处于正常工作状态之中的时候，其实这时候七个模块中只有一个模块属于工作的状态，其他六个模块这时候均以待机的状态存在，只有当系统发出了相关指令之后，其他六个模块才会以辅助这一模块工作的状态运行，而且也需要结合实际来确定其他模块中的某一个模块成为工作状态。
　　当然在双机热备中一开始就能够处于工作状态的模块属于基本模块，其他相对处于待机状态的模块则视作储存模块，储存模块和基本模块之间属于相互辅助的关系，能够有效解决基本模块故障的问题。因为基本模块无法正常运行的时候系统便会发送指令，根据实际情况来启动六个储存模块其中的一个，达到切换控制的效果。实际应用中一般利用储存模块就可以解决基本模块运行故障问题，但是如果本身储存模块就存在错误，那么会连续启动其他剩余的储存模块，直到系统处于正常运行的状态之中。 　　之所以在基本模块之上还设计六个储存模块，是因为只有这样的规模才能够满足系统设备运行的需求，从而保证工作状态没有失误。当然通常在实践中六个储存模块和一个基本模块的设计已经足够涵盖所有错误问题，令系统能够及时以切换模块的方式恢复正常，从而保证铁路运行的安全性。
　　使用双机热备的时候，应当对其全面地分析，以达到正确应用的效果，发挥其潜在的作用。双机热备使用所需的成本和维修保养费用也需要考虑在内，以更好地优化设计方案。所以设计模块的数量的时候已经将这些问题考虑在内了，除了能够满足日常需求之外，维修保养的成本也会降低，但是效果却会达到最高。从前面分析的内容即可知道双机热备仅仅需要一个模块处于工作状态之中就可以保证系统设备的正常运行。从表面上这时消耗的仅仅是基本模块或者是储存模块的资源，但是实际上六个处于待机状态的模块同样会消耗系统内的资源。以此来推论就会发现当双机热备的模块数量过多的时候其实其应用成本就增加了，而且由于只能够有一个模块处于工作状态，所以越多的待机模块就越是会浪费资源。设计人员设计的时候就要结合实际情况控制模块的数量，当然这也是目前研究设计人员面临的问题，甚至是困难。但是由于双机热备的使用价值较高，拥有非常快的切换速度，可以达到始终保持铁路系统正常运行状态的效果，所以对于双机热备的研究具有价值和意义。
　　2 铁路信号计算机联锁控制系统容错技术的应用
　　2.1 软件冗余
　　铁路信号计算机联锁控制系统容错技术的应用表现在软件冗余方面，容错技术的目的是确保铁路信号系统始终处于安全的状态之中，它利用的是双份编码的形式，以形成特定语言和结构，从而达到高效率的存储效果，确保数据的安全真实且有效，以促进铁路的安全运行。
　　2.2 硬件冗余
　　铁路信号计算机联锁控制系统容错技术的应用还表现在对硬件的冗余方面，结合这种技术的工作原理可以知道，当联锁控制系统运行的时候，其实它是以双模块的形式运行的。铁路作为人们出行的交通工具，必须要具有绝对的安全才能够保障人们的生命财产安全。所以针对计算机联锁控制系统的研究越来越多，其中最为明显的就是确保数据能够在实时的状态下被传输，不容许系统存在故障的可能性。
　　针对安全机制加以考虑的时候，要从其特殊性的要求出发，由于人机对话机和连锁机之间连接靠的是集线器。当两个集线器将这些设备联系在一起之后就会形成局域网，相互之间的联系加强了能够产生更大的动力。传递信息的时候主要以两两的形式进行，结合当前互联网的使用情况分析局域网会发现局域网的网络环境要比互联网的网络环境干净很多倍。所以在这样的局域网中传输数据和信息确实能够达到实时的效果，而且不会被不法分子盗取数据，也不会被黑客攻击和影响。除此之外，局域网状态下的设备数量和种类都非常少，这就降低了升级改造的成本，有利于节省开支。当设备运行的时候，局域网能够起到一种保护的作用，保证铁路系统实时在线，同时还能够处理各种数据和信息。杜绝外部侵害的效果非常大，对于保证铁路系统的信息传输效率具有重要的意义，从而为铁路的安全运行提供了强有力的保障。
　　2.3 技术特点
　　铁路信号计算机联锁控制系统容错技术具有安全性，其中包含了先进的技术能够达到对工作现场各个环节实时管控的效果。它的管控形式是一对一的。包含的七个模块具有自检功能，也正是因为这一功能才会让这些模块之间不会相互影响，只是一辅助的形式而存在。利用先进的技术加以模块开发的时候，选择材料的时候会将安全可靠性放在第一位，利用冗余机构的作用提高其可用水平。再者模块故障能够达到在线维护的效果，所以总的来讲它的可靠性和安全性都能够满足当前铁路运行安全性的要求。
　　3 铁路信号计算机联锁控制系统
　　研究铁路信号计算机联锁控制系统容错技术的时候不得不对铁路信号计算机联锁控制系统进行分析，以形成科学合理的结论。从实践中广泛应用的计算机联锁系统来看，计算机联锁系统其实就我们经常所说的CBI。铁路信号计算机联锁控制系统的工作目的是解决与火车运行相关的设备之间的关系，包括了信号机、道岔以及轨道这三部分。操作人员能够借助计算机联锁控制系统的作用下达指令，在这一过程中ATP以及ATS能够发挥输出联锁信息的作用。因此就会形成一种科学运行的状态，以便于铁路始终能够在正确的轨道上衣正常的时速运行，保障乘坐铁路人员的生命财产安全。这也是为什么铁路信号计算机联锁控制系统能够被应用到实践中的原因，在今后对其进行的研究还会更加深入，部分没有解决的问题也会逐渐得到解决。
　　从铁路信号计算机联锁控制系统的应用来总结其功能，能够发现主要表现在以下三个方面。其一是在正常操作处理方面的作用，以下达操作指令的形式表现出来。连锁机能够针对下达的指令加以分析并形成正确的判断结果，从而决定是否执行。这属于一个完整的反应过程，为了方便观察，会将反应过程在屏幕上加以显示。联锁控制系统还能够对错误指令发出提示，让操作人员能够及时发现指令错误的问题，进而调整和处理。
　　第二方面则是计算机操作系统它的对象是信号，这些信号是由现场正在工作的设备发出的，联锁控制的过程同样会被反应到屏幕上，而且会以实时的形式呈现。这样一来就会有利于工作人员的监督管控工作，提高他们的工作质量。
　　第三方面则是联锁控制技术其实还能够有效排出信号方面的故障，信号是由现场的工作设备发出的，当信号出现了故障意味着工作的设备出现了问题，这是能够立即发出预警和提示，从而达到快速排查故障并处理故障的效果。
　　联锁计算机的数据，并使其相互连接，从而形成的聯锁数据系统，其中汇总的数据有动态的也有静态的。
　　4 铁路信号计算机联锁控制系统的可靠性以及安全保障技术
　　4.1 故障原因
　　研究铁路信号计算机联锁控制系统的可靠性和安全保障技术的时候首先需要结合实际情况掌握计算机联锁控制系统可能出现的故障，以此为基础才能够找到故障发生的原因。目前存在两个方面的原因，一种是人为的，一种则是物理方面的。物理方面的原因仔细分析起来不外乎就是计算机联锁控制系统内部元器件的质量问题以及外部环境问题。内部元器件的质量问题主要是因为长时间的使用和运行导致的耗损，从而引发问题。当然也会存在内部元器件本身的质量就不达标的情况，例如在内部元器件的生产过程中出现了氧化穿孔等问题。加之安装的过程中操作人员没有严格按照操作规范进行，也会导致内部元器件无法正常运行。针对外部环境因素来看，则主要集中于电磁干扰、机械震动以及冲击等三个方面，这些都属于客观的因素，在解决的时候难度较大，要求从各个细节出发。而人为的原因则主要与操作人员的操作手法有关比如不规范操作以及失误操作等问题。 　　4.2 安全可靠性
　　铁路信号计算机联锁控制系统容错技术的研究和探讨不得不提高联锁控制系统具有的安全可靠性。由于它是基于铁路信号而存在，并为处理铁路信号而发挥作用的。所以针对铁路信号安全的分析要到位，具体来讲包括了功能安全和故障安全两个方面。铁路信号其实属于一种指示或者是命令，在具体的情况下它会以不同的形式呈现出来。目前针对铁路信号的研究还不够深入和彻底，所以还不具备统一性。铁路信号其实是作为一种提供服务的设备和技术存在的，它在实际应用中的价值能够被认识到。
　　故障处理方面计算机联锁控制系统相较于继电器联锁所表现出的优越性非常的明显，除了能够保证时效性之外，它的准确性还非常高。加之具体的运行状态之中，计算机联锁控制系统的控制中心为主控单元，它的工作对象是输入信心，并且能够实时传输信息，还能够起到复杂逻辑运算的作用。这样的运行系统对于铁路运行的安全性有了更大的保障。基于实践中的应用效果可以看到故障被发现和被处理这两个方面它都具有明显的效果。
　　5 结束语
　　铁路系统的安全性需要得到保障才会让铁路行业保持健康有序的发展状态，铁路作为现代人们出行经常选择的工具之一，它的安全水平对于人们的生活有著重要的影响。计算机联锁控制系统容错技术的出现让铁路系统的安全水平大大提高了。应用到实践中的时候会以冗余设置的形式达到目的，所以能够从各个方面实现降低错误率的效果，让铁路系统的安全性和有效性都更高，更满足人们的需求。
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