铁路信号计算机联锁控制系统容错技术研究

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摘 要：铁路信号计算机联锁控制系统的容错技术是列车安全运行的重要保障，在计算机控制系统快速发展的今天，为了保证系统运行的可靠性与安全性，我们需要对容错系统进行详细的研究。本文通过对容错技术的介绍、具体容错技术的分析、容错技术的应用方面进行阐述，发现目前存在的问题，并且为当前遇到的问题提出解决方案，为容错技术在铁路信号中的应用提供更加宝贵的经验。
关键词：铁路信号；计算机；联锁控制系统；容错技术；研究
一、对铁路信号计算机联锁控制系统容错技术的认识
（1）对铁路信号的介绍
铁路信号是以标志物、灯具、音响等设备向铁路工作人员发送列车的行驶状况的设备，主要作用是保证列车安全的行驶和高效的进行调车。早期的铁路信号十分的简陋，现在随着互联网等信息技术的快速发展，铁路信号的形势发生了巨大的变化，已经能够进行自动驾驶、自动控制、智能调车等新运作方式，目前大部分铁路都安装了自动闭塞、集中联锁控制、集中调度等设备，能够确保列车的安全高效配置。
（2）对计算机联锁控制系统的介绍
计算机联锁控制系统是对列车行车的重要控制设备，是保障铁路列车安全行驶必不可少设备，主要作用是实现对站道内的岔道设备、信号机、轨道电路的协同控制，保障各个系统能够正常运转。
（3）对计算机容错技术的认识
容错技术就是当设备发生故障时能够进行自动检测，并且使设备恢复正常运转的一种技术，能够在保证设备发生故障时，系统程序不会更改，系统的运行参数不会改变，最后的执行结果也不会因系统故障而产生差错。
二、对基于RTLinux的容错计算机联锁控制系统进行分析
（1）基于RTLinux的容错计算机联锁控制系统结构
从硬件结构上来看，主要包括通信接口层、命令驱动、维修管理机，联锁逻辑运算层等系统硬件，通过各模块的协同工作完成对系统故障的排错。
①通信接口层的运行原理及模式。通信接口层主要是操作人员通过对鼠标等计算机设备的操作形成各种命令，对系统的各项参数进行严格检查，对于不合理的数据进行分析并改正。从运行原理上看，通信接口层的双机同时运行时各个物理层面保持独立运行，彼此不受外界因素影响，并且只需要一名操作人员进行人工操作，极大地节省了人力资源。
②联锁逻辑运算层的运行模式。结构上包括互为热备系统的联锁机，可以执行来自人机会话机下达的命令，并且可以进行联锁运算，然后将运算的结果发送到人机会话层与采集驱动层，这种结构避免了运算过程中误差的产生，对结果的可靠性与安全性提供了保障。
③维修管理机的运行模式。维修管理机主要职责是记录信息的变化情况，能过通过局域网与各种系统进行连接，对微机的运行状态实时监控，完成对记录信息的存储、转存、输出等操作，并且能够对室外信息进行监测，提升了操作的便捷性。
④命令驱动层的职能。命令驱动层主要负责执行人机对话层下达的控制指令，实现数据采集的电子化、信息化、智能化。
（2）系统故障产生的原因
铁路信号计算机联锁控制系统产生故障的原因主要有两方面，一方面是物理机械出现故障，另一方面是工作人员操作失误或操作过程中的误差导致的故障，下面将从这两方面分析故障产生的原因。
①物理原因。物理故障包括系统运行的外部环境变化和内部零件出现问题两种情况。零件的损坏主要包括零件生产期间的氧化作用、安装过程中出现的开路问题、以及长时间通电运行形成的线路老化问题，外部环境造成的影响主要包括电磁波的干扰、机械运转过程中产生的振动、温度湿度对器械的影响等问题。
②人为因素。人为因素主要包括操作人员在操作过程中没有按照规范作业，或者无意识的操作失误导致的误差，还有可能是不法分子蓄意的破坏，造成的系统故障。
（3）计算机联锁控制系统的容错机制
在铁路信号计算机连锁控制系统运行的过程中，容错机制主要表现在软件的冗余、硬件的冗余、智能监测等方面。
①硬件冗余机制。硬件冗余也可以叫做双模容错，这是由于在联锁机运行过程中一般采用双模块系统模式，可以有效避免铁路信号对联机运行产生的影响，采用了热备份的模式，可以提高铁路信号系统的时效性。在联锁机、人机对话机和维修管理机之间安装两个集线器，依次进行连接，形成两个相互冗余的局域网。从结构上看，这种利用局域网进行连接的方式，不仅可以采用TCP/IP协议使数据在人机对话机与联锁机间进行传输，还可以在两联锁机之间进行数据传输，既保证了数据传输的速度，又可以完成与外部数据的交流，极大地提高的数据的流动性。但是利用局域网进行数据交流也存在一定的风险，主要是由于局域网在通信过程中如果出现故障，则有可能使整个计算机联锁容错控制系统瘫痪，因此在人机对话机和联锁机上应安装双网络接口板，保证系统的容错功能发挥作用。
②软件冗余机制。在软件冗余结构中，对联锁模块采取的编码方式不同，并且每一编码方式采用的汇编语言和汇编结构都不相同，数据获取的物理地址也不尽相同，这保证了软件冗余的多样性，如果两种方式出现的容错结果不同，可以重新进行运算检测，使容错的效率更高。
③智能监测。这一功能是为了保证系统在出现故障的时候，可以自行进行修正，确保系统能够迅速、准确、高效的被修复，是整个系统能够正常运行的重要保障
三、铁路信号计算机联锁控制系统容错技术的应用
目前在铁路信号计算机联锁控制领域主要两种模式，一种是三模冗余，另一种为双机热备，通过这两者模式的有效配合，可以高效完成容错的目标。
（1）三模冗余系统的应用
三模冗余的基本原理为：以少数服从多数为容错基础，按照多数的结果作为依据完成正确的输出。在具体的使用过程中，只需要关注正确的输出即可，对于过程中产生的不同结论可以忽略，不会对最终的结果产生影响，如果两个模块输出两个相同的状态，则认为输出结果是正确的，如果两个模块的输出状态不同，则系统出现故障，无法正常运转。这种系统可以显著提高容错的效果，但由于系统过于复杂，且制作工艺要求极高，我国目前还不能自行制造此系统，所以对于系统的广泛应用还需要进一步的研究。
（2）双机热备的应用
双机热备也成为待命储备系统，顾名思义，工作状态主要是处于待命替补状态，结构上由多个模块和故障检查器等组成，在工作过程中，当出现故障后会通过关闭开关来切除故障模块，然后使用备用的模块进行替补，保证系统的各个模块能够正常运转。在具体的应用过程中，由于这种系统有价格低廉、制造工艺简单、容错率高等特点，被广泛应用于各个领域，是人们容错系统的首选。
综上所述，不难看出现在的铁路信号计算机连锁控制容错技术已经非常发达，但对于关键技术我国还有不小的差距，所以我们应对现有的容错技术进行详细的分析，对系统的硬件软件进行研究，掌握核心技术，希望这篇文章能为相关工作者提供参考，能为我国铁路信号计算机联锁控制系统容错技术的发展提供帮助。
参考文献
[1]刘邦鹏.铁路信号计算机联锁控制系统的容错技术探讨[J].工程技术研究，2018（03）：51-52.
[2]李孟豪.探讨铁路信号计算机联锁控制系统容错技术[J].电子测试，2016（08）：91-92.
[3]李佳蔚.铁路信号计算机联锁技术介绍[J].铁路通信信号工程技术，2011，8（05）：20-23.
作者简介：
肖朝亮（1981-）；性別：男，籍贯：湖南省耒阳市人，学历：本科，毕业于重庆大学；现有职称：中级工程师；研究方向：铁路信号。
（作者单位：中铁建电气化局集团第四工程有限公司）