鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術研究

摘 要：鐵路信號計算機聯鎖控制系統的容錯技術是列車安全運行的重要保障，在計算機控制系統快速發展的今天，為了保證系統運行的可靠性與安全性，我們需要對容錯系統進行詳細的研究。本文通過對容錯技術的介紹、具體容錯技術的分析、容錯技術的應用方面進行闡述，發現目前存在的問題，并且為當前遇到的問題提出解決方案，為容錯技術在鐵路信號中的應用提供更加寶貴的經驗。

關鍵詞：鐵路信號；計算機；聯鎖控制系統；容錯技術；研究

一、對鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術的認識

（1）對鐵路信號的介紹

鐵路信號是以標志物、燈具、音響等設備向鐵路工作人員發送列車的行駛狀況的設備，主要作用是保證列車安全的行駛和高效的進行調車。早期的鐵路信號十分的簡陋，現在隨著互聯網等信息技術的快速發展，鐵路信號的形勢發生了巨大的變化，已經能夠進行自動駕駛、自動控制、智能調車等新運作方式，目前大部分鐵路都安裝了自動閉塞、集中聯鎖控制、集中調度等設備，能夠確保列車的安全高效配置。

（2）對計算機聯鎖控制系統的介紹

計算機聯鎖控制系統是對列車行車的重要控制設備，是保障鐵路列車安全行駛必不可少設備，主要作用是實現對站道內的岔道設備、信號機、軌道電路的協同控制，保障各個系統能夠正常運轉。

（3）對計算機容錯技術的認識

容錯技術就是當設備發生故障時能夠進行自動檢測，并且使設備恢復正常運轉的一種技術，能夠在保證設備發生故障時，系統程序不會更改，系統的運行參數不會改變，最后的執行結果也不會因系統故障而產生差錯。

二、對基于RTLinux的容錯計算機聯鎖控制系統進行分析

（1）基于RTLinux的容錯計算機聯鎖控制系統結構

從硬件結構上來看，主要包括通信接口層、命令驅動、維修管理機，聯鎖邏輯運算層等系統硬件，通過各模塊的協同工作完成對系統故障的排錯。

①通信接口層的運行原理及模式。通信接口層主要是操作人員通過對鼠標等計算機設備的操作形成各種命令，對系統的各項參數進行嚴格檢查，對于不合理的數據進行分析并改正。從運行原理上看，通信接口層的雙機同時運行時各個物理層面保持獨立運行，彼此不受外界因素影響，并且只需要一名操作人員進行人工操作，極大地節省了人力資源。

②聯鎖邏輯運算層的運行模式。結構上包括互為熱備系統的聯鎖機，可以執行來自人機會話機下達的命令，并且可以進行聯鎖運算，然后將運算的結果發送到人機會話層與采集驅動層，這種結構避免了運算過程中誤差的產生，對結果的可靠性與安全性提供了保障。

③維修管理機的運行模式。維修管理機主要職責是記錄信息的變化情況，能過通過局域網與各種系統進行連接，對微機的運行狀態實時監控，完成對記錄信息的存儲、轉存、輸出等操作，并且能夠對室外信息進行監測，提升了操作的便捷性。

④命令驅動層的職能。命令驅動層主要負責執行人機對話層下達的控制指令，實現數據采集的電子化、信息化、智能化。

（2）系統故障產生的原因

鐵路信號計算機聯鎖控制系統產生故障的原因主要有兩方面，一方面是物理機械出現故障，另一方面是工作人員操作失誤或操作過程中的誤差導致的故障，下面將從這兩方面分析故障產生的原因。

①物理原因。物理故障包括系統運行的外部環境變化和內部零件出現問題兩種情況。零件的損壞主要包括零件生產期間的氧化作用、安裝過程中出現的開路問題、以及長時間通電運行形成的線路老化問題，外部環境造成的影響主要包括電磁波的干擾、機械運轉過程中產生的振動、溫度濕度對器械的影響等問題。

②人為因素。人為因素主要包括操作人員在操作過程中沒有按照規范作業，或者無意識的操作失誤導致的誤差，還有可能是不法分子蓄意的破壞，造成的系統故障。

（3）計算機聯鎖控制系統的容錯機制

在鐵路信號計算機連鎖控制系統運行的過程中，容錯機制主要表現在軟件的冗余、硬件的冗余、智能監測等方面。

①硬件冗余機制。硬件冗余也可以叫做雙模容錯，這是由于在聯鎖機運行過程中一般采用雙模塊系統模式，可以有效避免鐵路信號對聯機運行產生的影響，采用了熱備份的模式，可以提高鐵路信號系統的時效性。在聯鎖機、人機對話機和維修管理機之間安裝兩個集線器，依次進行連接，形成兩個相互冗余的局域網。從結構上看，這種利用局域網進行連接的方式，不僅可以采用TCP/IP協議使數據在人機對話機與聯鎖機間進行傳輸，還可以在兩聯鎖機之間進行數據傳輸，既保證了數據傳輸的速度，又可以完成與外部數據的交流，極大地提高的數據的流動性。但是利用局域網進行數據交流也存在一定的風險，主要是由于局域網在通信過程中如果出現故障，則有可能使整個計算機聯鎖容錯控制系統癱瘓，因此在人機對話機和聯鎖機上應安裝雙網絡接口板，保證系統的容錯功能發揮作用。

②軟件冗余機制。在軟件冗余結構中，對聯鎖模塊采取的編碼方式不同，并且每一編碼方式采用的匯編語言和匯編結構都不相同，數據獲取的物理地址也不盡相同，這保證了軟件冗余的多樣性，如果兩種方式出現的容錯結果不同，可以重新進行運算檢測，使容錯的效率更高。

③智能監測。這一功能是為了保證系統在出現故障的時候，可以自行進行修正，確保系統能夠迅速、準確、高效的被修復，是整個系統能夠正常運行的重要保障

三、鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術的應用

目前在鐵路信號計算機聯鎖控制領域主要兩種模式，一種是三模冗余，另一種為雙機熱備，通過這兩者模式的有效配合，可以高效完成容錯的目標。

（1）三模冗余系統的應用

三模冗余的基本原理為：以少數服從多數為容錯基礎，按照多數的結果作為依據完成正確的輸出。在具體的使用過程中，只需要關注正確的輸出即可，對于過程中產生的不同結論可以忽略，不會對最終的結果產生影響，如果兩個模塊輸出兩個相同的狀態，則認為輸出結果是正確的，如果兩個模塊的輸出狀態不同，則系統出現故障，無法正常運轉。這種系統可以顯著提高容錯的效果，但由于系統過于復雜，且制作工藝要求極高，我國目前還不能自行制造此系統，所以對于系統的廣泛應用還需要進一步的研究。

（2）雙機熱備的應用

雙機熱備也成為待命儲備系統，顧名思義，工作狀態主要是處于待命替補狀態，結構上由多個模塊和故障檢查器等組成，在工作過程中，當出現故障后會通過關閉開關來切除故障模塊，然后使用備用的模塊進行替補，保證系統的各個模塊能夠正常運轉。在具體的應用過程中，由于這種系統有價格低廉、制造工藝簡單、容錯率高等特點，被廣泛應用于各個領域，是人們容錯系統的首選。

綜上所述，不難看出現在的鐵路信號計算機連鎖控制容錯技術已經非常發達，但對于關鍵技術我國還有不小的差距，所以我們應對現有的容錯技術進行詳細的分析，對系統的硬件軟件進行研究，掌握核心技術，希望這篇文章能為相關工作者提供參考，能為我國鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術的發展提供幫助。

參考文獻

[1]劉邦鵬.鐵路信號計算機聯鎖控制系統的容錯技術探討[J].工程技術研究，2018（03）：51-52.

[2]李孟豪.探討鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術[J].電子測試，2016（08）：91-92.

[3]李佳蔚.鐵路信號計算機聯鎖技術介紹[J].鐵路通信信號工程技術，2011，8（05）：20-23.

作者簡介：

肖朝亮（1981-）；性別：男，籍貫：湖南省耒陽市人，學歷：本科，畢業于重慶大學；現有職稱：中級工程師；研究方向：鐵路信號。

（作者單位：中鐵建電氣化局集團第四工程有限公司）