試析準池鐵路型計算機聯鎖控制系統容錯技術

焦景忠

摘 ?要：隨著計算機技術水平越來越高，在很多領域中都發揮著重要的作用。在鐵路系統中的應用提高了列車運行的安全性，也增強了列車突發事件的應對水平。隨著鐵路系統的完善和發展，鐵路信號計算機聯鎖控制系統也取得了進步，升級改造的力度也不斷地在加強。計算機作為聯鎖控制系統的核心內容，經過完善和發展能夠增強系統本身的自我防御能力。鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術能夠推動鐵路行業的發展和進步，需要在實踐中加以重視，文章主要針對這種技術作了詳細介紹，希望可以為相關人員提供參考。

關鍵詞：鐵路信號;計算機聯鎖系統;控制系統;容錯技術;鐵路行業

中圖分類號：U284 ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：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

容錯技術在鐵路信號系統中的應用，需要借助其他技術，才能夠保證鐵路信號計算機聯鎖控制系統的可靠性。通過升級并完善現有的計算機系統軟硬件，讓信息冗余和計算的時間均縮短，從而達到高效控制鐵路信號的目的。從當前鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術來看主要包括了三模冗余以及雙機熱備兩種技術。針對這兩種技術在計算機聯鎖領域中的應用研究越來越深入，產生了積極的作用。

1 鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術工作原理

1.1 硬件冗余型的工作原理

鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術利用的是二乘二取二冗余系統，它主要是包括了兩個比較子系統以及一個輸出選擇器。比較子系統又包括了兩個具有故障檢測功能的運算模塊以及一個比較器。具體運用過程中運算模塊具有自檢故障的功能，所以當自檢出現故障之后便能夠發送控制信號至比較器。無論是哪一個模塊自檢出現了故障，系統會應用兩種不同的工作策略。其一是直接發送子系統可測故障的信號至輸出選擇器，這樣一來子系統的輸出就會保持無效狀態。其二是令剩余模塊保持工作狀態，剩余模塊的輸出這時候就會作為子系統輸出而存在，能夠被比較器識別。

輸出選擇器具有能夠選擇兩個比較子系統之一的輸出，進而達到控制被控對象的作用。被輸出選擇器選擇的子系統一般又被稱之為主機子系統，而相應的沒有被輸出選擇器選擇子系統則被稱之為備機子系統。當處于正常狀態的時候，這兩個子系統均可以產生輸出，但是只有一個會控制被控對象。因此當子系統發生了故障，輸出選擇器需要令被控對象導向安全輸出。之所以在計算機聯鎖控制系統中應用容錯技術就是因為如果采用一模計算方法，當計算結果失誤或者錯誤的時候將會付出更大的代價計算沒有價值的結果，不僅會浪費大量的時間和精力，而且最終的結果對于鐵路系統并不會產生積極的作用，甚至還會導致安全事故發生。

1.2 雙機熱備的工作原理

雙機熱備的工作原理需要聯系到動態冗余，這是因為它在動態冗余中有著更加重要的作用。雙機熱備三模冗余相比它的內部有著更多的模塊，包括了工作模塊、切換開關以及故障自我檢查模塊等七個模塊。當雙機熱備處于正常工作狀態之中的時候，其實這時候七個模塊中只有一個模塊屬于工作的狀態，其他六個模塊這時候均以待機的狀態存在，只有當系統發出了相關指令之后，其他六個模塊才會以輔助這一模塊工作的狀態運行，而且也需要結合實際來確定其他模塊中的某一個模塊成為工作狀態。

當然在雙機熱備中一開始就能夠處于工作狀態的模塊屬于基本模塊，其他相對處于待機狀態的模塊則視作儲存模塊，儲存模塊和基本模塊之間屬于相互輔助的關系，能夠有效解決基本模塊故障的問題。因為基本模塊無法正常運行的時候系統便會發送指令，根據實際情況來啟動六個儲存模塊其中的一個，達到切換控制的效果。實際應用中一般利用儲存模塊就可以解決基本模塊運行故障問題，但是如果本身儲存模塊就存在錯誤，那么會連續啟動其他剩余的儲存模塊，直到系統處于正常運行的狀態之中。

之所以在基本模塊之上還設計六個儲存模塊，是因為只有這樣的規模才能夠滿足系統設備運行的需求，從而保證工作狀態沒有失誤。當然通常在實踐中六個儲存模塊和一個基本模塊的設計已經足夠涵蓋所有錯誤問題，令系統能夠及時以切換模塊的方式恢復正常，從而保證鐵路運行的安全性。

使用雙機熱備的時候，應當對其全面地分析，以達到正確應用的效果，發揮其潛在的作用。雙機熱備使用所需的成本和維修保養費用也需要考慮在內，以更好地優化設計方案。所以設計模塊的數量的時候已經將這些問題考慮在內了，除了能夠滿足日常需求之外，維修保養的成本也會降低，但是效果卻會達到最高。從前面分析的內容即可知道雙機熱備僅僅需要一個模塊處于工作狀態之中就可以保證系統設備的正常運行。從表面上這時消耗的僅僅是基本模塊或者是儲存模塊的資源，但是實際上六個處于待機狀態的模塊同樣會消耗系統內的資源。以此來推論就會發現當雙機熱備的模塊數量過多的時候其實其應用成本就增加了，而且由于只能夠有一個模塊處于工作狀態，所以越多的待機模塊就越是會浪費資源。設計人員設計的時候就要結合實際情況控制模塊的數量，當然這也是目前研究設計人員面臨的問題，甚至是困難。但是由于雙機熱備的使用價值較高，擁有非常快的切換速度，可以達到始終保持鐵路系統正常運行狀態的效果，所以對于雙機熱備的研究具有價值和意義。

2 鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術的應用

2.1 軟件冗余

鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術的應用表現在軟件冗余方面，容錯技術的目的是確保鐵路信號系統始終處于安全的狀態之中，它利用的是雙份編碼的形式，以形成特定語言和結構，從而達到高效率的存儲效果，確保數據的安全真實且有效，以促進鐵路的安全運行。

2.2 硬件冗余

鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術的應用還表現在對硬件的冗余方面，結合這種技術的工作原理可以知道，當聯鎖控制系統運行的時候，其實它是以雙模塊的形式運行的。鐵路作為人們出行的交通工具，必須要具有絕對的安全才能夠保障人們的生命財產安全。所以針對計算機聯鎖控制系統的研究越來越多，其中最為明顯的就是確保數據能夠在實時的狀態下被傳輸，不容許系統存在故障的可能性。

針對安全機制加以考慮的時候，要從其特殊性的要求出發，由于人機對話機和連鎖機之間連接靠的是集線器。當兩個集線器將這些設備聯系在一起之后就會形成局域網，相互之間的聯系加強了能夠產生更大的動力。傳遞信息的時候主要以兩兩的形式進行，結合當前互聯網的使用情況分析局域網會發現局域網的網絡環境要比互聯網的網絡環境干凈很多倍。所以在這樣的局域網中傳輸數據和信息確實能夠達到實時的效果，而且不會被不法分子盜取數據，也不會被黑客攻擊和影響。除此之外，局域網狀態下的設備數量和種類都非常少，這就降低了升級改造的成本，有利于節省開支。當設備運行的時候，局域網能夠起到一種保護的作用，保證鐵路系統實時在線，同時還能夠處理各種數據和信息。杜絕外部侵害的效果非常大，對于保證鐵路系統的信息傳輸效率具有重要的意義，從而為鐵路的安全運行提供了強有力的保障。

2.3 技術特點

鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術具有安全性，其中包含了先進的技術能夠達到對工作現場各個環節實時管控的效果。它的管控形式是一對一的。包含的七個模塊具有自檢功能，也正是因為這一功能才會讓這些模塊之間不會相互影響，只是一輔助的形式而存在。利用先進的技術加以模塊開發的時候，選擇材料的時候會將安全可靠性放在第一位，利用冗余機構的作用提高其可用水平。再者模塊故障能夠達到在線維護的效果，所以總的來講它的可靠性和安全性都能夠滿足當前鐵路運行安全性的要求。

3 鐵路信號計算機聯鎖控制系統

研究鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術的時候不得不對鐵路信號計算機聯鎖控制系統進行分析，以形成科學合理的結論。從實踐中廣泛應用的計算機聯鎖系統來看，計算機聯鎖系統其實就我們經常所說的CBI。鐵路信號計算機聯鎖控制系統的工作目的是解決與火車運行相關的設備之間的關系，包括了信號機、道岔以及軌道這三部分。操作人員能夠借助計算機聯鎖控制系統的作用下達指令，在這一過程中ATP以及ATS能夠發揮輸出聯鎖信息的作用。因此就會形成一種科學運行的狀態，以便于鐵路始終能夠在正確的軌道上衣正常的時速運行，保障乘坐鐵路人員的生命財產安全。這也是為什么鐵路信號計算機聯鎖控制系統能夠被應用到實踐中的原因，在今后對其進行的研究還會更加深入，部分沒有解決的問題也會逐漸得到解決。

從鐵路信號計算機聯鎖控制系統的應用來總結其功能，能夠發現主要表現在以下三個方面。其一是在正常操作處理方面的作用，以下達操作指令的形式表現出來。連鎖機能夠針對下達的指令加以分析并形成正確的判斷結果，從而決定是否執行。這屬于一個完整的反應過程，為了方便觀察，會將反應過程在屏幕上加以顯示。聯鎖控制系統還能夠對錯誤指令發出提示，讓操作人員能夠及時發現指令錯誤的問題，進而調整和處理。

第二方面則是計算機操作系統它的對象是信號，這些信號是由現場正在工作的設備發出的，聯鎖控制的過程同樣會被反應到屏幕上，而且會以實時的形式呈現。這樣一來就會有利于工作人員的監督管控工作，提高他們的工作質量。

第三方面則是聯鎖控制技術其實還能夠有效排出信號方面的故障，信號是由現場的工作設備發出的，當信號出現了故障意味著工作的設備出現了問題，這是能夠立即發出預警和提示，從而達到快速排查故障并處理故障的效果。

聯鎖計算機的數據，并使其相互連接，從而形成的聯鎖數據系統，其中匯總的數據有動態的也有靜態的。

4 鐵路信號計算機聯鎖控制系統的可靠性以及安全保障技術

4.1 故障原因

研究鐵路信號計算機聯鎖控制系統的可靠性和安全保障技術的時候首先需要結合實際情況掌握計算機聯鎖控制系統可能出現的故障，以此為基礎才能夠找到故障發生的原因。目前存在兩個方面的原因，一種是人為的，一種則是物理方面的。物理方面的原因仔細分析起來不外乎就是計算機聯鎖控制系統內部元器件的質量問題以及外部環境問題。內部元器件的質量問題主要是因為長時間的使用和運行導致的耗損，從而引發問題。當然也會存在內部元器件本身的質量就不達標的情況，例如在內部元器件的生產過程中出現了氧化穿孔等問題。加之安裝的過程中操作人員沒有嚴格按照操作規范進行，也會導致內部元器件無法正常運行。針對外部環境因素來看，則主要集中于電磁干擾、機械震動以及沖擊等三個方面，這些都屬于客觀的因素，在解決的時候難度較大，要求從各個細節出發。而人為的原因則主要與操作人員的操作手法有關比如不規范操作以及失誤操作等問題。

4.2 安全可靠性

鐵路信號計算機聯鎖控制系統容錯技術的研究和探討不得不提高聯鎖控制系統具有的安全可靠性。由于它是基于鐵路信號而存在，并為處理鐵路信號而發揮作用的。所以針對鐵路信號安全的分析要到位，具體來講包括了功能安全和故障安全兩個方面。鐵路信號其實屬于一種指示或者是命令，在具體的情況下它會以不同的形式呈現出來。目前針對鐵路信號的研究還不夠深入和徹底，所以還不具備統一性。鐵路信號其實是作為一種提供服務的設備和技術存在的，它在實際應用中的價值能夠被認識到。

故障處理方面計算機聯鎖控制系統相較于繼電器聯鎖所表現出的優越性非常的明顯，除了能夠保證時效性之外，它的準確性還非常高。加之具體的運行狀態之中，計算機聯鎖控制系統的控制中心為主控單元，它的工作對象是輸入信心，并且能夠實時傳輸信息，還能夠起到復雜邏輯運算的作用。這樣的運行系統對于鐵路運行的安全性有了更大的保障。基于實踐中的應用效果可以看到故障被發現和被處理這兩個方面它都具有明顯的效果。

5 結束語

鐵路系統的安全性需要得到保障才會讓鐵路行業保持健康有序的發展狀態，鐵路作為現代人們出行經常選擇的工具之一，它的安全水平對于人們的生活有著重要的影響。計算機聯鎖控制系統容錯技術的出現讓鐵路系統的安全水平大大提高了。應用到實踐中的時候會以冗余設置的形式達到目的，所以能夠從各個方面實現降低錯誤率的效果，讓鐵路系統的安全性和有效性都更高，更滿足人們的需求。

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