铁路信号计算机联锁控制系统容错技术探析张国令

铁路信号计算机联锁控制系统容错技术探析张国令

张国令

大秦铁路股份有限公司侯马电务段山西侯马043000

摘要：在科学技术不断发展的时代背景下，我国铁路信号计算机联锁控制系统虽然得到了有效的发展，但是从实际情况来看，其发展速度较为缓慢，不利于铁路信号计算机联锁控制系统的推广与应用。为了更好的促使该系统得到推广，文章主要简单分析了铁路信号计算机联锁控制系统的原理，重点围绕其容错技术进行了详细的分析，希望能够提高铁路系统运行稳定性的同时，也为我国铁路行业迈向可持续发展道路打下坚实的基础。

关键词：铁路系统信号；计算机联锁系统；容错技术

引言：文章主要基于系统软件和硬件等多个角度对计算机联锁控制系统的容错技术展开深入分析，全面介绍任务级、系统级和进程级容错技术的具体应用，并详细说明了该技术对于铁路系统安全可靠性提升的作用，未来随着计算机技术的不断发展，联锁系统高可靠、强容错、分布式的优势将进一步凸显，在实验检验后在市场中进行大范围的推广应用，为保障铁路系统的正常运转贡献更多的力量。

1.三模冗余的工作原理及解释

对于三模冗余而言，行业人士还称之为TMR。主要由三个模块构成的三模冗余系统，如图1所示，针对M1、M2、M3相同的三个模块，我们可以看成是相同的计算机或者零部件。在系统运行过程中，M1、M2、M3对同等指令操作执行，然后将内容输送到表决器当中，之后再由表决器对内容进行输出。

图1.三模冗余原理图：

三模冗余的基本原理是：首先以承认“多数模块的输出是正确的”为基本出发点，实行“少数服从多数”的纠错原理，用三取二的多数判决作为系统的正确输出。在日常应用过程中，工作人员只需要对输出工作加以正确对待即可。通常情况下，在正常情况下，三个模块同时给出三个相同的输出，表决器输出一个结果作为三个模块的正确输出。当其中存在一个错误输出模块，那么对于其他两个模块而言，不会受到任何的影响，最终表决器也会输出正确的结果。若两个模块同时错成相同的状态，表决器的输出被误认为是正确的。三模表决系统可以明显提高系统的可靠性，使行车更为安全。

2.计算机联锁系统容错机制的具体表现

2.1软件冗余

在联锁模块的使用过程中可以采用双份编码形式，让每一份编码都能够存储在不同的物理空间，拥有独特的结构和语言，以确保整个系统信息数据的安全性。

2.2硬件冗余

双联锁机实质上是一种双模块形式。由于铁路系统对安全性的高要求，在运行过程中需要保证所有信息数据的实时传输，严禁较长时间的系统故障，因此铁路系统在设计过程中采用了热备份的方法，通过连接人机对话机和联锁机的集线器，将系统中的所有设备纳入到一个安全性更高的局域网中，使网络中的所有机器设备都能够进行信息传输，以保障数据信息的安全可靠。对于铁路系统来说，局域网相比于互联网具有安全高效的特点，能够支持更快的数据信息传输和实时在线信息处理，有效规降低来自周围环境的干扰，为铁路信息系统长时间正常工作营造了良好的环境。此外，局域网相对封闭，能够有效抵御外部网络病毒的侵袭和影响，保证了信息传输的安全有效，当然局域网在经济上也存在明显的优势，在对其升级改造时只需要较少的投入，所影响的机器设备有限，不会造成资源的大量浪费。

3.基于RTLinux的容错计算机联锁控制系统

3.1故障产生的原因

引发计算机联锁控制系统故障的原因主要包括认为因素和物理因素：物理因素是指在系统运行过程中由内部元器件损害或外部环境引发的故障，其中元器件损害主要包含通电运行老化、安装开路问题以及生产中发生的氧化穿孔等；外部环境是指由于电磁感染、机械振动或冲击造成的系统故障。人为因素是指在操作中由人为故意或失误产生的破坏性行为，导致系统运转不正常。

3.2系统结构

计算机联锁控制系统的硬件结构主要包括命令驱动、数据采集及联锁逻辑运算层；维修管理、人机会话和通信接口层。其中维修管理、人机会话和通信接口层属于双系统并行运行模式，具有相互独立的特性，能够在同一时间利用鼠标设备形成指令对动态数据进行监督检查，有效规避操作错误[1]，接受联锁机的相关命令执行信息，同时能够动态显示联锁机的运行状态，成功帮助工作人员完成任务指令。维修管理机能够利用车站局域网和人机会话机成功接受操作指令，并将车站信息数据、监测运行情况进行实时存储或打印，形成全站场室外信息监测窗口，而不会向联锁机发出操作信息，有效提高了系统的可靠性和便捷性。通讯前置机利用车站局域网和广域网将DMIS系统、CTC系统、车次号输入系统进行有效连接，构建了安全有效的联锁测试通信接口。对现场状态进行联锁逻辑运算；将运算结果传输给采集驱动层和人机会话层。而命令驱动和数据采集层的主要工作是根据人机会话机下达的控制指令执行相关任务，并采用全电子化工作模式进行现场数据采集[2]。

结论：

简而言之，随着计算机技术的成熟发展，铁路系统得到快速升级迭代，有效保障了列车运行安全和突发公共安全问题的及时解决。然而由于各种技术资源和软硬件系统的持续输入，整个铁路系统内部架构日益庞大，内部操作系统和技术功能也愈加复杂，给系统的运行带来了巨大的安全隐患，严重影响了广大人民群众的生命财产安全。而与此同时计算机信息化操作系统不断升级，自我防御性和操作对象也日益变强，由系统故障产生的安全问题频发。对此，文章针对铁路信号计算机联锁控制系统容错技术方面进行了详细的分析。

参考文献：

[1]杨林芳.无人机容错飞行控制系统研究[D].南京航空航天大学，2017.

[2]苏琛，旷文珍，许丽全.电子计算机联锁系统中点灯控制电路的抗雷电冲击性能分析与设计（优先出版）[J].铁道标准设计，2016，（4）.