鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)組織

馬　強(qiáng)

[摘要]討論鐵道信號(hào)控制系統(tǒng)中為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的可靠性和故障-安全性,需要在系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入、輸出和數(shù)據(jù)組織方面的具體設(shè)計(jì)方法。

[關(guān)鍵詞]安全數(shù)據(jù) 動(dòng)態(tài)輸出 冗余 站場(chǎng)型數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類號(hào):TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0920091-01

鐵路信號(hào)系統(tǒng)組織指揮列車運(yùn)行,保證行車安全,提高運(yùn)輸效率,傳遞信息,改善行車人員勞動(dòng)條件的關(guān)鍵設(shè)施。鐵路信號(hào)的裝備水平和技術(shù)水準(zhǔn)是鐵路現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。[1]傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)設(shè)備多采用繼電器設(shè)備作為控制、邏輯運(yùn)算和記憶元件,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù),通信技術(shù)和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展,鐵路信號(hào)系統(tǒng)越來(lái)越多的采用計(jì)算機(jī)完成邏輯控制、系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)處理任務(wù),成為集通信、控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一身的新型控制系統(tǒng)。

由于鐵路信號(hào)設(shè)備,直接關(guān)乎行車安全,因此信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要滿足基本的故障-安全需要,即出現(xiàn)任何故障,都不應(yīng)產(chǎn)生導(dǎo)致危險(xiǎn)側(cè)的輸出。正是由于這一安全性要求,計(jì)算機(jī)在信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用時(shí),都應(yīng)經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì),而在鐵路信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織與數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié),也同樣需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),以確保數(shù)據(jù)的安全。

一、鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)類別

鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù),一般可以根據(jù)數(shù)據(jù)的安全性與可靠性要求分為安全數(shù)據(jù)和非安全數(shù)據(jù)。安全數(shù)據(jù)是指信號(hào)系統(tǒng)中直接與列車運(yùn)行控制有關(guān)的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)專門的安全處理,以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性;非安全數(shù)據(jù)是指與列車運(yùn)行控制不直接相關(guān)的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)安全性與可靠性處理上比安全數(shù)據(jù)相對(duì)簡(jiǎn)單。

根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)在控制過(guò)程中是否會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化,還可以把鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)就是指在控制過(guò)程中不隨時(shí)變化的,相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)據(jù),如:站場(chǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),信號(hào)設(shè)備名稱、安裝位置等數(shù)據(jù);動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)就是在信號(hào)控制系統(tǒng)中可能隨時(shí)變化的數(shù)據(jù),如信號(hào)設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù),列車運(yùn)行位置等。

在鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)中,靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),安全數(shù)據(jù)和非安全數(shù)據(jù)的組織和處理方式是有區(qū)別的。

二、數(shù)據(jù)組織方式

數(shù)據(jù)組織方式是鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)中確保系統(tǒng)安全性、可靠性和效率性的重要一環(huán),合理的數(shù)據(jù)組織可以提高數(shù)據(jù)的安全性,提高訪問(wèn)速度,進(jìn)而提高系統(tǒng)工作的效率。在很多信號(hào)系統(tǒng)中都有數(shù)據(jù)庫(kù),這些數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)系統(tǒng)的不同要求和數(shù)據(jù)的不同用途,對(duì)數(shù)據(jù)組織進(jìn)行了精心設(shè)計(jì),有獨(dú)到之處。在數(shù)據(jù)的輸入、輸出和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)安全方面,也做了專門的考慮。

(一)數(shù)據(jù)輸入安全

對(duì)于安全數(shù)據(jù)的輸入,需要確保輸入的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤,因此在信號(hào)控制系統(tǒng)中,對(duì)于安全數(shù)據(jù)的輸入,一般可以采取靜態(tài)冗余輸入和動(dòng)態(tài)輸入兩種途徑保證其達(dá)到相應(yīng)的安全級(jí)別。信號(hào)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)一般為一些開關(guān)量,對(duì)開關(guān)量進(jìn)行采樣,就獲得了需要的輸入數(shù)據(jù)。

靜態(tài)冗余輸入較為簡(jiǎn)單,就是對(duì)同一個(gè)開關(guān)量采用多位輸入后比較確認(rèn)的方式保證輸入的數(shù)據(jù)無(wú)誤;動(dòng)態(tài)冗余的方式采用像需要采集的開關(guān)量輸出動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)碼,經(jīng)過(guò)開關(guān)量和反相電路,將數(shù)據(jù)采集回來(lái),若采回?cái)?shù)據(jù)為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反向數(shù)據(jù),則說(shuō)明開關(guān)處于閉合狀態(tài),采回?cái)?shù)據(jù)為靜態(tài)或不是采樣數(shù)據(jù)的反向數(shù)據(jù)時(shí),則認(rèn)為開關(guān)斷開或采樣錯(cuò)誤。

信號(hào)控制系統(tǒng)中,一般數(shù)據(jù)輸入采用多通道輸入,輸入后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)比較,多通道一致時(shí)才作為系統(tǒng)控制運(yùn)算的有效數(shù)據(jù)。這樣就確保了數(shù)據(jù)輸入的安全性。

(二)數(shù)據(jù)輸出安全

在信號(hào)系統(tǒng)中,大量采用計(jì)算機(jī)完成系統(tǒng)的邏輯處理與系統(tǒng)運(yùn)算,但是由于信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備如信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)或軌道電路都需要一定的驅(qū)動(dòng)電壓和電流才能工作,因此在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)輸出到具體信號(hào)設(shè)備時(shí),需要進(jìn)行數(shù)據(jù)安全和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)輸出時(shí),其屬于故障對(duì)稱系統(tǒng),為保證信號(hào)故障-安全的要求,數(shù)據(jù)輸出時(shí)也需要進(jìn)行故障-安全設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)輸出安全也可以有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式,具體說(shuō)靜態(tài)方式就是多通道數(shù)據(jù)在輸出前進(jìn)行比較或表決,利用冗余方式實(shí)現(xiàn)安全;動(dòng)態(tài)方式就是所有輸出數(shù)據(jù)都采用動(dòng)態(tài)脈沖序列來(lái)表示一定的控制內(nèi)容,設(shè)備只有在收到動(dòng)態(tài)碼時(shí)才有可能動(dòng)作。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí),其輸出數(shù)據(jù)一般為靜態(tài)電平,靜態(tài)電平不會(huì)構(gòu)成設(shè)備動(dòng)作命令,這樣就保證在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)誤輸出時(shí)設(shè)備不會(huì)因此誤動(dòng)。

(三)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全

在信號(hào)系系統(tǒng)中,安全數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)一般會(huì)開辟不同的存儲(chǔ)空間,對(duì)安全數(shù)據(jù)進(jìn)行多重存儲(chǔ),并且不同的存儲(chǔ)區(qū)可以屬于同一系統(tǒng),也可以屬于不同的系統(tǒng)。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在不同的系統(tǒng)設(shè)備按照不同的訪問(wèn)通道訪問(wèn),并且在輸出控制前還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)量比較大時(shí),還需要采用分布式存儲(chǔ)方式以保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性。

若信號(hào)系統(tǒng)中控制端采用局域網(wǎng)方式,為保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)訪問(wèn)的安全性與可靠性,系統(tǒng)一般要設(shè)專門的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,并且數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器是雙服務(wù)器,在正常工作時(shí)雙服務(wù)器實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡,一服務(wù)器故障時(shí)可由另一服務(wù)器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)正常訪問(wèn)。在系統(tǒng)中,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以采用雙端隨機(jī)存儲(chǔ)器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和訪問(wèn)。

三、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)組織與數(shù)據(jù)安全

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是信號(hào)控制系統(tǒng)的重要組成部分,它負(fù)責(zé)車站信號(hào)控制,保證列車在車站運(yùn)行時(shí)的安全。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中需要存儲(chǔ)和處理大量的數(shù)據(jù),其中包括站場(chǎng)和信號(hào)設(shè)備信息的靜態(tài)數(shù)據(jù)和信號(hào)設(shè)備動(dòng)作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)的故障-安全,計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的專門設(shè)計(jì),以確?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)據(jù)組織的有效性與數(shù)據(jù)的安全性。

(一)站場(chǎng)型靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

站場(chǎng)型數(shù)據(jù)庫(kù)是鐵路計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中采用的一種數(shù)據(jù)組織方式,它按照站場(chǎng)的地理位置組成,在專門開辟的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域,為每一個(gè)信號(hào)設(shè)備(如信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)和軌道電路區(qū)段)建立一個(gè)靜態(tài)數(shù)據(jù)模塊,然后根據(jù)設(shè)備之間的相對(duì)位置,在數(shù)據(jù)模塊上建立指針,指向每一個(gè)相鄰的數(shù)據(jù)模塊。構(gòu)成一個(gè)能反映設(shè)備相對(duì)位置的靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)。

靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)數(shù)據(jù)模塊,分別有指針指向相鄰的靜態(tài)數(shù)據(jù)塊,可以實(shí)現(xiàn)相鄰數(shù)據(jù)模塊之間的檢索。在建立聯(lián)鎖進(jìn)路時(shí),首先系統(tǒng)會(huì)找到進(jìn)路的始端和終端數(shù)據(jù)模塊,然后在利用數(shù)據(jù)指針,搜索相鄰數(shù)據(jù)模塊。當(dāng)相鄰的模塊有多個(gè)時(shí),可以按照預(yù)先設(shè)置的搜索原則(直股優(yōu)先或彎股優(yōu)先)進(jìn)行搜索,若搜索到?jīng)]有下一個(gè)模塊的盡頭模塊后仍未找到終端,則退回到分支處向另一個(gè)方向搜索。這樣在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí),不需要按照一個(gè)車站可以辦理的所有進(jìn)路存儲(chǔ)靜態(tài)數(shù)據(jù),而只需要存儲(chǔ)這些靜態(tài)數(shù)據(jù)模塊,然后利用一個(gè)搜索程序即可完成所有進(jìn)路靜態(tài)數(shù)據(jù)的檢索。

在靜態(tài)數(shù)據(jù)搜索完成后,可以根據(jù)在此基礎(chǔ)上,檢索與這些靜態(tài)數(shù)據(jù)有關(guān)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),從而檢查進(jìn)路建立的條件,完成聯(lián)鎖關(guān)系的檢查和建立。

(二)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí),需要有充足的冗余,因此數(shù)據(jù)可以利用兩種不同的結(jié)構(gòu)方式并存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)區(qū)。通常存儲(chǔ)方式可以采用進(jìn)路表式的數(shù)據(jù)庫(kù)和站場(chǎng)式的數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)在不同的存儲(chǔ)區(qū)域存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),利用不同的進(jìn)路表生成方法均可以獲得所辦理的進(jìn)路數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)對(duì)照后確定正確在輸出,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索的安全設(shè)計(jì)。

四、結(jié)論

在鐵路信號(hào)系統(tǒng)中,利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程,需要考慮計(jì)算機(jī)這一故障對(duì)稱的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)故障-安全的系統(tǒng),因此在數(shù)據(jù)輸入、輸出環(huán)節(jié)需要進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì),同時(shí)在進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入輸出和存儲(chǔ)時(shí),需要利用充分的冗余設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)的可靠性,因此在數(shù)據(jù)組織與數(shù)據(jù)安全方面有些獨(dú)到的設(shè)計(jì)。對(duì)于利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)控制系統(tǒng),還需要考慮網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸安全和存儲(chǔ)安全問(wèn)題,例如使用分布式數(shù)據(jù)庫(kù),采用特殊的數(shù)據(jù)編碼手段和采用自動(dòng)回授重發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸?shù)取?/p>

總之,在信號(hào)控制系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)組織方式和數(shù)據(jù)安全設(shè)計(jì)需要根據(jù)具體系統(tǒng)的功能進(jìn)行周全的考慮,確保其滿足信號(hào)控制系統(tǒng)的可靠性要求和故障-安全要求。

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作者簡(jiǎn)介:

馬強(qiáng)(1967-),漢族,北京市人,大學(xué)學(xué)歷,實(shí)驗(yàn)師,主要研究方向:交通運(yùn)輸。