鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)研究

摘 要：鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)是列車安全運(yùn)行的重要保障，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)快速發(fā)展的今天，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性，我們需要對(duì)容錯(cuò)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的研究。本文通過對(duì)容錯(cuò)技術(shù)的介紹、具體容錯(cuò)技術(shù)的分析、容錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用方面進(jìn)行闡述，發(fā)現(xiàn)目前存在的問題，并且為當(dāng)前遇到的問題提出解決方案，為容錯(cuò)技術(shù)在鐵路信號(hào)中的應(yīng)用提供更加寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)；計(jì)算機(jī)；聯(lián)鎖控制系統(tǒng)；容錯(cuò)技術(shù)；研究

一、對(duì)鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)的認(rèn)識(shí)

（1）對(duì)鐵路信號(hào)的介紹

鐵路信號(hào)是以標(biāo)志物、燈具、音響等設(shè)備向鐵路工作人員發(fā)送列車的行駛狀況的設(shè)備，主要作用是保證列車安全的行駛和高效的進(jìn)行調(diào)車。早期的鐵路信號(hào)十分的簡陋，現(xiàn)在隨著互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的快速發(fā)展，鐵路信號(hào)的形勢(shì)發(fā)生了巨大的變化，已經(jīng)能夠進(jìn)行自動(dòng)駕駛、自動(dòng)控制、智能調(diào)車等新運(yùn)作方式，目前大部分鐵路都安裝了自動(dòng)閉塞、集中聯(lián)鎖控制、集中調(diào)度等設(shè)備，能夠確保列車的安全高效配置。

（2）對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的介紹

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)是對(duì)列車行車的重要控制設(shè)備，是保障鐵路列車安全行駛必不可少設(shè)備，主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)站道內(nèi)的岔道設(shè)備、信號(hào)機(jī)、軌道電路的協(xié)同控制，保障各個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）對(duì)計(jì)算機(jī)容錯(cuò)技術(shù)的認(rèn)識(shí)

容錯(cuò)技術(shù)就是當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并且使設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一種技術(shù)，能夠在保證設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)程序不會(huì)更改，系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)不會(huì)改變，最后的執(zhí)行結(jié)果也不會(huì)因系統(tǒng)故障而產(chǎn)生差錯(cuò)。

二、對(duì)基于RTLinux的容錯(cuò)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)進(jìn)行分析

（1）基于RTLinux的容錯(cuò)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從硬件結(jié)構(gòu)上來看，主要包括通信接口層、命令驅(qū)動(dòng)、維修管理機(jī)，聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算層等系統(tǒng)硬件，通過各模塊的協(xié)同工作完成對(duì)系統(tǒng)故障的排錯(cuò)。

①通信接口層的運(yùn)行原理及模式。通信接口層主要是操作人員通過對(duì)鼠標(biāo)等計(jì)算機(jī)設(shè)備的操作形成各種命令，對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格檢查，對(duì)于不合理的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并改正。從運(yùn)行原理上看，通信接口層的雙機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)各個(gè)物理層面保持獨(dú)立運(yùn)行，彼此不受外界因素影響，并且只需要一名操作人員進(jìn)行人工操作，極大地節(jié)省了人力資源。

②聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算層的運(yùn)行模式。結(jié)構(gòu)上包括互為熱備系統(tǒng)的聯(lián)鎖機(jī)，可以執(zhí)行來自人機(jī)會(huì)話機(jī)下達(dá)的命令，并且可以進(jìn)行聯(lián)鎖運(yùn)算，然后將運(yùn)算的結(jié)果發(fā)送到人機(jī)會(huì)話層與采集驅(qū)動(dòng)層，這種結(jié)構(gòu)避免了運(yùn)算過程中誤差的產(chǎn)生，對(duì)結(jié)果的可靠性與安全性提供了保障。

③維修管理機(jī)的運(yùn)行模式。維修管理機(jī)主要職責(zé)是記錄信息的變化情況，能過通過局域網(wǎng)與各種系統(tǒng)進(jìn)行連接，對(duì)微機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成對(duì)記錄信息的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)存、輸出等操作，并且能夠?qū)κ彝庑畔⑦M(jìn)行監(jiān)測(cè)，提升了操作的便捷性。

④命令驅(qū)動(dòng)層的職能。命令驅(qū)動(dòng)層主要負(fù)責(zé)執(zhí)行人機(jī)對(duì)話層下達(dá)的控制指令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的電子化、信息化、智能化。

（2）系統(tǒng)故障產(chǎn)生的原因

鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因主要有兩方面，一方面是物理機(jī)械出現(xiàn)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(dǎo)致的故障，下面將從這兩方面分析故障產(chǎn)生的原因。

①物理原因。物理故障包括系統(tǒng)運(yùn)行的外部環(huán)境變化和內(nèi)部零件出現(xiàn)問題兩種情況。零件的損壞主要包括零件生產(chǎn)期間的氧化作用、安裝過程中出現(xiàn)的開路問題、以及長時(shí)間通電運(yùn)行形成的線路老化問題，外部環(huán)境造成的影響主要包括電磁波的干擾、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的振動(dòng)、溫度濕度對(duì)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(guī)范作業(yè)，或者無意識(shí)的操作失誤導(dǎo)致的誤差，還有可能是不法分子蓄意的破壞，造成的系統(tǒng)故障。

（3）計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的容錯(cuò)機(jī)制

在鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)連鎖控制系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，容錯(cuò)機(jī)制主要表現(xiàn)在軟件的冗余、硬件的冗余、智能監(jiān)測(cè)等方面。

①硬件冗余機(jī)制。硬件冗余也可以叫做雙模容錯(cuò)，這是由于在聯(lián)鎖機(jī)運(yùn)行過程中一般采用雙模塊系統(tǒng)模式，可以有效避免鐵路信號(hào)對(duì)聯(lián)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的影響，采用了熱備份的模式，可以提高鐵路信號(hào)系統(tǒng)的時(shí)效性。在聯(lián)鎖機(jī)、人機(jī)對(duì)話機(jī)和維修管理機(jī)之間安裝兩個(gè)集線器，依次進(jìn)行連接，形成兩個(gè)相互冗余的局域網(wǎng)。從結(jié)構(gòu)上看，這種利用局域網(wǎng)進(jìn)行連接的方式，不僅可以采用TCP/IP協(xié)議使數(shù)據(jù)在人機(jī)對(duì)話機(jī)與聯(lián)鎖機(jī)間進(jìn)行傳輸，還可以在兩聯(lián)鎖機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，既保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，又可以完成與外部數(shù)據(jù)的交流，極大地提高的數(shù)據(jù)的流動(dòng)性。但是利用局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，主要是由于局域網(wǎng)在通信過程中如果出現(xiàn)故障，則有可能使整個(gè)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖容錯(cuò)控制系統(tǒng)癱瘓，因此在人機(jī)對(duì)話機(jī)和聯(lián)鎖機(jī)上應(yīng)安裝雙網(wǎng)絡(luò)接口板，保證系統(tǒng)的容錯(cuò)功能發(fā)揮作用。

②軟件冗余機(jī)制。在軟件冗余結(jié)構(gòu)中，對(duì)聯(lián)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(jié)構(gòu)都不相同，數(shù)據(jù)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(xiàn)的容錯(cuò)結(jié)果不同，可以重新進(jìn)行運(yùn)算檢測(cè)，使容錯(cuò)的效率更高。

③智能監(jiān)測(cè)。這一功能是為了保證系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以自行進(jìn)行修正，確保系統(tǒng)能夠迅速、準(zhǔn)確、高效的被修復(fù)，是整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的重要保障

三、鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用

目前在鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制領(lǐng)域主要兩種模式，一種是三模冗余，另一種為雙機(jī)熱備，通過這兩者模式的有效配合，可以高效完成容錯(cuò)的目標(biāo)。

（1）三模冗余系統(tǒng)的應(yīng)用

三模冗余的基本原理為：以少數(shù)服從多數(shù)為容錯(cuò)基礎(chǔ)，按照多數(shù)的結(jié)果作為依據(jù)完成正確的輸出。在具體的使用過程中，只需要關(guān)注正確的輸出即可，對(duì)于過程中產(chǎn)生的不同結(jié)論可以忽略，不會(huì)對(duì)最終的結(jié)果產(chǎn)生影響，如果兩個(gè)模塊輸出兩個(gè)相同的狀態(tài)，則認(rèn)為輸出結(jié)果是正確的，如果兩個(gè)模塊的輸出狀態(tài)不同，則系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這種系統(tǒng)可以顯著提高容錯(cuò)的效果，但由于系統(tǒng)過于復(fù)雜，且制作工藝要求極高，我國目前還不能自行制造此系統(tǒng)，所以對(duì)于系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究。

（2）雙機(jī)熱備的應(yīng)用

雙機(jī)熱備也成為待命儲(chǔ)備系統(tǒng)，顧名思義，工作狀態(tài)主要是處于待命替補(bǔ)狀態(tài)，結(jié)構(gòu)上由多個(gè)模塊和故障檢查器等組成，在工作過程中，當(dāng)出現(xiàn)故障后會(huì)通過關(guān)閉開關(guān)來切除故障模塊，然后使用備用的模塊進(jìn)行替補(bǔ)，保證系統(tǒng)的各個(gè)模塊能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在具體的應(yīng)用過程中，由于這種系統(tǒng)有價(jià)格低廉、制造工藝簡單、容錯(cuò)率高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，是人們?nèi)蒎e(cuò)系統(tǒng)的首選。

綜上所述，不難看出現(xiàn)在的鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)連鎖控制容錯(cuò)技術(shù)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，但對(duì)于關(guān)鍵技術(shù)我國還有不小的差距，所以我們應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，對(duì)系統(tǒng)的硬件軟件進(jìn)行研究，掌握核心技術(shù)，希望這篇文章能為相關(guān)工作者提供參考，能為我國鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)的發(fā)展提供幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]劉邦鵬.鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)探討[J].工程技術(shù)研究，2018（03）：51-52.

[2]李孟豪.探討鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)[J].電子測(cè)試，2016（08）：91-92.

[3]李佳蔚.鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)介紹[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，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(xué)歷：本科，畢業(yè)于重慶大學(xué)；現(xiàn)有職稱：中級(jí)工程師；研究方向：鐵路信號(hào)。

（作者單位：中鐵建電氣化局集團(tuán)第四工程有限公司）