探討計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖硬件冗余結(jié)構(gòu)范文

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摘要：隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，車站的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)主要采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)考核和驗(yàn)證其優(yōu)點(diǎn)時(shí)，安全是決定性因素，而安全性又是用可靠性來保證的。論文針對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)的安全性和可靠性，在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖硬件冗余結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了綜合分析和深入研究，提出了提高計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖硬件系統(tǒng)的安全性、可靠性措施，大大提高了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)故障—安全性，進(jìn)而保證了鐵路運(yùn)輸安全。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖；硬件；冗余結(jié)構(gòu)

1計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖硬件冗余結(jié)構(gòu)

冗余結(jié)構(gòu)，顧名思義，就是多增加的硬件模塊。從系統(tǒng)完整性分析這是多余的且增加了系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，但是這種冗余結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的安全性和可靠性的提高起了決定性作用。鐵路車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖發(fā)展了很長時(shí)間，出現(xiàn)了不同的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，但共同的特點(diǎn)就是系統(tǒng)硬件采用可靠性和安全性冗余結(jié)構(gòu)以保證聯(lián)鎖控制的可靠性和安全性。

1.1單機(jī)故障安全系統(tǒng)

單機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是處理數(shù)據(jù)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，硬件數(shù)目少，占用面積少。因?yàn)閱螜C(jī)系統(tǒng)中只有一個(gè)處理器，所以要把這個(gè)處理器的功能進(jìn)行最大化利用，使處理信息速度快，大數(shù)據(jù)量處理。在設(shè)計(jì)這種單機(jī)系統(tǒng)時(shí)，要在輸入和輸出結(jié)構(gòu)上都加入環(huán)狀檢查結(jié)構(gòu)，這樣一旦系統(tǒng)的輸出和輸入出現(xiàn)了故障，就能在第一時(shí)間判斷出，減少發(fā)生事故的概率。

1.2雙機(jī)儲(chǔ)備系統(tǒng)

雙機(jī)儲(chǔ)備系統(tǒng)需要兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)相同設(shè)置相同功能的計(jì)算機(jī)。其中的一臺(tái)在工作狀態(tài)，系統(tǒng)中的雙機(jī)切換輸出一直是開啟的，另一臺(tái)備份。工作時(shí)兩個(gè)計(jì)算機(jī)都是熱機(jī)，都在系統(tǒng)中運(yùn)行，只是一個(gè)主機(jī)一個(gè)備用機(jī)，但是某一個(gè)計(jì)算機(jī)不是一直保持主機(jī)，它們之間可以相互互換，相互備用。一旦主機(jī)出現(xiàn)了故障，雙機(jī)切換裝置就發(fā)出命令，令備用機(jī)變成主機(jī)，繼續(xù)完成聯(lián)鎖任務(wù)。雙機(jī)儲(chǔ)備系統(tǒng)需兩臺(tái)主機(jī)，且二者相互獨(dú)立、互不干擾。但是這兩個(gè)主機(jī)間又有一個(gè)電氣原件進(jìn)行聯(lián)系，所以就會(huì)出現(xiàn)兩種工作形式。第一種是一個(gè)是熱機(jī)（處在工作狀態(tài)），另一個(gè)是冷儲(chǔ)備（沒有開啟工作，沒有通電）。這種工作形式有一個(gè)很大的缺陷就是一旦當(dāng)熱機(jī)出現(xiàn)了故障不能進(jìn)行工作，雙機(jī)切換輸出裝置就會(huì)發(fā)出一個(gè)命令啟動(dòng)冷儲(chǔ)備操作機(jī)。但不管這個(gè)備機(jī)啟動(dòng)的速度多么快，總有一個(gè)時(shí)間差，等冷儲(chǔ)備機(jī)變成主機(jī)時(shí)就會(huì)丟失一些數(shù)據(jù)，容易出現(xiàn)少操作的現(xiàn)象。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，應(yīng)采用第二種工作形式——兩個(gè)主機(jī)都處在熱機(jī)狀態(tài)，它們之間相互獨(dú)立工作，但是二者必須同步。主用機(jī)完成所有的聯(lián)鎖任務(wù)，熱備機(jī)只接受信息不發(fā)送命令。

1.3三機(jī)表決系統(tǒng)

三機(jī)表決系統(tǒng)是一種利用故障處理屏蔽技術(shù)構(gòu)成的可靠安全性多重計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，三機(jī)表決系統(tǒng)的表決器輸入的是三路信號(hào)，經(jīng)過一定的邏輯關(guān)系計(jì)算后，將表決結(jié)果作為輸出控制信號(hào)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。三機(jī)表決系統(tǒng)是一個(gè)三重硬件冗余系統(tǒng)，三個(gè)聯(lián)鎖機(jī)之間是相互間隔的，但是這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)并行系統(tǒng)，三個(gè)聯(lián)鎖機(jī)都參與表決，可以進(jìn)行三重容錯(cuò)，所以不會(huì)出現(xiàn)單個(gè)或者兩個(gè)聯(lián)鎖機(jī)出現(xiàn)問題從而影響整個(gè)聯(lián)鎖系統(tǒng)工作。

2計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖硬件系統(tǒng)應(yīng)采用的安全性、可靠性措施

根據(jù)前面的分析研究，為了全面提高計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖硬件系統(tǒng)的安全性、可靠性，應(yīng)采用的措施如下：

2.1上位機(jī)安全性、可靠性措施

上位機(jī)是一個(gè)人機(jī)對(duì)話平臺(tái)，是一個(gè)接收聯(lián)鎖設(shè)備傳送的信息以顯示且向聯(lián)鎖設(shè)備下達(dá)控制命令或者操作的平臺(tái)。雖然上位機(jī)和行車安全的聯(lián)系并不是那么緊密，但是從計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)整體考慮，上位機(jī)是一個(gè)重要組成部分，如果上位機(jī)的可靠性不高，肯定會(huì)影響整個(gè)聯(lián)鎖系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大降低，最終影響行車安全。所以在車站聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用中，應(yīng)該采用雙機(jī)結(jié)構(gòu)，聯(lián)鎖系統(tǒng)中的上位機(jī)和維修機(jī)是同狀態(tài)運(yùn)行且兩者之間從計(jì)算機(jī)配置到其他結(jié)構(gòu)都相同。這是對(duì)上位機(jī)可靠性的一種考慮，一般情況下，上位機(jī)進(jìn)行工作，維修機(jī)作為一個(gè)備機(jī)，同時(shí)也是聯(lián)鎖系統(tǒng)的一個(gè)監(jiān)測設(shè)備，可儲(chǔ)存近十幾天的操作記錄和信息反饋記錄等重要相關(guān)數(shù)據(jù)。上位機(jī)和維修機(jī)的選擇標(biāo)準(zhǔn)一定要適用于現(xiàn)場控制，對(duì)鐵路現(xiàn)場諸多干擾有較好抵抗作用的工業(yè)計(jì)算機(jī)并在硬件上做相關(guān)改動(dòng)，使底板功能更加集中，改成無源總線母版，增加系統(tǒng)的插槽數(shù)目，使系統(tǒng)升級(jí)更加方便。提高機(jī)箱和驅(qū)動(dòng)架的性能，使整個(gè)機(jī)箱抵抗災(zāi)害和抗干擾能力更強(qiáng)。

2.2聯(lián)鎖機(jī)的安全性、可靠性措施

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)主要控制車站中基礎(chǔ)信號(hào)設(shè)備如道岔、信號(hào)機(jī)和進(jìn)路等，是整個(gè)信號(hào)控制系統(tǒng)中最重要的部分，它既要準(zhǔn)確無誤地完成系統(tǒng)的控制功能還要在出現(xiàn)問題時(shí)能進(jìn)行安全處理，嚴(yán)格遵循故障——安全原則。這對(duì)聯(lián)鎖機(jī)的硬件設(shè)計(jì)提出了更高的要求，為了保證行車安全，聯(lián)鎖機(jī)必須有高安全性和高可靠性特征，還要時(shí)刻遵守故障——安全原則。這就需要計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的容錯(cuò)能力較強(qiáng)。所以計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)該采用三取二冗余結(jié)構(gòu)。三取二冗余結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)相對(duì)于單機(jī)和雙機(jī)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)在地鐵和干線鐵路的優(yōu)勢更為明顯。三取二冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要三個(gè)相同主機(jī)，不過他們之間的時(shí)鐘信號(hào)都是各自獨(dú)立產(chǎn)生的。為了解決三個(gè)主機(jī)的同步問題，應(yīng)把這三個(gè)主機(jī)用安全總線相連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信和解決同步問題。因?yàn)槿齻€(gè)主機(jī)都要參與表決，所以它們之間的硬件和軟件要保持統(tǒng)一。但該系統(tǒng)也是變化的，若一個(gè)主機(jī)出現(xiàn)了問題，則這個(gè)系統(tǒng)就變成了一個(gè)二乘二系統(tǒng)。此系統(tǒng)的缺點(diǎn)是當(dāng)有兩個(gè)主機(jī)同時(shí)故障，就會(huì)出現(xiàn)問題。這個(gè)問題的解決方法主要采用主機(jī)在輸出信號(hào)之前，先自檢一遍，是否出現(xiàn)了錯(cuò)誤。然后主機(jī)之間進(jìn)行互檢，這樣雖然增加了處理時(shí)間，但是卻有效地保證了行車安全。聯(lián)鎖機(jī)的安全邏輯部分要增加對(duì)上位機(jī)發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行判斷，只有驗(yàn)證正確才能操作這一信號(hào)命令，如果錯(cuò)誤就直接拋棄并在驗(yàn)證機(jī)制上進(jìn)行改造，使其可靠性更高，在上位機(jī)和下位機(jī)之間采用回傳驗(yàn)證機(jī)制以使聯(lián)鎖機(jī)的可靠性得到明顯提高。

總之，聯(lián)鎖的最終目的就是保證行車安全。可靠性冗余結(jié)構(gòu)運(yùn)用“或”這個(gè)二重邏輯關(guān)系，提高了系統(tǒng)的可靠程度，把系統(tǒng)硬件停止工作這種故障降低到最低。安全性冗余結(jié)構(gòu)則是一個(gè)“與”二重邏輯結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)果相同才能進(jìn)行輸出，兩個(gè)模塊的結(jié)果可以進(jìn)行相互校對(duì)。這樣即使系統(tǒng)產(chǎn)生了故障，輸出發(fā)生危險(xiǎn)操作命令的概率也大大降低。在鐵路車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖硬件系統(tǒng)中，為了適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)的高安全性和高可靠性要求，根據(jù)硬件所在層次不同，兼顧造價(jià)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用冗余技術(shù)構(gòu)成的雙機(jī)或三機(jī)系統(tǒng)，最終形成一個(gè)可靠性更高的信號(hào)控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]張毅.淺談?dòng)?jì)算機(jī)聯(lián)鎖“故障-安全”技術(shù)及其應(yīng)用[J].城鐵科技,2013.

作者：凌立 單位：中國鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司