鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯技術

王紹新

（卡斯柯信號（成都）有限公司 四川省成都市 610083）

在研究鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)期間，要從鐵路信號系統(tǒng)的各個方面出發(fā)，對其工作原理、技術特點、結構體系等多個方面進行分析。近年來計算機技術在鐵路系統(tǒng)中被充分應用，在列車日常運行期間，對各項安全問題以及突發(fā)問題進行疏散和管理。本文從鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯技術內(nèi)容入手，結合三模冗余和雙機熱備工作原理及特點內(nèi)容展開闡述，針對以RTLinux 的容錯計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)相關內(nèi)容進行全面探討，在深入了解容錯技術的基礎上，為后續(xù)將其正確應用在鐵路信號中提供參考依據(jù)。

1 鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)容錯技術

1.1 鐵路信號

對于鐵路信號而言，主要就是對某種設備進行應用，發(fā)射出不同顏色、不同位置等方面的信號，以此來為鐵路工作人員開展工作提供指導。從微觀的角度進行分析，鐵路信號就是由鐵路發(fā)出的聯(lián)鎖、設備閉合等方面的信息；如果從宏觀的角度進行分析，鐵路信號就是指運用在鐵路運輸系統(tǒng)中比較常見的一種技術設備，對于列車安全穩(wěn)定運行提供重要幫助。

1.2 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中的詳細內(nèi)容比較豐富，技術操作人員在實際工作期間，以輸出控制指令和相應的聯(lián)鎖信息為依據(jù)，在保操作真實有效性的基礎上，正確指導軌道完成軌道和道岔等多種操作。

1.3 計算機容錯技術

計算機容錯技術主要就是在計算機系統(tǒng)中，對于計算機容錯技術而言，其核心技術就是以容錯技術為主，最大程度上減少因為產(chǎn)生故障問題而對機器運行造成的影響程度，甚至還能夠防止產(chǎn)生機器停運等問題[1]。計算機容錯技術在系統(tǒng)程序中發(fā)揮著重要作用，無論是在產(chǎn)生問題過程中，還是實際在對故障進行檢測期間，都支持系統(tǒng)程序運行。此外，更加嚴格的根據(jù)具體的指令，發(fā)布并執(zhí)行任務，進而輸出精準的結果等。在此過程中，不僅不會出現(xiàn)執(zhí)行錯誤的情況，鐵路系統(tǒng)也不會因為故障干擾而停止工作的現(xiàn)象，即滿足“故障-安全”原則。

2 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)技術及容錯機制的具體表現(xiàn)

2.1 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)技術

在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，主要融入的重要技術可以劃分為以下兩種：三模冗余技術和雙機熱備技術。利用計算機系統(tǒng)，可以獲得更豐富的外部資源。在升級優(yōu)化計算機硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)多項功能的基礎上，為鐵路信號容錯技術的應用做好鋪墊，進而持續(xù)提升計算機系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

2.1.1 三模冗余技術

利用三模冗余技術，將系統(tǒng)指令中三個相同的模塊，從共同的輸入端，進入同一個計算機操作系統(tǒng)，獲得最終的表決結果。應用三模冗余技術，始終都要堅持“少數(shù)服從多數(shù)”原則，具體工作原理為：三模塊的輸出結果屬于計算機系統(tǒng)的核心依據(jù)，采用三選三、三選二等方式，得到相應的表決結果。如在此過程中，三模塊輸出結果相似，計算機系統(tǒng)僅僅需要從中選擇任意一個模塊輸出結果。如果三模塊的最終輸出結果不同，那么就要遵循“少數(shù)服從多數(shù)”原則。實際上，一旦系統(tǒng)沒有應用三模冗余技術，不可避免的會產(chǎn)生連鎖效應，在落實后續(xù)計算工作期間，就要投入更多的資源甚至還不會得到確定的結果。這樣不僅會阻礙大鐵路系統(tǒng)各類信息梳理有效性的提升，也會產(chǎn)生相應的安全隱患。

2.1.2 雙機熱備技術

雙機熱備技術與三模技術有所不同，其實由七個模塊組合而成的，在動態(tài)冗余下此種技術被充分應用。雙機熱備技術不僅具有主模塊，還具備自我檢測裝置和切換開關，廣泛使用于切換工作模塊、檢查系統(tǒng)故障等方面[2]。在系統(tǒng)運行的時候，一般只有一個模塊運行，其他模塊待機。但是模塊在獲得指令之后，需要結合任務要求，打開其他模塊的開關，使其他模塊正常運行。通常情況下，模塊正常待機被稱作“儲存模塊”，也被稱作基本模塊。如果借助故障器可以盡早發(fā)現(xiàn)模塊存在的故障，就可以自動完成切換工作，確保存儲模塊代替基本模塊。如果沒有特殊情況，系統(tǒng)僅需要開啟一個存儲模塊，但由于存儲模塊也可能存在隱患問題，計算機系統(tǒng)就應當自我檢查。在保證儲存模塊沒有故障問題之后，才能夠使其發(fā)揮切換開關的作用，使其他儲存模塊階梯相應工作保證系統(tǒng)運行。

考慮到計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)始終都要處于持續(xù)性的運行狀態(tài)，所以對于其他六塊模塊而言，就要最大程度上規(guī)避系統(tǒng)運行期間的各項問題，并且每一個模塊都要保證其能夠在較短時間內(nèi)進行恢復，這樣就有助于系統(tǒng)長時間運轉[3]。在選擇模塊的時候，需要充分考慮實際要求，還應當分析維護成本、投資成本等多種因素。特別是在有多個儲存模塊的狀況下，會產(chǎn)生更大的維修成本。

2.2 容錯機制的具體表現(xiàn)

2.2.1 軟件冗余

在實際對聯(lián)鎖模塊進行使用期間，以應用雙份編碼形式為主，保證每一份編碼都能夠在不同的物理空間下被儲存，這樣不僅能夠具有其自身獨特的結構和語言，也能提升系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)安全性。

2.2.2 硬件冗余

鐵路系統(tǒng)在日常運行期間對安全性的要求非常高，如要實時傳輸各類信息數(shù)據(jù)，防止產(chǎn)生較長時間的系統(tǒng)故障問題。在落實鐵路系統(tǒng)設計工作時，將熱備份最為核心方式，使其充分發(fā)揮功能作用，使人機對話機、聯(lián)鎖機的集線器連接在一起，將各項設備列入到具有較強嚴密性的穩(wěn)定性的局域網(wǎng)領域中，這樣不僅能夠為機器設備高效傳輸信息提供保障，工作的同時，全面提升數(shù)據(jù)信息安全性和完整性。在鐵路系統(tǒng)中將局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)進行比較，局域網(wǎng)的安全性更高[4]。局域網(wǎng)具有較強的封閉性，在其發(fā)揮作用的狀況下能夠抵御外部網(wǎng)絡病毒的侵襲；甚至也具有較強的經(jīng)濟型，在落實升級或是改造工作時，升級投入的資金比較少，能夠對各項資源進行充分利用，

3 基于RTLinux的容錯計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

3.1 出現(xiàn)故障問題的核心因素

使計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題的核心因素包括人為和物理兩種因素。其中人為因素就是指技術人員在實際操作期間，因為失誤或是技術水平等原因所產(chǎn)生的破壞性行為；物理因素與人為因素直接存在加大差異，主要就是指在系統(tǒng)實際運行過程中，因為內(nèi)部元件損害、外部環(huán)境干擾等問題所出現(xiàn)的故障現(xiàn)象。在對元器件損害現(xiàn)象進行細致分析的狀況下，不難發(fā)現(xiàn)其還包括通電運行老化、安裝電路缺乏合理性等問題；而外部環(huán)境具體是指因為機械振動或是沖擊等原因所產(chǎn)生的故障問題。

3.2 系統(tǒng)結構

命令驅動、數(shù)據(jù)采集、聯(lián)鎖邏輯運算層等，都是計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的硬件結構中的重要組成部分，不僅具有相獨立性，同時也具備能在相同時間的狀況下，在鼠標設備發(fā)揮作用的基礎上，形成質量監(jiān)測機制，之后再對各種類型的動態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)管和核查。避免因為操作失誤的現(xiàn)象，而產(chǎn)生無法接收聯(lián)鎖機命令執(zhí)行信息的現(xiàn)象。聯(lián)鎖機自身運行的具體狀況，最終是以動態(tài)形式展現(xiàn)出來，為技術人員順利落實各項任務指令提供依據(jù)[5]。

維修管理機主要就是對局域網(wǎng)、人機會話機進行應用，來達到接受操作指令的目的，并且要實時打印和儲存鐵路信息數(shù)據(jù)和檢測列車運行狀況等，這樣就不會向聯(lián)鎖機發(fā)出相應的操作信息，有助于提升系統(tǒng)運行有效性。聯(lián)鎖邏輯層運算在整個層級中具有核心作用，其自身的安全性對于鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行，具有直接影響；主要包括聯(lián)鎖A、B 機互為熱備系統(tǒng)[6]。此外，像數(shù)據(jù)才基層和命令驅動，通常狀況下都是在人機會話機對其下達完相應的控制指令之后，在落實各項執(zhí)行任務工作，在電子數(shù)字技術的輔助下以電子方式，在施工現(xiàn)場落實數(shù)據(jù)采集工作。

3.3 系統(tǒng)容錯機制

基于RTLinux 的容錯計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)問題的具體表現(xiàn)，有硬件和軟件冗余、智能檢測等內(nèi)容。在網(wǎng)絡通信過程中，一旦局域網(wǎng)發(fā)生故障問題，就會使計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)無法運行?；诖?，就要開展冗余結構構建工作。對于軟件冗余聯(lián)鎖模塊而言，在一般狀況下都會講雙份編碼形式作為主要方式[7]。此外，軟件比較器、同步控制器就要發(fā)揮作用，如要對聯(lián)鎖運算結果輸出之前的信息、完成數(shù)據(jù)采集工作之后的信息數(shù)據(jù)進行對比分析，并要正確應用RTLinux 時鐘，保證故障問題發(fā)現(xiàn)及時性。如果最終的運行結果存在不一致的問題，就要及時調整自檢程序，進而將錯誤故障過濾掉。

將守護進程更好的融入到智能自測系統(tǒng)中，不斷完善和升級其容錯功能、自檢功能，即便后續(xù)發(fā)生后無人監(jiān)管的狀況下也能進行自我故障檢測[8]。在該系統(tǒng)發(fā)生故障問題期間，在智能自測系統(tǒng)的作用下，能夠自行終端檢查，并且能夠及時找到產(chǎn)生故障問題的實際位置，為了能夠防止后續(xù)出現(xiàn)問題，還能及時切換到備用機器上。在對智能自檢系統(tǒng)進行研究和分析期間，不難發(fā)現(xiàn)其主要就是對人機交互系統(tǒng)配置文件進行應用，在發(fā)揮作用的基礎上，能夠對該系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定運行的狀態(tài)進行準確判定，最大程度上保證鐵路信號能夠達到檢測標準。

4 結束語

綜上所述，在研究計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中的容錯技術時，從系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)硬件等多個不同的角度進行分析，以此來證明該項技術對于鐵路系統(tǒng)運行安全性與穩(wěn)定性的重要意義。在我國計算機水平全面提升的背景下，聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性、強容錯等優(yōu)勢更加顯著，在保證我國鐵路系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎上，能夠提升該項技術的實際應用率，從而為后續(xù)促進我國鐵路產(chǎn)業(yè)長遠發(fā)展提供技術保障。