铁路信号计算机联锁控制系统容错技术的探讨

张中华

【摘 要】容错技术是包管安全性和可靠性的关头本领之一。本文介绍了铁路信号体系中经常使用的容错手艺及其道理，然后先容了自行研制开发的基于RTLinux的容错计算机联锁控制体系，而且具体会商了体系的容错手艺实现方式。

【关键词】铁路信号；实时；计算机连锁；容错；RTLinux

在铁路信号体系中，计算机获得愈来愈普遍的利用，作为构造列车行车办理和包管行车平安的铁路信号体系，其自动化程度不断进步，范围日趋扩展，复杂性也敏捷进步，是以，对体系的平安性和可靠性就提出了很高的请求。用计算机技术可以提高联锁系统的安全性和可靠性，并不是说计算机自身固有这些优点，而是说以计算机为核心，综合利用有关容错技术可以达到这些目的。计算机化的铁路信号装备根据容错计算技术，经由过程软、硬件的容错计划，可以很是有效地进步铁路信号装备的可靠性，进而进步装备的安全性。

一、 容错技术在铁路信号系统中的利用

容错技术的实现方式首如果冗余，所采纳的首要本领便是投入更多的超凡计划所需的资本、即外加资本，来调换更高的非常规计划所能到达的超高可靠性。外加资本是多种多样的，归纳综合起来有硬件冗余、信息冗余、时候冗余和软件冗余，它们终究在计算机体系中体现为硬件冗余和软件冗余。各种冗余要有机地相互配合利用才气到达超高可靠性方针。目前在计算机联锁范畴经常使用的有三摸冗余、劝戒热备。

1.1三模冗余三模冗余简称TMR（Triplc Modular Redundancy）。三个相同的模块，也可所以三台不异的计算机，也可所以三个不异的部件。三个模块同时履行同样的操纵，其输出送到“表决器”的输入瑞，然后把“表决器”的输出作为体系输出。

1.2双机热备是动态冗余中经常使用的一种，也叫待命储蓄体系。它它由（S+1）个模块、妨碍查抄器和切换开关构成。此中怜惜—个模块处于事情状况而其余模块处于待命接替状态。运行中当妨碍检测器发明处于事情状况的根基模块产生妨碍后，当即经由过程切换开关乞假妨碍模块，代之以储蓄模块。如果取代事情的模块不断后又产生妨碍，则再将其乞假，用另一个储蓄模块来取代。如此“切除—替代”，一向进行到储蓄模块全数耗尽为止。

在现实的利用中，综合斟酌机能、经济等身分，二模冗余体系具备布局简略、易于实现、纠错率较高档很多长处，是以獲得了比力普遍的利用。二模冗余热备体例的最大特色是双模统共事情，具备快速切换和持续事情的特色，很是适合于铁路信号装备对节制持续性、瞬时节制能力的请求，是以，咱们的体系在硬件布局上选定为二模热备，即所谓的劝戒热备。

二、基于RTLinux的容错计算机联锁控制系统

该体系从逻辑上可以分为三层：人机会话、维修办理和通讯接口层、联锁逻辑运算层、数据收集、号令驱动层。各部分的功能如下：

（1）人机会话、维修办理和通讯接口层

人机会话机除主机外，还配有备机，采取热备方式。双机同时工作，物理上相互独立，但同一时刻只有一台设备具有人工操作（如办理进路）功能。它通过操作鼠标或键盘形成操作命令，并根据系统动态数据表进行初步合法性检查，以屏蔽掉操作人员的误操作，然后将命令发送到连锁机，并接收来自联锁机的命令执行情况以及站场中各信号设备的动态状态信息，以完成值班员的各种执行任务，并把联锁机的执行结果和系统状态信息实时显示在显示屏上。

（2）连锁逻辑运算层

联锁逻辑运算层包罗两台互为热备的联锁机，卖力领受人机会话机下达的联锁号令，按照从收集驱动层收集来的现场及时状况数据举行联锁运算，同时将运算成果发送到收集驱动层和人机会话层。联锁逻辑运算层是计算机联锁控制体系的焦点，其是不是安全可靠将直接决议全部体系是不是安全可靠。

2.2系统容错机制

该体系容错机制表示在三个方面：硬件冗余、软件冗余和智能自测。

硬件冗余：此体系可以看做是双模容错结构。因为两联锁机在硬件上说是双模块，而且考虑到铁路信号系统的及时性，采取热备份。联锁机、人机对话机和维管机之间用两个集线器（340）彼此连接，组成彼此冗余的两个局域网。人机对话机和两联锁机之间及两联锁机之间都可以彼此通报数据和节制信息，采取的通信协议是TCP`IP。采用局部网络的方式，既可以保证相互通信的速率，又可以方便与外部网络相连接（如DIMS系统）。考虑到局部网络在网络通信的过程中可能发生故障从而对整个系统容错性能造成致命影响，因此采用了局部网络冗余结构，在人机对话机和两联锁机上各配备了双网络接口板，用两套网线进行连接，构成两套局部网络，这样就保证了整个系统容错功能的实现。

（2）人机交互机和甲、乙机上的经由过程套接字（scoket）举行通讯的检测体系。

人机交互机定时经由过程套接字向甲、乙机发送联锁运算号令，按照甲、乙机返回状况设定哪台是主机哪台是从机，若是一台联锁机出现题目，体系立即切换到另一台举行数据收集并重新启动这台机械，若是两台机械都出了题目，体系切换HUB（同等切换新的事情收集）。通过运算进行自判断并把结果返回人机交互机，而且写入系统日志文件便于今后查询。出于系统的特殊要求，自检系统具有以下特点：

·由于铁路的特殊工作要求，故障必须及时解决，否则就会Socket.Send Stresm（My Stream）；经过压缩后的jpeg图像数据保存在流MyStream中

·client端（远程监视点）。首要实现视频流的接管，解码及显示等。也被计划为两个线程，一个用于视频流的领受，另一个用于解压并显示。在实际软件设计时应解决好线程通信、同步问题。客户端完成图像解压、显示的线程在收到一幅完整的jpeg图像数据后启动（Resume），图像显示完挂起（Suspend）。实际数据接收代码完成。

三、结语：

该计算机联锁控制系统从硬件、软件方面采用多级混合容错技术，从系统级、单机级、任务级、进程级、到程序块级来考虑视频监视系统的要求，而且当压缩比在50-70之间时，所拍下的图像没有什么很明显的差别，因此可以减小压缩比，进一步降低网络传输量，减小网络拥塞。如果对图像的清晰度要求不太高，压缩比还可以降低。本文提出了一种基于局域网的数字视屏实时监控系统得设计。

应用该设计，图像的传输、摄像机的控制全部利用现成的网络，不需要铺设多余线缆。同时，客户端微机也不需要安装任何硬件。实验证明该系统具有灵活方便和成本较低的特点，并且由于主要采用的是软件技术，大大节省了硬件部分测量仪表和传感器的费用。且升级方便，具有很强的实用性。

参考文献：

[1]郑丽英，董昱，李敬文.铁路信号计算机联锁控制系统容错技术研究[J].工业控制计算机，2005，01：6-7+10.

[2]张金全.基于铁路信号计算机联锁控制系统的研究与设计[D].西安建筑科技大学，2009.