铁路信号计算机联锁控制系统容错技术

王绍新

（卡斯柯信号（成都）有限公司 四川省成都市 610083）

在研究铁路信号计算机联锁控制系统期间，要从铁路信号系统的各个方面出发，对其工作原理、技术特点、结构体系等多个方面进行分析。近年来计算机技术在铁路系统中被充分应用，在列车日常运行期间，对各项安全问题以及突发问题进行疏散和管理。本文从铁路信号计算机联锁控制系统容错技术内容入手，结合三模冗余和双机热备工作原理及特点内容展开阐述，针对以RTLinux 的容错计算机联锁控制系统相关内容进行全面探讨，在深入了解容错技术的基础上，为后续将其正确应用在铁路信号中提供参考依据。

1 铁路信号计算机联锁控制系统容错技术

1.1 铁路信号

对于铁路信号而言，主要就是对某种设备进行应用，发射出不同颜色、不同位置等方面的信号，以此来为铁路工作人员开展工作提供指导。从微观的角度进行分析，铁路信号就是由铁路发出的联锁、设备闭合等方面的信息；如果从宏观的角度进行分析，铁路信号就是指运用在铁路运输系统中比较常见的一种技术设备，对于列车安全稳定运行提供重要帮助。

1.2 计算机联锁系统

计算机联锁系统中的详细内容比较丰富，技术操作人员在实际工作期间，以输出控制指令和相应的联锁信息为依据，在保操作真实有效性的基础上，正确指导轨道完成轨道和道岔等多种操作。

1.3 计算机容错技术

计算机容错技术主要就是在计算机系统中，对于计算机容错技术而言，其核心技术就是以容错技术为主，最大程度上减少因为产生故障问题而对机器运行造成的影响程度，甚至还能够防止产生机器停运等问题[1]。计算机容错技术在系统程序中发挥着重要作用，无论是在产生问题过程中，还是实际在对故障进行检测期间，都支持系统程序运行。此外，更加严格的根据具体的指令，发布并执行任务，进而输出精准的结果等。在此过程中，不仅不会出现执行错误的情况，铁路系统也不会因为故障干扰而停止工作的现象，即满足“故障-安全”原则。

2 计算机联锁系统技术及容错机制的具体表现

2.1 计算机联锁系统技术

在计算机联锁系统中，主要融入的重要技术可以划分为以下两种：三模冗余技术和双机热备技术。利用计算机系统，可以获得更丰富的外部资源。在升级优化计算机硬件系统、软件系统多项功能的基础上，为铁路信号容错技术的应用做好铺垫，进而持续提升计算机系统的稳定性与安全性。

2.1.1 三模冗余技术

利用三模冗余技术，将系统指令中三个相同的模块，从共同的输入端，进入同一个计算机操作系统，获得最终的表决结果。应用三模冗余技术，始终都要坚持“少数服从多数”原则，具体工作原理为：三模块的输出结果属于计算机系统的核心依据，采用三选三、三选二等方式，得到相应的表决结果。如在此过程中，三模块输出结果相似，计算机系统仅仅需要从中选择任意一个模块输出结果。如果三模块的最终输出结果不同，那么就要遵循“少数服从多数”原则。实际上，一旦系统没有应用三模冗余技术，不可避免的会产生连锁效应，在落实后续计算工作期间，就要投入更多的资源甚至还不会得到确定的结果。这样不仅会阻碍大铁路系统各类信息梳理有效性的提升，也会产生相应的安全隐患。

2.1.2 双机热备技术

双机热备技术与三模技术有所不同，其实由七个模块组合而成的，在动态冗余下此种技术被充分应用。双机热备技术不仅具有主模块，还具备自我检测装置和切换开关，广泛使用于切换工作模块、检查系统故障等方面[2]。在系统运行的时候，一般只有一个模块运行，其他模块待机。但是模块在获得指令之后，需要结合任务要求，打开其他模块的开关，使其他模块正常运行。通常情况下，模块正常待机被称作“储存模块”，也被称作基本模块。如果借助故障器可以尽早发现模块存在的故障，就可以自动完成切换工作，确保存储模块代替基本模块。如果没有特殊情况，系统仅需要开启一个存储模块，但由于存储模块也可能存在隐患问题，计算机系统就应当自我检查。在保证储存模块没有故障问题之后，才能够使其发挥切换开关的作用，使其他储存模块阶梯相应工作保证系统运行。

考虑到计算机联锁系统始终都要处于持续性的运行状态，所以对于其他六块模块而言，就要最大程度上规避系统运行期间的各项问题，并且每一个模块都要保证其能够在较短时间内进行恢复，这样就有助于系统长时间运转[3]。在选择模块的时候，需要充分考虑实际要求，还应当分析维护成本、投资成本等多种因素。特别是在有多个储存模块的状况下，会产生更大的维修成本。

2.2 容错机制的具体表现

2.2.1 软件冗余

在实际对联锁模块进行使用期间，以应用双份编码形式为主，保证每一份编码都能够在不同的物理空间下被储存，这样不仅能够具有其自身独特的结构和语言，也能提升系统信息数据安全性。

2.2.2 硬件冗余

铁路系统在日常运行期间对安全性的要求非常高，如要实时传输各类信息数据，防止产生较长时间的系统故障问题。在落实铁路系统设计工作时，将热备份最为核心方式，使其充分发挥功能作用，使人机对话机、联锁机的集线器连接在一起，将各项设备列入到具有较强严密性的稳定性的局域网领域中，这样不仅能够为机器设备高效传输信息提供保障，工作的同时，全面提升数据信息安全性和完整性。在铁路系统中将局域网与互联网进行比较，局域网的安全性更高[4]。局域网具有较强的封闭性，在其发挥作用的状况下能够抵御外部网络病毒的侵袭；甚至也具有较强的经济型，在落实升级或是改造工作时，升级投入的资金比较少，能够对各项资源进行充分利用，

3 基于RTLinux的容错计算机联锁控制系统

3.1 出现故障问题的核心因素

使计算机联锁控制系统出现故障问题的核心因素包括人为和物理两种因素。其中人为因素就是指技术人员在实际操作期间，因为失误或是技术水平等原因所产生的破坏性行为；物理因素与人为因素直接存在加大差异，主要就是指在系统实际运行过程中，因为内部元件损害、外部环境干扰等问题所出现的故障现象。在对元器件损害现象进行细致分析的状况下，不难发现其还包括通电运行老化、安装电路缺乏合理性等问题；而外部环境具体是指因为机械振动或是冲击等原因所产生的故障问题。

3.2 系统结构

命令驱动、数据采集、联锁逻辑运算层等，都是计算机联锁控制系统的硬件结构中的重要组成部分，不仅具有相独立性，同时也具备能在相同时间的状况下，在鼠标设备发挥作用的基础上，形成质量监测机制，之后再对各种类型的动态数据进行监管和核查。避免因为操作失误的现象，而产生无法接收联锁机命令执行信息的现象。联锁机自身运行的具体状况，最终是以动态形式展现出来，为技术人员顺利落实各项任务指令提供依据[5]。

维修管理机主要就是对局域网、人机会话机进行应用，来达到接受操作指令的目的，并且要实时打印和储存铁路信息数据和检测列车运行状况等，这样就不会向联锁机发出相应的操作信息，有助于提升系统运行有效性。联锁逻辑层运算在整个层级中具有核心作用，其自身的安全性对于铁路信号计算机联锁控制系统能否稳定运行，具有直接影响；主要包括联锁A、B 机互为热备系统[6]。此外，像数据才基层和命令驱动，通常状况下都是在人机会话机对其下达完相应的控制指令之后，在落实各项执行任务工作，在电子数字技术的辅助下以电子方式，在施工现场落实数据采集工作。

3.3 系统容错机制

基于RTLinux 的容错计算机联锁控制系统问题的具体表现，有硬件和软件冗余、智能检测等内容。在网络通信过程中，一旦局域网发生故障问题，就会使计算机联锁控制系统无法运行。基于此，就要开展冗余结构构建工作。对于软件冗余联锁模块而言，在一般状况下都会讲双份编码形式作为主要方式[7]。此外，软件比较器、同步控制器就要发挥作用，如要对联锁运算结果输出之前的信息、完成数据采集工作之后的信息数据进行对比分析，并要正确应用RTLinux 时钟，保证故障问题发现及时性。如果最终的运行结果存在不一致的问题，就要及时调整自检程序，进而将错误故障过滤掉。

将守护进程更好的融入到智能自测系统中，不断完善和升级其容错功能、自检功能，即便后续发生后无人监管的状况下也能进行自我故障检测[8]。在该系统发生故障问题期间，在智能自测系统的作用下，能够自行终端检查，并且能够及时找到产生故障问题的实际位置，为了能够防止后续出现问题，还能及时切换到备用机器上。在对智能自检系统进行研究和分析期间，不难发现其主要就是对人机交互系统配置文件进行应用，在发挥作用的基础上，能够对该系统是否处于稳定运行的状态进行准确判定，最大程度上保证铁路信号能够达到检测标准。

4 结束语

综上所述，在研究计算机联锁控制系统中的容错技术时，从系统软件、系统硬件等多个不同的角度进行分析，以此来证明该项技术对于铁路系统运行安全性与稳定性的重要意义。在我国计算机水平全面提升的背景下，联锁系统的可靠性、强容错等优势更加显著，在保证我国铁路系统稳定运行的基础上，能够提升该项技术的实际应用率，从而为后续促进我国铁路产业长远发展提供技术保障。