【文章內(nèi)容簡介】 ，因此它實質(zhì)上是一個滿足故障 —— 安全信號原則的聯(lián)鎖 邏輯運算系統(tǒng)，計算機在系統(tǒng)中的作用是將操作命令與現(xiàn)場各種輸入的表示信息讀入，再根據(jù)計算機內(nèi)部狀態(tài)等條件進行邏輯運算，判斷后輸出控制信息至執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)多變量數(shù)字輸入和多變量數(shù)字輸出這樣一個復雜傳遞函數(shù)的變換，圖 22 是邏輯運算系統(tǒng)的原理圖。 CPU RAMMM ROM 主機 系統(tǒng)支持板 人機對話設(shè)備 人機接口 其他計算機系統(tǒng) 通信接口 外部設(shè)備 內(nèi)部總線 磁盤系統(tǒng) 通用I\O 接口 開關(guān)量輸入通道 通用I\O 接口 開關(guān)量輸出通道 繼電結(jié)合電路 現(xiàn)場監(jiān)控對象 工業(yè)控制計算機 遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 圖 22 聯(lián)鎖 邏輯運算系統(tǒng)原理圖 計算機 聯(lián)鎖 系統(tǒng)基本原理 從計算機系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)來看屬于 二 級集散式控制系統(tǒng)，突破了舊有的集中式信號系統(tǒng)模式，具有模塊化、層次化等特點。模塊化是指 聯(lián)鎖 機主模塊、 PLC 及信號結(jié)合模塊等，層次化是指系統(tǒng)具有操作表示層、 聯(lián)鎖 運算層、復 核驅(qū)動層、結(jié)合電路層及監(jiān)控對象層等五個物理層次。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于可根據(jù)車站規(guī)模的大小、作業(yè)需求的不同，在不改變 聯(lián)鎖 軟件的基礎(chǔ)上通過修改站場靜態(tài)數(shù)據(jù)并增設(shè)相應硬件模塊，即可滿足系統(tǒng)的擴容要求，先進的控制體系結(jié)構(gòu)結(jié)合工藝設(shè)計使得系統(tǒng)調(diào)試周期與現(xiàn)場施工、開通周期均大為縮短，具有很好的經(jīng)濟與實用性。 人機對話層 將來自鍵盤、鼠標等操作輸入，經(jīng)串口送達 聯(lián)鎖 計算機，同時在圖形顯示器上顯示站場表示信息。在站場規(guī)模較大致使 聯(lián)鎖 計算 機負擔較重或需要多終端操作的情況下，可設(shè)置操作命令采集機進行操作命令輸入的有效性判別并轉(zhuǎn) 換成約定格式傳送給 聯(lián)鎖計算機。 聯(lián)鎖 運算層 聯(lián)鎖 微機是系統(tǒng)的核心部分，承擔著操作輸入的判別、 聯(lián)鎖 信號的調(diào)理及分析、邏輯運算、控制命令生成、故障診斷等任務，其可靠性、安全性對系統(tǒng)的總體故障 — 安全遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 性能有較大影響， HJ04A 系統(tǒng)中設(shè)置了兩臺 聯(lián)鎖 微機，其中一臺為冷備機，可進行人工切換。 復核驅(qū)動層 復核驅(qū)動層由 PLC 組成，其承擔著采集表示信息并將 聯(lián)鎖 微機下達的操作命令轉(zhuǎn)化為故障 — 安全的控制信號的任務，作為系統(tǒng)安全性設(shè)計的重要環(huán)節(jié)之一， PLC 還承擔著對 聯(lián)鎖 微機形成的操作命令進行復核檢查的屏障作用。 結(jié)合電路層 結(jié)合電路的任務之一是實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備表示信息與 PLC 輸出的驅(qū)動信號的安全邏輯轉(zhuǎn)換，使 PLC 的輸入、輸出信息均具有故障 — 安全性能。任務之二是用專用電路規(guī)范監(jiān)控設(shè)備的測控過程，即包括表示 信息采集 機制與設(shè)備驅(qū)動流程。 監(jiān)控對象層 監(jiān)控設(shè)備是指 聯(lián)鎖 系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備，即道岔、信號機與軌道電 路。 計算機 聯(lián)鎖 系統(tǒng)可靠性及安全技術(shù) 目前，國內(nèi)外進行高可靠系統(tǒng)的容錯設(shè)計多采用三模靜態(tài)冗余方案或二模動態(tài)冗余方案。其中前者完全是靠硬件冗余來提升可靠性的，后者則不僅使用了硬件冗余資源，同時也使用了故障檢測技術(shù)與軟件冗余資源。這二種方案的共同特點是對硬件故障具有較強的屏蔽與糾錯能力。然而這二種方案均存在一定的實現(xiàn)難度與缺陷，三模冗余系統(tǒng)必須實現(xiàn)三模的同步進程及表決器的高可靠設(shè)計，尤其需要解決時鐘容錯的問題；二模動態(tài)冗余系統(tǒng)則要求冗余管理機構(gòu)的高效與可靠性。目前這二類系統(tǒng)的可靠性計算都是在設(shè)定表決器或冗 余管理機構(gòu)的可靠度 R(t)=1 的基礎(chǔ)上進行的，同時由于設(shè)備直接投資成本過高，因而在非航天、通訊等可靠性要求很高的領(lǐng)域應用不多。 在鐵路信號領(lǐng)域，由于行車安全被認為是超過效率的重要考慮，因此相應對計算機聯(lián)鎖 系統(tǒng)的可靠性與安全性要求很高，針對這種情況，可以有二種方式供我們在設(shè)計中進行選擇。其一是強化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計，這是基于可靠性理論包含了系統(tǒng)故障的屏蔽效應，因而用高可靠性換取系統(tǒng)的低故障率，以此隱含了對安全性的相對提升。但可靠性技術(shù)總是受一定的條件所限制，如硬件冗余資源使用、采用高可靠器件等，這完全取決于系統(tǒng) 的可靠性要求及財力許可。其次我們可以基于這樣一個思路來考慮問題：如果計算機 聯(lián)鎖 系統(tǒng)在保證一定可靠性要求基礎(chǔ)上并結(jié)合故障 — 安全技術(shù)來得以實現(xiàn)，實質(zhì)上也就是說犧牲少量的效率來避免昂貴的成本并換取系統(tǒng)的高安全性，同樣也能滿足鐵路信號對 聯(lián)鎖 系統(tǒng)的性能要求 ? 容錯技術(shù)在計算機 聯(lián)鎖 系統(tǒng)中的應用： 隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是高可靠性技術(shù)及容錯理論與技術(shù)的發(fā)展，計算機在鐵路信號 聯(lián)鎖 設(shè)備的應用也逐漸廣泛。由于計算機 聯(lián)鎖 系統(tǒng)處理涉及安全的信息，而它主要是由大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路芯片組成，集成電路芯片具有對稱的錯誤特性， 即芯片的短路故障和斷路故障的概率是相同的，因此必須使采用集成電路芯片電路遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 的計算機 聯(lián)鎖 具有故障安全特性。 一般來講，計算機 聯(lián)鎖 系統(tǒng)是采用避錯技術(shù)和容錯技術(shù)來提高系統(tǒng)的可靠性。 （如圖 23 所示為 容錯技術(shù) 示意圖）。 避錯技術(shù)采用高可靠性芯片，以減少故障概率。但是不能保證系統(tǒng)絕對可靠，因為芯片可靠性的提高是有限度的，越過這個限度將付出巨大的代價。在這種情況下，要想進一步提高系統(tǒng)的可靠性，就要用到容錯技術(shù)。容錯技術(shù)的基本 發(fā)點是承認故障不可避免的事實，進而考慮解除故障影響的措施。為實現(xiàn)這一目的，主要手段就是投入更多的所 需資源，如硬件冗余、軟件冗余、時間冗余等，主要是硬件和軟件冗余。 圖 23計算機 聯(lián)鎖 系統(tǒng)容錯技術(shù) 靜態(tài)冗余為什么是最高追求 ? 從安全的角度確實他有自己的優(yōu)點 ,但是靜態(tài)冗余也有自己的不足 ,比如他消耗的資源大 ,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜從而降低了可靠性 ,所以我覺得綜合來看 ,混合冗余比較合理 . 應該將安全等級對應冗余方法從而對冗余的方式進行選擇 ,如今的各個廠家所出設(shè)備感覺沒有秩序 ,思路有一些不明朗 ,其實按需提供不同安全等級的設(shè)備才是最經(jīng)濟合理呀 . 1 硬件冗余技術(shù) 硬件冗余又有靜態(tài)冗余、動態(tài)冗余和混合冗余 3 種基本 形式。 1． 1 靜態(tài)冗余技術(shù) 靜態(tài)冗余技術(shù)是通過冗余資源來隔離或校正故障，使故障不能在系統(tǒng)輸出中造成差錯，不能改變電路或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，所以稱為靜態(tài)冗余。其基本原理是通過表決來隔離發(fā)生的故障。靜態(tài)冗余技術(shù)在模塊級上應用最廣的是 N 冗余系統(tǒng)，這種表決系統(tǒng)中有 N 個相同的模塊同時運行，各模塊的輸由表決器進行多數(shù)表決，其中 N 為奇數(shù)，可隔離 (N一 1)／ z 個模塊的故障。例如 3取 2系統(tǒng)。 1． 2 動態(tài)冗余技術(shù) 這種系統(tǒng)由多個模塊組成，其中只有 1 個模塊在運行輸出，同時系統(tǒng)不斷地進行故障檢測，隨時將發(fā)生故障的模塊用其他模塊代 替，確保系統(tǒng)的安全性，此時系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，故稱為動態(tài)冗余。最基本的動態(tài)冗余系統(tǒng)為二冗余系統(tǒng)，此外還有多冗余遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 系統(tǒng)，其中二冗余系統(tǒng)又有熱備、冷備、溫備和分布式處理 4 種方式。 二冗余系統(tǒng)的 熱備方式為主機和備機同時工作，但平時只有主機能夠輸 ，當系統(tǒng)檢測到主機錯誤時， 自動切換到備機輸 。二冗余系統(tǒng)的冷備方式為平時只有主機工作，當系統(tǒng)檢測到主機錯誤時，使主機停止輸出，同時自動啟動備機工作。這種方式需要等待一定的時間，系統(tǒng)的連續(xù)性受到影響，適用于對連續(xù)性要求不高的系統(tǒng)。二冗余系統(tǒng)的溫備方式結(jié)構(gòu)類似冷備方式的結(jié)構(gòu)，只是備機處于通電但不工作狀態(tài)，這樣能減少一點等待時問，在實際中很少應用。二冗余系統(tǒng)的分布式處理方式是二機共同承擔不同的任務，若其中一機出現(xiàn)故障，則將任務重新調(diào)整，讓無故障機承擔故障機的任 務，或者讓系統(tǒng)的功能降級，這樣系統(tǒng)故障時喪失了一些控制功能。 1． 3 混合冗余技術(shù) 混合冗余技術(shù)是將靜態(tài)冗余和動態(tài)冗余相結(jié)合構(gòu)成的一種新的冗余結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)中有 N個正常工作的模塊，有 S個備用模塊。 N 個正常工作模塊經(jīng)過表決后作為系統(tǒng)的輸出，同時各模塊的輸出與系統(tǒng)的輸出作比較，以監(jiān)測任一模塊是否有故障。如果檢測出其中 1 個模塊故障，則由切換電路切斷故障模塊，接通備用模塊。 2 軟件冗余技術(shù) 軟件冗余技術(shù)就是用幾種不同的軟件處理數(shù)據(jù)，對處理結(jié)果進行比較，產(chǎn)生輸出。在結(jié)構(gòu)上可按比較的范圍分為 2種：第 1種是把系 統(tǒng)按功能劃分成小段，各段之間進行比較；第 2 種是采用幾個系統(tǒng)功能相同的軟件相比較。這種軟件冗余關(guān)鍵在于各個軟件的獨立性，相互獨立的程序即使可能存在故障，也可以通過表決將其屏蔽。如果程序間相互不獨立，故障可能同時存在于各個程序，則無法提高系統(tǒng)的可靠性。由于采用了幾種不同的相互獨立的處理軟件，因此防止了某種軟件由于設(shè)計錯誤而產(chǎn)生的故障，還可以屏蔽硬件的某些故障，確保了系統(tǒng)安全。最常見的是采用 2 種不同的軟件處理數(shù)據(jù)，同時結(jié)合硬件冗余共同提高系統(tǒng)的可靠性。例如，在二冗余系統(tǒng)中，主機和備機都采用2 種軟件，平時主機 T作， 此時 2 種軟件同時對數(shù)據(jù)進行處理，對結(jié)果進行比較。如果一致，則產(chǎn)生輸出，否則說明系統(tǒng)故障，立即進行切換，使備機工作，從而提高系統(tǒng)的可靠性。 3 故障一安全接口電路 目前，在計算機 聯(lián)鎖 系統(tǒng)中，對信號、道岔、軌道電路的控制及狀態(tài)的采集都是利用安