- 相關(guān)推薦
計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)
靜態(tài)冗余為什么是最高追求?從安全的角度確實(shí)他有自己的優(yōu)點(diǎn),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(fù)雜從而降低了可靠性,所以我覺得綜合來(lái)看,混合冗余比較合理.
應(yīng)該將安全等級(jí)對(duì)應(yīng)冗余方法從而對(duì)冗余的方式進(jìn)行選擇,如今的各個(gè)廠家所出設(shè)備感覺沒有秩序,思路有一些不明朗,其實(shí)按需提供不同安全等級(jí)的設(shè)備才是最經(jīng)濟(jì)合理呀.
鐵路信號(hào)的基本作用之一就是保證列車、車列的運(yùn)行安全。而這種安全的實(shí)現(xiàn)叉總是把“系統(tǒng)故障時(shí)讓列車停止”作為第一條件，形成了絕對(duì)保證安全的指導(dǎo)思想。在信號(hào)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，絕對(duì)禁止向危險(xiǎn)側(cè)動(dòng)作。
在現(xiàn)有的鐵路信號(hào)聯(lián)鎖設(shè)備中，故障一安全的實(shí)現(xiàn)足以具有非對(duì)稱錯(cuò)誤特性，且故障可知的信號(hào)繼電器和閉路原理為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備整體性的故障一安全。如采用安全對(duì)應(yīng)法來(lái)防止斷線，采用混線保護(hù)法來(lái)防止混線，采用電路監(jiān)督法來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障或及時(shí)導(dǎo)向安全。而這種故障一安全的指導(dǎo)思想就阻礙了具有對(duì)稱故障特性的半導(dǎo)體器件在鐵路信號(hào)設(shè)備中的應(yīng)用，極大地影響了鐵路信號(hào)的發(fā)展。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是高可靠性技術(shù)及容錯(cuò)理論與技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在鐵路信號(hào)聯(lián)鎖設(shè)備的應(yīng)用也逐漸廣泛。由于計(jì)算機(jī)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(duì)稱的錯(cuò)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的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖具有故障安全特性。
一般來(lái)講，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是采用避錯(cuò)技術(shù)和容錯(cuò)技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。避錯(cuò)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(duì)可靠，因?yàn)樾酒煽啃缘奶岣呤怯邢薅鹊�，越過(guò)這個(gè)限度將付出巨大的代價(jià)。在這種情況下，要想進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，就要用到容錯(cuò)技術(shù)。容錯(cuò)技術(shù)的基本 發(fā)點(diǎn)是承認(rèn)故障不可避免的事實(shí)，進(jìn)而考慮解除故障影響的措施。為實(shí)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(shí)間冗余等，主要是硬件和軟件冗余。
1 硬件冗余技術(shù)
硬件冗余又有靜態(tài)冗余、動(dòng)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(guò)冗余資源來(lái)隔離或校正故障，使故障不能在系統(tǒng)輸出中造成差錯(cuò)，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(guò)表決來(lái)隔離發(fā)生的故障。靜態(tài)冗余技術(shù)在模塊級(jí)上應(yīng)用最廣的是N冗余系統(tǒng)，這種表決系統(tǒng)中有N個(gè)相同的模塊同時(shí)運(yùn)行，各模塊的輸由表決器進(jìn)行多數(shù)表決，其中N為奇數(shù)，可隔離(N一1)／z個(gè)模塊的故障。例如3取2系統(tǒng)。
1．2 動(dòng)態(tài)冗余技術(shù)
這種系統(tǒng)由多個(gè)模塊組成，其中只有1個(gè)模塊在運(yùn)行輸出，同時(shí)系統(tǒng)不斷地進(jìn)行故障檢測(cè)，隨時(shí)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(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，故稱為動(dòng)態(tài)冗余。最基本的動(dòng)態(tài)冗余系統(tǒng)為二冗余系統(tǒng)，此外還有多冗余系統(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(jī)和備機(jī)同時(shí)工作，但平時(shí)只有主機(jī)能夠輸 ，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到主機(jī)錯(cuò)誤時(shí)， 自動(dòng)切換到備機(jī)輸 。二冗余系統(tǒng)的冷備方式為平時(shí)只有主機(jī)工作，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到主機(jī)錯(cuò)誤時(shí)，使主機(jī)停止輸出，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)備機(jī)工作。這種方式需要等待一定的時(shí)間，系統(tǒng)的連續(xù)性受到影響，適用于對(duì)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(jī)處于通電但不工作狀態(tài)，這樣能減少一點(diǎn)等待時(shí)問(wèn)，在實(shí)際中很少應(yīng)用。二冗余系統(tǒng)的分布式處理方式是二機(jī)共同承擔(dān)不同的任務(wù)，若其中一機(jī)出現(xiàn)故障，則將任務(wù)重新調(diào)整，讓無(wú)故障機(jī)承擔(dān)故障機(jī)的任務(wù)，或者讓系統(tǒng)的功能降級(jí)，這樣系統(tǒng)故障時(shí)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(dòng)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(gè)正常工作的模塊，有S個(gè)備用模塊。N個(gè)正常工作模塊經(jīng)過(guò)表決后作為系統(tǒng)的輸出，同時(shí)各模塊的輸出與系統(tǒng)的輸出作比較，以監(jiān)測(cè)任一模塊是否有故障。如果檢測(cè)出其中1個(gè)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(duì)處理結(jié)果進(jìn)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(jìn)行比較；第2種是采用幾個(gè)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(gè)軟件的獨(dú)立性，相互獨(dú)立的程序即使可能存在故障，也可以通過(guò)表決將其屏蔽。如果程序間相互不獨(dú)立，故障可能同時(shí)存在于各個(gè)程序，則無(wú)法提高系統(tǒng)的可靠性。由于采用了幾種不同的相互獨(dú)立的處理軟件，因此防止了某種軟件由于設(shè)計(jì)錯(cuò)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(shí)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(jī)和備機(jī)都采用2種軟件，平時(shí)主機(jī)T作，此時(shí)2種軟件同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較。如果一致，則產(chǎn)生輸出，否則說(shuō)明系統(tǒng)故障，立即進(jìn)行切換，使備機(jī)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(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，對(duì)信號(hào)、道岔、軌道電路的控制及狀態(tài)的采集都是利用安全型繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，岡此計(jì)算機(jī)與繼電器之間的接口電路也應(yīng)滿足故障一安全原則。
3．1 輸入接口
通常故障一安全的輸入接口電路是采用光電隔離技術(shù)，編碼輸入，表決確定輸入信息的。信息的輸入采用了光電耦合器，防止了采用接點(diǎn)輸入電路時(shí)的電磁干擾和電路中故障的擴(kuò)散。繼電器吸起則將信息編為11l1，落下則編為0000。計(jì)算機(jī)對(duì)讀入的編碼進(jìn)行“與”運(yùn)算，如果各光電耦合器都正常1-作，結(jié)果為1，表明軌道電路空閑；如果某個(gè)光電耦合器故障，結(jié)果為0，表明軌道電路占用或輸入接口電路有故障。采用3個(gè)采集電路進(jìn)行表決輸出，當(dāng)有2個(gè)或3個(gè)電路的輸 是一致時(shí)，認(rèn)為是正確信息，這樣就防止了由于采集電路的故障而導(dǎo)致計(jì)算機(jī)錯(cuò)誤判斷的現(xiàn)象。
3．2 輸出接口
輸出接口普遍采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)，即計(jì)算機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)信息不是高電平，也不是低電平，而是一個(gè)脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)脈沖一電平轉(zhuǎn)換電路輸出一個(gè)有足夠驅(qū)動(dòng)功率的高電平去動(dòng)作相應(yīng)的繼電器。如果計(jì)算機(jī)故障，則計(jì)算機(jī)輸出的不是脈沖信號(hào)，而是停留在脈沖的某個(gè)高電平或低電平，這個(gè)非脈沖電平經(jīng)過(guò)脈沖一電平轉(zhuǎn)換電路后不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平，因此相應(yīng)的繼電器總是落下，實(shí)現(xiàn)了故障一安全。
綜上所述，容錯(cuò)技術(shù)是一種延伸了的故障安全措施，它是建立在高可靠集成芯片的基礎(chǔ)上以資源冗余為代價(jià)的。在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)及其芯片的各項(xiàng)指標(biāo)越來(lái)越高，價(jià)格也越來(lái)越低，為容錯(cuò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖這一現(xiàn)代化設(shè)備將廣泛應(yīng)用于鐵路現(xiàn)場(chǎng)，正確認(rèn)識(shí)掌握這一理論將對(duì)現(xiàn)代化的鐵路事業(yè)有著重要的意義. 論文出處(作者):
MFC的OpenGL紋理貼圖技術(shù)研
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中信息系統(tǒng)技術(shù)安全與防范
【計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)】相關(guān)文章：
計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠設(shè)計(jì)淺析03-28
泰國(guó)鐵路通信信號(hào)工程中的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)02-24
全電子模塊化計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)探討03-09
計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)在北京城鐵中的應(yīng)用02-27
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件冗余容錯(cuò)分析12-01
探析計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)在北京城鐵中的應(yīng)用03-19
淺析3G視頻通信中容錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用03-20