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計算機聯(lián)鎖系統的容錯技術(shù)
靜態(tài)冗余為什么是最高追求?從安全的角度確實(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,系統結構復雜從而降低了可靠性,所以我覺(jué)得綜合來(lái)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(jìn)行選擇,如今的各個(gè)廠(chǎng)家所出設備感覺(jué)沒(méi)有秩序,思路有一些不明朗,其實(shí)按需提供不同安全等級的設備才是最經(jīng)濟合理呀.
鐵路信號的基本作用之一就是保證列車(chē)、車(chē)列的運行安全。而這種安全的實(shí)現叉總是把“系統故障時(shí)讓列車(chē)停止”作為第一條件，形成了絕對保證安全的指導思想。在信號設備發(fā)生故障時(shí)，絕對禁止向危險側動(dòng)作。
在現有的鐵路信號聯(lián)鎖設備中，故障一安全的實(shí)現足以具有非對稱(chēng)錯誤特性，且故障可知的信號繼電器和閉路原理為基礎，實(shí)現信號設備整體性的故障一安全。如采用安全對應法來(lái)防止斷線(xiàn)，采用混線(xiàn)保護法來(lái)防止混線(xiàn)，采用電路監督法來(lái)及時(shí)發(fā)現故障或及時(shí)導向安全。而這種故障一安全的指導思想就阻礙了具有對稱(chēng)故障特性的半導體器件在鐵路信號設備中的應用，極大地影響了鐵路信號的發(fā)展。
隨著(zhù)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)鎖設備的應用也逐漸廣泛。由于計算機聯(lián)鎖系統處理涉及安全的信息，而它主要是由大規模和超大規模的集成電路芯片組成，集成電路芯片具有對稱(chēng)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的計算機聯(lián)鎖具有故障安全特性。
一般來(lái)講，計算機聯(lián)鎖系統是采用避錯技術(shù)和容錯技術(shù)來(lái)提高系統的可靠性。避錯技術(shù)采用高可靠性芯片，以減少故障概率。但是不能保證系統絕對可靠，因為芯片可靠性的提高是有限度的，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)一步提高系統的可靠性，就要用到容錯技術(shù)。容錯技術(shù)的基本 發(fā)點(diǎn)是承認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，使故障不能在系統輸出中造成差錯，不能改變電路或系統的結構，所以稱(chēng)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)在模塊級上應用最廣的是N冗余系統，這種表決系統中有N個(gè)相同的模塊同時(shí)運行，各模塊的輸由表決器進(jìn)行多數表決，其中N為奇數，可隔離(N一1)／z個(gè)模塊的故障。例如3取2系統。
1．2 動(dòng)態(tài)冗余技術(shù)
這種系統由多個(gè)模塊組成，其中只有1個(gè)模塊在運行輸出，同時(shí)系統不斷地進(jìn)行故障檢測，隨時(shí)將發(fā)生故障的模塊用其他模塊代替，確保系統的安全性，此時(shí)系統的結構發(fā)生了變化，故稱(chēng)為動(dòng)態(tài)冗余。最基本的動(dòng)態(tài)冗余系統為二冗余系統，此外還有多冗余系統，其中二冗余系統又有熱備、冷備、溫備和分布式處理4種方式。
二冗余系統的熱備方式為主機和備機同時(shí)工作，但平時(shí)只有主機能夠輸 ，當系統檢測到主機錯誤時(shí)， 自動(dòng)切換到備機輸 。二冗余系統的冷備方式為平時(shí)只有主機工作，當系統檢測到主機錯誤時(shí)，使主機停止輸出，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)備機工作。這種方式需要等待一定的時(shí)間，系統的連續性受到影響，適用于對連續性要求不高的系統。二冗余系統的溫備方式結構類(lèi)似冷備方式的結構，只是備機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)際中很少應用。二冗余系統的分布式處理方式是二機共同承擔不同的任務(wù)，若其中一機出現故障，則將任務(wù)重新調整，讓無(wú)故障機承擔故障機的任務(wù)，或者讓系統的功能降級，這樣系統故障時(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)冗余相結合構成的一種新的冗余結構。這種系統中有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)表決后作為系統的輸出，同時(shí)各模塊的輸出與系統的輸出作比較，以監測任一模塊是否有故障。如果檢測出其中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據，對處理結果進(jìn)行比較，產(chǎn)生輸出。在結構上可按比較的范圍分為2種：第1種是把系統按功能劃分成小段，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)軟件的獨立性，相互獨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立，故障可能同時(shí)存在于各個(gè)程序，則無(wú)法提高系統的可靠性。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，確保了系統安全。最常見(jiàn)的是采用2種不同的軟件處理數據，同時(shí)結合硬件冗余共同提高系統的可靠性。例如，在二冗余系統中，主機和備機都采用2種軟件，平時(shí)主機T作，此時(shí)2種軟件同時(shí)對數據進(jìn)行處理，對結果進(jìn)行比較。如果一致，則產(chǎn)生輸出，否則說(shuō)明系統故障，立即進(jìn)行切換，使備機工作，從而提高系統的可靠性。
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)的采集都是利用安全型繼電器來(lái)實(shí)現，岡此計算機與繼電器之間的接口電路也應滿(mǎn)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散。繼電器吸起則將信息編為11l1，落下則編為0000。計算機對讀入的編碼進(jìn)行“與”運算，如果各光電耦合器都正常1-作，結果為1，表明軌道電路空閑；如果某個(gè)光電耦合器故障，結果為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，當有2個(gè)或3個(gè)電路的輸 是一致時(shí)，認為是正確信息，這樣就防止了由于采集電路的故障而導致計算機錯誤判斷的現象。
3．2 輸出接口
輸出接口普遍采用動(dòng)態(tài)驅動(dòng)，即計算機輸出的驅動(dòng)信息不是高電平，也不是低電平，而是一個(gè)脈沖信號，再經(jīng)過(guò)脈沖一電平轉換電路輸出一個(gè)有足夠驅動(dòng)功率的高電平去動(dòng)作相應的繼電器。如果計算機故障，則計算機輸出的不是脈沖信號，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)脈沖一電平轉換電路后不會(huì )產(chǎn)生一個(gè)高電平，因此相應的繼電器總是落下，實(shí)現了故障一安全。
綜上所述，容錯技術(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上以資源冗余為代價(jià)的。在現代科技高速發(fā)展的今天，計算機及其芯片的各項指標越來(lái)越高，價(jià)格也越來(lái)越低，為容錯技術(shù)的廣泛應用打下了堅實(shí)的物質(zhì)基礎。隨著(zhù)計算機的迅速發(fā)展，計算機聯(lián)鎖這一現代化設備將廣泛應用于鐵路現場(chǎng)，正確認識掌握這一理論將對現代化的鐵路事業(yè)有著(zhù)重要的意義. 論文出處(作者):
MFC的OpenGL紋理貼圖技術(shù)研
計算機網(wǎng)絡(luò )中信息系統技術(shù)安全與防范
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