郭文佳

中國(guó)鐵路烏魯木齊局集團(tuán)有限公司烏魯木齊電務(wù)段，中國(guó)·新疆 烏魯木齊 830000

1 引言

在聯(lián)鎖系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程中，其最早就應(yīng)用在各大鐵路系統(tǒng)當(dāng)中，為了確保行車的安全性，就應(yīng)當(dāng)在進(jìn)路以及信號(hào)之間維持一定的操作順序以及制約關(guān)系，通過(guò)更高效技術(shù)方法的應(yīng)用，保證道岔、信號(hào)以及進(jìn)路都可以按照相應(yīng)的順序并在滿足一定條件的情況下所建立起相互關(guān)系，這就是聯(lián)鎖的基本性質(zhì)。而在近年來(lái)的發(fā)展進(jìn)程中，聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)從原本的機(jī)械聯(lián)鎖、手信號(hào)進(jìn)一步發(fā)展為了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖等全新發(fā)展階段，這也使其在鐵路交通以及軌道交通等控制領(lǐng)域當(dāng)中得到了十分廣泛的應(yīng)用。因此，這就需要準(zhǔn)確找尋出計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軌道采集電路中引發(fā)故障問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因，并采取針對(duì)性措施加以解決，確保計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軌道采集電路能夠有效發(fā)揮出自身的實(shí)際作用。

2 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的基本功能

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)為了更好地實(shí)現(xiàn)自身的基本功能，就必須囊括以下幾方面內(nèi)容。

2.1 人機(jī)對(duì)話功能

人機(jī)對(duì)話功能主要就是操作人員通過(guò)控制臺(tái)或是鍵盤等設(shè)備，直接在計(jì)算機(jī)當(dāng)中輸入對(duì)應(yīng)的操作信息，并由屏幕顯示器或是控制臺(tái)來(lái)有效表示出數(shù)據(jù)信息的一種功能。

2.2 聯(lián)鎖功能

聯(lián)鎖功能屬于整體系統(tǒng)當(dāng)中的核心功能，通過(guò)負(fù)載聯(lián)鎖功能的運(yùn)輸來(lái)確保輸出的安全性與穩(wěn)定性，聯(lián)鎖系統(tǒng)與室外監(jiān)控對(duì)象之間，大多都會(huì)通過(guò)總線的方式來(lái)對(duì)狀態(tài)信息以及控制信息進(jìn)行科學(xué)合理的交換，并在實(shí)際聯(lián)鎖功能當(dāng)中進(jìn)一步劃分出一種與監(jiān)控對(duì)象之間能夠交換信息的子功能。

2.3 系統(tǒng)維護(hù)功能與其他系統(tǒng)之間的信息交換功能

其中包括對(duì)于各類室外設(shè)備的全面檢測(cè)以及對(duì)操作情況的記錄等，而與其他系統(tǒng)之間的信息交換功能，則是與運(yùn)行管理系統(tǒng)等交換數(shù)據(jù)信息[1]。

3 當(dāng)前采用的主要計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

在當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境中，無(wú)論是中國(guó)還是其他國(guó)家，其所采用的大多都是CBI 聯(lián)鎖系統(tǒng)，在對(duì)高可靠系統(tǒng)展開(kāi)容錯(cuò)設(shè)計(jì)時(shí)，其中所用的主要為三模靜態(tài)冗余方案或是二模動(dòng)態(tài)冗余方案等。在采用三模靜態(tài)冗余方案的過(guò)程中，主要就是通過(guò)硬件冗余來(lái)逐步提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，二模靜態(tài)冗余方案不僅采用了硬件冗余資源，同時(shí)也引入了軟件冗余資源以及故障檢測(cè)技術(shù)等，這兩種措施所具備的主要特點(diǎn)就在于硬件故障有著極強(qiáng)的糾錯(cuò)能力以及屏蔽能力，但這兩種方案在實(shí)際開(kāi)展過(guò)程當(dāng)中，其都存在著一定的難度以及缺陷，三模靜態(tài)冗余系統(tǒng)當(dāng)中，必須保證內(nèi)部能夠?qū)崿F(xiàn)三模同步，還應(yīng)當(dāng)對(duì)表決器部位進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，從而大幅度降低時(shí)鐘容錯(cuò)等故障問(wèn)題的發(fā)生概率，而二模動(dòng)態(tài)冗余系統(tǒng)，則要求整體冗余管理工作應(yīng)當(dāng)具備更高的可靠性與高效性，否則就會(huì)加大各類安全問(wèn)題的發(fā)生概率。目前，這兩種不同系統(tǒng)之間在進(jìn)行可靠性計(jì)算的過(guò)程中，都是在表決器以及冗余管理機(jī)構(gòu)可靠度的基礎(chǔ)上所開(kāi)展的，由于整體投資成本相對(duì)較高，使其在通信以及航天等可靠性要求較高的專業(yè)領(lǐng)域中并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)當(dāng)中，還涉及到了大部分與安全相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，主要就是由規(guī)模較大的集成電路芯片所組成的，這種集成電路芯片自身具備著對(duì)稱的錯(cuò)誤特性，這也使得芯片產(chǎn)生斷路故障以及短路故障的概率是相同的。所以，這就需要在采用集成電路芯片的實(shí)際過(guò)程中，確保計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖具備著故障安全性特征，通常情況下，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)內(nèi)部都會(huì)采取容錯(cuò)技術(shù)以及避錯(cuò)技術(shù)來(lái)提升系統(tǒng)的可靠性，以此來(lái)降低故障問(wèn)題的發(fā)生概率，但這種方式仍舊無(wú)法確保系統(tǒng)具備著絕對(duì)的可靠性，這是由于無(wú)論何種芯片，其自身的可靠性都是存在限度的，一旦超出這個(gè)限度就需要付出極大的代價(jià)，在這種情況下，為了降低計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)故障問(wèn)題的發(fā)生概率，就應(yīng)當(dāng)采取容錯(cuò)技術(shù)。而容錯(cuò)技術(shù)應(yīng)用的核心就在于承認(rèn)故障無(wú)法避免這一事實(shí)情況，以此為基礎(chǔ)來(lái)對(duì)故障影響的解決措施進(jìn)行使用，這就需要投入更多的資源。

除此之外，CBI 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)還能夠應(yīng)用在鐵路交通系統(tǒng)以及軌道交通系統(tǒng)當(dāng)中，其屬于列車控制系統(tǒng)內(nèi)部的聯(lián)鎖子系統(tǒng)，除卻擁有基本的電氣聯(lián)鎖功能之外，還將能夠滿足提前發(fā)車、保護(hù)進(jìn)路以及車站封鎖等特殊聯(lián)鎖功能的基本需求[2]。

4 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軌道采集電路的具體優(yōu)化措施

4.1 軟硬件冗余技術(shù)

在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軌道采集電路當(dāng)中，其所采用的都是冗余結(jié)構(gòu)來(lái)提升自身的安全性與可靠性，本質(zhì)就在于添加部分性能一致的模塊，但這部分模塊站在系統(tǒng)功能的角度上來(lái)看是完全多余的。然而，在提升系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)安全性與穩(wěn)定性的方面，這些模塊則是必要的，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)內(nèi)部的可靠性冗余結(jié)構(gòu)，就是為了提升系統(tǒng)可靠性或是達(dá)到目標(biāo)所用的一種的冗余結(jié)構(gòu)?？煽啃匀哂嘟Y(jié)構(gòu)中，所采用的則是雙機(jī)熱備二重系統(tǒng)，而安全性冗余結(jié)構(gòu)則是為了達(dá)到主要安全指標(biāo)的冗余結(jié)構(gòu)，通常采用雙機(jī)共同工作的方式，并進(jìn)行較為頻繁的結(jié)構(gòu)更換。由此可以看出，在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軌道采集電路當(dāng)中，其不僅有著較高要求的可靠性指標(biāo)，還有著同樣重要的安全性指標(biāo)，可以構(gòu)建出一種二乘二取二或是三取二的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在區(qū)域性的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)方面，所用的就是二乘二取二的軟件冗余技術(shù)以及硬件冗余技術(shù)，在遵循安全原則的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣不僅可以保證系統(tǒng)的可靠性，還能夠進(jìn)一步滿足系統(tǒng)安全性方面的需求。同時(shí)，CBI 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)也只有處在雙系共同工作的狀態(tài)中，安全信號(hào)才可以正常輸入，然而，如果其中某一系產(chǎn)生了故障問(wèn)題，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將輸出切斷，進(jìn)入到安全模式當(dāng)中，并且只有在故障徹底排除過(guò)后，雙系才能夠恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)當(dāng)中，在表決通過(guò)之后對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行輸出。

4.2 軟硬件檢查技術(shù)

為了在根本上提高計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軌道采集電路的安全性與穩(wěn)定性，就應(yīng)當(dāng)在應(yīng)用CBI 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的過(guò)程中，通過(guò)軟件在線自檢技術(shù)與硬件電路回檢技術(shù)之間的融合來(lái)形成全新的軟硬件檢查技術(shù)，在硬件電路當(dāng)中提升對(duì)于關(guān)鍵電路部位的檢測(cè)力度，通過(guò)安全繼電器的應(yīng)用來(lái)確保電路在產(chǎn)生故障的過(guò)程中，會(huì)將故障問(wèn)題直接導(dǎo)向安全部位上；而在軟件檢測(cè)方面，則囊括了電自檢以及持續(xù)周期自檢等多方面內(nèi)容，在軟件上的電自檢內(nèi)容主要為版本信息、配置信息、電源狀態(tài)以及內(nèi)存狀態(tài)等多方面內(nèi)容的檢測(cè)，以此來(lái)保證系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)程中能夠始終處在安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中。同時(shí)，在線自檢也會(huì)對(duì)這部分系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)展開(kāi)周期性的輪檢，這樣不僅能夠準(zhǔn)確找尋出計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)內(nèi)容存在的各類故障問(wèn)題，確保系統(tǒng)工作的安全性與穩(wěn)定性。

4.3 雙環(huán)網(wǎng)通信技術(shù)

為了確保CBI 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的安全通信，就要在不同的子系統(tǒng)之間采取紅藍(lán)網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)的方式，這樣不僅可以提升整體通信的可靠性，也能夠大幅度降低各類問(wèn)題的發(fā)生概率。在現(xiàn)場(chǎng)部位的總線設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)采用CAN 安全通信協(xié)議，這是由于CAN 協(xié)議自身就具備著安全校驗(yàn)機(jī)制以及錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制，可以更好地保證通信過(guò)程的安全性。同時(shí)，在CBI 聯(lián)鎖子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間的核心傳輸層當(dāng)中所采用的則是IP/MOLS 技術(shù)，接入層當(dāng)中應(yīng)當(dāng)將IEEE802.3以太網(wǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)所在，以此來(lái)保證CBI 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間可以進(jìn)行更加安全穩(wěn)定的通信[3]。

4.4 繼電器接口防護(hù)

在中國(guó)目前的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軌道采集電路控制系統(tǒng)當(dāng)中，所采用的主要就是繼電接口電路的方式，通常情況下，繼電接口電路都會(huì)采取AX 系列的安全型繼電器，并根據(jù)故障-安全的基本原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖則通過(guò)對(duì)接口電路內(nèi)部繼電器動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)以及采集，進(jìn)一步完善整體的安全控制工作。在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備當(dāng)中，還配置了能夠采集繼電器工作狀態(tài)的采集板以及輸出板，采集板與輸出板當(dāng)中還分別設(shè)計(jì)了安全性更高的采集電路與驅(qū)動(dòng)電路，雖然其對(duì)于繼電器采集驅(qū)動(dòng)回路所產(chǎn)生的電磁干擾問(wèn)題以及斷線故障問(wèn)題都起到了較好的防護(hù)作用，但針對(duì)內(nèi)部的單點(diǎn)混線故障卻并沒(méi)有提出對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施，所以，為了進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備應(yīng)用的安全性，就必須采取必要的措施來(lái)對(duì)繼電器采集接口與驅(qū)動(dòng)回路接口進(jìn)行防護(hù)。

4.4.1 繼電器采集接口防護(hù)

在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖當(dāng)中，可以通過(guò)對(duì)繼電器組合節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的采集，進(jìn)一步獲取電路設(shè)備與軌旁信號(hào)設(shè)備結(jié)合過(guò)后的狀態(tài)，根據(jù)繼電器接電狀態(tài)采集的基本原則，主要就是通過(guò)聯(lián)鎖設(shè)備來(lái)將系統(tǒng)內(nèi)部涉及到的DC 24V 正電，利用線纜配置在組合架當(dāng)中需要采集的接點(diǎn)部位，而在被采集繼電器吸起時(shí)，其仍舊可以通過(guò)繼電器的接點(diǎn)來(lái)返回至對(duì)應(yīng)的采集通道當(dāng)中，并根據(jù)所采集到的電信號(hào)來(lái)進(jìn)一步判斷繼電器是否處在閉合狀態(tài)中。

4.4.2 繼電器驅(qū)動(dòng)接口防護(hù)

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)主要就是通過(guò)對(duì)接口電路周邊相關(guān)繼電器的驅(qū)動(dòng)，從而對(duì)結(jié)合電路與信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行控制。而在被控繼電器當(dāng)中，則是通過(guò)輸出板上涉及到的安全電路來(lái)對(duì)DC 24V 進(jìn)行輸出驅(qū)動(dòng)，不同輸出通道當(dāng)中的驅(qū)動(dòng)電源，其所采用的也都是由聯(lián)鎖系統(tǒng)配置過(guò)后的DC 24V 電源。因此，為防止驅(qū)動(dòng)回路單點(diǎn)混線造成的安全風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的繼電器輸出回路宜采用雙斷輸出設(shè)計(jì)，即輸出板每一路輸出通道同時(shí)輸出控制繼電器動(dòng)作的正電和負(fù)電，在發(fā)生單點(diǎn)混線故障時(shí)，在一個(gè)通道驅(qū)動(dòng)繼電器吸起時(shí)，由于被混電的輸出通道無(wú)法形成有效控制回路，另一路被控繼電器不會(huì)錯(cuò)誤驅(qū)動(dòng)吸起，保障繼電器驅(qū)動(dòng)接口的安全[4]。

5 結(jié)論

在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，鐵路的快速發(fā)展已經(jīng)成為一張亮麗的中國(guó)名片，鐵路交通已經(jīng)成為群眾日常生活中必不可少的交通出行方式，而為了更好地維護(hù)聯(lián)鎖采集內(nèi)部系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，就應(yīng)當(dāng)加大對(duì)于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軌道采集電路的重視程度，準(zhǔn)確找尋出其內(nèi)部存在的各類問(wèn)題，并采取針對(duì)性措施加以解決，確保整體計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)逐漸向電子化控制轉(zhuǎn)變。