計算機聯(lián)鎖(上)

1、2010-01-24 15:59計算機聯(lián)鎖（鐵道信號）（論文）目 錄緒 論        1第一章 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的概述        2第一節(jié) 計算機聯(lián)鎖的特點        2一、計算機聯(lián)鎖與繼電集中聯(lián)鎖的主要區(qū)別        2二、計算機聯(lián)鎖的優(yōu)點     &#

2、160;  2第二節(jié) 車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)應用現(xiàn)狀        2一、國外車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀        2二、國內(nèi)車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀        3第二節(jié) 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的發(fā)展        4一、向高可靠性與高安全性方向發(fā)展     

3、;   4二、向全電子化方向發(fā)展        5三、向站區(qū)一體化、區(qū)域化的方向發(fā)展        6四、向信息化、智能化和綜合自動化的方向發(fā)展        6第二章 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)        8第一節(jié) 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)     

4、60;  8一、系統(tǒng)的可靠性冗余結(jié)構(gòu)        8二、系統(tǒng)的安全性冗余結(jié)構(gòu)        9三、系統(tǒng)的可靠性與安全性冗余結(jié)構(gòu)        9四、系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)        11五、系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)        12第二節(jié) 系統(tǒng)的硬

5、件構(gòu)成        12一、系統(tǒng)的技術(shù)要求        12二、一般計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件構(gòu)成        13第三章 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)        15第一節(jié) 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件的功能與總體結(jié)構(gòu)        15一、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟

6、件的功能        15二、本軟件具有的功能        16三、本軟件所用到的函數(shù)及其功能        23四、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)        25第二節(jié) 聯(lián)鎖數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)        26一、聯(lián)鎖數(shù)據(jù)  

7、;      27二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)        27三、結(jié)構(gòu)體定義        28四、動態(tài)數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)        30第三節(jié) 聯(lián)鎖控制程序的基本模塊        31第四節(jié) 進路處理程序      &#

8、160; 33一、操作命令類型及功能        33二、進路處理模塊        33結(jié) 論        38致 謝        38參考文獻        39附 錄      

9、  40緒 論鐵路信號聯(lián)鎖系統(tǒng)是行車安全的技術(shù)保障系統(tǒng)，就技術(shù)方面而言，鐵路信號系統(tǒng)已經(jīng)歷了機械聯(lián)鎖、電氣聯(lián)鎖（繼電聯(lián)鎖）等兩個階段，目前我國干線鐵路或企業(yè)自備鐵路上所使用的聯(lián)鎖系統(tǒng)絕大多數(shù)仍為繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)。受技術(shù)條件的限制，繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)存在著設(shè)計與維護工作量大、綜合投資費用高、管理能力弱等缺陷。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是對于可靠性技術(shù)和容錯技術(shù)的深入研究，計算機聯(lián)鎖技術(shù)已日趨成熟，在大力推廣使用。根據(jù)各國對計算機聯(lián)鎖的研究和使用情況來看，由于計算機在邏輯功能和信息處理方面具有很強的功能，它非常適用于車站聯(lián)鎖。計算機聯(lián)鎖是用微型計算機和其他一些電子、繼電器件以及各種計算機軟件組

10、成的具有故障安全性能的實時控制系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是對于可靠性技術(shù)和容錯技術(shù)的深入研究，計算機聯(lián)鎖技術(shù)已日趨成熟，在大力推廣使用。根據(jù)各國對計算機聯(lián)鎖的研究和使用情況來看，由于計算機在邏輯功能和信息處理方面具有很強的功能，它非常適用于車站聯(lián)鎖。計算機聯(lián)鎖是信號設(shè)備采用微機的重要突破口，它的研制成功和推廣使用使鐵路信號自動控制進入了一個新的階段4。第一章 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的概述為了保證行車安全和必要的通過能力，信號、道岔與進路之間必須以必要的技術(shù)手段保持一定的制約關(guān)系和操作順序，稱這種制約關(guān)系和操作順序為聯(lián)鎖，用計算機技術(shù)來實現(xiàn)的系統(tǒng)成為計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。第一節(jié) 計算機聯(lián)鎖的特點計算

11、機聯(lián)鎖，通常采用通用的工業(yè)控制微機，由一套專用的軟件來實現(xiàn)車站信號、進路、道岔間的聯(lián)鎖關(guān)系，進行聯(lián)鎖關(guān)系的邏輯運算和判斷。這就使得計算機聯(lián)鎖與繼電集中聯(lián)鎖有明顯的區(qū)別，也使得計算機聯(lián)鎖具有顯著的優(yōu)點。一、計算機聯(lián)鎖與繼電集中聯(lián)鎖的主要區(qū)別1、利用計算機對車站值班員的操作命令和現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備的表示信息進行邏輯運算后，完成對信號機、道岔及進路的聯(lián)鎖和控制；2、計算機發(fā)出的控制信息和現(xiàn)場發(fā)回的表示信息，均能由傳輸通道串行傳送，可節(jié)省大量的干線電纜，并使得采用電纜成為可能；3、用CRT、LCD屏幕顯示代替繼電聯(lián)鎖的表示盤，大大縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)，方便了使用，提供了比較友好的人機交互環(huán)境，可提供比繼電

12、集中更豐富的信息和表現(xiàn)形式（例如光帶、圖形、音響和語音等）；4、采用積木式的模塊化軟件和硬件結(jié)構(gòu)，便于站場變更，并容易實現(xiàn)故障控制、分析等功能。二、計算機聯(lián)鎖的優(yōu)點與繼電集中聯(lián)鎖相比，計算機聯(lián)鎖具有以下優(yōu)點：1、進一步提高了安全性、可靠性；2、增加和完善了功能；3、方便設(shè)計；4、省工省料，降低造價。最重要的是，計算機聯(lián)鎖為鐵路信號向智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展創(chuàng)造了條件4。第二節(jié) 車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)應用現(xiàn)狀一、國外車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀1978年世界第一個計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)在瑞典哥德堡問世, 從20世紀80年代起各國競相研究開發(fā)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng), 并取得了顯著的成績,日本在1980年由鐵路綜合技術(shù)研

13、究所、京三公司、日信公司合作開發(fā)、生產(chǎn)了由三重冗余微計算機組成的計算機聯(lián)鎖裝置, 1985年實際投入使用的JR 東日本的南古谷車庫的計算機聯(lián)鎖裝置是日本第一臺計算機聯(lián)裝置,90年代起很多國家已開始大面積推廣微機聯(lián)鎖系統(tǒng), 如日本、英國制定技術(shù)政策, 不再發(fā)展繼電聯(lián)鎖, 而由計算機聯(lián)鎖取代,經(jīng)過20多年的發(fā)展, 計算機聯(lián)鎖技術(shù)在發(fā)達國家已發(fā)展成為完善成熟的技術(shù), 計算機聯(lián)鎖由面向工程技術(shù)研究轉(zhuǎn)向以面向服務為中心, 其應用現(xiàn)狀總體上可歸納為以下幾方面:（一）計算機聯(lián)鎖制式主要由三取二和二乘二取二兩種, 通過軟件、硬件容錯技術(shù)提高計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性、安全性、可維護性, 雙機熱備系統(tǒng)已經(jīng)淘汰；（二

14、）計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的性能逐漸提高, 比如: 快速計算能力, 高速率數(shù)據(jù)交換的通信能力, 以適應高速鐵路和綜合化信號控制系統(tǒng)的要求；（三）面向工程和服務, 采用計算機軟、硬件技術(shù), 開發(fā)功能非常完善和強大的CAD 系統(tǒng), 并從制度和設(shè)備上建立完善的維修體系和仿真檢測體系；（四）積極發(fā)展、推廣使用全電子模塊化的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng), 使計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)具有開放式結(jié)構(gòu),并且更加小型化、智能化；（五）以旅客營業(yè)系統(tǒng)為中心, 采用先進的計算機通信技術(shù), 成功發(fā)展分布式分層處理的綜合信號控制系統(tǒng)和運營管理系統(tǒng)，計算機聯(lián)鎖不僅僅是一個特定的車站的控制系統(tǒng), 而逐漸演變成綜合行車指揮系統(tǒng)的一個重要的基礎(chǔ)設(shè)備； 

15、;  （六）通過分布式結(jié)構(gòu)擴大控制范圍,實現(xiàn)集中聯(lián)鎖分散控制的區(qū)域計算機聯(lián)鎖系統(tǒng), 使計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化；（七）計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)功能逐漸擴大,實現(xiàn)信號機、道岔、軌道電路聯(lián)鎖關(guān)系而直接控制信號設(shè)備是計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的基本功能, 通過系統(tǒng)集成, 將車站和區(qū)間設(shè)備一體化, 由計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)代替繼電器節(jié)點邏輯控制方式提供豐富的列車控制信息;在車站由計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)完成對電碼化控制信息的邏輯處理, 通過計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)實現(xiàn)站內(nèi)進路電碼化, 由這兩種方式組合而成的聯(lián)鎖、列控一體化綜合系統(tǒng), 在日本、德國、法國等國家均得到成功應用。比如: 2002年12月開通的日本東北新干線盛崗- 八戶段數(shù)字ATC地面

16、設(shè)備, 包括列控聯(lián)鎖一體化系統(tǒng)局域網(wǎng)(SAINT- LAN )、列控聯(lián)鎖一體化系統(tǒng)邏輯部(SAINT) 。二、國內(nèi)車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀    國內(nèi)對計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究開始于20世紀80年代, 進入90年代后, 隨著與發(fā)達國家在計算機聯(lián)鎖技術(shù)上的交流增多和計算機技術(shù)的發(fā)展, 計算機聯(lián)鎖進入快速發(fā)展階段，鐵科院通號所、通號公司設(shè)計院、北京交大、卡斯柯等單位相繼開發(fā)出具有不同特點的單機、雙機熱備、三取二和二乘二取二等計算機聯(lián)鎖系統(tǒng), 至“九五”期末, 全路共裝備了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)438個車站(場) 。在鐵道部“十五” 科技發(fā)展技術(shù)政策中明確規(guī)定要積極發(fā)展計算機聯(lián)

17、鎖, 在此期間, 車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)獲得了更快的發(fā)展, 計算機聯(lián)鎖可靠性、安全性進一步提高, 進入了以技術(shù)為依托, 面向市場和服務, 從實現(xiàn)功能到完善拓展功能, 從單站聯(lián)鎖到一體化、電碼化等擴大應用的新的發(fā)展階段。（一）隨著計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)大面積推廣使用, 鐵路相關(guān)人員和單位對計算機聯(lián)鎖的認識逐漸深入,計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)被廣為接受, 為計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的發(fā)展奠定了扎實的市場基礎(chǔ)；（二）計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)本身可靠性、安全性、可維護性、可用性等越來越高, 性能逐漸增強, 功能逐漸完善, 目前已能完全滿足中國鐵路各種站場規(guī)模和運輸作業(yè)的需要。（三）計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)向多制式方向發(fā)展, 在路內(nèi)上道使用的計算機聯(lián)鎖

18、系統(tǒng)有雙機熱備、三取二、二乘二取二等三種制式, 能滿足不同線路、不同工程和不同用戶的需要。（四）各種型號的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)均配備有微機監(jiān)測系統(tǒng), 遠程診斷系統(tǒng), 為計算機聯(lián)鎖正常穩(wěn)定運行提供保障。（五）在繼承現(xiàn)有計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)優(yōu)點、特點的基礎(chǔ)上, 研究鐵路信號控制新技術(shù), 積極開發(fā)新一代計算機聯(lián)鎖系統(tǒng), 努力拓展計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能, 以適應鐵路信號控制現(xiàn)代化、鐵路管理信息化建設(shè)、鐵路跨越式發(fā)展的需要。比如: 具有區(qū)域控制能力的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究, 聯(lián)鎖、列控一體化安全控制系統(tǒng)的研究,車站進路電碼化計算機控制系統(tǒng)的研究,與CTC系統(tǒng)結(jié)合的現(xiàn)代化行車調(diào)度指揮系統(tǒng)的研究, 高速鐵路計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的

19、研究等。（六）建立了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)檢測制度。鐵道部電務局在原上海鐵道大學建立了計算機聯(lián)鎖檢驗站, 以技術(shù)手段加強計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件安全的檢測。 除此之外, 對要投入使用的所有計算機聯(lián)鎖產(chǎn)品的聯(lián)鎖軟件,在出廠前均要經(jīng)過詳細完備的功能測試，通過制式測試和出廠測試,有效地保證了計算機聯(lián)鎖產(chǎn)品的質(zhì)量5。第二節(jié) 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的發(fā)展    隨著新型技術(shù)的不斷涌現(xiàn)以及現(xiàn)代化鐵路的發(fā)展需求，車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)將朝著以下幾個方面發(fā)展。一、向高可靠性與高安全性方向發(fā)展    當前的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)雖然已經(jīng)處于可用階段，但是在可靠性和安全性方面都有待提高。

20、就拿雙機熱備計算機系統(tǒng)來說，它在長期應用和發(fā)展中已經(jīng)逐步成熟和穩(wěn)定，但由于其先天的不足，仍然暴露出許多軟、硬件設(shè)計上的缺欠。隨著提速、客運專線、大型客運站、重點車站、重載線路的建設(shè)和改造，它們對計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性、安全性提出了更高的要求，以適應鐵路跨越式發(fā)展形式的需要。我國目前的研究成果主要為三取二冗余系統(tǒng)，但國外更多的是四機冗余系統(tǒng)，多為二乘二取二冗余結(jié)構(gòu)。在國內(nèi)，由于有現(xiàn)場脫機模擬聯(lián)鎖測試的需求，造成三取二冗余系統(tǒng)不適應于這種模式，因而有其發(fā)展的局限性。因此實現(xiàn)計算機聯(lián)鎖在雙機熱備上的突破，向多重冗余/校核方向發(fā)展，采取二乘二取二模式是一個必然。    目

21、前國內(nèi)還沒有自主知識產(chǎn)權(quán)的二乘二取二冗余系統(tǒng)。鑒于這種現(xiàn)狀，在努力利用自身力量的同時，應積極引進國外先進技術(shù)?；谶@種理念，2000年，鐵道部通信信號總公司研究設(shè)計院與京三公司合作，采用K5B 故障-安全型硬件，結(jié)合本院自行開發(fā)的計算機聯(lián)鎖軟件，成功研制開發(fā)出了適合我國鐵路運輸?shù)腄S6-K5B型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。2001年，北京交大微聯(lián)科技有限公司、北京鐵路局與日信公司進行了合作，他們利用日信公司的故障安全二取二CPU 單板（EI-32單元）的先進技術(shù)，結(jié)合在中國國內(nèi)已成功應用的JD-1A 型計算機聯(lián)鎖軟件，成功開發(fā)了EI32-JD 型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。    二乘二

22、取二系統(tǒng)的核心設(shè)備就是故障安全計算機，目前這項設(shè)備都是從國外引進，因此我們要積極探索并力爭開發(fā)出達到國際先進水平的故障安全計算機。同時，我們還要為系統(tǒng)建立一個高水平的實時操作系統(tǒng)（RTOS）平臺；RTOS 是當今流行的嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺，也是安全計算機系統(tǒng)的軟件核心；它能提高系統(tǒng)的安全性，滿足系統(tǒng)實時性的要求，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期以及充分發(fā)揮實時操作系統(tǒng)可移植性、可維護性強等優(yōu)勢。我們相信，與國際上的技術(shù)交流與合作，將會大大加快我國高可靠性與高安全性計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的研制進程。二、向全電子化方向發(fā)展    就目前廣泛使用的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)來說，其執(zhí)行部分，也就是

23、信號機和道岔的控制器件仍然是由繼電器來完成的且保留了軌道電路。而電子單元具有體積小、功能強大等特點，便于組網(wǎng)、遠程管理和遠程診斷，還可以為鐵路自動化、信息化提供基礎(chǔ)信息。因此，取消繼電器，實現(xiàn)全電子化控制，是我國計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)展的一個方向。在國外，只有西門子、ABB京山、瑞典等少數(shù)國家有全電子計算機聯(lián)鎖技術(shù)。國產(chǎn)車站全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)研制始于1996年，1999年納入鐵道部鐵路科技發(fā)展計劃項目，“計算機聯(lián)鎖智能型全電子信號道岔控制一體化的研究”，由蘭州交通大學主持，鐵道科學研究院、鄭州鐵路局參與該項目的研究，并于2000年1月通過鐵道部技術(shù)審查。全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)2002 年通過甘肅省技

24、術(shù)成果鑒定；2003年列入科技部國家科技成果重點推廣項目計劃。該系統(tǒng)從2001年開始，就先后在信陽電廠、襄樊北機務段整備場投產(chǎn)使用。2003年11月，區(qū)域全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)在洛陽石化工業(yè)站及裝卸站開通投產(chǎn)使用?？梢哉J為，隨著技術(shù)的進一步完善和產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)會得到更廣泛的應用。三、向站區(qū)一體化、區(qū)域化的方向發(fā)展    站區(qū)一體化、區(qū)域化信號安全技術(shù)代表了當今世界鐵路信號安全控制技術(shù)的發(fā)展方向，并已在法、日、德、意等鐵路發(fā)達國家得到實際應用。它是我國既有線提速、客運專線、高速鐵路、地鐵、城市輕軌交通建設(shè)所急需的信號安全控制技術(shù)。隨著我國計算

25、機聯(lián)鎖技術(shù)、列控技術(shù)的進步以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)的飛躍發(fā)展，大大推動了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)向著一體化、區(qū)域化的發(fā)展進程。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)可以通過各種制式的通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多層次控制，使控制范圍擴大，即可由一個樞紐站控制周邊的若干站及區(qū)間的道岔控制點，既優(yōu)化了控制，又減少了投資和運營成本。如由鐵道部科學研究院研制的ZQY-型站區(qū)一體化信號安全控制系統(tǒng)就可實現(xiàn)對多個站區(qū)的控制，即完成站區(qū)一體化、區(qū)域控制的功能。四、向信息化、智能化和綜合自動化的方向發(fā)展    計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)還應努力適應鐵路信號系統(tǒng)向信息化、智能化和綜合化發(fā)展的要求。宏觀地看，信息化是當代和今后較長時期

26、內(nèi)社會發(fā)展的基本潮流。信息化的突出標志是智能工具系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn)和應用。這些智能工具系統(tǒng)包括計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。它們的應用不僅能取代勞動者的體力勞動，而且具有擴展和延伸人類信息器官的功能。    就鐵路行車過程來說，在其中導入了四個智能系統(tǒng)，即列車自動控制系統(tǒng)、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)、調(diào)度管理信息系統(tǒng)（TDCS）以及列車運行指揮系統(tǒng)（CTC）。這些智能系統(tǒng)正處在應用與逐步應用之中。作為其中之一的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)位于列車運行指揮系統(tǒng)與列車自動控制系統(tǒng)之間，是聯(lián)系兩個系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)。由此可見，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)本身將不再是一個孤立的車站信號聯(lián)鎖設(shè)備，而是綜合行車指揮控制

27、系統(tǒng)的一個重要組成部分，是具有多種功能和安全保證的行車指揮系統(tǒng)的一個基礎(chǔ)設(shè)備。    此外，這些智能系統(tǒng)有向綜合化方向發(fā)展的趨勢，以構(gòu)成一個集列車指揮與控制的綜合型智能系統(tǒng)。這種綜合型智能系統(tǒng)目前已在秦沈客運專線上得到運用。在這條專線上使用的SEI列控聯(lián)鎖一體化系統(tǒng)是以車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)為核心的一套一體化信號系統(tǒng) ，它共設(shè)計了三個子系統(tǒng)，分別為列控聯(lián)鎖一體化系統(tǒng)、列車運行指揮系統(tǒng)（CTC）和信號集中監(jiān)測系統(tǒng)。該信號系統(tǒng)是以列控聯(lián)鎖一體化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以專用通道構(gòu)成的計算機局域網(wǎng)為骨架，以調(diào)度集中行車指揮系統(tǒng)為龍頭的信息和資源廣泛共享的綜合控制系統(tǒng)。 

28、60;  綜合型控制系統(tǒng)的發(fā)展與完善，會為進一步保證行車安全和提高行車效率創(chuàng)造條件，同時也使鐵路行車過程的列車控制與管理進入了一個以信息化為基礎(chǔ)、以智能系統(tǒng)為標志的技術(shù)新時代6。第二章 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)第一節(jié) 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)對于計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，既要求具有比較好的可靠性，又要求具有比較好的安全性。這是因為該系統(tǒng)不僅需要晝夜不停的連續(xù)運轉(zhuǎn)，而且一旦出現(xiàn)故障，就有可能導致人身傷亡或者造成財產(chǎn)的重大損失。所以，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)需要利用近年來逐漸發(fā)展而得到目前已經(jīng)比較成熟的冗余技術(shù)，使其自身構(gòu)成容錯控制系統(tǒng)。   利用冗余技術(shù)構(gòu)成的容錯控制功能的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，無論在

29、其硬件結(jié)構(gòu)方面還是在其軟件結(jié)構(gòu)方面均存在著一些顯著的特點。一、系統(tǒng)的可靠性冗余結(jié)構(gòu)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性定義是：該系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)、在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力。度量可靠性的定量標準是可靠度，計算機連鎖系統(tǒng)的可靠度往往用其自身的平均故障間隔時間MTBF來表征。    對于一般的電子產(chǎn)品，其OEM板級產(chǎn)品的MTBF約為105h，而計算機系統(tǒng)由若干塊的EOM板級產(chǎn)品組成，其MTBF約為104h。而對于計算機連鎖系統(tǒng)，根據(jù)有關(guān)的技術(shù)標準，要求其MTBF值達到106h，亦即要求至少在系統(tǒng)進行技術(shù)改造前（一般可以按15年計算）不出現(xiàn)故障。顯然，只依靠單個計算機組成的單

30、機系統(tǒng)是不能夠達到該目標值的，必須導入冗余資源以構(gòu)成雙機乃至多機的冗余系統(tǒng)，使得整個系統(tǒng)的可靠性達到或者超過該目標值。   計算機聯(lián)鎖的可靠性冗余結(jié)構(gòu)，就是指為了使系統(tǒng)的可靠性指標達到或者超過目標值而采取的冗余結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的可靠性冗余結(jié)構(gòu)，往往采用雙機互為備用的或門二重系統(tǒng)，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。圖2.1   可靠性冗余結(jié)構(gòu)圖雙機熱備系統(tǒng)的MTBF值可概略地估算如下：若單機系統(tǒng)的MTBF值約為104h,在當單機系統(tǒng)的每一個故障均能夠被檢測到并且倒機邏輯電路的故障率為零時，雙機系統(tǒng)的MTBF值可能達到107-108h。在系統(tǒng)的MTBF值要求在106h以

31、上時，采用圖2.1所示的冗余結(jié)構(gòu)是能夠達到的。二、系統(tǒng)的安全性冗余結(jié)構(gòu)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性定義是：當系統(tǒng)的任何部分發(fā)生故障時，其后果不會導致人身傷亡或者財產(chǎn)的重大損失的性能。度量系統(tǒng)安全性的技術(shù)指標是系統(tǒng)產(chǎn)生不安全性輸出的平均間隔時間。對于計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，根據(jù)有關(guān)的技術(shù)標準，要求產(chǎn)生不安全性輸出的平均間隔時間為1011h以上。顯然，對于平均故障間隔時間為106h的可靠性冗余系統(tǒng)而言，如果不進而采取必要的安全性技術(shù)措施，是不能夠達到安全性要求的。使系統(tǒng)具有安全性并且使安全性指標達到規(guī)定水準的途徑也是要為系統(tǒng)導入冗余資源。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性冗余結(jié)構(gòu)就是指為了使系統(tǒng)安全性指標達到或者超過目標值

32、而采取的冗余結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的安全性冗余結(jié)構(gòu)，往往采用雙機同時工作并彼此間進行頻繁比較的與或門二重構(gòu)造，其基本結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。圖2.2    安全性冗余結(jié)構(gòu)雙機比較的安全性冗余結(jié)構(gòu)的原理是這樣的：在極短的時間間隔內(nèi)，兩臺計算機同時出錯并且錯誤呈現(xiàn)同一種模式的概率幾乎為零。從這個原理出發(fā)，要求兩臺計算機的校核頻率要相當高，亦即校核的時間間隔要足夠短，最好短到可以用計算機的機械周期來計算的程度。三、系統(tǒng)的可靠性與安全性冗余結(jié)構(gòu)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，即要求比較高的可靠性指標，又要求有比較高的安全性指標。因此，計算機聯(lián)鎖的可靠性與安全性結(jié)構(gòu)將是圖2.1和圖2.2的結(jié)合，形成圖2.

33、3所示的冗余結(jié)構(gòu)。             圖2.3   可靠性與安全性的冗余結(jié)構(gòu)從圖2.3可知，為了使系統(tǒng)既具有可靠性又具有安全性，采用了多重冗余結(jié)構(gòu)，共利用了四臺計算機，其中兩臺處于熱備狀態(tài)。這里的啟示使我們構(gòu)思到三取二系統(tǒng)，即三臺計算機同時工作，兩兩進行比較，但有兩個結(jié)果相同（當然包括三個結(jié)果相同）時，則認為正確無誤。           &

34、#160;            圖2.4     三取二冗余結(jié)構(gòu)圖三取二冗余結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.4所示，它實際上是由圖2.3所示結(jié)構(gòu)變化而來的。采用三取二冗余結(jié)構(gòu)需要妥善解決一些技術(shù)問題，這些技術(shù)問題主要是：（一）三臺計算機的同步運行問題由于三臺計算機要進行頻繁的比較，所以它們要嚴格同步。同步的方法之一是用同一個時鐘脈沖源作為它們共同的推動時鐘脈沖。但是這種單一時鐘源一旦發(fā)生故障時，將使整個系統(tǒng)癱瘓。因此，在實際系統(tǒng)中多采用三個時鐘源強制同步技術(shù)

35、。（二）高指標表決器問題表決器本身要具有很高的可靠性與安全性，它應當比三取二系統(tǒng)本身具有更高數(shù)量級的可靠性與安全性。（三）故障機的及時切離與及時修復問題當經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)結(jié)果不一致時，要及時地確認究竟是那臺計算機出現(xiàn)了故障并及時地將其從系統(tǒng)中切離。如果不及時地將系統(tǒng)切離，那么當兩臺未故障的計算機中的一臺恰恰發(fā)生了故障并且故障模式與先已故障的計算機故障模式相同時，則可能將錯誤的結(jié)果表決為正確，而正確的結(jié)果卻被認為是錯誤。同時，故障機一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就要在規(guī)定的時間間隔內(nèi)予以修復，當又有一臺計算機故障時，系統(tǒng)將停止運行，使整個系統(tǒng)呈現(xiàn)癱瘓狀態(tài)。四、系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)對于計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能要求與性能要求均比較高

36、，所以只采用單層結(jié)構(gòu)可能難以全面完成各項技術(shù)要求。只是需要采用上下兩層乃至多層的分層結(jié)構(gòu)。對于計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，要求具有友好而準確的人機界面，同時要求聯(lián)鎖測控效果的高可靠性與高安全性。為此，整個系統(tǒng)可以分為上下兩層，即上層為人機會話層，下層為聯(lián)鎖測控層，其具體結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。         圖2.5 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖 圖2.5所示的系統(tǒng)中，人機會話層計算機可以加快人機會話的響應速度，還可以對操作臺的操作命令進行預處理；而且人機會話計算機環(huán)可以與上系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成更高一級的測控系統(tǒng)（調(diào)度集中系統(tǒng)CTC）或者信息管理系統(tǒng)（調(diào)度信息管理系統(tǒng)DMIS）。而聯(lián)鎖測控計算機可以集中其全部能力來實現(xiàn)高可靠性的預告安全性的連鎖測控功能。五、系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)當計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)所需測控的對象數(shù)量過多，或者測控對象所分布的地理范圍比較大時，可以選用分布式測控系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)的結(jié)構(gòu)。分布式測控系統(tǒng)也稱作集散型測控系統(tǒng)，其特點簡而言之就是分散控制、集中信息管理。其結(jié)構(gòu)形式如圖2.6所示。    圖2.6     計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)第二節(jié) 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成一、系統(tǒng)的技術(shù)要求根據(jù)有關(guān)