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计算机联锁系统的结构 主讲 张勇 2013.4 1．避错技术与容错技术： 不管计算机系统多么可靠，技术多么的先进，任何普通计算机都有在逻辑的对称性及系统瞬间运算出错的可能性，这就决定了普通计算机系统不符合故障－安全原则。为此，我们就需要将这些万分之一、乃至十万分之一的可能性考虑到，依靠避错和容错技术使计算机系统满足故障－安全原则。 （1）避错技术，顾名思义就是通过技术手段来避免系统发生故障。 在实际应用中，避错技术主要包括质量控制技术和环境防护技术。①质量控制技术是在计算机系统的研制过程中，加强对元器件的选择、管理和使用，采用高可靠的部件和微机系统，并在工艺上实行严格的质量管理。②环境防护技术是通过散热、抗振、化学防护、电磁兼容等设计，提高施工质量，并改善系统运行环境，采用各种抗干扰措施，提高系统运行的稳定性和环境适应性。 （2）容错技术 容错，即当系统出现硬件或软件故障时，程序不会因系统中的故障而终止或被修改，并执行结果也不会包含系统中故障引起的差错。即容许某种失效的存在，而使其后果不致造成系统工作失效，或能及时发现而缩短修复时间。 容错技术主要依靠外加资源的方法来换取可靠性，其方法主要有： ①硬件冗余 通过硬件的堆积冗余或待命储备冗余来达到容错。硬件的堆积冗余可以体现在物理级的元件重复，也可以体现在逻辑域的多数表决。待命储备冗余体现在具有N+1个模块并带有检错和切换装置的计算机系统中。我们平时常见的双机热备、N+1冗余等都属于硬件冗余的范畴。 ②软件冗余 提高软件可靠性的良种方法，一是研究无错软件，二是研究容错软件。后者将具有设计差异、完成同一任务的不同软件组成一个有机整体，完成错误检测及系统恢复功能。我们平时使用的双机热备就是利用软件冗余来检测主机故障的。 ③时间冗余 通过消耗时间资源来达到容错。 ④信息冗余 增加信息的多余度来提高可靠性。比如增加检错码、纠错码，附加位越多，检错纠错的能力就越强。 其中，更多采用的是硬件冗余和软件冗余。因此容错控制系统无论在硬件结构方面还是在软件结构方面均存在着一些明显的特点。 另外，根据故障处理方式不同，可以把容错技术分为动态冗余和屏蔽冗余。 动态冗余指主机故障时，备机自动代替，采用动态冗余的系统需要具有故障检测和动态切换功能。目前在计算机联锁中普遍应用的双机热备系统和二乘二取二系统均是采用动态冗余技术。 屏蔽冗余，则将故障模块对系统的影响屏蔽掉。采用屏蔽冗余的系统具有表决功能。在计算机联锁中应用的三取二容错系统是采用屏蔽冗余技术。 2．计算机联锁冗余结构 为了提高系统的可靠性和安全性，计算机联锁系统大多采用了冗余结构。按故障处理的方式，冗余结构分为两大类，一类是故障切换结构，一类是故障屏蔽结构。 （1）故障切换结构 故障切换结构采用动态冗余技术。目前采用这种结构的有双机热备系统结构和二乘二取二系统结构。 （2）故障屏蔽结构 故障屏蔽结构采用屏蔽冗余技术。属于这种结构的目前只有三取二系统。 （3）计算机联锁系统的可靠性与安全性冗余结构 计算机联锁系统，既要求有比较高的可靠性指标，有要求有比较高的安全性指标。因此，计算机联锁系统的可靠性与安全性的系统结构将是以上两种结构的结合。 为了使系统既具有可靠性又具有安全性，这就需要采用多重冗余构造，如二乘二取二系统，利用了四台计算机系统，其中的两个系统处于热备状态， （三）现有的计算机联锁系统 纳入《维规》的9种计算机联锁系统，TYJL-Ⅱ（铁科研）、DS6-11（北京通号公司）、VPI（卡斯柯）CIS-1（卡斯柯）、JD-1A（北京交大）五种为双机热备结构，TYJL-ECC、TYJL-TR9两种为三取二容错结构，DS6-K5B、EI32-JD两种为二乘二取二结构，以及《维规》公布实施后，取得“行政许可”的TYJL-ADX、TYJL-Ⅲ两种也为二乘二取二计算机联锁系统。 目前，高铁线路上运用的计算机主流产品为DS6-K5B型计算机联锁系统及EI32-JD型计算机联锁系统，我们将详细讲解这两种计算机联锁系统。 上位机功能 计算机联锁系统的人机接口，接收信号值班员操作命令及提供图象显示 根据操作员的始终端按钮初选进路 与联锁机交换信息，发送操作命令给联锁机，接收联锁机发来的站场信息及微机设备工作状态信息 发送站场信息及操作信息给维修机，接收维修机传来的时钟信息 构成局域网与其它信息系统接口 维护台功能 与上位机交换信息，实时反映主备联锁系统的运行状态，校准上位机时钟 记录设备运行状态信息和站场变