计算机联锁控制系统的研究与发展趋势

　　【摘要】随着科技进步，电气联锁系统正被计算机联锁系统取代。文章介绍和分析了国内计算机联锁运用的现状和存在的问题，从容错技术方面讨论了容错的一般方法和在计算机联锁系统中的应用。描述了国产计算机联锁的发展概况，探讨了计算机联锁系统的发展趋势。

　　【关键词】计算机联锁系统;故障-安全;容错;嵌入式系统

　　1.引言

　　目前的计算机联锁系统主要是双机热备系统，这种系统在长期应用和发展中已经暴露出许多软件和硬件设计上的缺陷。随着火车的提速、客运专线、大型客运站、重点车站、重载线路的建设和改造，对于计算机联锁系统的可靠性、安全性提出了更高要求，以便适应铁路跨越式发展形式的需要。

　　2.中国计算机联锁系统现状

　　随着计算机软硬件技术的高速发展，按照引进、消化、提高的技术方针，中国的联锁机从最初的通用单板机发展到目前的联锁专用计算机，安全性、可靠性有了大幅度的提高，功能得到加强。计算机联锁也由少量运用发展成为铁路车站信号联锁的主力设备，铁路干线车站联锁基本上全部实现了计算机联锁控制。目前的主流机型是硬件专门为铁路车站联锁功能设计的专用安全型联锁计算机。

　　3.国内计算机联锁系统

　　3.1 双机热备联锁

　　双机热备联锁机在设计中采用多种方法来提高安全性和可靠性。软件采用两个不同设计方法的联锁软件保证可靠性和安全性。硬件采用动态电路提高安全性，采用热备冗余机制提高可靠性。硬件的安全性是靠设备的可靠性和反馈监测，靠输出结果的事后反馈保护来保证。

　　软硬件产生错误的反馈、硬件错误的判断及防护电路启动、错误输出结果的纠正都需要一定的时间。虽然错误结果输出时间很短，只是瞬间，概率也较低，但是安全性相对较低。所以，双机热备型联锁机不能运用于繁忙的干线铁路和运行速度较高的铁路区段，只能运用于支线和厂矿企业车流密度较小、运行速度较低的铁路区段。

　　3.2 三取二容错联锁

　　容错型计算机联锁系统选用Linux作为系统的运行环境，使用C语言、GTK+/GNOME函数库、RTLinux函数库以及GCC编译器进行系统软件的开发。硬件平台是4台工业控制计算机，通信方式采用以太局域网。

　　三取二容错型联锁机是采用软硬件双重表决机制，输出结果要求任意两个软硬件的输出一致性达到较高的安全性，用任意一个软硬件作为冗余系统提高可靠性。根据计算，三取二容错型联锁机的安全性和可靠性是目前所有联锁机中最高的。三取二容错型联锁机的关键技术是硬件表决和软件同步。软件同步相对容易解决，硬件表决依赖硬件比较器的可靠性和安全性。硬件比较器是特殊的定制器件，具有很高的技术含量，目前用于进口联锁机。目前国内主要是采用半定制器件制作硬件比较器。

　　三取二容错型联锁机接口采用工业总线，方便与各种驱动/采集电路和外设结合。采用光纤传输时，可以提高传输速率和抗干扰性，方便组成区域性计算机联锁系统。三取二容错型联锁机是区域性计算机联锁系统的最佳系统结构。

　　3.3 二乘二取二联锁