微机化站间自动闭塞冗余控制系统研究

摘要

在大型复杂实时协作等关键应用中，需要高可靠性的保障。如何保证系统能快速、准确、可靠、持久的运行，是需重点解决的关键问题之一，这就需要系统具备冗余和容错能力。微机化站间自动闭塞系统采用计算机实现站间闭塞，并结合现有计轴技术，显著的提高了区间通过能力，对提高我国单线区段行车安全性及铁路运输自动化水平具有重要的社会意义。 本文依据微机化站间自动闭塞系统的基本功能提出了系统总体结构，对系统组成、工作原理、主要特点进行了分析。针对铁路站间自动闭塞系统的故障-安全及可靠性应用要求，设计实现了二乘二取二的冗余闭塞控制模块、智能I/O模块。并对二乘二取二冗余控制系统中同步策略及通信等关键技术进行了分析研究，其中通信包括了控制机与现场设备间的通信、工作控制机与备用控制机之间的通信、以及与邻站的通信。以单模光纤为传输介质构建了双环冗余自愈网络，结合数据校验和正反码传输技术实现了控制机与安全智能I/O模块及计轴器之间的可靠通信，该通信过程具有适应分布式系统控制、系统升级方便、多重安全防护等特点。 最后结合实际应用，基于系统状态转换模型，采用马尔可夫过程研究了可修复系统的可靠度和安全度，分析了不同故障覆盖和维修率对系统可靠性和安全性的影响，仿真结果表明该系统具有较高的可靠性及安全性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1容错技术发展及现状

1.1.1容错技术的发展

1.1.2容错技术的现状

1.2冗余控制系统研究的背景及意义

1.3论文主要研究工作

1.4论文结构及内容安排

第2章微机化站间自动闭塞系统

2.1微机化站间自动闭塞相关概念

2.2微机化站间自动闭塞系统设计思想

2.2.1微机化站间自动闭塞系统的基本功能

2.2.2微机化自动站间闭塞系统的总体设计

2.2.3系统内通信方式的设计

2.3微机化站间自动闭塞系统结构及工作原理

2.3.1微机化站间自动闭塞系统结构

2.3.2计轴系统工作原理

2.3.3微机化自动站间闭塞系统工作原理

2.4本章小节

第3章系统冗余控制模块设计

3.1二乘二取二冗余体系结构

3.1.1系统同步分析

3.1.2双机的自律机制及切换方式

3.2控制机系统结构设计

3.2.1二取二控制机子系统结构

3.2.2二取二子CPU板硬件设计

3.3二取二智能I/O模块设计

3.3.1 I/O模块的设计思想

3.3.2 I/O模块的硬件结构

3.4冗余控制系统通信技术

3.4.1 CPU及其CAN通信控制

3.4.2互为热备的控制机间通信

3.4.3控制机与邻站通信

3.5本章小结

附图

第4章冗余信息传输网络设计与实现

4.1冗余信息传输网的总体设计

4.2冗余光纤环网设计基础

4.2.1传输网络物理层中光纤的应用和选择

4.2.2信息传输网故障安全措施

4.2.3总线应用层通信协议的制定

4.3信息传输自愈网设计及实现

4.3.1通信节点的硬件设计

4.3.2单环光纤环型网络接口的设计

4.3.3通信节点的软件设计

4.3.4冗余传输网络自愈功能的实现

4.4本章小结

第5章系统可靠性与安全性分析

5.1微机化站间自动闭塞系统中软件容错技术

5.1.1恢复块

5.1.2 N-版本编程

5.1.3针对控制程序的容错

5.2二乘二取二控制系统可靠度及安全度分析

5.2.1故障安全系统的可靠性及安全性指标

5.2.2二乘二取二控制系统的马尔可夫模型

5.2.3可靠度及安全度计算

5.2.4仿真结果

5.2.5两种冗余结构方案比较

5.3本章小结

第6章结论与展望

6.1本文工作总结

6.2今后工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文