轨道交通安全计算机系统及安全控制机制关键技术研究

【摘要】由于轨道交通信号计算机联锁系统不仅必须昼夜不停的连续稳定运行，而且必须保证信号的安全控制，这就要求系统具有很高的安全性和可靠性，否则一旦系统故障，输出错误控制，导致信号显示升级，就有可能造成重大的行车事故和人员、财产损失。随着微电子技术、计算机技术、自动控制技术、嵌入式技术、通信技术的发展，为铁路信号故障-安全技术的实现提供了技术支撑，基于高可靠容错安全计算机的全电子化计算机联锁系统是国内外信号联锁控制技术的发展方向。本文以全电子化计算机联锁系统中的安全计算机为研究对象，通过分析全电子化计算机联锁系统的架构，研究了不同联锁控制模式下的系统控制架构，并完成了分布式轨旁全电子化联锁控制系统的现场实际验证，为今后信号联锁系统由集中式控制向分布式控制进行了前期技术研究和探索。研究了全电子化联锁系统中安全计算机的安全设计原理，对关键的CPU主板、I/F控制部件、系统软件等进行了设计实现，在此基础上识别了安全计算机中可能存在的各种故障隐患，对发生故障从而影响系统安全运行的单点和多点故障进行了分析研究，并提出了具体的解决措施。论文提出了一种采取硬件同步控制器、总线硬件比较控制器和软件时间点相结合的主动跟踪同步运算方法，实现了二乘二取二架构下的CPU同步运算和表决输出机制。通过研究安全计算机中的工作状态、工作模式和模式转换条件，对工作模式和切换条件的完备性和同步方法进行了分析和实际验证。通过对系统通信架构和安全通信实现机理的分析，研究了系统不同通信方式下的危害防御措施，并对系统通信安全性和实时性进行了分析和计算。最后针对经过内核裁剪和组件优化的专用实时操作系统VxWorks的功能组件及其API接口进行了功能失效安全影响分析，提出了针对性的安全防护机制。基于本论文的研究，开发出了可用于轨道交通信号联锁控制系统的安全计算机系统平台，并通过了欧标安全认证，安全完善度等级达到了SIL4级。自主开发出了可用于我国轨道交通信号计算机联锁系统和列车车载系统的安全计算机平台，为我国轨道交通信号跨越式发展提供了全套升级换代设备，促进了铁路信号控制系统由第2代的电气集中联锁、第3代的计算机联锁向第4代的全电子化计算机联锁系统的发展，从而可以有利促进我国轨道交通信号行业的技术进步。
【作者】陈光武；
【导师】范多旺；
【作者基本信息】兰州交通大学，交通信息工程及控制，2014，博士
【关键词】轨道交通；全电子；计算机联锁；安全计算机；同步；安全通信；

【参考文献】
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