列控系统安全通信计算机设计

CTCS-2级、CTCS-3级列控系统的地面子系统中,列控中心、临时限速服务器、无线闭塞中心都具有安全相关通信功能,且绝大部分采用2oo2×2的软、硬件安全冗余结构,需要采用具备较强通信功能和运算性能、能够适应2oo2×2冗余结构的安全平台来实现。由于通信对象较多及安全通信协议较为复杂的算法和严格的实时性要求,采用专用的安全通信计算机实现与相关系统的安全通信是一种合理可行的解决方案。结合CTCS-3级列控系统地面设备的需求提出一种安全通信计算机的实现方案,设计其硬件结构,研究同步关键算法并实现安全协议的功能。     

2取2乘2安全计算机平台的设计与实现

介绍一种应用于轨道交通等安全苛求系统的2取2乘2安全计算机平台,该平台基于COTS硬件和软件进行开发,采用分层结构设计的理念,对平台的同步原理、工作模式、故障诊断方式以及故障导向安全机制作深入探讨,对平台各组成部分的特点进行详细描述。考虑到生产、维护、测试的需要,对该安全计算机平台的测试台也进行了介绍。     

计算机联锁系统二乘二取二容错结构分析

针对计算机联锁系统的二乘二取二容错结构,基于马尔可夫模型,将各单元的失效率划分为几个独立的分量,根据每部分失效率对结构的影响,利用计算机对系统的可靠性和安全性进行分析和仿真计算.结果表明,二乘二取二容错结构满足铁路联锁系统高可靠性和高安全性要求.     

2取2乘2安全计算机平台的设计与实项

介绍一种应用于轨道交通等安全苛求系统的2取2乘2安全计算机平台,该平台基于COTS硬件和软件进行开发,采用分层结构设计的理念,对平台的同步原理、工作模式、故障诊断方式以及故障导向安全机制作深入探讨,对平台各组成部分的特点进行详细描述.考虑到生产、维护、测试的需要,对该安全计算机平台的测试台也进行了介绍.     

基于ARINC659总线的互联互通ZC安全通信计算机平台的设计

为了更好地满足城市轨道交通互联互通对信号领域安全通信的要求,将具有数据吞吐量大、传输时间确定、故障隔离严格、容错性好等特点的ARINC659总线用于城市轨道交通信号控制系统领域。提出了一种基于ARINC659总线技术的二乘二取二安全通信计算机平台的方案,用以实现ZC平台的对外通信功能和安全通信协议运算功能。设计其软硬件结构、用户软件和总线间线程的通信序列,并对数据的冗余处理和安全协议运算等关键功能进行研究,以满足系统高安全性、高可靠性和高实时性通信的需求。     

轨旁安全平台协议通信的测试技术研究

轨旁安全平台是一种采用二乘二取二冗余架构的计算机平台,支持应用使用不同的外部协议接口,实现与不同的外部设备进行通信。本文基于轨旁安全平台的冗余架构和通信原理,针对平台支持的安全和非安全协议通信设计不同的场景进行测试,同时对平台的性能进行了测试,验证了轨旁安全平台的协议通信满足既定需求和实际应用场景。     

磁浮列车悬浮系统的分布式主动容错控制

以低速磁浮列车悬浮控制为研究背景,在分析既有模块悬浮控制结构的基础上,提出磁浮列车单模块悬浮系统的一种新结构.新结构采用4个控制器控制8个电磁铁,增加了系统冗余,并且将传感器信息引入冗余通信网络,使得各控制器都能得到更完整的系统状态信息.然后采用最优控制理论为每个故障模型设计最优控制器以备故障时切换.仿真结果表明,对具有新结构的单模块悬浮系统进行主动容错控制比对传统结构的单模块悬浮系统进行容错控制具有更好的容错效果,具有较好的工程应用价值.     

车载计算机的研究与设计

车载计算机作为车辆微机控制中的重要环节,其自身安全性及可靠性至关重要。列车实际运行时,对于控制系统的可靠性与安全性有着严格要求。考虑到安全计算机高可靠性冗余容错的特点,研究设计列车车载冗余计算机时应着重研究拓展新的组成结构及工作原理。介绍了列车车载计算机运用场合;概述冗余技术之间比较、选择和应用,包括冗余模式、同步技术手段的设计和表决器的设计;提出硬件可靠性设计措施和软件设计思路与方法,探讨冗余容错的硬件实现技术方法及软件系统特点。     

无功补偿监控系统设计研究

介绍了可调无功补偿控制器的配置，上位计算机对控制器的监控程序设计思想以及与控制器之间的通信程序设计。在设计控制系统中，采用了硬件冗余和软件容错技术，使得整个系统的可靠性大大增强。     

基于时间自动机模型的安全计算机平台的形式化验证

众多工业控制领域要求计算机控制系统具有高可靠、高可用和高安全的运行基础,2乘2取2冗余结构的安全计算机平台是提高系统安全性、可靠性的一种重要解决方式。CBTC列控系统的安全计算机平台采用2乘2取2冗余结构,它是一个实时系统,控制过程需要考虑时间因素。本文分析CBTC系统安全计算机平台系统的组成结构,提取出系统的功能约束,采用基于时间自动机理论的建模验证工具UPPAAL建立系统的自动机网络模型,进行仿真分析,验证系统的功能性、实时性、安全性要求。     

低成本列车组合定位系统容错算法设计

列车实时定位是列车控制系统的重要环节。在安全苛求的现代列车控制系统中,列车定位系统需要在实现高精度列车定位的同时具备容错能力,以保证系统安全。针对列车定位的安全性需求,从保障列车定位系统的容错性能出发,利用低成本GPS接收机、惯性测量器件以及里程计等定位传感器构成列车组合定位平台,给出列车组合定位系统的结构与功能,将小波变换方法用于组合系统故障检测并制定相应的故障隔离策略,以H∞鲁棒滤波为基础设计联邦结构的多传感器容错信息融合算法用于定位计算。利用自制轨道推车进行的实验及仿真结果表明,组合定位系统能够满足列车定位的精度要求,并具有较强的容错能力,能够在不同定位条件下保证定位高效与安全。     

微机联锁系统故障安全措施——容错技术

微机联锁是采用避错技术和容错技术来提高系统的可靠性，实现故障安全的。随着计算机技术的迅速发展，尤其是高可靠性技术及容错理论与技术的发展，微机联锁设备将广泛应用于铁路现场，正确认识、掌握这一理论对铁路事业有着重要的意义。     

基于故障注入的安全计算机通信总线测试方法研究

随着我国高速铁路的飞速发展,对列车安全性的要求日益提高。由于实际环境与测试环境有区别,某些特定场景靠故障注入的方式能够有效地发现设计上的缺陷。文章使用故障注入的测试方法对安全计算机内部通信总线进行故障注入测试,对通信总线内部的故障进行分析,提出了对通信总线物理层、链路层的软件故障注入方法,并实现了对通信总线的故障注入。     

基于动态故障树的异构安全计算机系统共模故障分析研究

共模故障是一种存在于冗余结构系统中的特殊故障,给系统带来巨大的安全隐患。为保证列车运行控制系统的高安全性和高稳定性,安全计算机系统采取异构冗余结构。为了讨论共模故障对冗余系统的影响,文章对异构、同构两组安全计算机系统分别建立了动态故障树,并且采用马尔可夫链分析方法进行故障率和可靠度计算,对计算结果进行分析对比。结果表明,改进后的异构安全计算机可以减小共模故障给冗余结构系统带来的负面影响。     

基于COTS的安全计算机系统

根据国际标准提出了一种基于现货供应商品的二取二安全计算机方案。讨论了系统同步，安全通信协议、数据故障／安全比较等关键技术，提出一种新的系统同步方法，减少了瞬时故障的影响，提高了系统的可用性。样机的试验结果证明其结构设计合理，并具有良好的故障-安全性。     

城市轨道交通轨旁安全计算机平台设计

为了满足城市轨道交通对于轨旁安全计算机平台的通用技术需求,介绍了一种安全计算机平台的总体架构、安全原理和设计实现。该平台综合采用了基于安全以太网总线的安全自律技术,完整的在线自检和双通道故障管理技术,以及基于可靠通信的双系切换技术,自主研发,已通过SIL4等级安全认证,并成功应用在基于通信的列车自动控制系统、列车自主运行系统、有轨电车信号系统等多个工程项目中。实际运行情况表明,该平台完全符合安全性,可靠性和多种信号系统通用性的技术需求。     

作动器故障时摆式电动车组受电弓主动倾摆控制系统的自动容错控制方法

通过分析摆式电动车组受电弓主动倾摆控制系统的结构和工作原理,建立其状态方程和非完全失效故障情况下作动器模型.考虑到倾摆控制系统参数和作动器故障的不确定性,采用基于参考模型的自适应容错控制策略,通过将故障作动器损失的驱动力平均分配给其他无故障的作动器,实现作动器驱动力的重组.以某摆式电动车组的受电弓主动倾摆控制系统作动器发生故障为例,对电动车组以120km·h-1速度通过半径为800m的圆曲线线路时的容错控制进行仿真研究.结果表明;倾摆控制系统能够跟踪给定的参数输出并使状态跟踪误差迅速收敛为0,基于自适应容错控制技术设计的自适应故障补偿控制器能够有效实现部分作动器故障后作动器驱动力的重组,表明给出的自适应容错控制方法完全适用于摆式电动车组受电弓主动倾摆控制系统的不确定性运行环境.     

区间综合监控系统主机与解锁盘通信方案研究

以实现区间综合监控系统主机与多个解锁盘间的双向通信功能为目的,研究尽量简化其系统结构的方法。通过对RS-485总线技术、ProfiBusDP协议的分析研究,确定通信方式并制定专用通信协议,提出一种基于RS-485总线技术,以呼叫应答机制实现RSSP-I安全通信协议的通信方案,在不增加硬件通信设备的情况下,实现了系统主机与解锁盘间的稳定通信。提出的通信方案可以满足系统主机与解锁盘间通信需求,并简化了系统结构。