一种三取二安全计算机系统的设计与实现

介绍一种用于铁路车载控制设备的三取二安全计算机系统。该计算机系统由3套相同的子系统构成，采用冗余容错技术并利用VxWorks实时操作系统和软件进行开发。三系冗余容错系统的特点是对单系故障具有屏蔽作用，体现在控制过程中就是控制的连续性和故障后的无缝切换，这是选择三系的主要动机。     

智能N取M型高可靠安全计算机系统

通过分析指出传统故障-安全系统在电子系统日趋复杂的背景下将遇到故障检测复杂性剧增的问题,为解决系统设计的可持续发展问题,满足用户对可靠性和安全性不断提高的需求,提出一种智能的N取M型高可靠安全计算机系统,并在系统的可靠性、安全性、设计成本、可维护性以及系统容量方面同传统安全系统进行对比分析。性能仿真数据说明新的安全计算平台不仅能够完全满足IEC61508中SIL4等级系统的要求,更重要的是,这一类型的安全计算结构极大地降低了对单器件可靠性及安全性的要求,比传统故障-安全结构在设计和维护成本方面更加具备可持续发展的潜力。     

重庆单轨三号线信号系统ATP设备故障时的系统动作及应对方案

重庆单轨交通三号线信号系统ATP子系统具有各种诊断功能,当检测到故障时自动向ATP维护终端发送报警信息并对各种故障进行管理。特别是对故障会给列车运行带来障碍的设备,构成冗余系统,主备机之间相互监视状态。当单套设备故障时,系统能正常工作;当双套设备故障时,系统根据故障范围进行故障导向安全的动作。本文描述了ATP设备发生故障时的系统动作及应对方案。     

城市轨道交通信号系统冗余技术分析

冗余技术是提高计算机系统安全可靠性的有效手段。介绍了城市轨道交通信号系统软件冗余与硬件冗余的原理,对采用的冗余技术进行了对比分析。分析了现代城市轨道交通信号系统中的冗余技术方案。以URBALISTM系统为例,从设备冗余与通信冗余两方面分析,指出冗余技术的合理设计对提高城市轨道交通信号系统的安全可靠性会产生重要影响。     

自主化CTCS-3级车载设备双系热备技术研究

针对CTCS-3级列控系统列车运营效率的需要,采用基于二乘二取二架构紧耦合架构进行自主化CTCS-3级车载热备系统的研究。从时钟调度机制、双系同步机制、故障切系机制等方面介绍了热备系统的工作原理,重点分析通信传输系统的危险失效率和主备系切换时间条件。此架构下的热备系统具有异构防共模错误、紧耦合平行同步保证安全一致的特点。通过实验室仿真测试及现场试验验证,证明热备系统具有高安全、高可靠、平滑切换的特点,具有良好的实用价值。     

列车控制系统中数据通信子系统的帧丢失概率

利用随机Petri网模型,综合随机信道恶化、越区切换、无线接入设备故障等无线信道失效因素,建立列车控制系统中数据通信子系统非冗余结构和冗余结构的帧丢失概率模型,给出分解的无线数据通信模型的定点迭代求解方程。分别计算：冗余结构、非冗余结构的数据通信系统的帧丢失概率;不同列车数量、不同列车运行速度对应的帧丢失概率。分析计算结果表明：冗余结构数据通信系统的帧丢失概率远低于非冗余结构的;主要原因是冗余结构数据通信系统不因单一AP通信中断而失效、有效消除了列车越区切换对帧丢失概率的影响。     

集中控制形式的计算机联锁系统冗余和切换技术研究

冗余和切换技术是计算机系统可靠性设计中常采用的一种技术。在区域集中控制方面,计算机联锁系统的典型应用包括区域联锁和远程控显。在基本计算机联锁系统的基础上,开发这两种典型的应用,重点是要设计好新增部分的冗余和切换。以采用高安全性和高可靠性的二乘二取二安全冗余结构的TYJL-ADX型计算机联锁为例,分析了2种应用的系统架构、硬件冗余设计,以及新增子系统的切换方式、故障情况下的切换设计和系统处理。     

基于动态故障树的计算机联锁系统安全性及性能分析研究

针对2种常用冗余结构计算机联锁系统中的联锁机子系统,在考虑单元模块、比较模块和系统间切换模块全故障模式的情况下,建立双机热备和2×2取2计算机联锁系统的危险失效概率PFD和安全失效概率PFS的动态故障树模型。由于故障树概率近似法和Markov方法计算结果非常近似且概率近似法的求解过程简单和存储要求低等特点,采用概率近似法求解对应的PFD和PFS,实例对比分析2种冗余结构计算机联锁系统的安全性。研究结果表明:在全故障模式下,2×2取2计算机联锁系统的安全性高于双机热备。     

基于PDS的铁路信号冗余结构危险失效概率计算方法

在铁路信号领域的安全评估中常采用IEC61508中的方法计算产品的每小时危险失效概率(Probability of a Dangerous Failure Per Hour,PFH),但该方法所面向的工业控制系统同铁路信号地面控制系统间存在差异性,且计算过程针对共因失效的分析较少。采用PDS(挪威语缩写,代表安全仪表系统的可靠性)方法定量计算铁路信号冗余结构的PFH,首先分析铁路信号系统典型的3种冗余结构,然后通过引入结构修正因子CMOON改进β参数模型,以区分共因失效对不同冗余结构PFH影响的不同,接着根据3种冗余结构的工作特点构建系统可靠性框图,并给出不同冗余结构通用的PFH计算公式,最后以实验数据进行仿真,结果显示,与采用IEC61508中的方法相比,本文的方法更加注重共因失效对PFH的影响程度,符合现场设备的实际使用情况。     

云联锁系统冗余结构研究

为保障联锁系统在云平台中的运行安全，文章通过对既有计算机联锁系统冗余结构进行分析，结合云平台特征，提出了基于虚拟机容错技术的云联锁系统冗余结构。首先，阐述了云联锁冗余结构的特点和优势。其次，通过对云联锁冗余结构的工作模式和服务器失效因素进行分析，建立服务器故障树模型、云联锁系统冗余结构关于危险失效概率PFD和安全失效概率PFS的动态故障树模型。最后，对云联锁冗余结构的可靠性进行研究，对动态故障树模型进行仿真分析。研究结果表明：云平台更适合部署形如Moo N结构的多重冗余结构联锁系统，开展云联锁冗余结构研究对云联锁的发展具有一定的借鉴意义。     

基于GMP算法的安全计算机高速通信的容错设计*

安全计算机普遍采用分布式冗余结构但未有相应的容错管理机制,文章采用基于时间触发机制的通信方式,提出基于GMP（Group Membership Protocol）算法的高速通信容错机制。在2乘2取2结构的安全计算机平台上对容错机制进行了验证,结果表明,该机制对安全计算机通信的容错性有明显的优化效果。     

基于贝叶斯网络的城市轨道交通CBTC系统SIL研究

城市轨道交通CBTC系统是一个安全苛求系统,为了更好地分析CBTC系统的安全性,首先通过对整个系统自顶向下分析,对各子系统和单元模块的功能进行划分,建立CBTC系统的贝叶斯网络,然后再自下向上由子系统级别到整个CBTC系统级别逐步计算出CBTC系统的平均故障率,最后从系统失效的角度验证系统的安全完整性等级(Safety Integrity Level,SIL)。结果表明,在系统硬件设备的故障率不变的情况下,可以通过调整子系统的冗余结构,增加整个CBTC系统的容错能力来提高其随机故障的完整性,使得系统符合安全标准要求。     

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。     

轨道交通安全计算机可靠性分析

轨道交通安全计算机是保障轨道交通安全、可靠运营的核心技术装备。文章描述了轨道交通常用安全计算机架构,通过可靠性分析对其关键可靠性指标进行计算。在常用冗余架构的基础上提出一种改进的安全计算机架构,通过与目前常用架构的对比,改进的安全计算机架构可以大幅提升系统可靠性,可广泛应用于轨道交通安全性、可靠性苛求的系统/产品。同时文章描述的可靠性分析方法及结果可为其他安全计算机可靠性分析提供参考。     

基于代价敏感RBF神经网络的道岔故障诊断系统

针对铁路道岔故障中几种常见类型故障,为尽量减少道岔故障误分类所造成的损失,特建立基于遗传算法的代价敏感RBF神经网络模型以及基于该模型的道岔故障诊断系统。模型通过建立代价敏感适应度函数,实现基于遗传算法的RBF神经网络向代价最优的方向进行随机搜索。利用某车站道岔动作电流监测数据进行验证,证明系统能够提高故障数据的识别精度,降低故障数据的误分类代价。该系统可帮助维护人员快速、准确地对道岔故障进行诊断,缩短故障处理时间,提高铁路行车的安全性。     

基于LSTM网络高速列车悬挂系统故障预测方法研究

高速列车悬挂系统安全性对于整车安全运行非常重要,对悬挂系统进行全生命周期状态监测以预测其故障成为不可忽略的研究内容.当高速列车悬挂系统发生机械故障时,产生振动加速度,信号呈现非线性、非平稳特征.文章提出一种基于LSTM网络的高速列车悬挂系统故障预测方法,通过SIMPACK建立某型号高速列车整车模型,获得重要部件在各健康...     

列车超速防护系统安全计算机系统的研究

列车超速防护系统(ATP)是城市轨道交通和高速列车运行时必不可少的安全保障,必须满足故障安全特性,因而其中的核心部分微计算机系统必须具有高安全性.采用硬件、软件冗余技术与安全输出通道,可极大地提高计算机系统的安全性能.     

安全冗余结构铁路信号配电系统研究

分析了铁路信号电源技术发展变化的原因，通过了解目前铁路信号电源基本用电性质和运行方式，以配电的设计思想，对结构进行优化组合，以电力功率电子技术、计算机管理、模块组合式的铁路信号智能电源系统为基本结构和基本技术模式，提出一个具有高度针对性的安全冗余结构信号配电系统方案。     

嵌入式系统下位机故障定位及分析方案研究

针对铁路信号领域嵌入式系统下位机的架构,梳理了嵌入式系统下位机的相关故障分类,并根据不同种类的故障,有针对性地给出相应的故障定位及分析方案,详述了每种故障定位及分析设计的原理和实现方法,最后提出了一种下位机故障定位及分析的综合方案,并将该综合方案用于铁路信号领域iBase22-TSP型轨旁安全平台的下位机故障定位中,改善了TSP平台的下位机故障定位和诊断维护功能。