论文部分内容阅读
目前铁路信号系统的发展还是沿用传统的信号设计思路,基于叠加式原则对不同的控制功能增加不同的子系统。这导致整个铁路信号系统的结构复杂,子系统众多。借鉴航空电子系统的发展经验,从独立式结构到IMA (Integrated Modular Avionics,综合模块化航电)结构,趋向综合化、模块化、平台化方向发展,结构复杂的轨道交通信号系统也可以实现精简化。而安全计算机平台作为铁路信号系统中保证系统安全的支撑设备,为了适应简化的轨道交通信号系统的需求,安全计算机平台有必要向通用化、模块化、平台化方向发展。本论文以轨道交通信号系统为背景,针对目前信号系统结构的缺陷,提出一套优化的信号系统方案,适用于CTCS (Chinese Train Control System,中国列车运行控制系统)和CBTC(Comunication Based Train Control,基于通信的列车控制系统)的地面及车载信号系统。基于这套优化的信号系统方案,提出了以2乘2取2结构为基础的改进的通用安全计算机平台结构。该安全计算机平台分为逻辑处理单元、外部设备管理单元和容错和安全管理单元(Fault Tolerant and Safety Management, FTSM)三部分。然后根据IEC61508的相关安全标准和定义,分析安全计算机平台的硬件结构,建立平台的可靠性框图,使用PDS方法计算和分析安全性指标PFH(Average Frequency of a Dangerous Failure Per Hour,每小时危险失效的平均频率),分析影响PFH值的几个参数：DC(Diagnostic Coverage,诊断覆盖率)、FTSM冗余结构修正因子CMooN、FTSM失效率。得出在外设个数一定的情况下,FTSM单板失效率应尽可能小；更复杂FTSM冗余结构对PFH减少程度有限,优先选择二取二(1-out-of-2,loo2)结构；诊断覆盖率DC对PFH影响最大,应尽可能提高诊断覆盖率DC。论文引入差异性结构设计原则与思想,采用了基于差异性结构设计的逻辑处理单元、外部设备管理单元和FTSM。loo2结构安全计算机中的一台基于x86架构,另一台基于PowerPC架构。loo2结构的FTSM中一个基于ARM架构,另一个基于FPGA架构。为了保证安全计算机平台的通信安全,提出了符合EN50129安全标准的通信协议。并且,基于分级诊断原则,采用SPAN (Switched Port Analyzer,交换端口分析仪)监听技术,实现了外部设备管理单元通信的安全性。在实验室搭建了安全计算机平台原型样机,由1oo2结构的逻辑处理单元,loo2结构的外部设备管理单元,以及loo2结构的FTSM的组成。在原型样机上经过实验测试,FTSM能够实现设计的功能,管理安全计算机各通道。使用SPAN技术,外部设备管理单元能够实现对特定输出信号的反馈监听。图80幅,表31个,参考文献28篇。