DS6—60计算机联锁技术中的信息安全技术

马卫

摘 要

信号安全技术是系统故障时，自动导向安全侧的技术。根据DS6-60计算机联锁技术中风险和安全设计分析，研究、分析了DS6-60计算机联锁中实现故障—安全侧的方法措施，证明DS6-60计算机联锁技术是具有很广阔的发展前景的。

【关键词】DS6-60 计算机联锁 信号安全技术 研究与探讨

1 概述

DS6-60计算机联锁采用二乘二取二冗余结构设计，是设计院DS6系列的最新产品，DS6-60是设计院依托DS6-11，DS6-20，DS6-K5bstract多年的应用经验，以EN系列标准为参考研发的新一代用于铁路信号控制的安全平台，其可靠度指标：平均故障间隔时间大于或等于106h，安全指标：平均危险侧输出间隔时间大于或等于1011h。

2 计算机联锁的信号安全技术原则

DS6-60计算机联锁的信号安全技术主要体现在：

（1）系统工作时能完成正常的功能，保证正常安全输出；

（2）系统发生故障时，保证系统输出自动倒向安全侧。

3 风险分析与安全性设计

DS6-60安全性设计方法： DS6-60计算机联锁按照安全等级为SIL4级的要求进行设计的，通过对实现各功能中遇见的故障错误进行风险分析，其思路是在DS6-11，DS6-20，DS6-K5bstract多年的应用经验基础上的完整、准确的功能设计。DS6-60设计中采用定性的危害识别方法识别出系统中所存在的所有风险，对风险进行分类处理，分析原因和结果，对风险级别高的采取措施降低风险，使风险降低到可以接受的合理范围内。目前，DS6-60系统降低风险因素的手段就是靠设计、及检测、冗余的方法。正确设计实现安全需求，保证系统功能安全。系统风险的规避措施主要采用以下几个方面：

3.1 设备组合安全

当对一个器件产生的结果不确定时，就增加至两个或多个器件来各自运行，并对输出的数据数值等加以对比，如果结果相同意味着是安全输出，认可该结果，同时，也要选择检测性技术，利用硬件、软件的相异性，控制共模错误的发生。

3.2 处理功能时能安全反应

如果选择某个器件来操作，则可以借助检验方法、反复运算等方式来运行，以此来确保其功能与作用安全、稳定地发挥。

3.3 器件的固有安全

在安全关键部位采用固有安全特性器件，当安全器件存在断线、短路、或不符合的电流参数时，器件不予执行，就没有输出，这就是器件的固有安全。

4 DS6-60计算机联锁实现故障導向安全的方法措施

计算机联锁系统要实现故障—安全设计，首先要对系统的整体结构进行故障—安全的设计；其次实现系统设备各功能单元的信息传输安全。第三，是发生共模错误的处理。针对这三个问题分析处理结果如下。

（1）解决计算机系统层面的故障—安全主要从两个方面进行处理一方面是避错技术，另一方面是容错技术。

避错技术是对系统硬件的选择，系统的硬件是否高可靠性的芯片，DS6-60系统采用高可靠性配置。但硬件的高可靠性是有局限性的，这就让我们提出了容错技术，当故障不可避免的出现时，我们接受，并采取其他措施导向安全侧。容错技术为我们解决了这一问题。

容错技术的主要实现方法就是故障检测和冗余技术。一般联锁计算机中都建立了设备监测系统，方便了故障检测。故障检测可以在系统故障时检查出故障，并进行报警，呈现在监测系统上，系统根据故障情况做出反应，并给出安全输出。冗余技术就是对必须的硬件、软件、时间等进行余量的设计，完成技术的自动转换。 DS6-60系统采用二乘二取二冗余结构设计，并设有系统监测机；系统联锁逻辑部为二乘二取二结构，分为Ⅰ系和Ⅱ系，各系内部为二取二结构，任何一系都可以独立工作，双系采用主从方式运行，任一系检测到严重故障都会主动切换；系统内部一切关系到安全的问题，都可以采用故障安全的思路来实行双重结构设计，这样其中某个单点故障也具有相对独立性，也不能对系统构成威胁，这样才能达到铁路车站信息安全控制的目标。

（2）信息传输的安全技术目前都基于通信系统的安全系统。系统的对外接口就是通信系统提供一个通信通道，将传送的信息在通信软件的应用层进行安全编码和保护，不存在软件上的故障-安全要求。DS6-60通信系统也通过建立2系实现故障-安全要求，计算机联锁通信部分（包括各单元之间）都是按照EN50159要求设计，系统内网络采用双网结构，互为冗余备份，保证当一个网络失效时，另一个网络能够继续承担子系统之间的通信任务。

（3）共模错误的分析和处理。当系统遭遇瞬间干扰时，如电磁干扰、EMI干扰等，可能会对系统的2套设备造成破坏，或瞬间运算错误。这种瞬间运算错误，可能是由于CPU在读取信息时，地址码加错或锁存信息有误，对于这类干扰引起的共模错误，风险解决的措施就是硬件相异性、软件相异性、及程序时间相异性。再一个共模错误就是由软件设计错误，由于软件检测错误的局限性和编译错误都可导致共模错误的发生，软件相异性、工具相异性是避免共模的发生。DS6-60计算机联锁中联锁双系中每系均包括两个独立的CPU单元，两个CPU单元实现二取二比较，仅当两个中央处理器达到相同的运算结果，再向外输出数据，系统内部的各个CPU单元软件都应该选择各自不同的编译器进行编译，以此来控制错误的呈现，维护系统的安全。

（4）另外，DS6-60计算机联锁中。

1）输入采集单元采用动态采集方式，由输入采集机笼内的两个独立CPU单元分别进行采集，由联锁逻辑部对采集结果进行比较，比较一致认为采集数据有效，否则采集数据无效，构成二取二故障-安全采集。

2）输出单元采用双断控制，动态和静态两路驱动串联输出，静态和动态输出分别由输出机笼内的两个独立的CPU单元控制，当一路输出无效时，总输出则为无效，构成硬件相异的二取二故障-安全输出。这两项功能的实现都遵循容错技术和组合安全、反应安全的故障—安全原则，保证系统的安全可靠。

5 安全的全面性

DS6-60系统按照EN铁路执行的安全指标，实际设计操作中要重点强化对风险的预测，创建风险日志，对安全需求进行全过程的动态跟踪，立足于安全需求来进行设计、生产与检验，达到对不同环节的闭环控制，维护系统安全，确保其功能的发挥。

DS6-60系统很好的应用于天津地铁3号线车辆段项目，发生故障率低，维护方便，并可与其他系统很好的接口，完成转换任务。

6 结束语

实践证明，DS6-60计算机联锁技术具有广阔的应用前景，是我国铁路发展的重要方向。

参考文献

[1]中国铁路通信信号集团公司，DS6-60计算机联锁系统介绍、维护手册.

[2]DS6-60计算机联锁系统设计分析[J].铁道通信信号，2012（08）.

作者单位

中铁建大桥工程局集团电气化工程有限公司 天津市 300000