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Science &Technology Vision科技视界随着我国高速铁路运输业的迅速发展,双机热备机构的信号设备在铁路信号系统中得到了广泛的应用,并以其较高的安全性以及智能性对每个单机进行主动的故障诊断,有效提高了铁路信号设备系统运行的稳定性和可靠性;因此,为保障我国铁路高速运行的安全性,必须加强对铁路信号设备系统新科技的研究和开发,重视冗余技术在其中的运行,以便于全面提高铁路信号设备系统的技术装备水平。
1基于冗余技术的铁路信号设备系统概述1.1铁路信号设备系统的主要构成基于冗余技术的铁路信号设备系统主要可以分为四个构成部分,具体表现如下:(1)用户层设备用户层设备主要设置在调度所,而其中的用户主要是指工作于调度所的相关调度人员,主要设备主要包括铁路信号设备系统服务器以及相关的用户终端设备。
为确保铁路运行调度的准确性和可靠性,铁路调度所的每个调度台都会设置独立的终端设备,以便于全面掌握本调度台以及相邻调度台的行车信息,一旦列车在运行期间发生任何异常情况,都可通过视频报警等方式及时显现在调度台的终端设备上。
(2)区域处理层该系统层主要设置在维修段,主要作用是接收由特定管辖区域监控处理层发送过来的相关信息数据,并利用计算机技术、数字化技术等相关技术对所接收的信息进行整理、分析等相关的处理工作,之后在信息数据处理结果的基础上得到相应的预警或者是报警信息,及时上传至用户层,以便于相关调动人员都及时发现和处理列车运行过程中存在的异常情况,保障列车运行的安全性和稳定性。
(3)监控处理层该系统层的主要作用利用相关监测设备对所处辖区内的相关数据信息进行全过程、全方位的监测,并采集相关的样本数据,进行初步的处理和保存,之后在通过通信网络向所在辖区内的处理层进行数据传输,为其提供用于整理、分析的样本数据。
(4)现场采集层该系统层是铁路信号设备系统的基层,其主要作用是对铁路运行轨旁的相关设施设备进行数据采集,如对列车运行两侧的风向和风速数据信息进行采集、监测坠落物等,所涉及到的采集内容具有多样性以及分散性两方面的特点。
数据库中的数据冗余与冗余数据清理方法随着信息技术的快速发展和数字化时代的到来，数据库的应用日益广泛。
在数据库中，数据冗余是指数据库中储存了多份相同或相似的数据，这样的设计往往会导致存储空间的浪费，并增加了数据在更新时不一致的风险。
为了保持数据的一致性和高效性，我们需要了解数据冗余的原因以及相应的冗余数据清理方法。
数据冗余的原因可以归结为以下几点：1. 冗余应用：由于系统的错误设计或者重复开发，在数据库中存储了相同或相似的数据。
这种情况通常来源于联机事务处理（OLTP）系统的设计缺陷。
2. 泛化或集中性的存储：为了方便数据访问和处理，某些数据可能被广泛地复制和存储，而不考虑实际需要的程度。
3. 保留历史数据：某些业务需要将历史数据保留在数据库中，这可能导致数据冗余。
虽然历史数据具有一定的重要性，但过多的历史数据会影响数据库性能。
冗余数据清理方法：1. 数据规范化：数据规范化是解决数据库中冗余数据的首要方法之一。
通过将数据拆分为合理的表结构，可以避免数据的重复存储。
这样不仅可以减少存储空间的浪费，还可以提高数据的一致性和可维护性。
2. 索引优化：通过创建适当的索引，可以提高数据库的查询性能。
在清理冗余数据时，合理的索引设计可以帮助优化数据库的查询效率，并减少重复数据的存在。
3. 数据去重：数据去重是一种有效的冗余数据清理方法。
通过使用适当的算法和技术，检测和删除数据库中的重复数据，可以减少数据存储的冗余。
4. 定期清理历史数据：对于那些频繁更新的数据库，定期清理历史数据是必要的。
通过设置合理的数据保留时间和清理策略，可以减少冗余数据的存储，并提高数据库的性能。
5. 数据审查与整理：定期对数据库进行数据审查和整理，以检测和清理冗余数据。
通过使用合适的工具和技术，可以有效地定位和删除冗余数据，提高数据库的数据质量。
6. 数据备份与恢复：合理的数据备份与恢复策略可以帮助防止冗余数据的产生，并在数据损坏或意外丢失时恢复数据库。
冗余信息在教学中的应用
冗余信息在教育与高等教育中日益成为重要的应用。
它不单单可以把知识传播给学生，还可以帮助教师促进学生对知识的理解，并增强学生对知识的掌握程度。
从而提高教学质量，提高学生的学习成就。
首先，在传统的教育教学中，冗余信息可以把由教师传授知识的途径变得更高效。
一方面，教师在课堂上可以教授，引导，让学生学习更有效的思维方式，帮助学生总结和归纳；另一方面，冗余信息也可以帮助教师追踪学生的学习进度，掌握自己教学过程中学生所学习到的知识，以便正确批改练习，给出更加客观准确的反馈，同时也可以及早判定出学生存在哪些困难，为他们提供更为个性化的帮助。
另外，冗余信息在高等教育中的应用也是众多，它可以帮助高校教育更好地发挥其保持与提升教育质量的重要作用。
比如，让学校根据评估的冗余信息结果，改进教学管理，加强教学研究，更好地培养学生，从而让在校生得到更加优秀的培养。
最后，冗余信息不仅可以提高学生的学习成绩，还可以给高校的运作流程带来很大的好处，比如提高学生的学习积极性和主动性，改善评价系统的准确性以及科学性，更快更彻底地发现学生的不良学习习惯，帮助学校更好地管理，以及提高教学质量，都是可以促进学生个人发展的重要因素，是目前高校的必备技能。
综上所述，冗余信息在教育与高等教育中的应用，给学校带来很多好处，它不仅可以帮助教师更好地传授知识，同时也可为高校提供有效的参考数据，以便优化教学管理模式和改善教学质量，真正让每一位学生都受益。
冗余解决方案现代社会中，信息技术的发展提供了许多高效便捷的解决方案。
其中，冗余解决方案作为一种备份和容错机制，已经被广泛应用于各个领域。
它的作用是在主要系统出现故障或异常时，能够立即切换到备用系统上，保障系统的可用性和可靠性。
一、信息技术中的在信息技术领域，冗余解决方案主要应用于计算机网络、数据库系统和服务器等方面。
首先，计算机网络中常用的冗余解决方案有冗余链路和冗余路由器。
冗余链路指的是在网络中建立多个互相独立的传输线路，当其中一条线路发生故障时，流量会自动切换到其他正常的线路上，确保网络的连通性。
而冗余路由器则是在网络中设置备用路由器，在主要路由器故障时能够迅速接管，确保网络的正常运行。
其次，数据库系统中常用的冗余解决方案有主从复制和镜像技术。
主从复制是指在数据库系统中设置一个主数据库和多个从数据库，主数据库负责写入和更新数据，从数据库负责读取数据。
当主数据库故障时，系统会自动切换到从数据库上，确保数据的连续性和一致性。
而镜像技术是通过实时将主数据库的数据同步到一个或多个镜像数据库中，当主数据库发生故障时，系统能够快速切换到镜像数据库，保证数据的安全和可用性。
再次，服务器中常用的冗余解决方案有冗余电源和冗余硬盘。
冗余电源即备用电源，当主要电源发生故障时，备用电源可以迅速接管供电，保障服务器的正常运行。
而冗余硬盘是指在服务器中使用多个硬盘进行数据冗余存储，当其中一个硬盘发生故障时，系统可以自动通过数据重建将数据从其他正常硬盘中恢复，确保数据的可靠性和完整性。
二、冗余解决方案的优势和应用冗余解决方案具有许多优势，使其成为各行业常用的技术手段。
首先，冗余解决方案能够提高系统的可用性和可靠性，减少系统因为单点故障而造成的停机时间和损失。
其次，冗余解决方案能够提高系统的容错性，即使主要系统出现故障，备用系统仍能继续运行，保证业务的连续性和稳定性。
再次，冗余解决方案能够提高系统的性能和响应速度，通过并行处理和负载均衡，分担系统的压力和负荷，提高系统的运行效率。
环形冗余gepon技术在矿井中的应用随着矿井信息化建设的不断推进，网络通信设备也得到了广泛应用。
在这些设备中，光纤通信设备是一个不可或缺的部分。
而在光纤通信设备中，环形冗余gepon技术应用越来越广泛，成为了矿井网络通信设备的首选技术。
环形冗余gepon技术是一种基于光纤通信的局域网技术。
它利用光纤的高带宽、低延迟、抗干扰和高可靠性等特点，实现了网络中数据的高速传输和可靠性保障。
在矿井中，环形冗余gepon技术主要应用于矿井通信、视频监控、安全生产等方面。
环形冗余gepon技术的应用使矿井通信设备具有了更高的可靠性和稳定性。
在传统的通信设备中，一旦出现网络故障，整个系统就会瘫痪。
而采用环形冗余gepon技术后，即使某一节点发生故障，整个系统仍然可以正常运行，确保了矿井通信系统的稳定性和可靠性。
此外，环形冗余gepon技术还可以实现网络的高速传输和远程监控。
通过该技术，可以实现矿井中各种数据和信息的实时传输和远程监控，提高了矿井的管理效率和安全性。
总之，环形冗余gepon技术在矿井中的应用，为矿井信息化建设提供了有力的支持。
它不仅提高了矿井通信系统的可靠性和稳定性，而且实现了矿井数据和信息的高速传输和远程监控，为矿井的管理和安全生产带来了一定的便利。
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信息技术中冗余的概念
数据冗余:在一个数据集合中重复的数据称为数据冗余. 数据冗余的目的：数据的应用中为了某种目的采取数据冗余方式。
1、重复存储或传输数据以防止数据的丢失。
2、对数据实行冗余性的编码来防止数据的丢失、错误，并提供对错误数据实行反变换得到原始数据的功能。
3、为简化流程所造成额数据冗余。
例如向多个目的发送同样的信息、在多个地点存放同样的信息，而不对数据实行分析而减少工作量。
4、为加快处理过程而将同一数据在不同地点存放。
例如并行处理同一信息的不同内容，或用不同方法处理同一信息等。
5、为方便处理而是同一信息在不同地点有不同的表现形式。
例如一本书的不同语言的版本。
6、大量数据的索引。
一般在数据库中经常使用。
其目的类似第4点。
7、方法类的信息冗余：比如每个司机都要记住同一城市的基本交通信息；大量个人电脑都安装类似的操作系统或软件。
8、为了完备性而配备的冗余数据。
例如字典里的字很多，但我们只查询其中很少的一些字。
软件功能很多，但我们只使用其中一部分。
9、规则性的冗余。
根据法律、制度、规则等约束实行的。
例如合同中大量的模式化的内容。
10、为达到其他目的所实行的冗余。
例如重复信息以达到被重视等等。
数据冗余或者信息冗余是生产、生活所必然存有的行为，没有好与不好的总体倾向。
而对于自然界，则是物质存在的一种形式，是客观存在情况。
例如每个人都有与其他人基本相同的基因。
冗余覆盖算法的原理及应用1. 算法介绍冗余覆盖算法（Redundant Coverage Algorithm）是一种优化问题求解算法，用于解决覆盖问题。
覆盖问题是指在一组集合中，找出最小的子集，使得这些子集可以覆盖所有的元素。
冗余覆盖算法的核心思想是通过增加冗余的方式，提高问题求解的效率和准确性。
算法会生成多个解，其中部分解是冗余的，但可以帮助其他解更快地找到全局最优解，从而提高算法的性能。
2. 算法原理冗余覆盖算法的原理可以分为以下几个步骤：2.1 构建初始解首先，算法需要根据问题的特性构建一个初始解。
初始解可以是随机生成的，也可以是通过启发式算法得到的。
2.2 判断解的质量对于每个解，算法需要对其进行评估，以判断其质量。
评估的指标可以根据具体的问题而定，比如覆盖率、代价等。
评估结果越好，解的质量越高。
2.3 添加冗余子集如果当前解的质量不够理想，算法会考虑添加一些冗余的子集，以提高解的质量。
这些冗余子集可以是当前解中已有子集的扩展，也可以是新生成的子集。
2.4 优化解的质量添加冗余子集后，算法会继续优化解的质量。
这一步包括对解进行调整、删除或替换，以提高解的覆盖率或降低代价。
2.5 判断终止条件算法会持续迭代优化解的质量，直到满足终止条件为止。
终止条件可以是达到最大迭代次数，或是解的质量无法再得到有效改进。
3. 应用场景冗余覆盖算法在多个领域都有广泛的应用，下面列举了几个常见的应用场景：3.1 无线传感器网络在无线传感器网络中，传感器节点通常需要通过选择一些节点来进行数据传输和处理。
冗余覆盖算法可以帮助传感器节点快速选择出最佳的节点集合，以提高传输效率和数据质量。
3.2 电子设计自动化在电子设计自动化领域，冗余覆盖算法可以应用于电路测试点的选择。
通过选择最合适的测试点集合，可以有效地检测电路中的故障和缺陷。
3.3 优化问题求解冗余覆盖算法的核心思想是通过增加冗余的方式，提高问题求解的效率和准确性。
冗余技术在分布式控制系统中的应用研究张锐1 潘泽友1,2（1.西南科技大学信息工程学院 四川绵阳 621000；2.中国工程物理研究院计算机应用研究所 四川绵阳 621900）【摘要】 以某酒厂稻谷加工DCS控制系统为例，介绍了冗余技术在分布式控制系统中的应用，并从PLC冗余、通信冗余和软件编程三方面进行了详细的论述。
【关键词】 冗余系统；分布式控制系统【中图分类号】 TP202.1 【文献标识码】 BA Study on Application of DCS by Using Redundant TechnologyZhang Rui1 Pan Ze-You1,2（1．School of Information Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang Sichuan, 621000；2．China Academy Engineering Physics, Mianyang Sichuan, 621900）【Abstract】According to DCS about paddy process in some winery, the application of DCS by using redundant technology is introduced. The PLC redundancies、communications redundancies and program are analyzed in detail.【Key words】Redundancy system；DCS引言在现代工业的各个领域，出于对高可靠性和安全性的考虑，及停车成本高或系统维护导致停产损失大的考虑，大都采用冗余结构来构建控制系统。
1．冗余DCS系统某酒厂的稻谷加工DCS控制系统主要分为六个工艺段：进料、初清、清理、砻谷、碾米、出料等工段。
所涉及的电气、仪表输入输出点数为6400点，控制点数为576点，由一个中央控制室集中控制。
整套DCS系统以西门子公司冗余组件为核心，由2台S7-400控制器、2台OSM交换机、9台ET200M IO站、一台操作员站和一台工程师站构成。
系统全部采用S7-400的高性能卡件，实现了供电模块、CPU、通讯介质、接口模块和客户机冗余。
图1 冗余系统结构图2．PLC冗余2.1 PLC冗余的实现原理两个CPU414-4H是冗余系统的核心组件，以双通道结构进行操作，冗余的实现方式为“硬冗余”，冗余的切换方式为“热冗余”。
冗余状态下主备CPU 具有相同的用户程序，并通过西门子专利的“事件驱动的同步”方法同步执行程序。
一旦可能导致主备站的内部单元状态不同的事件发生时，例如对I/O 直接访问的事件，将由操作系统自动同步它们的数据。
冗余系统在正常状态下，主备CPU 同时参与程序处理和数据运算，不同之处是备CPU 不输出控制信号。
如果发生主站故障将进行无扰动主备CPU 切换，从中断点处由备CPU 接替生产过程的控制，并处于单机工作状态。
CPU 无切换时间，系统切换时间主要取决于Profibus-DP 的切换时间，该段时间内输出保持切换前的输出状态，切换期间无信息或报警/中断丢失。
对于其它公司的同类产品，一般CPU 切换时间达到毫秒级，只要切换时间小于I/O 延迟时间和报警/中断检测时间，便可以保证在切换期间无信号丢失。
2.2 PLC 冗余的可靠性论证下面运用可靠性理论对系统的冗余设计进行可靠性分析，可靠性指标如下：平均故障时间：指系统相邻故障期间的正常工作时间的平均值，用MTBF 表示。
失效率：指能工作到某个时间的系统，在连续单位时间内发生故障的比例，即瞬时故障率，用)(t λ表示。
可靠度：指系统无故障正常工作状态的概率，用)(t R 表示，即)()(t X P t R >=，它是规定时间t 的函数，规定时间越长)(t R 越小。
可靠度具有如下性质：①1)0(=R ；②0)(lim =∞→t R t ；③1)(0≤≤t R ；④)(t R 是时间t 的单调递减函数 根据可靠性指标，对主控制器系统进行可靠性分析。
设X 是主控制器系统能正常使用的期限，即从开始使用到第一次故障为止的时间间隔。
则X 是随机变量，设它的分布函数为)(t F m ，分布密度函数为)(t f m ，可靠度为)(t R m ，则有：)(1)(t F t R m m −=。
考虑到电子产品和控制设备的失效分布大致都服从指数分布，即X 服从参数为λ的指数分布，则有：)0()(>=−t e t f t m λλ (2.1) )0(1)(>−=−t e t F t m λ (2.2)t m m e t F t R λ−=−=)(1)( (2.3)设m λ为主控制器的失效率，根据定义)()()(t R t f t m m m =λ，结合式（2.1）（2.2）（2.3）可以得到λλλλ=−==−)(1)()()(t F e t R t f t m tm m m （2.4） 根据定义∫∫∞∞→∞−==00)(lim )()(t tR dt t R dt t tf MTBF t m m m ，根据可靠度)(t R 性质②，得到∫∞=0)(dt t R MTBF m m 。
结合式(2.3)(2.4)得到m m m dt t R MTBF λ1)(0==∫∞（2.5）。
以上为主控制器单独工作时对系统的可靠性分析，下面对主备控制器组成冗余系统的可靠性进行分析。
设)(t R 为冗余控制器系统可靠度，MTBF 为冗余控制器系统平均故障时间。
下标为s 的参数，定义为备控制器相对于主控制器相同类型的参数指标。
由于主备控制器为同种类型产品，并且工作负担基本一致，则有：m s λλ= (2.6) )()(t R t R m s = (2.7) m s MTBF MTBF = (2.8)由于主备控制器为并联结构，并且可以看作为相互独立的概率事件，结合式(2.3)(2.7)则有：t t s m e e t R t R t R λλ22))(1())(1(1)(−−−=−⋅−−= (2.9)结合式(2.9)则有：∫∞==023)(m dt t R MTBF λ (2.10)结论：通过式(2.10)和式(2.5)比较，发现冗余控制器系统的平均故障时间是单控制器系统的1.5倍，即冗余控制器系统平均使用寿命是单控制器系统平均使用寿命的1.5倍。
3． 通信冗余整个系统网络分为上层管理网和下层控制网，上层管理网由两块光交换机OSM 构成环网主架，每个OSM 向上由标准电缆，链接操作员站和工程师站中的一个工业以太网通讯卡CP1613。
向下由标准电缆，链接冗余机架中的一个以太网通讯模块CP443，构成冗余工业以太网。
通过ISO 传输协议和S7通信服务实现操作站、工程师站和中央控制器间的数据交换。
下层控制网由西门子Profibus 专用电缆，加双路IM153构成冗余Profibus-DP 网，向上链接CPU414-4H 的DP 口，向下链接ET200M 分布式I/O 站，完成对现场信号的采集、处理。
3.1 冗余工业以太网的实现原理冗余系统与上位机监控的管理网是采用在双路冗余连接的基础上，通过光纤构成环网的连接方式。
就双路冗余连接而言，其实质是为主备CPU 分别设计了一条独立的通信线路，通过上位机端配置的软件“S7-RedConnect”监视冗余连接状态，并在CPU 切换时，协助WinCC 自动切换到新的主CPU 通信线路上来。
可以看出这并不是真正意义上的冗余，如图2-a 所示，当总线0通信线路处于工作状态，CP1613（0）出现故障时，通信随之中断。
为了解决这个问题，在双路冗余连接的基础上，将两块光交换机OSM 互连，进行光纤环拓扑。
改造后的通信线路如图2-b 所示，当出现同样的故障后，可通过光纤环网，经CP1613（1）继续维持通信线路的畅通。
这样改造的好处是：在不改变原硬件接线的基础上，仅增加了两条光纤互连交换机，并且不需要任何硬件组态和用户编程，网络组态时，仅需要按照双路冗余连接进行配置，便可以实现当活动线路出现故障时，自动切换至备用线路。
图2-a 双路冗余连接图2-b 冗余环网连接3.2 冗余工业以太网的组态S7-400H 系统与上位机通讯时，只能使用ISO 传输协议和S7通信服务。
所以用 STEP 7组态控制器的以太网通讯模块CP443时，取消TCP/IP 协议，指定MAC 地址并激活容错连接的快速切换标志。
组态两个PC 站时，分别禁止相应的工业以太网通讯卡CP1613 的TCP/IP 地址并指定MAC 地址。
在工业以太网上的每个节点配置好基本参数后，便可以通过NetPro 工具，完成对网络系统容错连接的配置。
但是这种配置实现的只是双路冗余连接，要想实现冗余环网，只需将两个交换机通过光纤互连，无需任何编程和组态。
同时用NetPro 工具生成的通讯配置，以XDB 文件形式存放在PC 机上，该文件包含了PC 机所需的特定信息，如站点地址、使用的网卡等等，供WinCC 站使用。
为了实现上位机监控的目的，除了上面对冗余工业以太网的组态和参数设置外，还要求PC机中安装“S7-RedConnect”。
它在PC机后台运行，负责监视PLC冗余连接状态，并在检测到发生PLC切换事件时，上位机端能够及时切换到相应的工业以太网通讯卡CP1613上，保持上位机监控的有效性。
此外，还需要在上位机端配置WinCC，它是西门子公司在自动化领域最先进的技术与微软公司共同开发的居于世界领先地位的视窗控制中心软件。
具体配置步骤为：首先设置WinCC站的PG/PC接口，即将STEP7(NetPro)生成的通讯配置XDB文件链接到该接口中；接着安装驱动“SIMATIC S7 Protocol Suite”，实现上位机端的S7通信服务，及建立冗余通信通道；最后为冗余通信通道指定连接，该连接的程序名和连接名在通讯配置XDB文件中指定。
通过上面一系列的配置和参数设置，便可以成功的将S7-400H系统连接到WinCC站。
4．软件编程技术采用西门子WinCC作为上位机监控组态软件，针对两条稻谷加工生产线共设计了25幅监控画面和若干重要设备工艺参数设定画面、重要工艺指标报表画面。
设计时充分考虑了便于监控操作的科学性和合理性，主监控画面以子工艺段为单位，显示子工艺段的运行信息、故障信息、运行模式信息和总控面板。
对各子工艺段的控制可由主控面板切换至该段监控画面，进行单动或自动控制。
当重要工艺指标超限时，还将在当前监控画面出现即时报警提示并生成报警记录。
