2020年浅谈PETRI网的地铁信号系统可靠性分析论文

浅谈Petri网地铁信号系统的可靠性分析论文地铁信号系统的故障很可能引起列车追尾等事件，所以加强地铁信号系统安全性可靠性理论分析对减少系统故障的危险性，提高地铁系统整体安全性有很强的现实意义。1.1地铁信号系统的功能分析为了城市轨道交通系统的发展，地铁信号系统由传统的“根据地面信号表示传递行驶命令，司机根据行驶规则操纵列车运行的方式”发展为“根据地面发出的信息自动监视列车速度的方式和自动调整列车跟踪间隔的方式”。 现代化的地铁信号系统由地铁信号设备、联锁设备和闭塞设备组成。信号设备由列车自动控制系统(ATC系统、automatictraincontroller )、信号机系统组成。 ATC系统是基于机车信号和列车自动停车装置发展起来的，三大子系统：列车自动监视子系统(ATS系统，AutomaticTrainSupervision )、列车自动保护子系统(ATP系统，automatictrainp 和列车自动运行子系统(ATO系统，AutomaticTrainOperation )，简称3A系统。 这是完全的控制、监视和管理系统，三个子系统之间是独立的，相互连接的。1.2地铁信号系统故障类型分析根据南京地铁信号系统的运行故障，地铁信号系统故障的主要类型总结了系统缺陷、材质故障和软件故障三种类型。 从故障的主要类型可以看出，故障的发生原因几乎可以追溯到地铁信号系统的设备故障。2.1地铁信号系统的结构模型地铁信号系统由信号设备、联锁设备和闭塞设备组成，信号设备主要由ATC控制系统和信号等组成，联锁设备和闭塞设备涉及联锁闭塞计算机、道岔、轨道电路、信号机等。 地铁信号系统不仅控制了列车在轨道上安全行驶的过程，还控制了列车站台的对接位置和屏蔽门的开放。结合南京地铁1号线信号系统实例，建立了地铁信号系统运行结构模型。2.2地铁信号系统的设备层次划分根据地铁信号设备各模块的功能和性能标准，将信号系统设备的重要性分为相应的系统划分。 从表中可知，重要度最高的是：联锁系统(正线的信号控制用)和轨道横向ATP，其次是连接线、信号机、轨道电路，再次是信号电源、计算机联锁、同步环路最重要度最低的是ATS (自动列车监视系统)， LOW (放在本地操作站、联锁站)、DTI (发车计时器)和PIIS (旅客引导系统)。为了便于研究地铁信号系统整体性能，根据系统功能模块进行子系统划分，将地铁信号系统Petri模型的对象分为5大子类：闭塞机械子类、信号子类、列车子类、轨道段子类、通信子类图3构建的对象子类间的Petri模型表示了地铁信号系统实际运行过程中各子类模块之间的信息传递和相互影响关系，以及各对象子网间消息符号的传递工具。 根据地铁信号系统的功能和故障类型的分析和设备水平的划分，重要设备发生故障时，建立地铁信号系统Petri net的可靠性模型，模型包括5个Petri net子网。3.1信号系子网Petri网模块信号机故障时的信号机类Petri网如图4所示，图中的矩形框表示对象模块的胶囊，椭圆表示基于消息的场所。 子网被定义为：信号= p11，P12，v1，V12，f10，f1，f12，T11，T12，T13信息库所p1是闭塞机经由信号机给出的链路闭塞信息，P12是信号机控制区域的状态信息(即链路上空有车或链路)，库所f10信号机正常动作，库所f11信号机关闭，库所f12信号机接通，肯特T11是列车进路信号机关系(闭塞联锁关系) 信息库V11表示向列车的状态信息，V12表示向闭塞机的状态信息。3.2段类子网Petri网模块扇区轨道发生故障时的扇区类Petri网如图5所示。 图中的矩形框表示对象模块的封装，而椭圆表示基于消息的位置。 子网被定义为：Rail=P21，P22，V21，V22，f21，f22，f23，T21，T22，T23在图5中，信息库P21处理链路消息，P22要求列车进入链路消息，库f21指示轨道链路被占用或不能用，f22指示轨道链路没有被占用，而f23指示轨道没有故障t2表示列车离开链路或轨道已修复，区间令牌是空的，T23表示轨道故障，信息库站V21反馈给信号机的消息，V22反馈给闭塞机的消息3.3列车类子网Petri网模块列车发生故障时，列车类Petri子网如图6所示，图中的矩形框表示对象模块的胶囊，椭圆表示信息库所。 子网被定义为：Train=P31，P32，V31，V32，f31，f32，f33，f34，f35，t31，t32，T3，T3，t4，T35，T36，T37在图6中，信息库所P31接收到列车信号，P32接收到列车信号，f31接收到列车正在停车，f32接收到列车正在行驶，f3接收到列车正在通信，f34接收到列车处于无故障状态，f35接收到列车处于故障状态， 迁移T31表示列车接收到信号成为行驶状态，T32表示列车从出发准备状态变化到出发准备状态，T33表示列车从停止状态变化到出发准备状态，T34表示在不满足条件后列车从出发准备状态变化到出发准备状态， T35表示行驶完成后列车从停止状态变化到出发准备状态，T36表示列车从行驶状态变化到车站通信状态，信息库V31表示列车行驶区间的占有状况，V32表示列车请求车站操作。3.4闭塞型子网Petri网模块如果闭塞机发生故障，则闭塞系统Petri net如图7所示，图中的矩形框表示对象模块的封装，椭圆表示基于消息的位置。 子网定义为：块= p41，P42，P43，P44，P45，V41，V42，V43，f41，f42，f43，f45，T41，T42，T43，t44，T45，T46，T47在图7中，消息库P41是从列车到车站的请求，P42是从闭塞机到站内信号机的操作，P43是站间区间状态信息(占有或空闲)，P44是从站间通信设备得到的附近站信息，P45是对轨道区间信号机的回复消息，V41是对关联区间的请求消息，V42是从闭塞机到站V43表示向车站间的发车要求信息变迁T41表示闭塞机接收到列车的请求，并将消息发送到区间通信设备，T42表示在满足条件后，列车请求发车而处于发车状态，T43表示列车进入了区间，车站的状态表示站间关闭状态， T44表示车站状态从关闭变为空闲状态，T45表示没有收到从车站到车站的收据，表示发车任务取消，T46表示闭塞机故障，资源可用，仓库f41表示发车请求状态，f42表示发车状态，f43.5通信系统子网Petri网模块如果通信设备发生故障，则通信类Petri子网如图8所示，其中矩形框表示目标模块的封装，而椭圆表示基于消息的位置。 子网被定义为：通信= p51，P52，V51，V52，f51，f52，f53，T51，T52，T53，T54，T55在图8中，信息存储区的P51是站甲闭塞机向站间通信设备发送的信息，P52是站乙闭塞机向站间通信设备发送的信息，V51是站间通信设备向站甲闭塞机发送站间信息，V52是站间通信设备向站乙闭塞机发送站间信息， 变迁T51表示通信设备接受了闭塞机甲的信息，信道从空闲转移到占有状态，变迁T52表示站间信息的传送完成，通信设备的信道成为空闲状态，变迁T53表示通信设备接受了闭塞机乙的信息， 变迁T54表示站间信息的传送完成，通信设备的信道表示空闲状态或通信设备已被修复，变迁T55表示通信设备已发生故障，库f51表示站