微機聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性分析

蘇州市華安普電力工程有限公司 范如宇

微機聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性分析

蘇州市華安普電力工程有限公司 范如宇

行車安全向來受到鐵路部門的高度重視，保障行車安全的關(guān)鍵是借助鐵路信號來提高安全運輸能力，大量電子設(shè)備及微機的使用和普及提高了鐵路的運營、調(diào)度水平，大大改善了列車的工作環(huán)境，使列車能夠更加安全、高效的運行。本文將在分析微機聯(lián)鎖理論的基礎(chǔ)上剖析其可靠性，從而為微機聯(lián)鎖系統(tǒng)在鐵路運行中的使用和推廣提供參考資料。

微機聯(lián)鎖系統(tǒng)；可靠性；安全；研究

1 研究微機聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性的現(xiàn)實意義

鐵路運行安全是保證一個國家和社會和諧穩(wěn)定的基礎(chǔ)，同時也是鐵路運輸?shù)挠篮阒黝}，在多種保證鐵路運行安全的手段和措施中，鐵路信號是最基本同時也是最重要的基礎(chǔ)設(shè)備，其中，微機聯(lián)鎖則是重中之重。因此，研究微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性可以為全局優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)，從而建立更加科學(xué)有效的計劃管理手段，進一步提高鐵路安全運營水平。微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性越高，列車的安全運行就約有保證，行車效率也將大幅度提升，通過分析系統(tǒng)的可靠性，可以及時找出系統(tǒng)缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，從而節(jié)省檢修成本。目前我國的可靠性研究主要集中在航天航空及軍事領(lǐng)域，對民用電子設(shè)備可靠性的研究比較少，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，微機聯(lián)鎖系統(tǒng)中的電子設(shè)備數(shù)量和種類越來越多，在提升系統(tǒng)本身性能的同時也增加了故障發(fā)生幾率，也就需要對其可靠性進行進一步的分析和研究，并通過各種補救措施來提高可靠性水平，從而延長微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的無故障運行時間。因此，研究微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性具有深遠的現(xiàn)實意義。鐵路運營安全關(guān)系到社會的穩(wěn)定和國家建設(shè)，鐵路信號設(shè)備的可靠性直接關(guān)系到鐵路交通運行安全，因此，開展鐵路信號微機聯(lián)鎖的可靠性研究將是一項利國利民的重要課題。

2 微機聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性分析方法

2.1 分析微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的任務(wù)剖面

任務(wù)剖面指在一定的時間內(nèi)產(chǎn)品所經(jīng)歷的事件時序，同一產(chǎn)品在完成不同任務(wù)時會有不同的任務(wù)剖面，分析微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性即分析其任務(wù)完成能力，這就需要首先分析其任務(wù)剖面。例如，SWJTU-2微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)定任務(wù)為列車調(diào)動、引導(dǎo)總鎖閉、多個機段聯(lián)系操作、進路建立等，針對進路建立單項任務(wù)來講，其在特定時間內(nèi)經(jīng)歷的事件時序為選擇進路、鎖閉信號、開放信號，而且在信號開放期間要時刻檢查是否存在危險因素，一旦發(fā)現(xiàn)需立即關(guān)閉信號，要完成上述任務(wù)剖面就要涉及多個設(shè)備的共同合作：軌道電路、信號燈、道岔、繼電器、PLC等。通過分析SWJTU-2微機聯(lián)鎖系統(tǒng)進路建立單項任務(wù)的任務(wù)剖面可以看出，要想全面、客觀的分析微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性，首先要正確識別其任務(wù)剖面，這也是建立系統(tǒng)技術(shù)要求的必備信息。

2.2 建立微機聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性框圖

結(jié)合微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的剖面圖可以建立可靠性框圖，下面仍以SWJTU-2微機聯(lián)鎖系統(tǒng)進路建立單項任務(wù)為主分析如何建立可靠性框圖。微機聯(lián)鎖系統(tǒng)包含的設(shè)備較多，為了防止遺漏重要元件可以采取逐級劃分方法。第一步：確定微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能；第二步：根據(jù)微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能構(gòu)建初步的框架圖，確定各個分系統(tǒng)，并逐層簡化分系統(tǒng)；第三步：找出系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備元件之間的可靠性依賴關(guān)系，并按照上述步驟分別建立各個分系統(tǒng)的框架圖，并逐層向下劃分。對于SWJTU-2微機聯(lián)鎖系統(tǒng)進路建立單項任務(wù)來講，要想完成操作功能就要將整個系統(tǒng)分為兩個部分：室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備，那么系統(tǒng)的整體框架圖如圖1所示。

圖1 SWJTU-2微機聯(lián)鎖系統(tǒng)進路建立操作系統(tǒng)整體框架圖

對圖1系統(tǒng)繼續(xù)劃分，可以得到兩個子系統(tǒng)，分別見圖2、圖3。

圖2 室內(nèi)設(shè)備框架圖

圖3 室外設(shè)備框架圖

上述框架圖還可以繼續(xù)往下劃分，本文不做贅述。具體劃分到什么程度或?qū)哟蔚燃壭枰Y(jié)合可靠性參數(shù)確定，可以看出，按照任務(wù)剖面圖對微機聯(lián)鎖系統(tǒng)進行逐層劃分可以簡化問題，幫助分析人員理清工作思路從而避免遺漏任何關(guān)鍵設(shè)備元件。

2.3 處理微機聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性相關(guān)數(shù)據(jù)

建立可靠性分析框架圖之后，下一步就是明確系統(tǒng)基本設(shè)備元件的可靠性參數(shù)，從而定量評價系統(tǒng)的可靠性，及時找出系統(tǒng)存在的問題和缺陷，提出改進優(yōu)化措施。可靠性數(shù)據(jù)的采集、處理不僅是微機聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性分析的基礎(chǔ)，更是重要環(huán)節(jié)。以SWJTU-2微機聯(lián)鎖系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)中的室內(nèi)設(shè)備包括交換機、工控機、顯示器等，因此，首先需要采集這些設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，包括品牌、型號、工作參數(shù)等。設(shè)備生產(chǎn)廠商往往通過設(shè)備無故障工作時間來表示該設(shè)備的可靠性參數(shù)，如工控機的無故障工作時間為14825h，交換機的無故障工作時間為75000h，顯示器的無故障工作時間為105120h，那么這些數(shù)據(jù)就可以代替相關(guān)設(shè)備的可靠性參數(shù)，這些設(shè)備的失效率?為：

其中，MTBF指該設(shè)備的無故障工作時間，那么各個設(shè)備的可靠性函數(shù)可以表述為：

其中，F(xiàn)i(t）為該設(shè)備的分布函數(shù)。通過上述函數(shù)模型可以確定任何時間點的設(shè)備可靠性，相應(yīng)地，如果已知設(shè)備的可靠度就可以確定其無故障工作實踐，此外，借助上述模型還可以分析出故障率和時間之間的關(guān)系，在設(shè)備使用的早期，失效率較小，之后失效率隨著時間的延長逐漸降低，這也是電子設(shè)備的特性所決定的，因此，在設(shè)備使用的初期需要格外重視，在經(jīng)過一段時間的使用后，設(shè)備運行逐漸進入一個相對穩(wěn)定的階段，失效率也保持在一個相對固定的水平，當(dāng)失效率開始加大之后要對設(shè)備進行檢修。因此，設(shè)備故障及檢修是有一個周期可循的。

通過本次數(shù)據(jù)處理分析可以計算出SWJTU-2微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性為99.98%，工作一年后該系統(tǒng)的失效率為6.479×10-5，此時的可靠度為94.62%，設(shè)備運行時間為63h，因此，每隔3d需要對設(shè)備進行一次檢修，這樣既可以節(jié)省檢修成本，又可以取得最佳的檢修效果，是一種比較經(jīng)濟、合理的檢修方案。本次有關(guān)SWJTU-2微機聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性的分析可以得知，SWJTU-2微機聯(lián)鎖系統(tǒng)比較符合系統(tǒng)可靠性的有關(guān)要求，而且基本滿足工作要求，運行狀況良好。

3 結(jié)語

與電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)相比，微機聯(lián)鎖系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢，但是基于鐵路信號設(shè)備要求的特殊性，仍需對微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性作出更加深入的研究分析，并以國際標(biāo)準(zhǔn)為參照采取科學(xué)的方法進行量化分析。本文以SWJTU-2微機聯(lián)鎖系統(tǒng)為例重點分析了可靠性分析的具體方法，并取得了較為理想的研究成果，但是本次研究在數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)分級等方面仍然存在一些缺陷，而且可靠性研究仍然停留在理論層面，缺乏現(xiàn)場數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)加以驗證，因此，在今后的工作中，對現(xiàn)場設(shè)備的針對性研究將成為主要的研究方向，只有這樣才能形成更加科學(xué)、系統(tǒng)的研究方法以提高鐵路信號設(shè)備的安全性和可靠性。

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