微机联锁系统可靠性分析

苏州市华安普电力工程有限公司 范如宇

微机联锁系统可靠性分析

苏州市华安普电力工程有限公司 范如宇

行车安全向来受到铁路部门的高度重视，保障行车安全的关键是借助铁路信号来提高安全运输能力，大量电子设备及微机的使用和普及提高了铁路的运营、调度水平，大大改善了列车的工作环境，使列车能够更加安全、高效的运行。本文将在分析微机联锁理论的基础上剖析其可靠性，从而为微机联锁系统在铁路运行中的使用和推广提供参考资料。

微机联锁系统；可靠性；安全；研究

1 研究微机联锁系统可靠性的现实意义

铁路运行安全是保证一个国家和社会和谐稳定的基础，同时也是铁路运输的永恒主题，在多种保证铁路运行安全的手段和措施中，铁路信号是最基本同时也是最重要的基础设备，其中，微机联锁则是重中之重。因此，研究微机联锁系统的可靠性可以为全局优化提供理论基础，从而建立更加科学有效的计划管理手段，进一步提高铁路安全运营水平。微机联锁系统的可靠性越高，列车的安全运行就约有保证，行车效率也将大幅度提升，通过分析系统的可靠性，可以及时找出系统缺陷和薄弱环节，从而节省检修成本。目前我国的可靠性研究主要集中在航天航空及军事领域，对民用电子设备可靠性的研究比较少，随着计算机技术的快速发展，微机联锁系统中的电子设备数量和种类越来越多，在提升系统本身性能的同时也增加了故障发生几率，也就需要对其可靠性进行进一步的分析和研究，并通过各种补救措施来提高可靠性水平，从而延长微机联锁系统的无故障运行时间。因此，研究微机联锁系统的可靠性具有深远的现实意义。铁路运营安全关系到社会的稳定和国家建设，铁路信号设备的可靠性直接关系到铁路交通运行安全，因此，开展铁路信号微机联锁的可靠性研究将是一项利国利民的重要课题。

2 微机联锁系统可靠性分析方法

2.1 分析微机联锁系统的任务剖面

任务剖面指在一定的时间内产品所经历的事件时序，同一产品在完成不同任务时会有不同的任务剖面，分析微机联锁系统的可靠性即分析其任务完成能力，这就需要首先分析其任务剖面。例如，SWJTU-2微机联锁系统的设定任务为列车调动、引导总锁闭、多个机段联系操作、进路建立等，针对进路建立单项任务来讲，其在特定时间内经历的事件时序为选择进路、锁闭信号、开放信号，而且在信号开放期间要时刻检查是否存在危险因素，一旦发现需立即关闭信号，要完成上述任务剖面就要涉及多个设备的共同合作：轨道电路、信号灯、道岔、继电器、PLC等。通过分析SWJTU-2微机联锁系统进路建立单项任务的任务剖面可以看出，要想全面、客观的分析微机联锁系统的可靠性，首先要正确识别其任务剖面，这也是建立系统技术要求的必备信息。

2.2 建立微机联锁系统可靠性框图

结合微机联锁系统的剖面图可以建立可靠性框图，下面仍以SWJTU-2微机联锁系统进路建立单项任务为主分析如何建立可靠性框图。微机联锁系统包含的设备较多，为了防止遗漏重要元件可以采取逐级划分方法。第一步：确定微机联锁系统的功能；第二步：根据微机联锁系统的功能构建初步的框架图，确定各个分系统，并逐层简化分系统；第三步：找出系统内各设备元件之间的可靠性依赖关系，并按照上述步骤分别建立各个分系统的框架图，并逐层向下划分。对于SWJTU-2微机联锁系统进路建立单项任务来讲，要想完成操作功能就要将整个系统分为两个部分：室内设备和室外设备，那么系统的整体框架图如图1所示。

图1 SWJTU-2微机联锁系统进路建立操作系统整体框架图

对图1系统继续划分，可以得到两个子系统，分别见图2、图3。

图2 室内设备框架图

图3 室外设备框架图

上述框架图还可以继续往下划分，本文不做赘述。具体划分到什么程度或层次等级需要结合可靠性参数确定，可以看出，按照任务剖面图对微机联锁系统进行逐层划分可以简化问题，帮助分析人员理清工作思路从而避免遗漏任何关键设备元件。

2.3 处理微机联锁系统可靠性相关数据

建立可靠性分析框架图之后，下一步就是明确系统基本设备元件的可靠性参数，从而定量评价系统的可靠性，及时找出系统存在的问题和缺陷，提出改进优化措施。可靠性数据的采集、处理不仅是微机联锁系统可靠性分析的基础，更是重要环节。以SWJTU-2微机联锁系统为例，该系统中的室内设备包括交换机、工控机、显示器等，因此，首先需要采集这些设备的相关数据信息，包括品牌、型号、工作参数等。设备生产厂商往往通过设备无故障工作时间来表示该设备的可靠性参数，如工控机的无故障工作时间为14825h，交换机的无故障工作时间为75000h，显示器的无故障工作时间为105120h，那么这些数据就可以代替相关设备的可靠性参数，这些设备的失效率ɤ为：

其中，MTBF指该设备的无故障工作时间，那么各个设备的可靠性函数可以表述为：

其中，Fi(t）为该设备的分布函数。通过上述函数模型可以确定任何时间点的设备可靠性，相应地，如果已知设备的可靠度就可以确定其无故障工作实践，此外，借助上述模型还可以分析出故障率和时间之间的关系，在设备使用的早期，失效率较小，之后失效率随着时间的延长逐渐降低，这也是电子设备的特性所决定的，因此，在设备使用的初期需要格外重视，在经过一段时间的使用后，设备运行逐渐进入一个相对稳定的阶段，失效率也保持在一个相对固定的水平，当失效率开始加大之后要对设备进行检修。因此，设备故障及检修是有一个周期可循的。

通过本次数据处理分析可以计算出SWJTU-2微机联锁系统的可靠性为99.98%，工作一年后该系统的失效率为6.479×10-5，此时的可靠度为94.62%，设备运行时间为63h，因此，每隔3d需要对设备进行一次检修，这样既可以节省检修成本，又可以取得最佳的检修效果，是一种比较经济、合理的检修方案。本次有关SWJTU-2微机联锁系统可靠性的分析可以得知，SWJTU-2微机联锁系统比较符合系统可靠性的有关要求，而且基本满足工作要求，运行状况良好。

3 结语

与电气联锁系统相比，微机联锁系统具有显著的优势，但是基于铁路信号设备要求的特殊性，仍需对微机联锁系统的可靠性作出更加深入的研究分析，并以国际标准为参照采取科学的方法进行量化分析。本文以SWJTU-2微机联锁系统为例重点分析了可靠性分析的具体方法，并取得了较为理想的研究成果，但是本次研究在数据采集、系统分级等方面仍然存在一些缺陷，而且可靠性研究仍然停留在理论层面，缺乏现场数据数据加以验证，因此，在今后的工作中，对现场设备的针对性研究将成为主要的研究方向，只有这样才能形成更加科学、系统的研究方法以提高铁路信号设备的安全性和可靠性。

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