CTCS-3级列控系统主控制单元可靠性分析.ppt

LANZHOU JIAOTONG UNIVERSITY LANZHOU JIAOTONG UNIVERSITY CTCS-3级列控系统主控制单元可靠性分析 兰州交通大学自动化与电气工程学院 自动控制 目录 * * 一、概述 二、主要研究内容 三、结论 3 * 主控制单元是保列车安全、高效运行的关键技术和核心装备。一旦失效，将会造成人员伤亡和财产损失。 分析CTCS-3级列控系统主控制单元的可靠性，找出系统的薄弱环节，为进一步完善系统设计、确保列车安全运行以及降低维护成本具有重要意义。 研究背景及意义 一、概述 图1 车载系统结构示意图 4 * 研究现状 ◆ 故障树法和马科夫状态转移图法是可靠性分析中常用的方法 目前已经广泛应用于铁路信号领域。二者也普遍应用到列控系统中可靠性分析中。 ◆ 故障树分析法无法处理失效相关问题，另外利用故障树分析系统可靠性时不能将可维修性考虑在内；而马尔科夫模型存在状态空间爆炸的先天劣势。本文所采用的贝叶斯网络，能够在综合共因失效和可维修因素的基础上构建主控制单元可靠性模型。 一、概述 5 * 二、主要研究内容 1 构建C3级列控系统主控制单元的贝叶斯网络模型 2 分析C3级列控系统主控制单元的可靠性 3 分析C3级列控系统主控制单元的薄弱环节 本文研究的三个方面 6 * 二、主要研究内容 建立FT模型 建立BN模型 分析列控系统结构和功能；找出导致系统失效的原因。 求解BN模型 因果推理 诊断推理 各单元故障时系统节点的故障率。 系统故障时各单元的故障率。 利用MSBNX软件进行求解。 系统失效率及薄弱环节 构建贝叶斯网络与对主控制单元可靠性分析思路 7 * 二、主要研究内容 1 构建C3级列控系统主控制单元的贝叶斯网络模型 综合考虑列控系统主控制单元结构、设备冗余，分析失效原因 图2 主控制单元故障树模型 基本部件(x=1,2) 故障率λI/h MTTR/h ATP-CUx 1.49×10-5 0.5 RSSx 1.20×10-5 0.5 GSM-Rx 1.45×10-8 0.5 RTMx 1.80×10-5 0.5 TIUx 2.10×10-5 0.5 C2-CUx 1.20×10-5 0.5 TCRx 2.30×10-5 0.5 表1 基本单元可靠性参数 建立FT模型 8 * 二、主要研究内容 2 分析C3级列控系统主控制单元的可靠性 根据主控制单元的FT模型及其与BN的转化方法，构建主控制单元的BN模型。 E1a ATPCU1 E1b ATPCU2 E2a RSS1 E2B RSS2 E3a GSM-R1 E3b GSM-R2 E4a RTM1 E4b RTM2 E5a TIU1 E5b TIU2 E6a C2-CU1 E6b C2-CU2 E7a TCR1 E7b TCR2 D1 ATP-CU1 D2 RSS D3 GSM-R D4 RTM D5 TIU D6 C2-CU D7 TCR C1 ATP-VC1 C2 ATP-VC2 C3 C2-VC1 C4 C2-VC2 B1 C3-VC B2 C2-VC A CTCS-3级 MCU 图3 主控制单元贝叶斯网络模型 将FT模型映射为BN模型 OR AND OR OR 9 * 二、主要研究内容 2 分析C3级列控系统主控制单元的可靠性 图4 考虑共因失效前后ATP-CU可靠度对比曲线 共因失效前后ATP-CU可靠度对比曲线表明共因失效对冗余可维修系统有显著的影响，为使计算分析结果更加贴近实际情况，因此在系统可靠性分析中要考虑共因失效对系统的影响。 共因失效对系统可靠性的影响 10 * 二、主要研究内容 2 分析C3级列控系统主控制单元的可靠性 表2 共因失效时基本单元可靠性指标 (t=2× 104 h) 编号 基本单元 λC/h-1 RC UC D1 ATP-CU 1.45×10-6 0.906909 2.44×10-6 D2 RSS 1.20×10-6 0.931843 1.76×10-6 D3 GSM-R 1.61×10-9 0.999997 8.08×10-10 D4 RTM 1.71×10-6 0.878055 3.25×10-6 D5 TIU 1.94×10-6 0.848769 4.10×10-6 D6 C2-CU 1.20×10-6 0.931843 1.76×10-6 D7 TCR 2.50×10-7 0.945848 1.76×10-7 共因失效条件下基本单元的可靠性指标 共因失效条件下，主控制单元可用度为99.9996%，满足C3级列控系统需求。 图5 基于BN主控制单元的可靠性评估 本文采用β因子模型进行共因失效分析，其中β取值 为10%。 11 * 表3 主控制单元故障时