高速磁浮列车速度曲线监控功能安全分析

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高速磁浮列车系统利用长定子同步直线电机原理,通过给轨道上的长定子供电来驱动列车运行,从而实现无接触驱动。其运行过程由列车运行控制系统(简称列控系统)控制。高速磁浮列控系统有分布式控制系统集中管理和分层控制的特点,各个过程控制单元是相互协调的软件密集自治子系统。高速磁浮车地紧密耦合的特性使得高速磁浮列控系统的控制过程更加复杂。高速磁浮列控系统对列车的安全防护起重要作用,必须正确完成安全相关的控制功能才能保障高速磁浮列车系统的安全。对高速磁浮列控系统进行安全分析能找出可能造成其功能失效的原因,是保障系统安全的必要工作。但由于高速磁浮列控系统控制过程的复杂性,给安全分析增加了难度。本文以进行高速磁浮列控系统功能安全分析为目标,主要工作如下:首先,本文以上海高速磁浮示范线为例,介绍了高速磁浮列控系统的组成,并说明其控制列车速度的方式。着重说明速度曲线监控功能及其特有的停车点步进控制过程。其中最大速度曲线监控功能对高速磁浮列车超速防护起重要作用。还指出分区切换场景下速度控制过程的特殊性。其次,以列车速度控制过程为例说明基于系统理论的事故模型(Systems-Theoretic Accident Model and Process,简称STAMP)对系统安全的认识。它将安全防护过程转换为分层控制的形式,并通过控制器的过程模型描述每层的控制过程。还强调人为因素对系统安全的影响。概括出用STAMP对应的安全分析方法(System Theoretic Process Analysis,简称STPA)对高速磁浮列控系统功能安全进行分析的步骤。在这些步骤中,对分层结构的安全分析需要依次迭代。然后,用STPA方法对高速磁浮列控系统的最大速度曲线监控功能进行分析。建立该功能对应的分层控制结构和各控制器的过程模型。主要分析了超速防护层、当前停车点控制层和操作员停车点设置层。得出了分层次的系统危险致因及子系统的安全约束。最后,根据安全分析的结果,总结了此方法在识别系统全生命周期,软件内部和人为社会因素相关的危险致因中的优势。这不仅满足了高速磁浮列车运行控制系统功能安全分析的要求,对其他现代软伴密集型工程系统的安全分析也有借鉴意义。
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