基于CENELEC铁路标准的列车自动防护系统车载设备研究与设计(2)

CENELEC铁路安全设计和评估标准是随着铁路安全防护和控制的微机化、复杂化而制订的,分析CENELEC的安全设计和评估标准,可以看出在这些标准中详细地规定了铁路信号系统的设计过程和每个设计过程的安全要求,同时将这个过程定义成系统的生命周期。

系统的生命周期是指一个系统从初始概念到系统退役的整个过程的各个阶段以及各阶段完成的任务。

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铁 道 学 报第28卷

监督等,如图3。

对于一个安全相关系统,在其整个生命周期内,各个阶段完成的任务不同,表1给出了系统生命周期各个阶段的具体任务和要求,以及RAMS任务。

表1 生命周期各阶段的任务

生命周期阶段

一般任务

建立系统的范围和目的

1.系统概念

定义系统概念

资金分析和可行性研究建立管理体系建立系统任务框架准备系统描述

2.系统定义和应用 条件

确定运行和维护策略定运行条件确定维护条件

确定已存在系统对其的影响

RAM任务

预期RAM的性能认定系统的RAM含义

为RAM评估以前的经验数据初步RAM分析设定RAM政策

确定长期运行和维护的条件确定已存在系统对RAM的影响

安全任务

制订安全政策制订安全目标

评估过去的经验数据初步危险分析安全计划概述定义THR标准

识别既有设施对安全的影响

系统危险和安全风险分析

3.风险分析

进行相关的风险分析

建立危险日志风险评估

系统要求分析指定系统整体要求

4.系统功能和要求

指定环境定义系统标准建立验证计划实施安全交接程序系统要求的分配指定子系统和设备要求定义子系统和设备要求履行计划进行设计和开发进行设计分析和测试

6.设计和实施

履行设计验证进行实施和评估

执行产品计划加工制造

7.加工制造

测试准备文档建立培训

8.安装

集成系统安装系统安全委托履行运行试用期进行培训

进行RAM分析说明开始维护培训

建立安装程序实施安装程序建立委托程序实施委托程序准备安全案例

指定定义RAM可接收标准建立RAM程序建立RAM管理

系统RAM的分配

指定和定义子系统和设备的RAM

通过分析、测试和数据评估实施RAM程序可靠性和可用性最佳维护体系后勤支持实施程序控制RAM的程序管理子合同和供应商的控制RAM测试

实施安全计划使用危险日志

通过阅览、分析、测试和数据评估来实施安全计划系统安全要求概述定义安全功能建立安全管理

分配系统安全目标和要求升级系统安全计划

5.系统要求和功能 分配

9.系统验证(包括安 全接收、委托)

第1期基于CENELEC铁路标准的列车自动防护系统车载设备研究与设计

续表1 生命周期各阶段的任务

生命周期阶段

一般任务

按照系统定义标准进行系统接收

RAM任务

评估RAM

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安全任务

评估安全案例

10.系统接收

提供可接收的证明进入质保期连续试用(如需要)

11.运行和维护12.监督和检测13.修改或升级

长时间的运行考核维护、培训系统运行情况统计咨询、分析和评估制订修改和升级计划实施系统修改和升级制订系统退役计划

实施系统退役

RAM统计、分析

为修改或升级后的系统确定RAM

安全维护培训 安全统计、分析

修改或升级后的安全分析

14.系统退役

统或设备的整个生命周期内全程进行安全的设计和管理,为设计者和管理者提出各个阶段的任务和要求,并从文档规范上为系统的安全认证提供基础依据。

综上分析,我国可参照CENENLEC的安全设计和评估标准制订中国的铁路信号系统的安全设计和评估标准,以适应铁路信号系统计算机化的发展需求。

3 ATP车载设备的研究设计

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ATP车载设备通过地车信息传输系统(轨道电路或应答器或无线通信等等)接收地面设备发送给列车的行车控制命令和线路信息,接收到的信息经接收单元译码、处理,然后传送给车载安全计算机。车载安全计算机根据接收到的信息实时计算列车的当前允许速度,将列车实际速度与列车允许速度进行比较,当列车实际速度接近计算的允许速度,ATP车载设备通过司机台上显示单元给出报警指示;当列车速度超过允许速度时,车载安全计算机则给出制动命令,通过控制输

2.3 比较和分析

通过前面的中国和欧洲基于CENELEC铁路标准的铁路信号系统研发过程的描述,可得出以下启示:

(1)在国内铁路信号系统的研究开发过程中,虽然有相关的设计过程和每个阶段的安全要求,但总体来说,对每个阶段的安全要求进行验证的操作性较差,一般只是开发设计者清楚整个系统的安全措施,将整个系统的安全审查和验证集中在短期或局限的测试、技术鉴定和现场试验结果上。这样做其实存在一定安全隐患,因为微机化的复杂信号系统单靠短期测试和试验是不能保证和证明其安全性的。

(2)CENELEC铁路安全防护系统设计和评估标准,是针对安全防护系统计算机化的特点制订的,在系

出接口单元控制列车制动机实施制动,使列车减速或停车,从而确保列车的行车安全。下面对ATP车载设备依据CENELEC标准进行研发设计时的安全管理、风险分析、安全完善度SIL确定和安全结构进行描述和分析。3.1 安全管理

对于ATP车载设备的安全管理,引入一个安全生命周期,即/V0字型系统安全生命周期,这个概念在其他标准中将其定义为一个系统的安全开发设计步骤。就是说对于系统的安全部分,在设计时按照该步骤进行设计,并且需要进行全程的安全评估和验证,它的概念也是参照EN50126标准,主要强调在开发过程中需要将开发设计初期和最后阶段综合考虑。目的是

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铁 道 学 报第28卷

障风险,如图4所示。

初步危害分析(PHA);故障树分析(FTA);原因-效果图(CCD);Markov模型;事件树(ET);

共同原因故障分析(CCFA)。(5)系统的安全设计,包括:

运行错误的保护:针对系统的输入信号,必须经过严格的检测;

蓄意破坏的防护:ATP车载设备作为安全防护设备,必须有一定的防蓄意破坏措施;

分立器件单故障的防护:对灾难性的故障要么能检测,要么避免,或者明确说明;

集成电路单故障的防护:主要预防器件的永久故

ATP车载设备作为安全完善度等级(SIL)为SIL4的安全控制设备,在整个研发过程中按照CENELEN标准的要求开发并编写相应报告,主要内容有:

(1)ATP车载设备的系统安全计划,包括:制订整个安全生命周期内每个阶段的安全计划;安全计划变化后的说明;

各种文档的检查,要求文档格式符合标准的要求。(2)系统要求,包括:

划分ATP车载设备的安全功能和非安全功能,进行两者间接口的分析;

进行ATP车载设备的系统描述(包括框图);对功能进行划分,提出满足模块化要求的技术方案;

采用形式化或半形式化方法进行计算机辅助设计;

建立整个生命周期的风险危害日志;系统要求的各种文档:系统的框图描述;接口描述;

电磁兼容(EMC)描述;修改程序;维修手册;制造加工文档;使用文档。(3)系统组织,包括:

在课题组内进行安全标准的培训和学习,保证每个研究人员具有安全设计的意识和能力;

保证相对的独立性。目前在一个课题组此部分难以保证,但基本流程是一样的。

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障和短暂故障;

故障的检测:根据安全目标设定检测时间;

安全状态的保持能 …… 此处隐藏：2849字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……