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宋平凡，肖運勇
1 前言
故障樹是分析大型復雜控制系統的安全性與可靠性的最常用方法，它把系統不希望發生的事件（失效狀態）作為故障樹的頂端事件，逐一找出導致這一不希望事件所有可能發生的直接因素和原因，故障樹對搜索控制系統的失效之源、分析故障產生的原因、評價系統故障概率具有重要的作用。
站場信號微機聯鎖系統是復雜的控制系統，目前，有多種主控結構，如三取二、主備二取二、雙機熱備等等，主控結構確定之后，室內、室外信號聯鎖系統就可以建立“系統失效”的故障樹模型，以便系統運行中快速、準確地追查故障原因，迅速排除故障，確保系統全運行。
本文以國內使用較普通的北京和利時系統工程股份有限公司研發的三取二（即2/3(G)）信號微機聯鎖系統為主控結構，評價其系統的可靠性指標，并且建立系統失效的故障樹分析模型。
2 三取二（2/3(G)）表決系統的可靠性
2/3(G)表決系統，即三套同時獨立運行的CPU控制系統中，有2個或2個以上CPU控制系統工作正常（運算數據結果一致）則確定系統工作正常（運算數據有效），否則，系統失效（數據無效）。把每一套CPU控制系統分別看成是一個獨立運行的元件ICU1、ICU2、 ICU3，2/3(G)表決系統可以用可靠性框表述為圖1。
從圖1可見，系統工作正常（T）至少ICU1與ICU2或ICU2與ICU3或ICU3與ICU1工作正常，即：
由于每套CPU控制系統的元件相同，制作工藝、參數也相同，故失效率λ也相同，所以表決系統的可靠性：
圖2 三取二信號微機聯鎖系統故障樹
3 三取二信號微機聯鎖系統故障樹
為簡化分析，把聯鎖系統中獨立工作的部件均視為一個元件，如信號機、轉轍機、區段電路……，以系統失效為頂端事件，建立三取二信號微機聯鎖系統運行時故障樹模型，如圖2所示。
對每個基本元件還可以繼續分解，建立其故障樹模型，如調車信號機故障樹模型如圖3所示。
4 故障樹分析
表1 三取二信號微機聯鎖系統故障樹的最小割集（下行法）
(1) 定性分析
最小割集是導致故障樹頂端事件發生的充要條件，反之，查找到故障樹頂端事件發生的原因，必然包含最小割集，三取二信號微機聯鎖系統故障樹的最小割集（下行法）查找如表1所示。
最小割集為{X1}、{X5，X6 }、{X2}、{X3}、{X4}、{X7}、{X8}……{X18}，當最小割集中任一事件發生，必然導致系統失效，如事件{X1}發生（停電），系統失效；事件{X5，X6 }發生（二路電源均故障），系統失效；事件{X2}發生（ ICU1，ICU2均故障），系統失效………
(2) 定量分析
系統失效事件的概率P{T}，既當一個最小割集事件出現時頂端事件出現的概率為：
P{T}= P{X1∪X2∪X3∪X4∪(X5∩X6)∪X7……∪X18}
用概率加法定理展開上式并代入統計數據，可以計算出頂端事件發生的概率。
但是，工程上一般采用近似估算，取
P{T}sup=P{X1∪X2∪X3∪X4∪(X5∩X6)∪X7……∪X18}
=P(X1)+P(X2)+P(X3)+P(X4)+P(X5∩X6)+P(X7)+……+P(X18) (1)
系統運行時P(X1)發生的概率很小，P(X5∩X6)（二路電源同時發生故障）的概率也很小，對系統失效概率的計算忽略，而X2，X3，X4，是三取二表決系統中二個或二個以上ICUi，同時發生故障事件的概率，如圖4所示。
最小割集{ICU1，ICU2}、{ICU2，ICU3}、{ICU3，ICU1}
因為ICUi故障發生的獨立性，設其故障率為P
因為：P(X2)=P{ ICU1∩ICU2}=P(ICU1)P(ICU2)=P2
同理：P(X3)=P(X4)=P2
故：P(X2)+P(X3)+P(X4)=3P2 (2)
又因為ICM，OCM采用雙斷法，主備二路I/O、制作工藝、老化參數與ICUi相同，元件故障概率近似等于ICU1故障概率。
因為 P(X7)=P(X8)=P (3)
把(2)、(3)代入(1)得
(4)
由于制造工藝，室內、室外設備運行環境的差異，運行中存在以下關系。
即系統失效的故障概率主要由室外設備故障概率的影響，把統計數據代入(4)，可近似估算系統失效概率。
5 結論
三取二信號微機聯鎖系統可靠性特點：主控部分可靠性遠大于室外設備可靠性，有可靠性冗余度的聯鎖控制系統。系統運行的失效概率主要受繼電器電路、室外信號機、電動轉轍機、區段電路以及電纜回路的影響，因此，確保系統的正常運行，在于精心維護室外設備，提高室外設備的運行可靠性，降低故障率。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號