论文研究-进路建立过程的时间有色petri网建模与仿真.pdf

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计算机联锁软件作为计算机联锁系统的核心主控软件,可靠性和安全性需建立在好的安全模型之上,提出了采用时间有色Petri网对进路建立的具体过程进行形式化建模,时间戳可以得知联锁设备的精确动作时刻以及操作持续时间,通过CPN Tools进行编辑和仿真,以VC 6.0为开发环境完成代码编写进行验证,体现时间有色Petri网描述联锁系统逻辑和性能特性的特点,以便在软件开发初期尽早发现系统的设计错误或缺陷,突出采用时间有色Petri网建模的可靠性和安全性。
2682015,51(8 Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 Switch Position check, Switchfault, SectionldleswitchRight,输入库所到变迁的弧的条数时,称这个变迁是使能的 SignalCheck, Section/ Signal/SwitchFaull, ReopenSignal 个变迁发射,意味着从它的各输入库所中移走使能该 Route release}描述了进路建立过程中的联锁逻辑动变迁的托肯,而向它的各个输入库所加入托肯,其数量 作。颜色集Σ={NO.DArA,NoκDArA,BOOL}。变量等于从这个变迁到各输出库所的弧的条数。 ={n:NO,d:DATA,data:DATA,s:BOOL}库所集中每 模型中延时函数De!layx()初灯值均设为 fun delay() 个库所指定一个颜色集,Vp∈PC(p)= COrDaTA。弧表 discrete(0,30),此函数的返回值为10到30之间的任意 式F(a)=1(n,ω)其中a∈{( Routelnbuild, Interlockcheck)一个整数,所有21个值的选择概率相同,由一个随机数 ( Route select, SwitchPosition check,…}。变迁和弧可以宇生成器做出选择,模型中如果希望某个变迁在具体的 使用吋延描述,例如图中的弧表达式(n,d)y@+Wait,一某一吋刻发生,可以初始化为具体的值。单步运行仿真 个变迁的时延应用于由这个变迁产生的所有拖肯,一个查看每一变迁的发生过程如图4所示,例如 Routelocked 输出弧的时延应用于由其产生的所有拖肯,省略的时延在时间70产生一个拖肯,进路倒闭后需同时检查灯丝 被缩写为0时延。表1列举出了进路建立过程的时间有完好性和区段信号机道岔的状态,所以两个变迁均处 色Peti模型中时间戳、变量及数的详细说明。 于待发状态。最终办理出一条接车进路,状态如图5所 , Routelocked在时间86产生一个拖肯,此时信号已 4模型仿真 开放,可以通过 Routerelease将进路解锁回到进路未建 采用CN10ols对图2所示模型进行仿真,打开创立状态,完成一次进路建立过程,同时由于区段信号机/ 建的'℃N模型吋首先会按照ICPN定义中的条件进行道岔状态检查贯穿于建立进路过程的始终,所以也处于 语法语义检査,检查岀错的地方会弹出对话框进行说待发状态。 明,初始状态如图3所示, Interlockcheck准备在时间0 采用 CPN Tools仿真,模型中的变量和函数需采用 发生,绿色光圈围绕的变迁为使能变迁,处于发射状ML语言,该模型中用到的函数采用简单的条件函数进 态。当一个变迁的输入库所中托肯个数不少于从这个行判断,如 lniercheck函数定义 表1图2模型中库所、变迁符号及含义 时间戳 说明 变量及函数 类型 初始值 Delay() 变迁联锁关系检杏持续时间 DATA Deluv2 变迁道岔位置检查持续时间 colse ini limed 变迁区段道岔检查持续时间 NOxDATA colsct product NO DATA timed Delay) 变迁信号机道岔区段检查持续时间 No 任意 变迁道岔故障检查持续时间 d data DATA 任意 Delay6()信号机漄岔ⅸ段其中之一故障检查持续时间 BOOL 仟意 变江重开信号持续时间 联锁关系检查 Delay) 变迁进路解锁持续时间 Intercheck(n d s) 故障检查 连续两次传输之间的时延刨值设为100 1 (2, Departure")+ Al Packet 1(3, "Dispatch")++ 1(4.Passing") 4M上p 图3模型初始状态 秦发园,戴胜华,徐昱:进路建立过程的时间有色peti网建模与仿真 2015,51(8 M上 图4变迁 Routelocked阶段 剩回卜cM 图5办理条接车进路状态图 表2图3模型代码实现过程中涉及数 变迁 代码函数 含义 变量说明 在收到建立进路操作命令后,对进路所 nferlackCheck Preview(r) 含的区段、道岔和敌对信号状念进行检 r: Route 测,以判定该进路能否建立的函数 Switch Position check witch(x, y) 检测道岔x的状态 x: Switch; v: int TestState Switch(x, p) 检测道岔x的状态 X SectionIdieSwitch Right SearchRoute(r) 搜索进路x Signa!Check estState Signal(x, y) 检测信号机x的状态 r: Signal; y: int 在收到建立进路操作命令后,对进路所 Section Signal/ SwitchFault Preview(r) 含的区段、道岔和敌对信号状态进行检 R 测,以判定该进路能合建立的函数 Reopen Signal S迟gu(x) 信号机灯丝完好性检查 x: Route Routerelease(r) 舴锁进路x x: route fun intercheck(n,d,S)= if s then(n,d) else empty函数是将建立的进路解锁的过程,将信号机、道岔、区段 具体的实现过程中可采用C++、C#等完成代吗的及进路置为初始未建立状态。 编写,文屮采用ⅴC++6.0进行模型的验证,表2列举了 实现过程中川到的其体函数,每个变迁所涉及的函数及5模型验证 说明如表2所小 采用上述搭建的时间有色 Petri网模型编写4股道 表2中部分西数在文献「11中有详细说明,其中站场联锁程序,按压始终端按钮ⅹF和S3,办理一条由 Searchroute(x)函数釆用的搜索算法见文献[12],对搜索XF至3G的接车进路,侧线接车信号机亮双黄,程序截 算法及搜索流程图进行了详细介绍。 Routerelease(x)图如图6所示。 270 015,51(8 Computer Engineering and4 pplications计算机工程与应用 常显许为出自候 南站 ,, 图6山ⅹF至3G的接车进路 6总结 3]袁崇义 Petri网应用[M]北京:科学出版社,2013 时闰有色Pei冈建模可以清晰准确地描述联锁逻「4l陈邦兴,吴芳关铁路信号控制逻辑的有色!ei网描述方 辑动作及各状态间的合理转换,简化了联锁软件复杂的 法[J铁道学报,2001,23(增刊) 建立过程,可以采用 CPN Tools fj真模拟设备的动态过5韩晓燕计算机联锁软件需求规格说明的形式化描述工具 程,验证模型的正确性,这样在建模过程中即代码编写 的开发[D]上海:同济大学,2006 前就可以发现间题,及时作出修改,避免了在后期验证6]程梁基于UML的联锁软件建模与仿真研究[D北京:北 京交通大学,2007 过程中发现问题需对代码进行大幅调整的问题,也减少(7宫杰,陈邦兴基于Pem的联锁软件测评仿真建模计 了监测人员的工作量。TCPN清晰直观的图形化模型 算机应用与软件,2009,26(2) 便于开发人员之间的交流和沟通,最终减少了由于不确8]赵志熙计算机联锁系统技术[M1北京:中国铁道出版社 定因素造成的隐形故障和风险。同时,文献[l3]对基于 1999 Peti网联锁软件的安全性测试进行了详细研究,文献[4][9] Westergaard M.CPN-tools[ Z].Eindhoven, Netherlands:sn 对基于Pei网的铁路信号综合系统的可靠性进行了分 2010 析,由此可见,采用Peri网可以确保铁路计算机联锁软[10] Merlin P m, Farber D J Recoverability of communication 件的可靠性和安全性。 protocols implications of a theoretical study[ IEEE 需提及的是可以采用层次化TCPN搭建整个站场 Trans on Communications, 2003, 24(9): 1036-1043 的联锁软件模型将拖肯再进行细化拖肯初始值为联锁陈邦基于Pem网的离散事件与离散和连续混合系统 建模理论研究及应用[D].上海:同济大学,2003 表中的每条进路及每条进路涉及的设备,可以采用CPN [12]陈志颛,董昱计算机联锁进路搜索算法的分析与研究[] Tools中的状态空问分析方法对模型进行深入分析。 铁道通信信号,2007,43(4) [13]魏臻,周霞,鲍红杰,等基于 Petri网的联锁软件安全性测 参考文献 试的研究[计算机工程与应用,205,41(17):123-125 !杨晋辉,郡萌联锳软件的统亠建模语言和Pei网建模].[14陈红霞.基于Petiⅰ网的铁路信号综合系统可靠性分析[J] 计算机辅助工稈,2005,14(2) 铁路通信信号,2010,46(6):22-24. I2]杨弘平UML基础、建模与没计实战M]北京:清华大学出[15]陈邦兴,吴芳美铁路信号联锁逻辑形式化建模研究[.铁 版社,2012 道学报,2002.24(6):50-54.

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