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責任重于泰山!談中國高鐵信號的安全要求

2019-06-18 來源:EEWorld

中國于2008年引入高速鐵路,到2014年底高鐵網絡已增長至16000公里。它是世界上最大的高鐵網絡,每天運載200-300萬乘客。這些高速列車每列運載1000多人,以超過300公里/小時的速度不分晝夜地運行。它們的運行頻率很高,例如,每5至10分鐘就有一輛往返于深圳和廣州之間的高速列車。 


高鐵信號和控制系統


中國的高鐵信號和控制系統與由地面系統和車載系統組成的歐洲列車控制系統 (ETCS) 非常相似。列車位置、列車速度、交通管制和容許速度等信息不斷在列車和地面系統之間進行交換。車載計算機會根據實時數據來確定列車速度和制動模式。

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考慮到巨大的旅客數量和極長的運行時間,安全成為了人們最為關切的問題。中國的高鐵系統目前已證明是非常安全的。這突出表明了用于支持故障檢測并在檢測到故障之后及時消除風險的安全信號和控制系統的重要性。


高鐵信號和控制方面的安全要求


中國高鐵在安全方面遵循CENELEC(歐洲電工標準化委員會)EN 5012x 鐵路安全標準:

? 50126:鐵路應用 - 是關于可靠性、可用性、可維護性和安全性 (RAMS) 方面的規范和示范。

? 50128:鐵路應用 - 主要應用于通信、信號和處理系統。

? 50129:鐵路應用 - 主要應用在通信、信號和處理系統中與安全相關的信號電子系統


EN 5012x 以行業功能安全標準 IEC 61508為參考。EN 50126涵蓋了鐵路系統在整個生命周期的可靠性、可用性、可維護性和安全性(RAMS)。EN 50128涉及鐵路控制系統的軟件開發方面,EN 50129涉及到鐵路信號電子系統。


EN 50129 的風險降低水平和故障率與 IEC 61508基本上是統一的。

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? 安全故障比例 (SFF)

? 硬件故障容錯 (HFT) 

? 按需故障概率 (PFD) 

? 每小時故障概率 (PFH)

? 可容忍危險率 (THR)


與IEC 61508類似,EN 50129系統風險降低水平要求是按照安全完整性水平 (SIL) 來進行分類,SIL 1為最低,SIL 4為最高。但是,EN 50129是通過THR來指定故障率,而不是通過IEC 61508中的PFD/PFH。由于高速列車系統故障可能會造成嚴重的后果,因此系統SIL水平大多為SIL 4,即系統的故障率必 須低于每1E8或1億運行時1次故障。

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IEC 61508和EN 50129的另外一個顯著差異在于對大型集成電路的故障檢測要求。EN 50129提供了一系列有關CPU和存儲器自檢的規定性要求,而IEC 61508提供的是有關故障檢測技術和措施的指導準則。


Hercules MCU 如何能夠幫助客戶開發在高速列車系統中使用的產品


除了功能實現,高速列車系統開發人員面臨的安全方面的挑戰為: 

1. 實現一個符合SIL 4標準的系統

2. 實現特定的CPU和存儲器自檢要求(需具有業 經證明的有效性)

3. 提供可靠的系統間通信接口

4. 提供系統間的高速通信接口

5. 配套模擬組件

6. 系統認證


TI Hercules TMS570 MCU提供雙核CPU鎖步/比較和存儲器錯誤校正代碼(ECC) 實時診斷,以及基于硬件的CPU邏輯內置自檢 (LBIST) 和SRAM 可編程內置自檢 (PBIST)。 

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這些基于硬件的安全功能可幫助在任關鍵模塊中診斷錯誤,并以最低的軟件開支提供高診斷覆蓋率。

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此外,TI 還提供了Hercules SafeTI診斷庫,在系統啟動和正常運行期間提供易于使用的API功能來實施CPU和存儲器自檢。它還能提供針對初始化、意外處理、錯誤處理和故障注入的API支持。


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