مدلسازی و اجرای کنترل نظارتی با استفاده از شبکه پتری رنگی بر روی یک سیستم سیگنالینگ ریلی

اشکی, محمدرضا; قربانی واقعی, بهمن

مدلسازی و اجرای کنترل نظارتی با استفاده از شبکه پتری رنگی بر روی یک سیستم سیگنالینگ ریلی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی راه‌آهن،‌ دانشگاه علم و صنعت ایران

² استادیار، دانشکده مهندسی راه‌آهن،‌ دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

شبکه‌های حمل و نقل ریلی، با استفاده از روش‌های مدلسازی و شبیه‌سازی در مرحله طراحی، راه اندازی و بهره برداری مورد مطالعه قرار گرفته و خصوصیات و رفتار آن به کمک شبکه‌های پتری مدل شده و تحلیل می‌شود. در این مقاله با استفاده از مفاهیم شبکه پتری رنگی اجزای اصلی یک خط ریلی و انواع سیگنال‌ها معرفی شده و مدل پتری رنگی آن شامل انشعاب (ماشین سوزن) مسیرراه‌آهن، انتهای خط، انشعاب دو سوزنه، تقاطع و... بیان می‌گردد. سپس کنترل نظارتی که ناظر بر ورود قطار به مدل از یارد، نظارت بر ورود قطار به ایستگاه، نظارت بر خروج قطار از ایستگاه و الزامات ایمنی و عدم وقفه باشد، چنان طراحی شده است که شبکه مدل شده با شبکه پتری رنگی، بدون وقفه بوده و ایمنی آن تضمین می‌گردد همچنین با استفاده از مفهوم رنگ، دو نوع قطار عادی (نرمال) و تندرو (اکسپرس) در شبکه ریلی در مدل معادل شبکه پتری، با استفاده از نرم افزار CPN Tools پیاده سازی شده و شبکه با تعداد قطارهای مختلف در هر دو جهت حرکت قطارها از نظر ایمنی، عدم وقفه و سایر الزامات عملیاتی تحلیل می‌گردد. به این منظور تحلیل های درخت دسترس پذیری با رسم گراف فضای حالت به منظور تایید عدم وجود وقفه در حرکت قطارها و رعایت الزامات ایمنی، تحلیل حداکثر و حداقل نشانه های موجود در هر مکان به منظور رعایت الزام ایمنی در بلاک سیستم ریلی و تحلیل حداکثر تعداد حضور در هر مکان به منظور رعایت اینکه قطار تندرو در بلاک های کنارگذر قرار نگیرد، انجام شده و صحت عملکرد کنترل نظارتی نشان داده می شود.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086598.1397.10.1.6.9

موضوعات

مهندسی حمل و نقل ریلی

عنوان مقاله [English]

Modeling and Supervisory Control of a Railway Signaling Systems using Color Petri Net

نویسندگان [English]

Mohammadreza Ashki ¹
Bahman Ghorbani Vaghei ²

¹ MSc. Student, Faculty of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

² Assistant Professor, Faculty of Railway Engineering, , Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

Modeling and simulation are widely used in the transportation network. In fact, by using this technique, a pre-built system will be analyzed after and before launching. Petri nets are useful tools for modeling and analyzing complex networks such as railway network. In this paper, using colored petri net concept, the main elements of a railway track and signals is modeled including turn out, track segment, end segment, junction and etc. In this model, the place is intended as block similar to railway and to show that block is busy by train, it is used the arc to each place. The supervisory control is designed to supervise train input and output to yards and stations, safety and non-blocking requirements in such a way that not only proposed railway network is not blocked but also safety is guaranteed. In this regards, some arcs is intended whose conditions have the role of supervisory control and also Normal and Express trains are considered in railway network as color token in petri net model. It is analyzes the petri net model by CPN Tools to satisfy logical (safety and non-blocking) and operational requirements of network. So Availability Tree is provided by state space graphs results to verify non-blocking in train operations and satisfying safety requirements. Then Best Integer Bounds Analysis is provided to verify safety operation requirements in signaling railway blocks. Finally The Best Upper Multi set Bounds Analysis in CPN Tools is implemented to verify the maximum number of Token(Train) detection in each place (block) in order to verify that the express train is never guided to waysides.

کلیدواژه‌ها [English]

Railway transportation systems
color Petri net
evaluation and modeling

مراجع

-Baruwa, O. T., Piera, M. A. and Guasch A. (2015) “Deadlock-free scheduling method for flexible manufacturing systems based on the timed colored Petri nets and anytime heuristic search”, IEEE Trans. Syst., Man, Cybern., Syst., Vol. 45, No. 5, pp.831–846.

-Cachiani, V., Huisman, D. and Kidd, M. (2014) “An overview of recovery models and algorithms for real-time railway rescheduling”, Transp. Res. B, Methodological, Vol. 63, pp.15–37.

-Decknatel, D. (1999) “Modelling train movement with hybrid petri nets”, Presented at the FM Rail Workshop 4, Stockholm, Sweden

-Diana, F., Giua, A. and Seatzu, C. (2001) “Safeness-enforcing supervisory control for railway networks”, 2001 IEEE/ASME Int. Conf. on Advanced Intelligent Mechatronics , pp.99-104, Como, Italy

-Durmus, M. S,. Yildirim, U. and Söylemez, M. T., (2010) “Signalization and interlocking design for a railway yard: A supervisory control approach by enablingaArcs,” The 7th International Symposium on Intelligent and Manufacturing Systems, IMS 2010, Sarajevo, Bosnia, Herzegovina, 15-17 September, 2010.

-Guia, A. and Seatzu, C. (2008) “Modeling and supervisory control of railway networks using petri nets”, IEEE Transaction On Automation Science and Engineering, Vol.5, No. 3, pp.431-445.

-Hagalisletto, A. M., Bjørk, J., Yu, I. Ch. and Enger, P. (2005) “Constructing and refining large-scale railway models represented by petri nets”, IEEE Transactions on Systems, pp.444 – 460.

-Hagalisletto, A. M. and YU, I. C. (2004) “Large scale construction of rail-road models from specifications”, in proc.IEEE int.conf.sys.Man, cybern, Den Haag, Holland, pp.6216-6219, 2004.

-Janczura, C. W. (1998) “Modeling and analysis of railway network control logic using colored petri nets”, Ph. D. Dissertation, Univ. South Australia, Australia.

-Jensen, K. (1997) “Colored petri nets—basic concepts, analysis methods and practical use”, inEATCS, Monographs on Theoretical Computer Science vol. 1, Basic Concepts. New York: Springer-Verlag.

-Jensen, K. (1997) “A Brief introduction to coloured petri nets”, Proceedings of the Third International Workshop on Tools and Algorithms for Construction and Analysis of Systems, pp.203-208.

-Kristensen, L. M., Christensen, S. and Jensen, K. (1998) “The Practitioner’s guide to coloured petri net”, International Journal on Software Tools for Technology Transfer, Vol. 2, pp. 98–132.

-Kristoffersen, T., Hagalisletto, A. M. and Hansen, H. A. (2003) “Extracting high level information from petri nets: a railroad case”, in Proc. Estonian Acad. Phys. Math., Vol. 52, No. 4, pp. 378–393.

-Murata, T. (1989) “Petri nets properties, analysis and applications”, Proceedings of the IEEE, S. 541–580, April 1989.

-Pachl, J. (2002) “Railway operation and control”, Mountlake Terrace, WA: VTD Rail Publishing.

-Van Der Aalst, W. M. P. and Odijk, M. A. (1999) “Analysis of railway stations by means of interval timed colored petri nets”, Real Time Syst, Vol. 9, No. 3, pp.1–23.

-Wang, P., Ma, L., Goverde, R. M. P. and Wang, Q. (2016) “Rescheduling trains using petri nets and heuristic search”, IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Vol. 17, No. 3.

-Wells, Lisa (2006) “Performance analysis using CPN tools”, Proceedings of the First International Conference on Performance Evaluation Methodologies and Tools 2006, ACM Press

-Yu, I. C. (2004) “A Layered approach to automatic construction of large scale petri nets”, Master’s thesis, Dept. Inf., Univ. Oslo, Oslo, Norway.

-عباسی، م. (1391) " مدل سازی وکنترل نظارتی یک سیستم خط بسته ریلی با استفاده از شبکه پتری"، پایان نامه کارشناسی ارشد زیر نظر دکتر بهمن قربانی واقعی، دانشکده مهندسی راه‌آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران.

-قربانی واقعی، ب. و عباسی، م. (1393) "مدلسازی و تحلیل شبکه ریلی قطارهای عادی و سریع السیر مبتنی بر شبکه پتری "، فصلنامه علمی و پژوهشی مهندسی حمل و نقل، سال پنجم، شماره سوم، ص. 367-380.