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高鐵自動(dòng)控制系統(tǒng)存在的一些疑問(wèn)

2011-07-31

                                        高鐵自動(dòng)控制系統(tǒng)存在的一些疑問(wèn)

編輯：123儀器商城

         北京南至福州D301次列車與杭州至福州南D3115次列車發(fā)生追尾事故，初步查明脫軌原因是D3115次列車動(dòng)車遭到雷擊后失去動(dòng)力停車，造成D301次車追尾。此次高鐵事故造成了重大的人員傷亡：已造成39人死亡，210人受傷。
　　
　　很多網(wǎng)友都詢問(wèn)，鐵路控制系統(tǒng)是否有相關(guān)的自動(dòng)化緊急停車系統(tǒng)，就這個(gè)問(wèn)題，編輯整理了自動(dòng)化行業(yè)相關(guān)的緊急停車系統(tǒng)的知識(shí)，供大家參考。

   　根據(jù)有關(guān)資料，當(dāng)人在危險(xiǎn)時(shí)刻的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，當(dāng)操作人員面臨生命危險(xiǎn)時(shí)，要在60s內(nèi)作出反應(yīng)，錯(cuò)誤決策的概率高達(dá)99.9%。因此設(shè)置獨(dú)立于控制系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖是十分有必要的，這是作好安全生產(chǎn)的重要準(zhǔn)則。該動(dòng)則動(dòng)，不該動(dòng)則不動(dòng)，這是ESD系統(tǒng)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。
　　
　　工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域確實(shí)存在一個(gè)設(shè)備，叫緊急停車系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱叫：ESD,是Emergency Shutdown Device緊急停車裝置系統(tǒng)的縮寫(xiě)。這種專用的安全保護(hù)系統(tǒng)是90年代發(fā)展起來(lái)的，以它的高可靠性和靈活性而受到一致好評(píng)。
　　
　　ESD緊急停車系統(tǒng)按照安全獨(dú)立原則要求，獨(dú)立于DCS(集散控制系統(tǒng))，其安全級(jí)別高于DCS。在正常情況下，ESD系統(tǒng)是處于靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)。作為安全保護(hù)系統(tǒng)，凌駕于生產(chǎn)過(guò)程控制之上，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置的安全性。只有當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時(shí)，不需要經(jīng)過(guò)DCS系統(tǒng)，而直接由ESD發(fā)出保護(hù)聯(lián)鎖信號(hào)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)，避免危險(xiǎn)擴(kuò)散造成巨大損失。
　　
　　
　　當(dāng)然一般安全聯(lián)鎖保護(hù)功能也可由DCS或者PLC(可編程邏輯控制器)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　
　　那么為何要獨(dú)立設(shè)置ESD系統(tǒng)呢？因?yàn)橛谳^大規(guī)模的緊急停車系統(tǒng)應(yīng)按照安全獨(dú)立原則與DCS分開(kāi)設(shè)置，這樣做主要有以下幾方面原因：
　　
　　(1)降低控制功能和安全功能同時(shí)失效的概率，當(dāng)維護(hù)DCS或者PLC部分故障時(shí)也不會(huì)危及安全保護(hù)系統(tǒng);
　　
　　(2)對(duì)于大型裝置或旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備而言，緊急停車系統(tǒng)響應(yīng)速度越快越好。這有利于保護(hù)設(shè)備，避免事故擴(kuò)大；并有利于分辨事故原因記錄。而DCS或者PLC處理大量過(guò)程監(jiān)測(cè)信息，因此其響應(yīng)速度難以作得很快；
　　
　　(3)DCS或者PLC系統(tǒng)是過(guò)程控制系統(tǒng)，是動(dòng)態(tài)的，需要人工頻繁的干預(yù)，這有可能引起人為誤動(dòng)作；而ESD是靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)，這樣設(shè)置ESD可以避免人為誤動(dòng)作。
　　
　　緊急停車系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)來(lái)分，可分為雙重化冗余和三重化冗余，新技術(shù)出現(xiàn)了四重冗余系統(tǒng)。雙重化冗余ESD系統(tǒng)其中一套處于工作狀態(tài)，另一套則處于熱備狀態(tài)。
　　
　　三重化冗余ESD系統(tǒng)將CPU和I/O通道都實(shí)行三重化配置。每次掃描后，用內(nèi)部的差錯(cuò)分析程序判別輸入數(shù)據(jù)，表決得出一個(gè)正確數(shù)據(jù)，輸入到每個(gè)主處理器，主處理器執(zhí)行各種控制算法，并輸出值送到各輸出模件，在輸出模件中進(jìn)行輸出數(shù)據(jù)表決，這樣可以使數(shù)據(jù)盡可能與現(xiàn)場(chǎng)靠近，對(duì)三總線表決和驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件的輸出之間可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償。三重化系統(tǒng)的主要運(yùn)行模式有3-2-1-0或3-2-0兩種。3-2-1-0表示ESD系統(tǒng)有三個(gè)CPU，同時(shí)工作又相對(duì)獨(dú)立。當(dāng)一個(gè)CPU故障時(shí)，該CPU被切除，切換到2-1-0工作方式，系統(tǒng)正常運(yùn)行；當(dāng)兩個(gè)CPU故障時(shí)，這兩個(gè)CPU被切除，切換到1-0工作方式，系統(tǒng)正常運(yùn)行；如果檢測(cè)到三個(gè)CPU故障，系統(tǒng)則停車。3-2-0是指系統(tǒng)正常工作時(shí)有三個(gè)CPU正常工作。當(dāng)三個(gè)CPU中有一個(gè)運(yùn)算結(jié)果與其他兩個(gè)不同時(shí)，說(shuō)明該CPU出現(xiàn)了故障，其余兩個(gè)CPU工作正常，系統(tǒng)也能正常工作。若其余兩個(gè)CPU的運(yùn)算結(jié)果也不相同，則系統(tǒng)停車。
　　
　　ESD緊急停車裝置，在石化行業(yè)以及大型鋼廠及電廠和鐵路系統(tǒng)中都有著廣泛的應(yīng)用。實(shí)際上它也是通過(guò)高速運(yùn)算PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，它與PLC的本質(zhì)區(qū)別在于它的輸入輸出卡件上，應(yīng)為一切為了安全考慮，所以在硬件保護(hù)上做得較為完善，而且他要考慮到在事故狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)控制閥位及各個(gè)開(kāi)關(guān)的位置。
　　
　　目前，世界上比較知名的緊急停車系統(tǒng)公司有：Triconex，GE，HIMACONTROLENGINE，Honeywell,HIMA,EMERSON,SIEMENS,橫河等。
　　
　　“當(dāng)人在危險(xiǎn)時(shí)刻的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，當(dāng)操作人員面臨生命危險(xiǎn)時(shí)，要在60s內(nèi)作出反應(yīng)，錯(cuò)誤決策的概率高達(dá)99.9%。”如果沒(méi)有緊急停車系統(tǒng)，安全是不可想象的。如果沒(méi)有責(zé)任感，我們的國(guó)家更是不可想象的。

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