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高鐵自動控制系統(tǒng)存在的一些疑問

2011-07-31

高鐵自動控制系統(tǒng)存在的一些疑問

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次列車動車遭到雷擊后失去動力停車，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，鐵路控制系統(tǒng)是否有相關(guān)的自動化緊急停車系統(tǒng)，就這個問題，編輯整理了自動化行業(yè)相關(guān)的緊急停車系統(tǒng)的知識，供大家參考。

　根據(jù)有關(guān)資料，當(dāng)人在危險時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時，要在60s內(nèi)作出反應(yīng)，錯誤決策的概率高達99.9%。因此設(shè)置獨立于控制系統(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。該動則動，不該動則不動，這是ESD系統(tǒng)的一個顯著特點。
　　
　　工業(yè)自動化領(lǐng)域確實存在一個設(shè)備，叫緊急停車系統(tǒng)，簡稱叫：ESD,是Emergency Shutdown Device緊急停車裝置系統(tǒng)的縮寫。這種專用的安全保護系統(tǒng)是90年代發(fā)展起來的，以它的高可靠性和靈活性而受到一致好評。
　　
　　ESD緊急停車系統(tǒng)按照安全獨立原則要求，獨立于DCS(集散控制系統(tǒng))，其安全級別高于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)。作為安全保護系統(tǒng)，凌駕于生產(chǎn)過程控制之上，實時在線監(jiān)測裝置的安全性。只有當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時，不需要經(jīng)過DCS系統(tǒng)，而直接由ESD發(fā)出保護聯(lián)鎖信號，對現(xiàn)場設(shè)備進行安全保護，避免危險擴散造成巨大損失。
　　
　　
　　當(dāng)然一般安全聯(lián)鎖保護功能也可由DCS或者PLC(可編程邏輯控制器)來實現(xiàn)。
　　
　　那么為何要獨立設(shè)置ESD系統(tǒng)呢？因為于較大規(guī)模的緊急停車系統(tǒng)應(yīng)按照安全獨立原則與DCS分開設(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失效的概率，當(dāng)維護DCS或者PLC部分故障時也不會危及安全保護系統(tǒng);
　　
　　(2)對于大型裝置或旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備而言，緊急停車系統(tǒng)響應(yīng)速度越快越好。這有利于保護設(shè)備，避免事故擴大；并有利于分辨事故原因記錄。而DCS或者PLC處理大量過程監(jiān)測信息，因此其響應(yīng)速度難以作得很快；
　　
　　(3)DCS或者PLC系統(tǒng)是過程控制系統(tǒng)，是動態(tài)的，需要人工頻繁的干預(yù)，這有可能引起人為誤動作；而ESD是靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)，這樣設(shè)置ESD可以避免人為誤動作。
　　
　　緊急停車系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)來分，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通道都實行三重化配置。每次掃描后，用內(nèi)部的差錯分析程序判別輸入數(shù)據(jù)，表決得出一個正確數(shù)據(jù)，輸入到每個主處理器，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)場靠近，對三總線表決和驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行元件的輸出之間可能產(chǎn)生的錯誤進行檢測和補償。三重化系統(tǒng)的主要運行模式有3-2-1-0或3-2-0兩種。3-2-1-0表示ESD系統(tǒng)有三個CPU，同時工作又相對獨立。當(dāng)一個CPU故障時，該CPU被切除，切換到2-1-0工作方式，系統(tǒng)正常運行；當(dāng)兩個CPU故障時，這兩個CPU被切除，切換到1-0工作方式，系統(tǒng)正常運行；如果檢測到三個CPU故障，系統(tǒng)則停車。3-2-0是指系統(tǒng)正常工作時有三個CPU正常工作。當(dāng)三個CPU中有一個運算結(jié)果與其他兩個不同時，說明該CPU出現(xiàn)了故障，其余兩個CPU工作正常，系統(tǒng)也能正常工作。若其余兩個CPU的運算結(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。實際上它也是通過高速運算PLC來實現(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，所以在硬件保護上做得較為完善，而且他要考慮到在事故狀態(tài)下，現(xiàn)場控制閥位及各個開關(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)人在危險時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時，要在60s內(nèi)作出反應(yīng)，錯誤決策的概率高達99.9%?！比绻麤]有緊急停車系統(tǒng)，安全是不可想象的。如果沒有責(zé)任感，我們的國家更是不可想象的。

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