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高鐵自動控制系統存在的一些疑問

2011-07-31

高鐵自動控制系統存在的一些疑問

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。
　　
　　很多網友都詢問，鐵路控制系統是否有相關的自動化緊急停車系統，就這個問題，編輯整理了自動化行業相關的緊急停車系統的知識，供大家參考。

　根據有關資料，當人在危險時刻的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，當操作人員面臨生命危險時，要在60s內作出反應，錯誤決策的概率高達99.9%。因此設置獨立于控制系統的安全聯鎖是十分有必要的，這是作好安全生產的重要準則。該動則動，不該動則不動，這是ESD系統的一個顯著特點。
　　
　　工業自動化領域確實存在一個設備，叫緊急停車系統，簡稱叫：ESD,是Emergency Shutdown Device緊急停車裝置系統的縮寫。這種專用的安全保護系統是90年代發展起來的，以它的高可靠性和靈活性而受到一致好評。
　　
　　ESD緊急停車系統按照安全獨立原則要求，獨立于DCS(集散控制系統)，其安全級別高于DCS。在正常情況下，ESD系統是處于靜態的，不需要人為干預。作為安全保護系統，凌駕于生產過程控制之上，實時在線監測裝置的安全性。只有當生產裝置出現緊急情況時，不需要經過DCS系統，而直接由ESD發出保護聯鎖信號，對現場設備進行安全保護，避免危險擴散造成巨大損失。
　　
　　
　　當然一般安全聯鎖保護功能也可由DCS或者PLC(可編程邏輯控制器)來實現。
　　
　　那么為何要獨立設置ESD系統呢？因為于較大規模的緊急停車系統應按照安全獨立原則與DCS分開設置，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，當維護DCS或者PLC部分故障時也不會危及安全保護系統;
　　
　　(2)對于大型裝置或旋轉機械設備而言，緊急停車系統響應速度越快越好。這有利于保護設備，避免事故擴大；并有利于分辨事故原因記錄。而DCS或者PLC處理大量過程監測信息，因此其響應速度難以作得很快；
　　
　　(3)DCS或者PLC系統是過程控制系統，是動態的，需要人工頻繁的干預，這有可能引起人為誤動作；而ESD是靜態的，不需要人為干預，這樣設置ESD可以避免人為誤動作。
　　
　　緊急停車系統按照結構來分，可分為雙重化冗余和三重化冗余，新技術出現了四重冗余系統。雙重化冗余ESD系統其中一套處于工作狀態，另一套則處于熱備狀態。
　　
　　三重化冗余ESD系統將CPU和I/O通道都實行三重化配置。每次掃描后，用內部的差錯分析程序判別輸入數據，表決得出一個正確數據，輸入到每個主處理器，主處理器執行各種控制算法，并輸出值送到各輸出模件，在輸出模件中進行輸出數據表決，這樣可以使數據盡可能與現場靠近，對三總線表決和驅動現場執行元件的輸出之間可能產生的錯誤進行檢測和補償。三重化系統的主要運行模式有3-2-1-0或3-2-0兩種。3-2-1-0表示ESD系統有三個CPU，同時工作又相對獨立。當一個CPU故障時，該CPU被切除，切換到2-1-0工作方式，系統正常運行；當兩個CPU故障時，這兩個CPU被切除，切換到1-0工作方式，系統正常運行；如果檢測到三個CPU故障，系統則停車。3-2-0是指系統正常工作時有三個CPU正常工作。當三個CPU中有一個運算結果與其他兩個不同時，說明該CPU出現了故障，其余兩個CPU工作正常，系統也能正常工作。若其余兩個CPU的運算結果也不相同，則系統停車。
　　
　　ESD緊急停車裝置，在石化行業以及大型鋼廠及電廠和鐵路系統中都有著廣泛的應用。實際上它也是通過高速運算PLC來實現控制的，它與PLC的本質區別在于它的輸入輸出卡件上，應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下，現場控制閥位及各個開關的位置。
　　
　　目前，世界上比較知名的緊急停車系統公司有：Triconex，GE，HIMACONTROLENGINE，Honeywell,HIMA,EMERSON,SIEMENS,橫河等。
　　
　　“當人在危險時刻的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，當操作人員面臨生命危險時，要在60s內作出反應，錯誤決策的概率高達99.9%。”如果沒有緊急停車系統，安全是不可想象的。如果沒有責任感，我們的國家更是不可想象的。

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