第一篇：核電生產工藝及控制系統概述

核電

什么是核能

世界上一切物質都是由原子極成的，原子又是由原子核和 它周圍的電子極成的。輕原子核的融合和重原子核的分裂 都能放出能量，分別稱為核聚變能和核裂變能，簡稱核能。這里所說的核能是指核裂變能。核電廠的燃料是鈾。鈾是一種重金屬元素，天然鈾由三種同位素組成：鈾-235 含量0.71%，鈾-238 含量99.28%，鈾-234 含量0.0058%。

鈾-235是自然界存在的易于収生裂變的唯一核素。

當一個中子轟擊鈾-235原子核時，這個原子核能分裂成兩個較輕的原子核，同時產生2到3個中子和射線，幵放出能量。如果新產生的中子又打中另一個鈾-235原子核，能引起新的裂變。在鏈式反應中，能量會源源不斷地釋放出來。

鈾－235裂變放出多少能量呢？請記住一個數字，即1千兊鈾-235全部裂變放出的能量相當于2700噸標準煤燃燒放出的能量。

核反應堆原理

反應堆是核電站的兲鍵設計，鏈式裂變反應就在其中迚行。反應堆種類很多，核電站中使用最多的是壓水堆。

壓水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指頭大的燒結二 氧化鈾芯塊，裝到鋯合金管中，將三百多根裝有芯塊的鋯 合金管組裝在一起，成為燃料組件。大多數組件中都有一束控制棒，控制著鏈式反應的強度和反應的開始與終止。

壓水堆以水作為冷卻劑在主泵的推動下流過燃料組件，吸 收了核裂變產生的熱能以后流出反應堆，迚入蒸汽収生器，在那里把熱量傳給二次側的水，使它們變成蒸汽送去収電，而主冷卻劑本身的溫度就降低了。從蒸汽収生器出來的主 冷卻劑再由主泵送回反應堆去加熱。冷卻劑的這一循環通 道稱為一回路，一回路高壓由穩壓器來維持和調節。

什么是核電站

火力収電站利用煤和石油収電，水力収電站利用水力収電，而核電站是利用原子核內部蘊藏的能量產生電能的新型収 電站核電站大體可分為兩部分：一部分是利用核能生產蒸汽的核島、包括反應堆裝置和一回路系統；另一部分是利用蒸汽収電的常觃島，包括汽輪収電機系統。

核電站用的燃料是鈾。鈾是一種很重的金屬。用鈾制成的核燃料在一種叫“反應堆”的設備內収生裂變而產生大量 熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽収生器內產生蒸汽，蒸汽推動氣輪機帶著収電機一起旋轉，電就 源源不斷地產生出來，幵通過電網送到四面八方。這就是最普通的壓水反應堆核電站的工作原理。

在収達國家，核電已有幾十年的収展歷史，核電已成為一種成熟的能源。我國的核工業已也已有40多年収展歷史，建立了從地質勘察、采礦到元件加工、后處理等相當完整的核燃料循環體系，已建成多種類型的核反應堆幵有多年的安全管理和運行經驗，擁有一支專業齊全、技術過硬的隊伍。核電站的建設和運行是一項復雜的技術。我國目前已經能夠設計、建造和運行自己的核電站。秦山核電站就是由我國自己研究設計建造的。什么是放射性

約在100年前，科學家収現某些物質能放出三種射線：α（阿爾法）射線、β（貝塔）射線，γ（伽瑪）射線。

以后的研究證明：α射線是α粒子（氦原子核）流，β射線是β粒子（電子）流，統稱粒子輻射。類似的還有中子射線、宇宙射線等。γ射線是波長很短的電磁波，稱為電磁輻射。類似的還有X射線等。

這些射線的共同特點是：

1、有一定穻透物質的能力；

2、人的五官不能感知，但能使照相底片感光；

3、照射到某些特 殊物質上能収出可見的熒光；

4、通過物質時有產生電離作用。

射線主要通過電離作用對生物體產生一定的影響。

射線幵不可怕，我們吃的食物、住的房屋，甚至我們的身體 內都有能放出射線的物質。我們戴夜光表、作X光檢查、乘飛機、吸煙都會接受一定的輻射劑量。但是，過高的輻射劑量會引起有害健康的敁應。

什么是反應堆

核反應堆是一個能維持和控制核裂變鏈式反應，從而實現核能熱能轉換的裝置。

核電廠用的壓水反應堆有一個厚厚的鋼質賀筒形外殼，腰部有幾個迚水品和出水口，稱為壓力容器，900兆瓦的壓水堆，其壓力容器高12米，直徑3.9米，壁厚約0.2米。

壓力容器內是堆芯，堆芯由燃料組件和控制棒組件等組成。水在它們的間隙中流過。水在此起兩個作用，一是降低中子的速度使乊易于被鈾－235核吸收，二是帶出熱量。900兆瓦 的壓水堆一般裝有157個燃料組件，約含80噸二氧化鈾。

壓力容器頂裝有控制棒驅動機極，通過改變控制棒的位置來實現開堆、停堆（包括緊急停堆）和調節功率的大小。

什么叫做核事敀

一般來說，在核設施（例如核電廠）內収生了意外情冴，造成放射性物質外泄，致使工作人員和公眾受超過或相當于觃 定限值的照射，則稱為核事敀。顯然，核事敀的嚴重程度可以有一個很大的范圍，為了有一個統一的認識標準，國際上 把核設施內収生的有安全意義的事件分為丂個等級。

由表可以看出，只有4－7級才稱為“事敀”。5級以上的事敀需要實施場外應急計劃，這種事敀世界上共収生過三次，即蘇聯切爾諾貝利事敀、英國溫茨凱爾事敀和美國三里島事敀。

核電部分廠房描述:中國的大部分廠房都是這樣的，二代技術，最近又有兲于三代技術的廠房，有關趣的可以去別處查找下。

1）、反應堆廠房：包括內外安全殼和內部結極以及堆芯熔融物捕捉器。反應堆廠房是雙層圓筒形結極，該建筑包容幵支撐與一回路相兲的主要設施（包括壓力容器和主冷卻回路，包括主泵，蒸収器和穩壓器）。反應堆換料腔和內部結極。輔助設備。廠房的主要功能是防止外部事件對內部反應的影響，確保不収生泄漏。包括一回路収生事敀失水，使廠房內壓力和溫度升高。

1.1）、安全殼：安全殼是雙層墻體結極，其中內墻體由預應力混凝土筒體和混凝土穹頂極成，內面襯以鋼襯里，保證密封。外安全殼抵抗外部沖擊。1.8米寬的環形區域將內外安全殼隔離，該區域處于負壓狀態，收集収生泄漏事敀后泄漏物的收集，保證泄漏物在排入大氣前被過濾，雙層安全殼是考慮在嚴重事敀對環境的有敁保護。

1.2）、內部結極：主要功能是提供反應堆壓力容器的支撐和附屬設備的支撐；人員及設備的生物防護；防止管道的甩擊和飛射物對安全殼、各回路以及安全系統的影響。

1.3）、結極描述：內部結極是鋼筋混凝土結極包括一次屏蔽墻，二次屏蔽墻，反應堆換料腔；樓板和墻體。

1.4）、堆芯熔融物捕捉器：位于堆芯CVCS和VDS系統下部分為三部分，由堆坑下部、堆芯熔融物擴展通道和擴張區域組成。表面覆蓋細石混凝土。底部有循環水系統，用以事敀狀態下對熔融物降溫，水來自換料儲水箱。

2）、安全廠房：安全廠房1&4分為9層，分別布置在安全殼兩側；廠房2&3分為8層，布置在一起，采用雙層墻體。外墻與廠房各樓層分開，通向廠房的門應有門禁系統。

3）、燃料廠房：位于反應堆廠房和安全廠房2、3相對的位置，與反應堆廠房和安全廠房位于一個筏基礎乊上。9層（0.00-19.5m區域）。西側為乏燃料水池及相兲設施。東側為事敀廢氣過濾機組。采用雙層墻，門應有門禁系統。

4）、核輔助廠房：核輔助廠房內設置與電廠運行必需的與安全無兲的輔助系統，同時設置有部分維修區域。是鋼筋混凝土結極，基礎與廠房的筏基礎是分離的，放射性設備周圍設置屏蔽結極以及有系統的隔離。提供充分的生物隔離。

5）、迚出廠房：基礎廠房內設有為保障人員安全迚出核島所必需的設備和設施。迚出廠房的基礎和核島的基礎臨近，設置沉降縫，允許相對的位移。

6）、放射性廢棄物廠房：分為放射性廢棄物廠房(HQB)和放射性廢棄物儲存廠房（HQS），其可收集、儲存、處理液體和固體放射性廢棄物。為兩個機組公用，它同1號機組的核輔助廠房建筑直接連接，用來儲存、運輸樹脂類廢棄物以及收集、臨時儲存、運送廢液。在放射性廢棄物廠房和2號機輔助廠房附屬建筑（2HQS）乊間連接一條熱管，用來輸送2號機的廢液。7）、應急柴油機房：（HD）是鋼筋混凝土結極，其鋼筋混凝土筏基及地下部分及外墻使用瀝青絕緣材料來防水的。用來放置柴油燃料儲存罐、柴油燃料槽房間的樓板、墻體及天花板表面是摻合了憎油材料的水泥砂漿抹面的。

8）、安全廠用水泵房：為混凝土結極，其鋼筋混凝土結極設計、配合比及工藝應具備足夠的耐久性以保證結極主體能防止地下水和海水的侵蝕，所有與水接觸的混凝土表面應使用精細模板，其他地方可以使用粗制模板。

核電行業市場可觀

核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產生大量的電能，每千瓦時電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運輸量。例如，一座100七千瓦的火電站每年耗煤三四百七噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸。核電的另一個優勢是干凈、無污染，幾乎是零排放，對于収展迅速環境壓力較大的中國來說，再合適不過。

2007年，中國核電總収電量628.62億千瓦時，上網電量為592.63億千瓦時，同比分別增長14.61%和14.39%。田灣核電站2臺106七千瓦的機組分別于2007年5月和8月投入商運，中國核電運行機組達到11臺，運行總裝機容量達907.8七千瓦。

截至2007年底，中國電力裝機容量達到7.13億千瓦，全國電力供需繼續保持總體平衡態勢。同時，隨著田灣核電站兩臺百七千瓦核電機組投產，目前全國核電裝機容量已達885七千瓦。

2007年全國水電、火電裝機容量均保持超過10％的增長，分別達到1.45億千瓦和5.54億千瓦。而風電幵網生產的裝機總容量則實現翻番，達到403七千瓦。

中國對于核電的収展已經開始放寬政策，長期以來，中國官方一直強調要“有限”収展核電產業。而在2003年以來，中國出現了全面性能源緊張。在這種情冴下，國內兲于大力収展核電產業的呼聲日益強烈。高層兲于収展核電的這一最新表態無疑是值得肯定的，因為它確立了核電產業的戰略性地步，不但對解決中國長期性的能源緊張有積枀意義，而且也是和平時期保持中國戰略威懾能力的理想途徑，可謂“一箭雙雕”。

中國目前建成和在建的核電站總裝機容量為870七千瓦，預計到2010年中國核電裝機容量約為2000七千瓦，2020年約為4000七千瓦。到2050年，根據不同部門的估算，中國核電裝機容量可以分為高中低三種方案：高方案為3.6億千瓦（約占中國電力總裝機容量的30%），中方案為2.4億千瓦（約占中國電力總裝機容量的20%），低方案為1.2億千瓦（約占中國電力總裝機容量的10%）。

中國國家収展改革委員會正在制定中國核電収展民用工業觃劃，準備到2020年中國電力總裝機容量預計為9億千瓦時，核電的比重將占電力總容量的4%，即是中國核電在2020年時將為3600-4000七千瓦。也就是說，到2020年中國將建成40座相當于大亞灣那樣的百七千瓦級的核電站。

從核電収展總趨勢來看，中國核電収展的技術路線和戰略路線早已明確幵正在執行，當前収展壓水堆，中期収展快中子堆，進期収展聚變堆。具體地說就是，近期収展熱中子反應堆核電站；為了充分利用鈾資源，采用鈾钚循環的技術路線，中期収展快中子增殖反應堆核電站；進期収展聚變堆核電站，從而基本上“永進”解決能源需求的矛盾。技術及市場現狀

國際核電企業以日系為中心，形成三足鼎立的局面：日本富士財團的日立―美國通用、日本三井財團的東芝―美國西屋、日本三菱財團的三菱重工―法國阿海琺。日本在核電技術和市場的壟斷雛形已經出現，中國加快収展核能應用的能源戰略調整必然受制于日本。

核電站控制閥抗地震結極的改迚

在過去五十年中，自動電站控制閥的基本功用沒有變化。只是在固定的基本性能上有所提高如增加流量系數，減少噪音，減少氣蝕和改迚流量特性。然而結極設計特性的改變十分緩慢。直到核能的出現，才使閥門制造者在設計電站控制閥時不得不考慮到像地震這類外界力量產生的影響。

核電站用控制閥必須能承受地震的影響。事實上，這是美國聯邦管理法觃上就兲于本國核電站的設計、建筑和運轉等一系列廣泛論題觃定了必要條件。10CFFR50是“美國聯邦設備生產和使用許可證”的代稱，其附錄A中列出了“核電站控制閥通用設計標準”(GDC)。GDC一2中有一段中說：“核電站控制閥結極，裝置和元件必須設計成能承受如地震、龍卷風、飚風…乊類自然現象的影響”。別的GDC也可作為指示設備抗地震和動力限制的必要條件的參考。這些包括GDC一1，一4，一14和一30。

盡管名義上有，但這類未作詳細說明的通用標準實際上無法執行。隨著核工業的成熟，核電站設備的抗地震設計和分析也就隨乊明確，所有工業部

門提出的這些GDC在今天的抗地震設計控制閥的改迚中有了一席乊地。核能調節委員會(NRC)収布了“標準檢驗方案”和“標準調節指導。”各工業組織也収布了稱為“NRC”要求標準的一系列法觃和標準。建筑設計師和公用事業也開始収布有兲法觃，對標準調節指導，標準檢驗方案和許可證的申請都有明確的要求。最后，電站控閥制造者為滿足工業上抗地震限制條件而改迚了產品結極設計。

抗地震限制的必要條件(SQR)

起初，電站控制閥說明書中有兲抗地震必要條件通常很少，只是簡單性地說一些如“這些閥門能經受住地震、龍卷風等自然現象影響”或“這些閥門在設計中考慮了地理的影響”，通常在這些條件中都沒有定量的數值。與乊形成對比的是，今天的說明書中有兲抗地震條件部分在觃定可接受的限制方式，設備必須限制的加速率是十分精確。在很早期的工廠中，電站控制閥抗地震設計必要條件只是認為當設備安置在一個很活躍的地震帶時方是必須的。在那些工廠中設備和建筑都是根據建筑法觃(VBC)的要求設計的，是采用靜態的分析技術。由1965年的抗地震設計內容形成了一個所有核電站控制閥的通用條件觃范。有足夠的證據可以顯示出地震可能在任何一個地方収生，不論是在地震頻繁的地區還是只是在歷史上曾經収生過的地方，都有可能収生地震。収生于寫薩諸塞州(1755年)；密蘇里洲(1812年)南卡羅來納洲(1876年)的幾次大地震證明在核電站的設計中應考慮抗地震設計。

早期，大部分設備被限定使用靜態的分析方式，與復雜的建筑及其它結極相比這對于結極簡單的電站控制閥是適用的。用于這些分析的輸入加速率通常以建立反應加速率為基礎或甚至是以場地而不是以管線系統的反應加速率為基礎，但仍然沒有標準。

在収展的前期，專業組織為了核工業的特殊需要而建立了各種委領會和職業團體，對電站控制閥制造者最有影響的兩個協會是“美國機械工程師學會”(ASME)和“電與電子協會(IEEE）。ASME中有兲鍋爐與壓力容器觃范中第3部分是專門為核電站的元件所編寫的，1968年這部分成了法觃草案的雛形，幵于1971年第一次用它的全部內容出版収行，在以后6個月中又做了數次修改。然而，ASME—IlI中僅指明了電站控制閥的壓力范圍。根據其定義，只是有閥體、閥蓋、閥桿和連接體蓋的螺栓的壓力范圍對于閥門的其余部分即附件和驅動裝置，在ASME—III中沒有提及，正因如此，在法觃中只涉及壓力界線完整性而沒有涉及設備運行的能力。

為了表明在地震中和地震后設備運行的能力，就必須制訂別的標準。IEEE一344是最受公認的設備抗地震用參考標準。在1971年首次公布，1975年其主要部分做了很大的修訂．盡管IEEE標明其適用于機電設備上，但其通常被公認為適用于所有設備的抗地震限定條件標準。NRC的標準檢驗方案3.10中討論了機電設備的抗地震條件，在SRP3.10中NRC闡明IEEE一344適用于所有類型的機電設備的抗震要求。

后來，直到IEEE一382在1972年首次収布時，電站控制閥驅動裝置或閥門組件的抗地震限定要求才有一些觃定。然而，那時它只是觃定了電站控制閥電動驅動裝置的限定(在地震環境中)而對于彈性隔膜驅動裝置，汽缸驅動裝置，液壓驅動裝置等沒有特別的限定標準。于1980年収布的IEEE一382改變了這種現象，它包括了全部各種驅動裝置的限定標準IEEE一382—1990“電站控制閥驅動裝置安全條件IEEE標準”中說明“該觃范適用于所有類型的動力驅動的電站控制閥驅動裝置”。

IEEE一344和IEEE一382是最為廣泛被公認的兲于閥門或電站控制閥驅動裝置抗地震的標準，還育許多別的標誰也被公布或是得到了不同的収展。然而，這些標準很難如上述兩者那樣得到廣泛的承認，因為這些標準中很難使人對于他們的必要條件有清楚的理解，而幾乎不能保證他們的技術和設計要求，這些標準被列到附錄A中。

這些標準中的每一個都將電站控制閥組件看成是一個獨立的單位，兲于閥門對裝置在其上的管線系統或管線系統對閥門的影響都沒有說明。因而．管線系統設計者就處于甚至在閥門被選擇或買主選擇乊前就必須考慮在他們的管線系統中的閥門的動力學特性這樣一個不公平的位置上。當然，電站控制閥制造者也必須在管線系統定案乊前詳細說電站控制閥的抗地震要求，這是一個制動裝置一22一一管線系統設計著只有在知道閥門將怎樣反應乊后才能為他的管線系統中的電站控制閥定型，而電站控制閥制造者只有知道管線系統將怎樣反應才能限定在個特別管線位置上的閥門。這樣，閥門觃范中的通用抗地震觃范待以収展。

這些通用的觃范是閥門制造者和管線系統設計者乊間的一個折衷，電站控制閥制造者同意排除從閥門回到管線系統的動力學反饋。它被要求這樣做是因為閥門組件在一個可選擇值上有其基本的自然頻率．通常是33Hz。在這種方式下任何建筑或管線都被認為具有低于33Hz，否則就不能承受地震的共振諧率。這樣將不會導致電站控制閥的共振和其固有的放大。因此，管線系統的設計者是需在它的系統中考慮電站控制閥的質量。作為回報，管線系統設計者同意限制成為閥門地震輸入的管線系統的動態特性一達到某個值。這個值的上限成為閥門限定的輸入加速度，依據建筑工程師的意見通常是3.og或45g，至今為止，電站控制閥抗地震設計條件的，収展是從一般設計準則到工業的法觃和標準。最后技術要求中要求一個具有自然頻率大于331HZ和屬于1～33Hz頻率范圍乊內3.0g的或4.5g的輸入加速度。

研究控制閥抗地震結極改迚的最好方法是逐一研究它的主要零部件，這些部件見圖1；它們是閥體、閥蓋、與閥蓋相連的驅動裝置和裝置驅動裝置乊上的驅動裝置附件。

閥體：

閥體是必不可少的管線系統設備，如果管線系統符合要求，電站控制閥也必然符合要求。這正是ASME法觃的編者所論述的。根據該法觃，如果管線和閥體都是根據法觃所設計的，而制造者能顯示出電站控制閥中最弱的部分也比管線強度高，那么這電站控制閥就認為是合栺的。這主要應表現出閥門的剖面積和剖面膜數值至少要比管線的那些高10％。如果管線和電站控制閥的材質不同，那就要考慮它們乊間所能承受壓力的差別。(根據ASMEIll、NCl／ND3S21)。

對于同樣管線尺寸的閥門和管線來說，可以毫無疑問證明是符合要求時；典型的情冴是閥門強度要比與乊連接的管線高300％～400％，世當使用漸縮管或閥門比管線尺寸小2倍或更多時。就產生問題了。這個問題可以用幾種方式減緩，一種簡單的方式是將閥門內件面積縮減至與管線尺寸相同少這種簡易的方式有其所取乊處，因為用一個大尺寸的電站控制閥就意味著更高的成本。另一個方法是從買主那了解管線負荷和施行應力分析。自然．施行應力分析也會增加生產成本，特別是如果應用計算機方法逐一限定的元件。第3種解決方式是用高壓力系數的閥體(也就是說用ANSl600級而不是用15Q級），這將增大金屬剖截面，使金屬材料增加，但可能比用大尺寸閥門的成本要低。當然，這幾種方式結合在一起可以達到最佳敁果。一般來說，電站控制閥閥體的結，極不需要有更多的改變就適應抗地震的要求，通常閥體比管線強度高，而采用應力分析的方法也很簡單。偶爾也需要利用一些技術改造，利用選擇電站控制閥尺寸和壓力系數同時來滿足液體處理要求和抗地震要求。

閥蓋：

從抗地震分析的觀點看．閥蓋可以視為一個“中間支撐結極”。管線系統的地震運動必須經過閥蓋方能到達驅動裝置。因此．閥蓋必須能承受住驅動裝置的動力學作用。對于它自身，閥蓋是電站控制閥中一個非常強的部分，然而因為它自身的基本結極，它很難精確地分析。

大部分控制閥閥蓋用ASME一Ⅲ中的附錄X1分析，盡管這個附錄通常是為管線法蘭的分析準備的，但被公認為可以做閥蓋法蘭的分析。任何位于驅動裝置上的因地震導致的彎曲力解波轉換成一種“高值壓力”簡稱eq．一從而增加了閥門的設計壓力，閥蓋和體蓋螺栓就必須能承受住這種增加的法蘭結極壓力，Pfd=Pd+Peq)．如果用更復雜的方法計算壓力，那么計算壓力將更高。因為閥蓋是比需要的壓力強許多，所以計算壓力通常在限定的許可范圍乊l內。

閥蓋必須能支撐住固定在其上的驅動裝置人選些驅動裝置常常很大而從閥蓋上延伸到一個顯著的位置上，一個電站控制閥驅動裝置也許對整個系統有著明顯的動力影響。正是這些動力因素導致了閥蓋結極的絕大部分改變，這些結極的改變包括增加管壁和法蘭厚度和重新設計驅動裝置與閥蓋的連接方式少受力狀態，相反是增加硬度和穩定性。閥蓋越是堅固，電站控制閥各部件的總體上的固有頻率就越能保持得盡可能高。

電站控制閥驅動裝置：

電站控制閥驅動裝置是最受核動力工業抗地震限定條件影響的控制閥部件，曾一度被認為本質上簡單的控制閥驅動裝置已被其自身證明做樣品分析和為了增加固有頻率而做的改迚是同樣困難的。正像閥門中別的部分一樣，驅動裝置結極已基本上十幾年保持不變了；它的設計能力已在以礦物燃料為動力的工廠，造紙廠石油精煉廠以及所有大大小小的輪船上的多年應用中得到證明，直到閥門制造商不得不通過檢驗證明抗地震要求．才有了設計上的改變。

一個驅動裝置有兩個基本部件，支架和動力裝置，支架用于將驅動裝置固定在閥蓋上，以提供一個連接閥桿和驅動裝置的位置、以及提供一個用來安裝附件的位置(如彈簧膜片驅動裝置中的限位開兲和定位器等)。第二部分是動力源，典型的類型是彈簧膜板、氣缸、液壓千斤頂和電機。在大多數情冴下支架由鑄鐵制成，幵用一些大的緊固螺母與水蓋連接在一起，然而因為必須承受像地震這樣的動力負荷的需要．就必須改變設計。首先改變的是材質，最初所用的材質一鑄鐵非常適合最初的設計負荷，即主要的驅動一裝置推力。鑄鐵有一個問題，它很脆的材料對于大的沖擊負荷和低轉疲勞負荷損壞非常敏感，因此將鑄鐵材料改為鑄鋼材料、通常是ASTM一216WCB型，這個改變是容易實現的，因為設計和模具都是相同的．機加工也是相同的，只是材料改變而已。

下一個改變就比較困難，許多抗地震檢驗的結果證實支架和閥蓋的連接必須重新設計，緊固螺母比起初的設計性能要高，然而抗地震檢驗的動力負荷情冴結果中顯露出一些問題：首先，支架是支撐在閥蓋的小座上，這足夠支撐延伸出來的驅動裝置的推力負荷，因為所有組件都是受一壓力作用，然而，在電站控制閥驅動裝置的基部沒有足夠的支撐面來保持盡可能高的支架的堅固程度。

其次，緊固螺母在抗地震檢驗中傾向于松動．一次地震試驗的過程要比任何一次可能遇到的地震都劇烈，而且這種松動不像鑄鐵的斷裂那樣是災難性的。盡管如此，在緊固螺母這樣的兲鍵部位的松動也是不允許的。同時，緊固螺母的松動也有其它問題，它意味著支架和閥蓋間的連接一旦松動．驅動裝置接著就可能繞著閥桿軸線偏轉，從而導致像限位開兲和定位器元件的位移而造成失控。

電站控制閥驅動裝置和閥蓋兩者在連接上都做了改迚，設計的基本思想是在支架和閥蓋問提供一個大的接觸面，提供一個防止驅動裝置轉動和連接處的松動，使支架和閥蓋間的連接更堅同。在閥蓋和支架間提供一個大的接觸向的設計是相當容易的。閥蓋的澆鑄模型做了臨時或永久地改迚，以提供一個緊固驅動裝置的固定法蘭或是在州有閥蓋上焊接一塊平板．如何使驅動裝置堅固可取決于設計者的措施。連接方式見圖2．它包括最初的緊固螺母結極，其它的方式有；將電站控制閥驅動裝置根據和閥蓋法蘭螺栓相接或壓扳放于用螺栓固定閥蓋的位置上使驅動裝置緊固，或者通過閥蓋法蘭用螺栓直接固定在支架上。

電站控制閥驅動裝置設計中根據抗地震的基本原則也也迚行了部分修改.這些原則包括盡可能提高強度，減輕重量和降低整體的重心。盡管(這將在后就討論)這些改變的目的不是討論起來十分簡單，但實際上這些原則執行起來卻十分困難。例如：為了提高強度就必須增加材料(增加質量)，因為動力源必須支架腿支撐，重心也只能降低到有限的程度，很多情冴下為了適應抗地震必要條件就必須用結極鋼安裝驅動裝置或額外增加支撐。通常的情形是．一個給定尺寸的標。準驅動裝置必有一個在1OHz范圍內的固定頻率，為了抗地震需要而重新設計驅動裝置幾乎是迚行一個全新的設計。增加基座使用螺栓固定閥蓋。支架由結極鋼制成。主要是槽鋼，這是為了提高強度。在強度低的隔板箱上增設加同板，以消除彎曲，通過去掉多余的材料使重心降低。結果使驅動裝置在同樣的電站控制閥上有相同的功能。它的同有頻率完全在33Hz乊上。為了滿足核電站控制閥抗地震條件要求，電站控制閥驅動裝置經歷丁相當大的結極改迚。這些改迚包括材料、連接方式和總體結極的設計，結果是常常用一種類型的設汁和—項工程改革，就能滿足工業產口的需要。電站控制閥驅動裝置附件：

電站控制閥驅動裝置附件常見在類似彈簧膜片驅動的或氣缸驅動的這些氣動裝置上，固定在驅動裝置上的附件類型包括：限位開兲，電磁閥、定位器，空氣過濾調節器、空氣升壓器和電動氣動傳感器。附件的數量和類型以電站控制閥的功能和使用者的需要為準。電和電磁液壓驅動裝置附件通常包括在驅動裝置結極中，因此很少有問題。除此乊外．它們不需要像空氣接收器、電磁閥和空氣升壓器乊類設備同時也不需要那些紊亂的氣體管路。

在氣動裝置上這些附件同驅動裝置相比尺寸都比其要小，這就是說附件的安裝不會顯著影響整個電站控制閥部件的動力學特性。然而附件和它們的固定設備對閥門的抗地震能力確實有一定影響。

例如：考慮到限位開兲的安裝，如果用一種彈性的方式安裝，它就會失去與閥桿連接，因此就會結控制室傳導一個錯誤的信號。或者是將空氣接收器和電磁閥的撓性連接。撓性連接和它固有的大的偏移將不會產生像限位開兲的固定而導致的錯誤信號，但是它能使連接的銅管工作險難和斷裂．因此使閥¨不能工作，對于控制閥的抗地震要求來說。產生躇誤信號、氣體管路的斷裂和別的事件的収生是不合栺的。

附件的設計和安裝也必須根據驅動裝置的抗地震結極的原則：1)保持足夠高的硬度；2)有最小的體積；3)為了保持低重心，使有敁的重量盡可能低。通常附件的結極改變主要是利用安裝架，對于一般工業來說僅有的要求是固定元件使其能夠工作幵能承受裝運、安裝和正常操作，然而對于核電站的應用就不夠了。

舉一個例子，圖3a中的安裝架定位器是用于一般工業的，制作它很容易幵能很好地完成工作，但地震試驗結果顯示在地震狀冴下將會収生過多的偏移，“一般工業用”的安裝架在硬度上不能滿足核電站控制閥的抗地震要求。圖3b則表示了在一般工業用的安裝架上焊接一個角板，這些角板保證了強度，使偏移降到最小。為滿足抗地震要求對控制閥附件已迚行了設計上的改變，這些附件最明顯的改變是重新設計安裝架，其結果證明在震中產生的位移最小。

前景：

核電站控制閥抗地震要求的迚展是很難于預測的，同樣，電站控制閥將來的設計改迚也是難以預測的，但可以預測將來的収展不會像以前那樣快。已證明現存設備的抗地震情冴和當前設計對早期設計迚行不大的改迚是可能的，所有正在運行的核電站證明涉及安全的電設備能承受熱、輻射和潮濕的影響(據10CFR50、49)，許多設備已被“經檢定”的設備替代。以后的產品將注明合栺的抗地震設備，這對于最被建立的設有抗地震要求的老核電站或微型設備在設計中的增強是特別重要的。

也許新的抗地震設計設備將替代老設備，鑄鐵驅動裝置將被鑄鋼替代，緊固螺栓連接方式將替代緊固螺母連接方式，設備限制低的加速率幵且又有小的固有頻率條件將被堅同閥¨替代而且附件限制在3.Og或4.5g輸入加速度的水平上。

結束語：

核電站控制閥中抗地震設備的安裝是十個収展的過程，為適應這些要求電站控制閥的設計也得到収展。電站控制閥制造商為了滿足買主的需要既說，明了產品的結極設計又注明了功能設計。盡管抗地震限制條件的改迚情冴比以前變慢了，老核電站控制閥的擁有者也許需要用新的抗地震設備代替舊的設備，對他們來說為了滿足今天的抗地震限制條件，這些改迚是必要的。

第二篇：基于通信的列車控制系統概述

西南交大的課件第1節 基于通信的列車控制系統概述

《列控車載設備》、《列控地面設備》徐嘯明，中國鐵道出版社，2007 《閉塞與列控》付世善，中國鐵道出版社，2006

1.CBTC的發展前提和前景

19世紀中葉出現火車之后，立即就有人研究如何控制火車安全運行問題。早期，為了保證列車的安全，所以采用人騎馬作為列車運行先導，以后又用過在一定距離設置導運人員，揮旗來表達列車可否安全前行。1930年在英國開始第一次應用橫木式帶燈光的信號機，而美國在1932年采用在柱子上掛黑球或白球來對列車指示停車或通過。1941年臂板信號才正式誕生在英國。1932年莫爾斯電報機發明后，很快就引人到鐵路。1941年英國人提出閉塞電報機專利，并于1951年在英國鐵路獲得普及應用。1976年發明了電話，又為鐵路應用構成電話閉塞，這種方法至今在特殊情況下，如地震、洪水后等應急時尚有應用。

除了上述兩種方法，還有應用路簽機和路牌機方法，1979年英國人泰爾(Tyres)發明電氣路牌機，即兩相鄰車站各有一個路牌機，它們之間有電氣聯接，兩站之間有列車運行，一定要領到一個路牌才能作為運行的憑證。而在平時，在一個時間內只允許有一個路牌從中取出，以此保證行車安全。1999年英國人韋布和湯姆森(Webb and Thomson)發明了電氣路簽機，它工作原理與電氣路牌機相似，即平時在一組路簽機中只能取出一枚路簽供運行的列車司機作為行車憑證。

從宏觀來分析，列車運行控制系統實際上包含下列幾個部分： 1.車站的列車運行控制系統

它一般以車站聯鎖來表達。在一個車站內，將車站內的道岔，進站、出站、調車信號機，車站主干線、車站股道等三大部分之間按一定聯鎖關系構成系統，為列車創造行車進路或調車進路，它既要保證行車安全，又要保證行車效率。

2.區間的列車運行控制系統

它是指列車在所有車站與車站之間運行的控制系統，其目的是保證它們的安全運行、提高行車效率和提供信息。

3.駝峰編組站運行控制系統

從邏輯控制使用來區分，上述三方面系統是各自獨立的，即它們的硬件系統和軟件系統都獨立，它們的研究開發、設計、生產、使用等可以彼此不相干。但是從信息流而言，這三者之間有著千絲萬縷的聯系，因為任何旅客列車運行，都要經過車站和區間，而貨物列車則不僅有經車站、區間之外還有駝峰編組站。

從微觀而言，人們經常把列車運行控制系統指的是區間列車運行控制系統，而且往往簡稱為列車運行控制系統，但實際上在車站范圍的列車運行控制也屬于此范疇。在TTS-R中，列車運行控制系統占有重要的地位，因為它是協調運輸中速度、密度和載重三者之間關系，它也是提供列車運行實時信息等關鍵所在。在區間列車運行控制中，最基本的問題有以下三方面：

CBTC的發展前提和背景(點擊開始播放)(1)要保證任何一個運行中的列車是安全的，即它要與前行列車保持足夠的安全距離，不撞前行車，同時也要防護本列車，使后續列車也與本列車保持一個安全距離。為此，就必須決定本列車應該按什么速度行車，安全是行車的基本要求。

(2)在保證行車安全的前提下，還要使行車有效率。業主、旅客和貨主三者都對此有共同要求，而且它也是表征一個國家經濟是否發達的標志之一。

(3)在信息社會里，有關列車運行的信息也極為重要。因為運行管理者只有知道所有列車信息，它才能統籌管理；旅客關心的是列車什么時候開，什么時候到達目的地，中間又經過什么地方，沿路有否好風景；貨主關心的是什么時候可將托運的貨物送走，運行列車現在又在哪里?它什么時候到達貨物目的地?因此，列車運行中首先要提供最原始的“3W”信息，即：

1W——When——什么時間 2W——What——什么列車 3W——Where——在哪里

有了一系列基礎信息之后，才能派生出二次、三次等多次相關信息。

基于通信的列車控制(Communications-based Train Control，CBTC)系統獨立于軌道電路，采用高精度的列車定位和連續、高速、雙向的數據通信，通過車載和地面安全設備實現對列車的控制。CBTC已在全世界范圍內發展，它不僅在地面大鐵路得到推廣應用，而且在城市軌道交通系統，包括地下鐵道或快捷運輸線路也給以青睞。

基于通信的列車控制利用先進的通信、計算機技術。突破了固定閉塞的局限，實現了移動閉塞，在技術和成本上較傳統的信號系統有明顯的優勢。該技術無需在軌道上進行固定長度、固定位置的閉塞分區，而是把每一列車加上前后的一定安全距離作為一個移動的分區，列車制動的起點和終點都是動態的。列車的安全間距是按后續列車在當前速度下所需的制動距離加上安全余量計算得出。列車的最小運行間隔在90s以內，個別條件下可實現小于60 s的間隔時間。與傳統的固定閉塞、準移動閉塞技術相比移動閉塞技術實現了車載設備與軌旁設備不間斷的信急雙向傳輸，使列車定位更精確、控制更靈活，可以安全有效地縮短列車間隔，提高列車運行的安全性與可靠性。降低列車的運營和維護成本。

CBTC技術發源于歐洲連續式列車控制系統，經過多年的發展，取得了長足的進步。包括阿爾卡特、西門子、阿爾斯通等多家列車控制系統設備提供商均開發出了自己的CBTC系統，并在溫哥華、倫敦、巴黎、香港、武漢等多個城市的軌道交通線路上運行。我國于2004年投入運營的武漢輕軌是國內第一條采用CBTC方案的城市軌道交通線路。然而對于仍在運營的軌道交通系統，如何在不影響服務的條件下應用先進的信號系統，是運營商在考慮對信號系統進行升級時必須而對的問題。

迄今為止最大的，實現不同廠商CBTC系統設備互連互通的CBTC項目正在紐約地鐵進行，并準備將該技術用于改造紐約地鐵信號系統。1999年，電氣和電子工程師協會軌道交通運輸車輛接口委員會(IEEE Rail Transit Vehicle Interface Standards Committee，IEEE RTVISC)制定并頒布了CBTC技術標準《IEEE Std 1474.1一1999 KIEEE基于通信列車控制的性能和功能要求(第一版)》(“IEEE Standard for Communications-Based Train Control(CBTC)Performance and Functional and Functional Requirements”，以下簡稱標準)。準標準詳細定義了CBTC系統的功能，并規定了CBTC系統的列車運行間隔、安全性和可用性等技術指標。

第2節 CBTC的特點

1.CBTC的特點 移動閉塞系統通過列車與地面間連續的雙向通信。實時提供列車的位置及速度等信息，動態地控制列車運行。移動閉塞制式下后續列車的最大制動目標點可比準移動閉塞和固定閉塞更靠近先行列車，因此可以縮小列車運行間隔，使運營公司有條件實現“小編組，高密度”，從而使系統可以在滿足同等客運需求條件下減少旅客候車時間，縮小站臺寬度和空間，降低基建投資。此外，由于系統采用模塊化設計，核心部分均通過軟件實現。因此使系統硬件數量大大減少，可節省維護費用。

移動閉塞系統的安全關聯計算機一般采取三取二或二取二的冗余配置。系統通過故障安全原則對軟、硬件及系統進行量化和認證，可保證系統的可靠性、安全性和可用度。

無線移動閉塞的數據通信系統對所有的子系統透明，對通信數據的安全加密和接入防護等措施可保證數據通信的安全。由于采取了開放的國際標準，可實現子系統間邏輯接口的標準化，從而有可能實現路網的互聯互通。采取開放式的國際標準也使國內廠商可從部分部件的國產化著手，逐步實現整個系統的國產化。

在對既有點式ATP或數字軌道電路系統的改造中，移動閉塞系統能直接添加到既有系統之上。因此對于混合列車運行模式來說，移動閉塞技術是非常理想的選擇。

與傳統的基于軌道電路的列車控制系統比較，CBTC系統的優勢主要表現在以下幾點： 1.更簡潔

從硬件結構看，系統以控制中心設備為核心，車載和車站設備為執行機構，車、地列車控制設備一體化。從功能上看，聯鎖、閉塞、超速防護等功能通過軟件統一設備實現，不再分隔。因此，整個系統擺脫了積木堆疊式結構，而是一個統一的整體。系統結構更簡潔。

2.更靈活

系統不需要新增任何設備，自然支持雙向運行，而且不因為列車的反方向運行，降低系統的性能和安全。所以，CBTC系統在運營時，可以根據需要，使用不同的調度策略。此外，還表現在CBTC系統可以處理多條線路交叉，咽喉區段列車運行極其復雜的情況。另外CBTC系統內可以同時運行不同編組長度、不同性能的列車。

3.更高效

系統可以實現移動閉塞，控制列車按移動閉塞模式運行，進一步縮短列車運行間隔。另外，CBTC系統可以進一步優化列車駕駛的節能算法，提高節能效果。

CBTC目前已成為鐵路運輸及信號的技術人員和管理人員極度關注的問題，CBTC能得到如此廣泛的推廣和應用，主要和CBTC的使用特點有關系。

1.安全方面

目前TBTC系統中的控制停息流是開環的，即發送者只管發送，并不能確切知道接收者是否真正接收到所需信息，這并不能保證行車安全。

CBTC的特點(點擊開始播放)2.運輸效率方面

由于TBTC系統是固定自動閉塞系統，所有閉塞分區一經設計計算好，信號機就有固定位置，而每個閉塞分區的長度要求完全滿足最壞列車的運行安全的需要。所謂最壞列車，指它的牽引噸位是設計書中規定最重的，制動率也最低，有規定的運行速度，并且這種情況下在該地區的坡道值和彎道值條件下能夠在該閉塞分區內剎住車。這些條件顯然對于“好車”(主要是牽引噸位少、制動效率好等)有潛在的運輸效率。一旦規定了最高運行速度，在投產后，實際速度必須在規定范圍之下。因此，即使存在線路橋梁、車輛、機車有提速的可能，信號也限制了它們的發展，使得運輸效率受到限制，除非重新進行設計計算。

3.工程設計方面

在信號閉塞分區長度設計，即區間信號機的布置有嚴格的牽引計算來規定，工程設計人員必須一個閉塞區接著一個閉塞區進行設計。如果在投產后意欲提高運量，提高運行速度，加大運行密度，必須嚴格核實閉塞分區工程的可能性，這是比較費周折的。

4.信息方面

隨著信息社會的發展，對在線路上運行的列車，調度、旅客和貨主三者愈來愈希望能得到它們的實時信息，以便調度員決定要否修正運行圖，旅客能知道列車是否晚點，貨主能知道托運貨物何時能達目的地等等。

5.投資方面

在一次投資方面，希望減少因敷設電纜所需的40%的資金，并且希望新系統的性能/價格要比原有的更高；在日常維護投資開銷方面，希望提高勞動生產率來減少維護費用。

6.在天氣影響方面

希望避免晴天、雨天、下雪等影響，對原軌道電路必須經常作適當調整，以避免道碴受這些條件影響而帶來不穩定性，由此可能造成不安全性。

7.抗干擾方面

希望減少在TBTC系統中軌道電路受牽引回流帶來的干擾，以致使系統可能帶來不穩定性和不安全性。

8.維護工作方面

希望減少信號工人原來對軌道電路要沿線步行目視維護的繁重體力勞動。9.信息共享方面

希望列車的各種信息、多媒體通道等能為鐵路信號之外其他工種能共享信息，特別是機務、車輛、公安、工務、運輸等，特別希望能用多媒體信息，而且有車一地間的雙向通信。

CBTC的特點(點擊開始播放)10.改建方面

TBTC-FAS系統大部分是單向運行線路，要改為雙向運行，必須進行改建，而改建過程必定會嚴重影響運行，而且改造費用巨大。

11.與城市軌道交通共存問題

由于城市軌道交通系統一般都是客運、且運行密度大、速度中等、站間距離短和列車在站停留時間短等特點，所以它的列車運行系統在TBTC方面難以與地面大鐵路交通系統相兼容，但應用CBTC系統后，這類系統就容易相互兼顧，大交通管理同樣可以容易實現城市交通管理。12.通信媒體方面

有各種形式移動無線通信、漏泄電纜或各種漏泄波導、衛星通信、衛星定位、感應電纜等。

13.計算機方面

有各類小型、高可靠計算機，計算機控制用芯片、快速的數字信號處理芯片、各類接口芯片。

14.控制方面

有智能技術的高速發展、各類糾錯和檢錯技術來實現閉環控制、安全控制等。15.可靠性方面

有各類冗余技術、避錯技術、反饋糾錯技術、高可靠糾錯、檢錯編碼方案等。16.器材和工藝方面

小型、微型元器件的容易購買，生產工藝更趨于標準化。17.接口方面

各類接口標準及接口器材芯片的容易實現。18.認識方面

信息技術、高新技術的發展，促使鐵路信號技術提高技術水平和對這些技術的認識，感到這是發展方向，會給人們帶來進步，而且對CBTC的信賴性也在逐步增加。

基于需要與可能的結果，使CBTC在20世紀最后年份發展極為迅速，而在21下紀初期的發展勢頭將會更引人注目。

地鐵信號和列車自動保護系統(點擊開始播放)

在輪軌交通中，為保證列車運行安全，須保證列車間以一定的安全間隔運行。早期，人們通常將線路劃分為若干閉塞分區，以不同的信號表示該分區或前方分區是否被列車占用等狀態。列車則根據信號顯示運行，不論采取何種信號顯示制式，列車間都必須有一定數量的空閑分區作為列車安全間隔。

地鐵的信號原理也基于此，但由于地鐵的特殊條件對安全的要求更加嚴格。因此必須配備列車自動保護(ATP)系統。ATP通過列車間的安全間隔、超速防護及車門控制來保證列車運行的安全暢通。在固定劃分的閉塞分區中，每一個分區均有最大速度限制。若列車進入了某限速為零或被占用的分區，或者列車當前速度高于該分區限速，ATP系統便會實施緊急制動。ATP地面設備以一定間隔或連續地向列車傳遞速度控制信息。該信息至少包含兩部分：分區最高限速和目標速度(下一分區的限速)。列車根據接收到的信息和車載信息等進行計算并合理動作。速度控制代碼可通過軌道電路、軌間應答器、感應環線或無線通信等傳輸，不同的傳遞方式和介質也決定了不同列車控制系統的特點。

為了保證安全，地鐵ATP在兩列車之間還增加了一個防護區段，即雙紅燈區段防護，如下圖所示。后續列車必須停在第一個紅燈的外方，保證兩列車之間至少間隔一個閉塞分區。

圖12-3-1-1 示意

移動閉塞-基于通信列控系統(點擊開始播放)

傳統的固定閉塞制式下，系統無法知道列車在分區內的具體位置，因此列車制動的起點和終點總在某一分區的邊界。為充分保證安全.，必須在兩列車間增加一個防護區段，使得列車間的安全間隔較大，為此影響了線路的使用效率。

準移動閉塞在控制列車的安全間隔上比固定閉塞進了一步。它通過采用報文式軌道電路輔之環線或應答器來判斷分區占用傳輸信息，信息量大；可以告知后續列車繼續前行的距離，后續列車可根據這一距離合理地采取減速或制動，列車制動的起點可延伸至保證其安全制動的地點。從而可改善列車速度控制，縮小列車安全間隔，提高線路利用效率。但準移動閉塞中后續列車的最大日標制動點仍必須在先行列車占用分區的外方。因此，它并沒有完全突破軌道電路的限制。

移動閉塞技術則在對列車的安全間隔控制上更進了一步。通過車載設備和軌旁設備不間斷的雙向通信，控制中心可以根據列車實時的速度和位置動態計算列車的最大制動距離。列車的長度加上這一最大制動距離并在列車后方加上一定的防護距離，這樣便組成了一個與列車同步移動的虛擬分區，見下圖。由于保證了列車前后的安全距離，兩個相鄰的移動閉塞分區就能以很小的間隔同時前進，這使列車能以較高的速度和較小的間隔運行，從而提高運營效率。

圖12-3-2-1 移動閉塞示意

移動閉塞的線路取消了物理層次上的分區劃分，而是將線路分成了若干個通過數據庫預先定義的線路單元。每個單元長度為幾米到十幾米之間，移動閉塞分區即由一定數量的單元組成，單元的數目可隨著列車的速度和位置而變化。分區的長度也是動態變化的，線路單元以數字地圖的矢量表示。

早期的移動閉塞系統是通過在軌間布置感應環線來定位列車和實現車載計算機(VOBC)與車輛控制中心(VCC)之間的連續通信。現今，大多數先進的移動閉塞系統己采用無線通信系統實現各子系統間的通信。在采用軌旁基站的無線通信系統中，系統一般考慮100%的無線信號冗余率進行基站布置，以消除在某個基站故障時可能出現的信號盲區。

CBTC系統引人了通信子系統，建立車地之間連續、雙向、高速的通信，列車的命令和狀態可以在車輛和地面設備之間可靠交換，使系統的主體CBTC地面設備和受控對象列車緊密的連接在一起。所以，“車地通信”是CBTC系統的基礎，CBTC系統的另外一個基礎則是“列車定位”。只有確定了列車的準確位置，才能計算出列車間的相對距離，保證列車的安全間隔。也只有確定了列車的準確位置，才能保證根據線路條件，對列車進行限速或者與地面設備發生聯鎖。所以說車地通信是CBTC系統中的一條“明線”，列車定位則是CBTC系統的“暗線”，車地通信和列車定位共同構成CBTC系統的兩大支柱。

第4節 CBTC系統的原理

1.車地通信原理

2.列車定位原理

3.列車完整性檢測的原理 車地通信原理(點擊開始播放)

列車一地面間雙向通信技術，它是標志CBTC不同于TBTC的根本點。這類雙向通信方式與一般語音和數據的雙向通信在要求上又有不同，主要反映在要求高可靠性、實時性和安全可用性等多個方面，它類似于航空指揮通信。但是在實際環境方面不同，因為列車與地面之間有隧道、山區、高層建筑；它們在指揮范圍方面也有不同，因為列車經歷幾公里到幾百公里范圍內必有車站，而且區間又有多個列車在運行，車站又有不少列車停留；此外，列車又有電氣化干擾等。所以車一地之間雙向通信是比較復雜的問題。從目前已經開發應用而言，車一地之間雙向通信方式有下列幾種：

(1)查詢應答器——即如前所述，分為有源和無源兩種類型。這種方法的主要問題是只能實現點式通信，而不能實現連續式通信。

(2)軌道交叉電纜方法——它可以實現連續雙向信息。(3)漏泄波導方法——它可以實現連續雙向通信。

(4)GSM-R法——它是GSM連續無線通信系統的鐵路專用系統。

(5)擴展頻譜法(Spread Spectrum Radio)——是無線通信方式之一，早期它由軍方開發應用中具有良好抗干擾性能。擴展頻譜中“擴展”的含義是它使用比傳輸該信號所應有的頻譜更寬，一般它使用兩種方法：一種稱為跳頻(Frequency Hopping)法，另一種是直接序列法(Direct Sequence)。

在跳頻法中，傳輸端按某種事先已經的人為隨機序列型式的有規則的時隙來傳送信號，而最終結者則譯出相應信息。直接序列法是在系統傳送端發送一種清楚的隨機型數據位，而接收者懂得此類形式，然后將它譯成原有信息形式。在上述兩種方法中，直接序列法應用更為廣泛。

(6)TETRA無線通信法。(7)衛星通信法。(8)其他無線電通信方法。

CBTC系統的通信子系統主要有兩種形式：一種是系統初期基于感應環線電纜的感應環線通信系統；另一種是新近發展比較快的無線通信系統。

SelTrac.S40系統采用感應環線通信系統，沿線路鋪設銅質芯線、外皮絕緣的無屏蔽電纜，即感應環線電纜。環線電纜發送端連接通信發送設備，使環線電纜中保持一定強度的恒定電流。在列車上，安裝有接收天線和發送天線，接收天線通過電磁感應，接收地面感應環線發送的信息。反過來，當車載發送天線發送信息時，地面感應環線又變成為接收天線，接收車載設備發送的信息，從而實現車地雙向通信。感應環線通信系統的有關參數如下表所列。

車地通信采用主從應答方式，地面車輛控制中心VCC為通信主站，各個車載控制器VOBC為從站。VCC按順序輪流向VOBC發送命令，并要求相應的VOBC應答。VCC和VOBC通常的輪循周期為0.5秒，并保證最長3秒鐘內，列車和地面能夠交換信息一次。一個VCC通常連接多根感應環線，列車可以運行在不同感應環線上.所以，VCC還要負責確定列車在哪根環線上，然后將對應的命令發送到相應的感應環線上。無線通信技術正在帶領CBTC系統進入新的發展階段。特別是基于IEEE 902.11標準的無線局域網技術不斷發展成熟，CBTC系統可以直接采用由第三方廠商提供的基于開放標準的無線通信平臺，提高了系統集成度，并且減少了軌旁設備，系統的可維護性進一步增強。無線局域網不僅提供物理層和數據鏈路層服務，還提供網絡層和運輸層服務(即TCP/IP協議)。這使得車地通信更加透明，只要知道車載CBTC設備的IP地址，地面CBTC設備就可以直接向通信子系統發送信息，由通信子系統負責將該信息路由傳遞至車輛。而不再像感應環線通信系統那樣，需要由VCC確定將信息發送到哪一根環線。從而進一步簡化了地面CBTC設備的軟、硬件結構。

列車定位原理(點擊開始播放)

在TBTC系統中列車的位置只是靠閉塞分區占用來粗略定位。一旦列車進人某一個閉塞分區，不論該閉塞分區的長度，甚至列車在運行中跨占有兩個閉塞分區，對TBTC系統而言，它只知道列車占用閉塞分區，而不追問列車是在閉塞分區的頭部還是尾部，所以它只是粗略地提供定位信息，因此會影響運輸效率。但在CBTC則不然，它必須提供精確的定位，即列車的頭部是在什么坐標，在已知列車長度情況后，也必然知道列車的尾部在何位置。CBTC系統中對列車提供精確定位的作用有以下兩點：

1.從保證安全出發，一旦知道列車頭部位置，CBTC系統就能計算出它現在距前方列車尾部還剩余多少距離，或在距進站信號/標志還有多少距離，從此可以計算出本列車現在應是加速前進還是減速前進，或保持恒速，是繼續前進還是制動，假如是制動，則應采用何種級別制動，是常用制動還是緊急制動等等。總之，從行車安全出發，要絕對保證不發生追尾前車或闖紅燈。

2.從提高運輸效率出發，在允許條件下計算出本列車是否還可以提速或其他操作，保證與前行列車之間的間距(Headway)達到最小。

目前已經投人實際應用的列車定位技術有：(1)用車軸轉速轉測距定位法(2)查詢一應答器法(3)軌道感應電纜法(4)GPS法

(5)無線電信號距離測量法(6)光纖陀螺法(7)多譜勒雷達法(8)漏泄波導法(9)漏泄電纜法

列車完整性檢測原理(點擊開始播放)

在原有TBTC系統中通過應用軌道電路自然而然地能完成列車完整性檢測。因為只要一旦列車在中間環節發生斷勾等而殘留一節或幾節車輛在區間，軌道電路的分路狀態立即可以檢測，但現在CBTC系統不采用軌道電路，因此必須通過其他方法來檢測列車完整性。

一種解決檢測列車完整性的最好方法是在列車尾部安裝無線發信裝置，它能發出無線電信號給本列車的機車上車載裝置。一旦該信號中斷，就可以認為列車完整性出現問題。對于客運列車，在列車尾部安裝尾部發信裝置理論上是比較容易解決，當然它也有一系列實際問題，如哪個部門來負責管理，如何確定發送的信號內容，如何不受干擾，同時它也不干擾其他裝置等等。對于貨物列車應用此法則比較困難。理論上，在我國，按鐵道部頒發的《鐵路技術管理規程》第190條規定，在貨物列車尾部須掛列尾裝置，它的目的是為安全、效率、減少調車作業量等等，在此列尾裝置中自然也可以安裝“列車完整性信息發送裝置”，但它也同樣面臨著管理、調度、維護、責任者等多方面問題。另一種解決檢測列車完整性問題方法是司機通過檢查列車制動氣管壓力是否有突變來判斷，或者通過某種電子裝置檢測其壓力變化來確定。因為在正常狀態，列車管壓力是平穩的，若發生列車車輛車鉤斷裂而分成兩部分時，壓力會立即發生異常。對這種方法，已經有人試驗過，理論上是無問題，但實際上也有一定工程技術問題需要解決，諸如：車輛制動管的漏氣，“關門車”的存在等等。

總之，在實現CBTC時，列車完整性的檢測必須得到很好的解決。

第5節 典型移動閉塞系統的系統結構

1.典型移動閉塞系統的系統結構

2.CBTC系統的功能及結構

3.CBTC系統定義與分類

4.典型CBTC系統

5.CBTC系統的可靠性

典型移動閉塞系統的系統結構(點擊開始播放)

目前，世界上諸多信號供應商如阿爾卡特、阿爾斯通、西門子、龐巴迪和西屋等，均開發出了各自的移動閉塞技術并已經在全球廣泛應用。

典型的移動閉塞線路中，線路被劃分為若干個區域，每一個區域由一定數量的線路單元組成。區域的組成和劃分預先定義，每一個區域均由本地控制器和通信系統控制。本地控制器和區域內的列車及聯鎖等子系統保持連續的雙向通信，以控制本區域內的列車運行。列車從一個控制區域進入下一個區域的移交是通過相鄰區域控制器之間的無線通信實現。當列車到達區域邊界，后方控制器將列車到達的信息傳遞給前方控制器，同時命令列車調整其通話頻率；前方控制器在接收并確認列車身份后發出公告，移交便告完成。兩個相鄰的控制區域有一定的重疊，保證了列車移交時無線通信不中斷，見下圖。

（圖中虛線表示了無線蜂窩信號的重疊，車載無線電根據信號強度決定與哪一個軌旁基站進行通信。）

圖12-5-1-1 分布式移動閉塞技術的無線傳輸示意

某一典型無線移動閉塞系統的系統結構如右圖所示。該系統以列車為中心，其主要子系統包括：區域控制器，車載控制器，列車自動監控(中央控制)，數據通信系統和司機顯示等。

圖12-5-1-2 典型無線閉塞系統的系統結構

區域控制器(ZC)也就是區域的本地計算機，與聯鎖區一一對應。通過數據通信系統保持與控制區域內所有列車的安全信急通信。ZC根據來自列車的位置報告跟蹤列車并對區域內列車發布移動授權，實施聯鎖。區域控制器采取三取二的檢驗冗余配置。

冗余結構的ATS可實現與所有列車運行控制子系統的通信，用于傳輸命令及監督子系統狀況。車載控制器(VOBC)與列車一一對應，實現列車自動保護(ATP)和列車自動運行(ATO)的功能。車載控制器也采取三取二的冗余配置。車載應答器查詢器和天線與地面的應答器(信標)進行列車定位，測速發電機用于測速和對列車定位進行校正。

司機顯示提供司機與車載控制器及ATS的接口，顯示的信息包括最大允許速度、當前測速度、到站距離、列車運行模式及系統出錯信息等。

數據通信系統實現所有列車運行控制子系統間的通信。該系統采用開放的國際標準:以902.3(以太網)作為列車控制子系統間的接口標準.，以902.11作為無線通信接口標準。這兩個標準均支持互聯網協議(TP：Internet Protocol)。

CBTC系統的功能及結構(點擊開始播放)

一、CBTC系統的基本功能

CBTC系統的基本功能與其結構有關，而該結構又決定于它的應用類別，或稱它的應用水平。例如，CBTC-半自動閉塞、CHTC-FAS、CBT-MAS等。另一方面它又與在系統中僅是應用機車信號，還是有ATP、有ATC及ATO等。以下將給出不同應用水平級的基本功能。

1．構成閉塞功能

在TBTC系統中各種水平的應用均依靠軌道電路來構成閉塞，因為閉塞是保證行車的基本方法。現在CBTC系統中，則必須同樣具有構成閉塞區段的功能。在CBTC半自動閉塞系統中，采用進/出站口的標志器、查詢/應答器或其他類似設置來表明站間閉塞的分界口，并且要達到在出站標志之后一定使用某個專用頻率來區分，用這個頻率來構成機車信號以供給司機(指最低應用水平)，或用此信號顯示供給車載設備上ATP系統(指較高一級應用水平)。CBTC中的閉塞功能可以是固定的，也可以是移動的。目前在CBTC-半自動閉塞系統中的閉塞區段長度相當于站間長度，而在CBTC-MAS系統中則為最短，其長度為本列車常用制動所需的距離附加安全距離。所以閉塞功能也是保證安全功能。

2．系統具有定位功能

在CBTC系統中定位精度愈高，則系統可使行車效率愈高。3．系統具有計算功能

CBTC系統要有能力計算出在給定最大允許列車車速條件下本列車目前最大可能達到的車速。因為在任意一個移動閉塞區間，列車只能依據各種動態和靜態參數，以及其定位值和實際速度來計算出應有速度，才能保證安全。

4．CBTC系統必須向系統的地面設施和車載設施及時地、動態地給出相應的參數和運行狀態，以備司機人為或車載設備自動地作出應有的操作。

5．CHTC系統為管轄范圍內列車及地面設施提供良好的雙向通信功能，它不僅提供運行列車的參數，而且也應提供非信號范圍內的各種有關參數，滿足信息社會所需的數據要求。

6．CBTC系統應具有良好的記錄功能，即不僅在車載設施上，而且還應在地面設施有記錄。這種記錄應起到雙重作用：(1)為改善列車運行性能，為提高運行質量分析用的記錄；

(2)發生任何車禍后，有可能從記錄設施中尋找出發生事故的原因，進行有效的分析，它類似于航空系統的“黑盒子”功能。

以上提到的大部分是基本功能，在應用技術較高等級CBTC系統，則其功能還應具有：(1)ATP系統的全功能；(2)ATC系統的全功能；(3)ATO系統的全功能。

7．遠程診斷和監測功能，用于改善CBTC系統的可靠性、可用性及安全性。因此，CBTC的車載設施、地面設施均應設計有遠程診斷的接口，允許系統在運行過程中發生故障立即發出相應信號給地面綜合診斷臺，以便及時地采取相當措施。這個功能當然是比較復雜，CBTC系統至少從一開始設計時留有余地。

CBTC的定義可以通過它的總特點來描述，即利用無線通信媒體來代替軌道電路達到車一地之間的信息傳輸，而在此基礎構成的列車運行控制系統，都可稱為CBTC系統。它涵蓋了大量不同名稱的系統，從此也可見CBTC系統并不是只有一種體系結構，或者說，CBTC的系統中所應用的技術并不是完全相同，因而它們所完成的功能也可能不是同一水平和同一內容，因此對CBTC系統就有分類的必要。但是由于通信技術的飛速發展，所以要對CBTC進行詳盡的分類實際上非常困難，以下將是根據目前技術水平進行的參考性分類。

一、從閉塞分區實現來分類

從閉塞分區進行分類可以有下列幾種：(1)基于通信的固定自動閉塞運行控制系統；

(2)移動自動閉塞運行控制系統。基于通信的固定自動閉塞運行控制系統(CBTC——Fixed Autoblock System—CBTC-FAS)表示閉塞分區是固定不變的，它像TBTC-FAS一樣，閉塞分區是通過區間牽引計算來求得其長度，而CBTC-FAS與TBTC-FAS的根本區別是前者采用雙向通信技術來達到車一地之間信息交換。

在每個閉塞分區的始端可以沒有固定信號機作為防護，它的信號顯示是依據控制中心在計算基礎上給定。下圖是全部用移動無線通信的CBCT-FAS系統，它經過調制的無線頻率RF使移動列車與控制中心相聯系，車站控制中心則依據區間各列車的實際分布，計算出保護信號機可以給出的信號，通過無線中繼設備與保護信號機線路設備LI/O相連，后者經譯碼后給出信號顯示。它同時也返回收到的信息及狀態顯示送給無線中繼設備轉控制中心，由此構成信息流的閉環。與此同時，運行中的列車也隨時與線路設備LI/O相聯絡，報告它的定位與其狀態信息等，以構成車一地之間的雙向通信。

圖12-5-3-1 CBTC-FAS示意1 應該指出，在上圖所示的CBTC-FAS中，可以仍然保留軌道電路。但是它的作用不是為了構成閉塞系統的調節環節，而僅是為了檢測列車的存在及其完整性。正因如此，軌道電路長度要短一些，并不希望增長，它的長度可縮短到系統造價不要由于電纜的存在而占有重要成分。因為軌道電路縮短后，在運輸效率方面可以獲得提高。

上圖無線方法在FAS中應用也可以保留，它是CBTC-FAS的標志。在CBTC-FAS系統中還有用軌道間交叉感應電纜。下圖是示意圖：

圖12-5-3-2 CBTC-FAS示意2 移動自動閉塞運行控制系統(CBTC——Moving Autoblock System，CBTC-MAS)表示這類系統也有閉塞分區，但此時閉塞分區有下列特點：

(1)閉塞分區長度是可變的，它是依據列車本身參數及其所在地段參數實時計算出米的。

(2)閉塞分區隨列車運行而移動。(3)在CBTC-MAS中閉塞分區已經不再應用地面信號，而且也不需要地面信號，它在車載設備系統顯示屏上，指示出本車距前行列車尚有多少距離，或距離進站的距離等等。

CBTC系統定義及分類1(點擊開始播放)

二、根據CBTC中車一地之間通信方式不同來分類 CBTC的種類又可以分為：

(1)采用全程移動無線通信方式，例如目前在歐洲廣泛應用的GSM-R方式。(2)采用軌道交叉電纜方式，見下圖(3)采用漏泄電纜或漏泄波導方式。

(4)采用查詢一應答器方式，即在每個信號機處在相應一側或軌道間設有雙方向作用的應答器，而所有地面應答器之間均有電纜相聯。應答器取得通過列車的車速等信息，它向下一個應答器給出前來列車信息，下一個應答器由此給出相應信號顯示。當然在這種系統中，一方面列車設有超速防護系統(ATP)，另一方面還應設有連續式無線移動通信系統，同時應與車站聯鎖相聯以及與調度集中系統相聯。這種系統僅在列車密度較小、車速較低范圍內應用。

采用衛星通信系統，用它構成列車運行間隔控制系統。下圖是其示意圖。這種系統在1990年日本鐵路試用過，衛星在東經150'的靜止軌道上運行，它距地面約37000 km，它是一個通用型通信衛星。在地面的先行列車將自己列車編號、列車速度、列車位置等信息通過衛星給后續列車，后者經運算后決定自己可以走行的最高速度。出于安全，這類系統只在低速、低密度、小運量地區才能應用，因為它缺少安全保障。除非另外增加其他設備。

圖12-5-3-3 CBTC-FAS示意3 CBTC系統定義及分類2(點擊開始播放)

三、根據CBTC應用控制技術水平的高低可以進行分類(1)無線半自動閉塞的一種方式如下圖所示。這類應用技術水平較低級別的CBTC系統一般適應在新線、運量較少或速度較低，或該地區人煙稀少，生活困難地區，因為所有小車站的設備均可以采用遙測和遙控來指揮，所以可減少鐵路信號技術人員或工作人員。

(2)采用CBTC應用技術水平較高的系統，例如，用CBTC-MAS系統等。

圖12-5-3-4 無線半自動閉塞示意

CBTC系統定義及分類3(點擊開始播放)

四、根據應用CBTC后區間閉塞方式來分類 根據應用CBTC后區間閉塞方式來分類，可以有： 1.CBTC半自動閉塞方式 這種閉塞的特征是：

① 兩站之間區間只允許有一列車在運行；

② 任意車站要向區間發車，發車站必須同時與接車站協同操作辦理閉塞手續，即接車站同意接車條件下才能辦理發車；

③ 發車站要發車，其先決條件是必須檢查到區間確實是空閑無車，否則是不安全的，不得發車；

④ 發車站在辦理好協同發車手續后才能人工開放出站信號機。當列車出發后，出站信號機立即自動關閉，在未再次辦理發車手續前，該出站信號機不得再次開放；

⑤ 區間運行的列車到達前方接車站后，并由車站管理人員確認列車是完整后，該接車站立即關閉進站信號機，并辦理解除兩站間閉塞手續，使兩站間的區間恢復空閑等待狀態。

在該CBTC-半自動閉塞系統中，無線通信的作用使出發站給機車司機發出無線機車信號，而發出該信號的顯示是與發出出站信號機顯示相互關聯的。即前者只是在出站信號機允許發車的顯示下才能獲得機車信號，此時無線機車信號可以有記錄為憑。此外，區間列車到達接車站前同樣可以獲得進站信號一樣顯示的無線機車信號顯示，以避免司機在目視路旁信號機時遇到困難，這些顯示也都記錄在案。所以，CBTC-半自動閉塞要比TBTC-半自動閉塞更為方便、清楚、有責任感和安全感。

2.CBTC-自動站間閉塞方式

這種方法與CBTC-半自動閉塞相類似，只是其辦理手續是自動的。具體而言是：發車站與接車站均有區間是否占用的檢查設備，因此發車站要發車，區間占用檢查設備自動檢查它實屬空閑，兩站自動辦理閉塞手續，并自動開放出站信號機。在列車到達接車站并自動檢查列車完整性后立即自動關閉進站信號機。CBTC自動站間閉塞也同樣有無線機車信號，它與CBTC-半自動閉塞方式相似。CBTC自動站間閉塞的最大優點是：

① 它可以集中遙控閉塞手續，不一定在每個站都要有車站值班人員來檢查區間是否空閑、列車是否已完整地到達等人工檢測作用，提高勞動生產率。

② 由于一切手續和檢測是自動的，它可節省辦理閉塞手續的時間，從而可以提高整個區段的通過能力。當然，在CBTC-自動站間閉塞方式情況下必須投人相應設備，特別需要有冗余設備，用以提高系統的可用性、可靠性與安全性。

3.CBTC-電子路簽閉塞方式

區間閉塞方式的路簽閉塞是100年前就開始應用，中國鐵路在建國初期也有大量應用。從20世紀90年代中開始，在計算機技術、電子網絡技術及通信技術的推動下，鐵路的路簽閉塞方式發展為電子路簽閉塞方式，即不存在路簽實物，而是存在電子路簽(軟件)，它在有關計算機及網絡中按一定的軟件協議運行。

采用無線數據電臺進行列車與車站之間雙向通信來構成CBTC的低級系統——CBTC-半自動閉塞系統。例如圖9-13所示。其中列車與車站控制均有無線數據通信設備，但它們作用的距離有限，例如列車接近車站的4~5km范圍內才能構成雙向無線數據通信。在這類CBTC-半自動閉塞系統中，為了構成半自動閉塞系統，并保證區間只允許存在一個列車運行，所以必需設置類似計軸器之類設備，如圖9-13中用符號T/T所示，它是用來檢查兩站之間運行列車完整性，以確保運行安全。因為發車站的計軸器計數到列車軸數后，可用有線通知前方站。當計軸器T接收到同樣軸數的列車后表示列車已完整地撤離兩站之間區間，始發站才可能再發出下一列車。為了保證CBTC系統中數據電臺的正常工作，所以在線路上還輔助設置應答器A、B、C，其中應答器A提供列車信息：列車已進入到區間，它的工作頻率將變更到新頻率，例如原來為頻率F，則現在將是頻率F，這是為了防止無線干擾。應答器B提供信息，通知經過的列車已進入雙向數據傳輸信息范圍，列車應收到接受車站發來的機車信號信息，這是為了保證行車安全用。各應答器也同時提供列車接近車站的精確里程標。應答器C告訴通過列車本車站準備了哪個股道接車，運行速度上限值為多少等有關信息。在該系統中，列車經過應答器B之后，車站與列車上的無線數據通信電臺就反復雙向通信，其中包括列車告知車站來者列車編號、時速、去向等等信息，而車站告知列車應以何種速度進站或站前停車，進站內何股道，是停車還是通過等等有關信息。

典型的CBTC系統IEEE CBTC標準列舉了典型的CBTC系統的功能框圖，如右圖所示。

圖12-5-4-1 典型的CBTC系統的功能框圖示意

整個系統包括“CBTC地面設備”和“CBTC車載設備”，地面和車載設備通過“數據通信網絡”連接起來，構成系統的核心。功能框圖中還單獨列出了“聯鎖”功能模塊，該功能模塊與CBTC地面設備連接。考慮到不同的線路長度可能需要多套的CBTC地面設備，所以在典型框圖中還列出了“相鄰的CBTC地面設備”模塊。最后，在CBTC設備的基礎上，增加ATS模塊，用于實現系統的ATS功能。以上列舉的是CBTC系統的典型結構，實際的系統可能由于不同的設備提供商、不同的工程需要而有所差異。但是，所有CBTC系統均采用數據通信網絡，連接CBTC地面和車載設備，實現ATP功能，控制列車安全運行。

阿爾卡特SelTrac.S40系統

武漢軌道交通一號線一期工程采用了阿爾卡特公司提供的SelTrac.S40列車控制系統，這是國內第一套投人運行的基于通信的列車控制系統。

SelTrac.S40系統結構如下圖所示。

圖12-5-4-2 SelTrac 系統示意

系統分為管理層、運算層和執行層三個層次。車輛控制中心VCC(Vehicle Control Center)是整個列車控制系統的核心。VCC運行系統控制軟件，負責列車安全間隔、列車允許速度和進路聯鎖等邏輯運算。VCC的運算結果以通信報文的形式通過通信子系統發送給執行單元。

執行單元包括車載控制器VOBC(Vehicle On-Board Controller)和車站控制器STC(Station Controller)。VOBC安裝在列車上，它通過感應環線通信子系統，接收VCC發送來的目標距離和允許速度等命令，然后根據這些命令安全地控制列車運行。同時，VOBC還根據VCC的要求，按時向VCC發送列車實際運行速度、位置等信息。執行單元的另一部分是車站控制器STC，它負責按照VCC的命令，扳動道岔并鎖閉在要求位置。STC也須要根據VCC的要求，向VCC報告道岔狀態。STC和VCC之間通過單獨的冗余通信通道連接。

從上面的介紹可以看出，SelTrac.S40系統以VCC為“大腦”，STC和VOBC為“智能”的“手和“腳”，通過感應環線通信子系統這根“神經”連接起來，構成一個有機的整體，系統結構比較簡單。

另外，為了實現列車運行圖自動調整、人機界面等 ATS功能，系統設有管理層一系統管理中心SMC(System Management Center)。SMC與VCC連接，將人機命令、調度請求等發送給VCC，由VCC驗證、執行這些命令，控制列車運行。

一、利用馬爾可夫模型分析CBTC安全可靠性

CBTC具有可維修性，并且對系統的安全性會產生重要影響。在建立模型分析系統安全性時應考慮系統的這一特點。馬爾可夫過程是分析可維修系統的常用工具。為此，需假定組成系統的各單個壽命分布及維修分布均服從指數分布。馬爾可夫模型的缺點是狀態個數隨器件個數呈指數增長。例如，描述一個由20個器件組成的系統需要10個狀態，而40個器件組成的系統需要10個狀態描述。CBTC是一個由大量器件、子系統組成的大系統，系統的組件可能上千個，必須很好地解決狀態空間激增問題，才能利用馬爾可夫過程分析系統的安全性。

根據CBTC特點，采用系統分解及模型壓縮的方法解決狀態空間的激增問題。由于在CBTC中不同類型設備的故障在導致行車事故方面相互并不影響，例如：道岔的故障對任何機車設備的故障是沒有影響的。所以，可以為彼此獨立的一類設備分別建立子模型，單獨分析各類設備故障對系統安全性的影響，再組合各子模型的結果獲得系統的故障率。此外，CBTC的一些子系統具有對稱特性，例如，CBTC中一個道岔的子模型中含有100個道岔，假定每一個道岔的故障對系統安全產生的影響相同，在對該子模型進行分析時就沒有必要區分具體是哪一個道岔發生故障，而只需要區分有幾個道岔發生故障。因此，該子模型有101個狀態，即0個道岔發生故障，1個道岔發生故障、??，100個道岔發生故障，根據子模型的這一特點，可以忽略一些出現概率極低、對系統安全性影響很小的事件，對子模型進一步簡化。

CBTC中的一些設備發生失效將導致系統降級工作，此時系統暴露在人為失誤之中，對應地需要分析人為因素對系統安全性的影響。一些設備發生失效將導致系統進入故障一安全狀態，對應地需要分析設備故障覆蓋率對系統安全性的影響。

二、人員因素的分析

現有列控系統是以人觀察信號，控制列車加速、制動，以形成對列車的閉環控制。人在現有列控系統中代表一個單點故障，即在任何時間、地點都有可能因為人為失誤而導致事故發生。從以往鐵路行車事故的統計數字來看很大一部分是由人為失誤造成的。CBTC中由硬件實現對列車的閉環控制。操作人員發出錯誤指令時，硬件將發現、提示并制止其在系統內的進一步傳播。如果硬件失效，系統降級為由人員控制，則系統將暴露于人為失誤之中。由于CBTC的人機交互特性，在馬爾可夫模型中應同時包含人和硬件的因素。C BTC的一個簡單模型如下圖所示。

圖12-5-5-1 CBTC簡單模型

上圖中，.N為設備的故障率和修復率；H為導致事故的人為差錯率；μ為人的“修復率”

狀態1：硬件、人員正常工作； 狀態2：硬件故障;狀態3：系統處于危險狀態。狀態3的微分表達式為：

dP(t)/dt = H P(t)-μ P（t）（t）..................9.1 假定人員隨機地以固定差錯率引入錯誤，故不同于硬件設備的是人具有“瞬時修復”特性。即在犯下一次錯誤前不需要“修復”。當P(t)約為一個很小的正數時，則P(t)的導數為一個很大的負數，P(t)約迅速變為0。系統進入狀態3后立即轉移回狀態2。狀態3是一個“虛擬狀態”，刪除狀態3對狀態

1、狀態2的穩態概率沒有影響。用一個“虛擬轉移”來捕捉人員的“瞬時修復”特性。修改上圖如下圖所示。

圖12-5-5-2 修改后的示意

利用事故率衡量系統的安全性，則人為因素引發事故的概率： A= H * P(t)......................9.2 由于狀態2存在降低了系統暴露于人為錯誤的時間，使得系統的安全性提高。

三、設備的故障覆蓋率

設備的故障覆蓋率為設備發生可測故障的概率與設備發生故障的概率的比值。如果設備僅由非涉安單元組成，CBTC系統將檢測到設備故障，設備的故障覆蓋率為1。如果設備包含涉安單元，涉安單元的雙機發生共因失效，則比較功能喪失，可能輸出合理危險的結果，導致行車事故，設備的故障覆蓋率小于1。假定設備由一涉安單元（雙機比較）和一非涉安單元（單機）組成，將單元失效劃分為獨立失效和共因失效。獨立失效是指非涉安單元失效或涉安單元中的一單機失效。共因失效是指共同的應力作用下，雙機比較單元的雙機同時一致地發生了失效，比較功能喪失。根據比較輸出結果對系統安全性的影響，將共因失效劃分為安全共因失效和危險共因失效。該設備的狀態轉移圖如下圖所示。其中效率、狀態及狀態轉移有如下解釋：

下圖中，λ，λ為非涉安、涉安單元獨立失效率；λ，λ 為涉安單元安全、危險共因失效率。

狀態1：兩個單元均正常工作。

狀態2：系統降級工作或進入故障一安全狀態。狀態3：系統處于危險狀態。

狀態1→狀態2：當單機單元或雙機比較單元發生獨立失效或雙機單元發生安全共因失效（雙機比較功能喪失，比較輸出不合理結果），系統將檢測到設備失效，系統降級工作或進入故障安全狀態。

狀態1→狀態3：:雙機比較單元發生危險共因失效(雙機比較功能喪失，比較輸出合理結果，保守地認為這種情況都將導致事故發生)系統處于危險狀態。

該設備的故障覆蓋率為：

C = P/(P + P)............................9.3

圖12-5-5-3 設備狀態轉意圖

子模型的狀態轉移圖

根據CBTC中設備失效對系統的影響將其分為兩類。一類是設備發生失效后，系統進入故障一安全狀態，稱此類設備為故障一安全型設備，需要考慮設備故障覆蓋率對系統安全性的影響。例如，道旁設備由于WIU發生獨立失效，系統進入故障一安全狀態，ROC發布命令，控制列車在相應道岔前停車，由司機與調度員確認道岔方向后，駕駛列車通過該道岔。保守地認為，WIU發生危險共因失效將引發行車事故。另一類是設備發生失效將導致系統降級操作，此時系統暴露于人為失誤之中，稱此類設備為故障一降級型設備，需要考慮人為因素的影響。例如，車載設備的通信單元發生獨立失效將導致ROC無法獲取列車的位置、速度信急或車載設備無法接收ROC的控制命令。此時調度員只有通過無線列調(語音)與受影響列車的司機保持聯系，控制列車運行至故障解除。這段時間內調度員和司機的失誤都可能引發事故。如果無線列調設備也發生故障，則相應列車必須停車等待故障單元被修復。車載設備的命令執行單元發生危險不可測失效將引發行車事故。在此，分別為兩類設備建立子模型，分析其對系統安全性的影響。假定系統由100個同類故障一降級型設備和故障一安全型設備組成，每個設備均由一個涉安單元和一個非涉安單元構成。每種設備對系統安全性的影響是相互獨立的，分別為兩種設備建立子模型，其狀態轉移圖示如上圖所示。

圖中，λ、μ、，C分別為設備的失效率、修復率、故障覆蓋率。狀態i = 0，1，2，3分別表示0，1，2，3個設備發生故障。每個設備失效將使系統暴露在調度員和一個司機的人為錯誤之中。

假定3個以上的設備發生故障的概率極低，可安全地忽略這些事件對系統安全性的影響。故障一降級型設備對系統安全性的影響為：

.................................................9.4 圖中，λ、μ、，C分別為設備的失效率、修復率、故障覆蓋率。狀態j= 0，1，2表示0，1，2個設備發生故障。

假定2個以上的設備發生故障的概率極低，可安全地忽略這些事件對系統安全性的影響。故障一安全型設備對系統安全性的影響為：

......................9.5

圖12-5-5-4 圖一

圖12-5-5-5 圖二

CBTC communication based train control system ：自從通信技術特別是無線電技術飛速發展以后，人們就開始研究以通信技術為基礎的列車運行控制系統。它的特點是用無線通信媒體來實現列車和地面的雙向通信，用以代替軌道電路作為媒體來實現列車運行控制。CBTC的突出優點是有車——地雙向通信，而且傳輸信息量大，傳輸速度快，很容易實現移動自動閉塞系統，大量減少區間敷設電纜，減少一次性投資及減少日常維護工作，可以大幅度提高區間通過能力，靈活組織雙向運行和單向連續發車，容易適應不同車速、不同運量、不同類型牽引的列車運行控制等等。在CBTC中不僅實現列車運行控制，而且可以綜合成為運行管理，因為雙向無線通信系統，既可以有安全類信息雙向傳輸，也可以雙向傳輸非安全類星系，例如車次號、乘務員班組號、車輛號、運轉時分、機車狀態、油耗參數等等大量機車、工務、電務等有關信息。利用CBTC既可以實現固定自動閉塞系統(CBTC-FAS)，也可以實現移動自動閉塞系統(CBTC-MAS)。在CBTC應用中的關鍵技術是雙向無線通信系統、列車定位技術、列車完整性檢測等。在雙向無線通信系統中，在歐洲是應用GSM-R系統，但在美洲則用擴頻通信等其他種類無線通信技術。列車定位技術則有多種方式，例如車載設備的測速-測距系統、全球衛星定位、感應回線等。

基于通訊的列車控制(CBTC)系統的發展 李毓璋

摘要

通訊式列車控制(CBTC)系統是一個連續、自動化的列車控制系統，是利用高解析技術偵測列車位置，是一不受道旁控制迴路支配的；是一個連續的、高容量且雙向作用（從列車到軌道邊）的數據通訊系統，而列車運輸及軌道旁處理程序有執行自動列車保護功能之能力，也可以有自動列車操作與自動列車監督等功能。臺北大眾捷運系統於2003年6月，由臺北市政府捷運工程局機電系統承包商加拿大龐巴迪交通運輸集團，引進此種先進技術取代舊有木柵線及新建內湖線的號誌通訊系統。

一、緣起

傳統列車的保護系統受到只能對已存在的軌道旁控制迴路作列車位置的確定、列車操作指令被限制在幾個方向上的道旁設備的信號指示或是駕駛室內少數的速度指令等限制。因而有逐步朝一個連續自動化列車控制系統，利用高解析測定列車的位置，能不受軌道電路的支配、有連續的高容量、雙向作用（從列車到道旁邊）的數據通訊及具有執行列車運轉及道旁處理能力之方向發展。

由各種研究與實際的操作經驗顯示，當將通訊式列車控制(CBTC)系統與其他較傳統的號誌系統作比較時，應用通訊式列車控制(CBTC)系統提供了較低的開辦以及營運成本、較高的容量及在沒有犧牲操作速度之下縮短距離、更高的可靠性、更大的安全性而且增強了遠距離列車操作的監視與控制之優點。

位於紐約市的公園大道上的電機電子工程師協會(IEEE)，擁有超過二十多種有關控制、設計、鐵路電車之建造與鐵路控制系統等規格標準。也對CBTC系統方面訂定有兩項標準：一個是一九九九年的IEEE1474.1標準，係關於CBTC性能與功能的規定；另一個是在2003年晚期發佈的IEEE1474.2標準，那是對於CBTC系統用戶界面之規定。

在IEEE1474標準裡的CBTC定義：為列車的位置、速度及方位，是藉由一個連續的雙向通訊環節，從車輛電腦到道旁電腦來傳遞的。同樣地，也在IEEE1474裡有解釋，CBTC系統不需要道旁電路來偵察列車。

然現今在使用的大部分CBTC系統，均是利用近場電磁感應的環形線路(IL)來傳送。以無線電頻率(RF)傳送為基礎的較新的CBTC系統正在浮現而且是這個工業的趨勢。

幾個RF-CBTC計畫正在發展中，如舊金山機場捷運的龐巴迪Flexiblok自動列車控制技術（現以改名為CITYFLO 650自動列車控制技術）以及新加坡東北地鐵線的阿爾斯通URBALIS 300（現在稱為MASTRIA）兩個，現在已完全營運了。費城的Surface Torlley地鐵線預期在2004年起用，而拉斯維加斯單軌電車的RF-CBTC系統已在2004年的七月起用。西門子現在正在為紐約地鐵卡那西線、巴塞隆納及巴黎大眾運輸網路（RATP）升級它的Meteor IL-CBTC技術（首先展開的是RATP的新14線）到RF。同樣地，阿爾卡特也正在替RATP 13線、香港及南韓升級它的Seltrac技術從IL到RF。

CBTC系統在全世界至少有八個鐵路系統在使用它（包含舊金山市政鐵路以及底特律都會大眾運輸）；至少有八個系統目前正在架構中（包括舊金山市區BART捷運、舊金山新的大眾運輸以及紐約甘乃迪國際機場捷運）；一個CBTC系統正在紐約大都會捷運局/長島鐵路計畫中；另目前至少有七家不同的賣主正在積極的提供CBTC系統，

第三篇：自動售貨機PLC控制系統背景概述

自動售貨機PLC控制系統背景概述

-----0920332--26

陳錦

自動售貨機是臺機電一體化的自動化裝置，在接受到貨幣已輸入的前提下，靠觸摸控制按 扭輸入信號使控制器啟動相關位置的機械裝置完成規定動作，將貨物輸出。

據說世界上最早的自動售貨機出現在公元前3世紀，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機。17世紀，英國的小酒吧里設有了香煙的自動售貨機。在自動售貨機歷史的長河中，日本開發出實用型的自動售貨機，那是在進入本世紀后的事。日本第一臺自動售貨機是1904年問世的“郵票明信片自動出售機”，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機器。1925年美國研制出售香煙的自動售貨機，此后又出現了出售郵票、車票的各種現代自動售貨機。自動售貨機的真正普及是在第二次世界大戰以后。50年代，“噴水型果汁自動售貨機”大受歡迎，果汁被注入在紙杯里出售。后來，由于美國的飲料大公司進入日本市場，1962年，出現了以自動售貨機為主體的流通領域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而促進了自動售貨機產業的發展。20世紀70以來，出現了采用微型計算機控制的各種新型自動售貨機和利用信用卡代替錢幣并與計算機連接的更大規模的無人售貨系統在日本和歐美發展起來。

在日本，70％的罐裝飲料是通過自動售貨機售出的；全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺飲料自動售貨機。在日本全國各地，共設有550萬臺自動售貨機（據1998年的統計），銷售額達6兆8969億4887萬日元，為世界第一。在售貨機的顯示屏幕上進行操作，輸入商品號碼和購買數量，并投入錢幣后，商品就會從取貨口出來，甚至從食品自動售貨機上還能買到熱呼呼的面條和米飯團。雖然日本的自動售貨機總臺數低于美國（據1997年的統計為689萬臺），但是，從人口占有數來看卻是世界上最高的，美國平均三十五人占有一臺，而日本為二十三人占有一臺。在一些國家，自動售貨機的商品銷售額占全國零售業的六成以上，并以每年10%的速度遞增。

從1992年開始有部分來自日、韓等國引進的舊機器擺放國內市場，到自行研制和生產自動售貨機，我國各廠家、商家蹣跚起步，艱難創業，已為國內零售業開辟了一片新天地。1999年以后，它逐步進人中國市場。如今，在機場、地鐵、商場、公園等客流較大的場所，不難發現自動售貨機的身影。顧客只要投入5元、10元、20元的紙幣或硬幣，就可以方便地買到諸如飲料、口香糖等小商品。作為一種前衛的零售方式，自動售貨機受到了喜歡追逐時尚的年輕人的歡迎。中國自動售貨業的發展比較緩慢，國內市場由于僅僅屬于市場導入期，幾乎還談不上競爭之說，滿眼望去，幾乎到處都是未開墾的國內市場。目前，中國的自動售貨機擁有量約為4萬臺，相對于13億的人口，這個數字微不足道。即使是按現在中國城市人口3.9億人計算，平均每10000城市人口中才有一臺自動售貨機。

從自動售貨機的發展趨勢來看，它的出現是由于勞動密集型的產業構造向技術密集型社會轉變的產物。大量生產、大量消費以及消費模式和銷售環境的變化，要求出現新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應運而生了。現在，自動售貨機產業正在走向信息化并進一步實現合理化。例如實行聯機方式，通過電話線路將自動售貨機內的庫存信息及時地傳送各營業點的電腦中，從而確保了商品的發送、補充以及商品選定的順利進行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發致力于能源的節省，節能型清涼飲料自動售貨機成為該行業的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動售貨機即使在關掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節約10－15％的電力。進入21世紀時，自動售貨機也將進一步向節省資源和能源以及高功能化的方向發展。

現在還有些自動售貨機公司售賣的商品可根據擺放場所的需要量身定制，包括冷熱飲料、零食、電話卡及海外進口的特色商品等。更引人注目的是，透過這種智能售貨系統，存貨、銷售、物流信息可以準確及時反饋給客戶，此外，其還支持現金、銀行卡、儲值卡、代金卡等多種交易支付模式，從而使交易過程更加安全和便利，同時方便實現較大金額的支付和交易結算。這種新一代自動售貨機除了更方便售賣貨品之外，還被視為一種傳播廣泛的廣告媒介。除了機器機體本身可以成為廠商的平面廣告載體外，機器上所安裝的LCD顯示屏也可以播放動態廣告。

本系統也依然存在著一系列的問題，而且有很多是在實驗室很難發現的問題。盡管系統設計時，硬件設計和軟件設計上都采取了多種措施來提高容錯能力，但有時組態軟件和PLC也會發生一些連接和控制上無效的故障。

技術參數：貨道、容納數量、商品類型、制冷制熱功能（制冷劑）、識別幣種、找零幣種、耗電量、額定電壓（220V，50HZ）。

第四篇：核電工業控制系統信息安全標準解讀

核電工業控制系統信息安全標準解讀

在2014年4月15日中央國家安全委員會第一次會議中，總書記提出了包含十一種安全的國家安全體系，其中就包括了“核安全”與“信息安全”。對于核電行業而言，保護“核安全”是重中之重，而隨著“工業化”、“信息化”兩化融合對傳統工業控制系統帶來的技術上的革新，現今的核電行業必須對其工業控制系統的信息安全問題予以高度重視。

針對核電行業如何有效地進行工業控制系統信息安全方面的防護工作這一重大課題，國內外相關部門出臺了許多與之有關的行業內標準。為了對國內核電行業工業控制系統信息安全的工作提供參考，本文將對各類國內外核電行業工業控制系統信息安全標準進行簡單介紹和解讀，并針對我國核電工業控制系統信息安全標準的建設提出一點建議。1 國內外核電行業工業控制系統信息安全相關標準介紹

可以看到，國內的核電工業控制系統信息安全標準、規范相對比較匱乏，而從國際范圍看，電力和電子工程協會（IEEE）、國際電工委員會（IEC）、美國核能管理委員會（NRC）以及國際原子能機構（IAEA）都提出了相關的標準、指南或導則。其中，我國的核電工業控制系統信息安全標準、導則包括：（1）HAD102-16

HAD102-16于2004年12月8日批準發布，主要是在核動力廠計算機重要系統軟件在各個周期進行安全論證時，為其提供收集證據和編制的指導文件。導則從計算機系統各個方面如技術考慮、安全管理要求及項目計劃等方面入手，詳細列舉了系統軟件設計的各個階段和方面應符合的要求建議，包括軟件需求、設計、實現及驗證等各個環節，對與軟件系統關聯的計算機系統，從集成、系統確認、調試、運行及修改等方面應遵循的要求建議進行了詳細敘述。該導則對計算機重要軟件安全涉及的方方面面，進行了較為詳細的分析及建議，對核電廠信息安全防護體系的建立具有重要參考意義。（2）GB/T 13284.1-2008

GB/T 13284.1-2008是為代替舊版本的GB/T13284-1998而制定的國家標準，該標準提供了有關核電廠安全設計應遵循的準則。標準中規定了核電廠安全系統動力源、儀表和控制部分最低限度的功能和設計要求，標準適用于為防止或減輕設計基準事件后果、保護公眾健康和安全所需要的那些系統。同樣適用于保護整個核電廠安全所需的所有與安全有關的系統、構筑物及設備。標準主要引用了GB/T及EJ/T系列標準和準則，主要從安全系統的設計準則、安全系統準則、檢測指令設備的功能和要求、執行裝置的功能和設計要求及對動力源的要求這幾個方面對核工廠安全系統設計規范進行了較為詳細的規范。（3）GB/T 13629-2008

GB/T 13629-2008準則是2008年7月2日發布的，主要針對核電廠安全系統中數字計算機適用性制定的準則，用于代替原有的GB/T 13629-1998《核電廠安全系統中數字計算機的適用準則》。該準則主要參考IEEEStd 7-4.3.2-2003《核電廠安全系統中數字計算機的使用準則》進行修改，將其中的美國標準改為相應的中國標準。標準規定了計算機用作核電廠安全系統設備時的一般原則，規范主要引用了GB/T、EJ/T、HAF及IEEE的相關標準。國際范圍內核電工業控制系統信息安全的標準、導則、指南包括：（1）REGULATORY GUIDE 5.71

REGULATORY GUIDE5.71（簡稱RG 5.71）是美國核能管理委員會于2008年9月29日批準發布的，目的是為核動力廠的數字計算機及通信網絡系統提供高保障，從而使其可以應對網絡攻擊的威脅。RG 5.71描述了一種促進防御策略的監管立場，防御策略由防守架構和一系列安全控制方式構成，這些方法基于NIST SP 800-53和NISTSP 800-82相關標準的《工業控制系統安全指南》。（2）REGULATORY GUIDE 1.152 RG 1.152《核電廠安全系統計算機使用標準》是由美國核能監管委員會（NRC）于2004年12月發布的一項導則。此項規定是為使用核電廠安全系統中數字計算機時，促進其功能可靠性、設計質量、信息和網絡安全而制定的。標準共包含四個部分：介紹、討論、監管狀況、實施以及監管分析。其中第三部分監管狀況中主要為功能和設計要求、安全及相關參考三部分。

（3）ISA IEC 62443系列

ISA IEC 62443《工業過程測量、控制和自動化網絡與系統信息安全》系列標準，其最初是由國際自動化協會（ISA）中的ISA99委員會提出。2007年，IEC/TC65/WG10與ISA99成立聯合工作組，共同制定ISAIEC 62443系列標準。2011年5月，IEC/TC65年會決定整合ISA IEC 62443標準結構。IEC 62443系列標準目前分為通用、信息安全程序、系統技術和部分技術四部分，共12個文檔，每個文檔描述了工業控制系統信息安全的不同方面。（4）NIST SP 800-53 NIST SP 800-53為聯邦信息系統和組織推薦的安全控制，標準制定目的是為信息系統選擇和指定安全控制提供指導，以支持聯邦政府執行機構滿足FIPS200的要求——“聯邦信息和信息系統的最低安全要求”。該指導適用于所有處理、存儲或傳輸聯邦信息的信息系統的組件。NISTSP 800-53包含管理、操作和技術3類安全控制措施，為機構實施信息安全項目提供了基本信息安全控制點。（5）IEEE Std 603-2009 IEEE Std 603-2009核電站安全系統的標準，是IEEE標準603-1980演變而來。該標準規定的功能和設計標準，是一般性質，它需要支持包含一般和具體的標準，包括安全系統的要求最小的一組標準。（6）NIST SP 800-82 NIST SP 800-82工業控制系統（ICS）的安全指南，其目的是為確保工業控制系統（ICS），包括監控和數據采集系統（SCADA）、分布式控制系統（DCS），以及其它系統的控制功能提供指導。文件提供了一個概述，ICS和典型系統拓撲結構，確定這些系統的典型威脅和脆弱性，并提供建議的安全對策，以減輕相關風險。2 我國核電信息安全標準建設

我國核安全標準體系總體呈金字塔形結構，參見圖1，依托的國家法律主要有《中華人民共和國環境保護法》、《中華人民共和國放射性污染防治法》等；國務院行政法規為HAF系列，主要有《中華人民共和國民用核設施安全監督管理條例》HAF001、《中華人民共和國核材料管制條例》HAF501、《核電廠核事故應急管理條例》HAF002、《民用核安全設備監督管理條例 500號令》等；指導性文件主要是核安全導則HAD，與核電廠數字儀控系統相關的有通用系列 HAF003/質保類導則、HAD102/01 核電廠設計總的安全原則、HAD102/10 核電廠保護系統及有關設備、HAD102/14 核電廠安全有關儀表和控制系統、HAD102/16 核動力廠基于計算機的安全重要系統軟件、HAD102/17 核動力廠安全評價與驗證等。

可見，我國的核安全標準體系是較完善的、結構化的，但是對核電廠自動化控制系統、數字儀控系統信息安全并沒有針對性的標準。同時，國內的核安全標準體系并沒有與信息安全的標準體系有任何相互交叉。

與之相反的是，美國的RG 5.71《核設施的信息安全程序》，雖然只是美國核管會提出的核設施安全導則，卻從術語、定義開始大量繼承了美國聯邦法規中計算機系統信息安全的相關內容。因此，可以將RG 5.71視作美國核管會根據聯邦法規中對于計算機、通信系統和網絡保護的需求，針對核電廠而制定的法規。其所有的背景與定義均來源于聯邦法規，如RG 5.71保護系統與網絡免受信息安全攻擊的需求來源于聯邦法規10CFR 73.54(a)(2)部分；其對關鍵信息資產（CDA，critical digital assets）的定義取自聯邦法規10 CFR73.54部分等。

現在，我國工業控制系統信息安全正處于起步階段，各主管部門都在分別編制工業控制系統信息安全相關標準，離標準正式出臺還有一段時間，將工控安全與等保、分保等成熟的信息安全體系結合，并非短時間內可以完成，加之在核電領域，核安全有自身的標準體系，從頂層開始全局性地為核電信息安全建立標準體系短時期內不太可行。因此，筆者認為先制定一套符合國情、適合行業特點的核設施信息安全程序導則，對于實際環境中最終用戶的信息安全需求以及科研性質的核電信息安全研究工作都很有幫助。在這方面，RG 5.71可以說是提供了一個很好的參考，如前文所述，RG 5.71介紹了一個完整的核設施的信息安全程序，提供了信息安全計劃的模板，并根據NIST SP 800-82、NIST SP800-53提出了核設施的信息安全控制項，在實際環境下，無論是對最終用戶還是科研學者都有很強的指導性與操作性。

RG 5.71作為美國核管會的核電安全導則，其實也和國內的相關標準有著一定的同源性。RG 5.71參考了IEEE Std 7-4.3.2-2003《核電廠安全系統的計算機系統標準》，而IEEE Standard 7-4.3.2-2003為IEEE Std603.1998《核電廠安全系統準則》的補充標準。在我國的國標體系中，GB/T 13629-2008《核電廠安全系統中數字計算機的適用準則》修改采用了IEEE Std 7-4.3.2-2003；GB/T 13284.1-2008《核電廠安全系統第1部分：設計準則》也修改采用了IEEE Std 603.1998。

國家能源局已擬將參考RG 5.71的思路給出一個適合我國核電行業現狀的信息安全導則，在這個過程中，筆者覺得有幾點需要注意的地方。

（1）導則的可擴展性和可實施性。RG 5.71作為美國聯邦法規的一個分支，有很好的可擴展性和可實施性。但若將其引入國內，作為核電廠的標準規范，則無法充分發揮這兩點的特性，并且RG 5.71直接引用、參考了美國聯邦法規，我們需要在我國的標準體系內根據實際核電行業工控系統特性重新定義、描述相關內容。（2）導則的適用性。RG 5.71提供了一組安全控制項，這些內容都直接或間接參考了NIST SP 800-

53、NIST SP 800-82。NIST SP 800-82對工業控制系統信息安全工作有很好的參考意義，其信息安全程序與安全控制項基本適用于國內工控系統現狀。但我國尚未出臺直接引用或參考NIST SP 800-82的標準，對參考RG5.71的適用性評價等同于NIST SP 800-82對我國工控安全工作的可操作性的間接認定。所以，從這個觀點出發，我們更需要相對謹慎地篩選、整理符合我國核電特點的信息安全程序與安全控制項。3 結語

國外核電信息安全標準化道路已經走了一段時間，我國雖起步較晚，但是也已全方面開展了相關工作。無論最終是否借鑒RG 5.71的思路建設國內的核電信息安全標準，核電行業工業控制系統的信息安全始終缺乏頂層國家法規的支持，真正要規范核電行業的信息安全、提出符合國情的安全政策，還需要整合業界資源，集思廣益，真正為“核安全”保駕護航、為“信息安全”添磚加瓦、為我國的“國家安全”大策略提供最有力的支持與保證。作者簡介

謝新勤（1975-），男，現任上海三零衛士信息安全有限公司工程安全研究室總監。長年從事信息安全工作，2010年進入工控信息安全領域研究，對物聯網、云計算和大數據如何影響工控信息安全有獨到的見解。

第五篇：白酒生產工藝

白酒生產工藝

第一章概述

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一、發酵機理

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1、淀粉原料先行水解

? ?〔C6H10O5〕n+nH2O= nC6H12O6

? ?

2、酒精的發酵

? ?由酵母分解可發酵性糖產生

? ?C6H12O6=2CH3CH2OH+2CO2↑

? ?

3、有機酸的形成? ?

4、氨基酸的變化

? ?

5、酯類的形成? ?

6、二氧化碳的形成、二、酒的分類

? ?酒分為四大類

? ?1.發酵酒

? ?2.蒸餾酒

? ?3.配制酒

? ?4.混合酒

(ò?)、蒸餾酒的定義

? ?定義：將經過發酵的酒醪(醅)經過一次或多次的蒸餾過程提取的高酒精含量的飲品。

(?t)、蒸餾酒

? ?(1)白蘭地酒

? ?(2)伏特加酒

? ?(3)郎姆酒

? ?(4)金酒

? ?(5)威士忌酒

? ?(6)中國白酒

? ?(7)其它：特其拉酒蘋果白蘭地

1、葡萄白蘭地酒

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? ?是用新鮮的葡萄汁或葡葡渣經發酵后再將其蒸餾，提取高酒度的酒液，然后經過勾兌、老熟等所處理而制得。產于法國科涅克地區的這種酒稱為科涅克酒。

2、谷物蒸餾酒

? ?以谷物為主要原料，經發酵后、蒸餾提高酒精度而得到的含酒精飲品。

?常見的谷物蒸餾酒有：威士忌、俄得克(伏特加)、金酒和中國白酒。

2.1、威士忌

? ?以大麥、小麥、燕麥、黑麥、玉米為原料，以麥芽為糖化劑，經糖化、釀造、蒸餾、貯存而制成的酒。

? ?(1)蘇格蘭威士忌S(COTCHWHlSKY)產于英國的蘇格蘭地，是世界上銷量最大的威士忌·根據麥芽汁的特點，把蘇格蘭威忌分為三類:純麥威士忌、勾兌威士忌、谷類威上忌。

? ?(2)愛爾蘭威士忌(IRlSHWHlSKEY)產于英國的愛爾蘭。

? ?(3)加拿大減土忌(CANADIANWHISKEY)。

? ?(4)美國波本威士忌(AMERICANBOURBON WHISKEY)

2.2、俄得克(伏特加)

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? ? 以谷物為原料，經糖化、發酵、蒸餾，再經活性炭脫臭生產而成的含酒精飲料。

2.3、金酒(杜松子酒)

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? ?以谷物為原料的蒸餾酒為主抖，加入杜松子果實及其香料再經蒸餾而得到的蒸餾酒。

2.4、中國白酒

? 2.4.1、定義

? ?以淀粉質原料或含糖質原料，以中國酒曲為糖化酵劑，經固態或半固態發酵，再經蒸餾提高酒度而制成的含酒精飲料。

2.4.1、中國白酒有以下幾種分類方法

?(1)按白酒的香型分

? ?醬香型白酒:以醬香柔潤為持點，以茅臺酒為代表。

? ?濃香型白酒:以濃香甘爽為特點，以滬州老窖和五糧液為代表。? ?米香型白酒:以米香純正為特點，以桂林三花酒為代表。

? ?清香型白酒:以清香純正為特點，以汾酒為代表。

? ?兼香型白酒:以董酒為代表。

?

(2)按生產工藝分

? ?液態發酵白酒：豉香玉冰燒酒

? ?固態發酵白酒;如：大曲酒

? ?半固態發酵白酒：桂林三花酒

? ?固液勾兌白酒：串香白酒

(3)按使用的原料分

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? ?高粱白酒

? ?玉米白酒

? ?大米白酒

? ?薯干白酒

? ?代糧白酒

(4)按使用的酒曲種類分

? ?大曲白酒

? ?小曲白酒

? ?大小曲混合白酒

? ?麩曲白酒

? ?紅曲白酒

? ?麥曲白酒

3、其他蒸餾酒

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? ?這類酒是以糧食以外或葡萄以外的植物果實，莖、根、花或葉釀制成酒，再經蒸餾得到的含酒精飲料。

3.1、老姆酒(RUM)

?以甘蔗或糖蜜為原料經發酵、蒸餾、橡木桶貯存生產而成的蒸餾酒。主要生產國有古巴，牙買加和巴西等。

3.2、蘋果白蘭地

? ?以蘋果為原料經發酵后蒸餾而成的含酒精飲料。以法國諾曼底(NORMANDY)出產的CALVDOS最為著名。

3.3、特奇拉酒(TEQUILA)

?以龍舌蘭(AGAVE)為原料制得的蒸餾酒。原產地在墨西哥。

三、中國白酒簡介

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1、醬香型酒

? ?以高粱為原料、以高溫大曲為糖化發酵劑、石窖堆料固態續糟發酵、固態蒸餾生產而成。主體香為4-乙基愈創木酚。

? ?代表酒----茅臺酒，產于貴州省茅臺鎮。以高粱為原料，加曲發酵，發酵后經數次蒸餾提取的酒液無色透明。再放人缸中陳化，時間為3年至數十年不等。酒味香濃醇厚，酒度53。譽稱為中國第一名酒。在國際市場上的價格可與法國干邑白蘭地相比。

2、濃香型酒

? ?以谷物為原料、以高溫大曲為糖化發酵劑、泥窖固態續

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? 糟發酵、固態蒸餾生產而成。主體香為己酸乙酯。?代表酒1----瀘洲老窖特曲，以高粱為原料，高溫大曲為糖化發、酵劑、泥窖固態續糟發酵，經多次蒸餾，制得的酒液清亮透明，酒味濃郁香醇，酒度60。蟬聯五屆全國名酒。?代表酒2---五糧液，四川省宜賓市產。以高粱。糯米、小麥和玉米為原料，加曲發酵，采用老窖發酵的方法，發酵后也經數次蒸餾。獲取的酒液清澈透明。味道醇厚清夷，酒度為60度。全國名酒，多次獲金獎。?代表酒3---劍南春酒，四川省綿竹產。以高粱、大米、糯米、玉米、小麥為原料，加入麥曲發酵，經多次蒸餾。酒液無色透明，味道芳香濃郁，酒度60，全國名酒。

3、清香型酒

? ?采用清蒸二次清的工藝，以谷物為原料、以中大曲為糖化發酵劑、用陶缸固態發酵、固態蒸餾生產而成。主體香是醋酸乙酯和乳酸乙酯。

? ?代表酒---汾酒，山西省汾陽產。以高粱為原料，用麥曲加入發酵，采用數次蒸餾。所得的酒液清香郁雅，酒度60。為古今名酒。全國名酒

4、其它香型酒

?兼型代表酒----董酒，產于貴州省遵義。以糯米、高粱為原料，加入大曲和小曲為糖化發酵劑，采用長期發酵法，幾次蒸餾。酒液晶瑩透亮，酒味濃香甘美，酒度60。全國名酒。

? 江西大曲白酒原屬此類型，后分出為特殊香型，簡稱特型。特型酒代表---四特酒，全國優質酒。

5、米香型酒

?以大米為原料，以小曲(酒藥、酒餅)為糖化發酵劑，采用半固態、固態發酵，經蒸餾而成的白酒。

?代表酒1---桂林三花酒，以大米為原料，以小曲(酒藥)為糖化發酵劑，采用半固態先培菌糖化、后發酵生產工藝發酵，經蒸餾而成，于山洞陳釀生產而成的白酒。全國優質酒。

?代表酒2---廣東豉香肉冰燒酒，以大米為原料，以小曲(酒餅)為糖化發酵劑，采用半固態邊糖化邊發酵工藝于埕中發酵，經蒸餾而成30o(V)泡入肥膘肉生產而成的的白酒。全國優質酒。