第一篇：CIPS系統在鋼鐵企業鐵路運輸中的應用

CIPS系統在鋼鐵企業鐵路運輸中的應用

崔磊

摘要：CIPS系統作為鐵路運輸領域集管控于一體的最先進的信息系統，在鋼鐵企業鐵路運輸業務中具有強大的技術優勢。本文詳細介紹了CIPS系統的系統結構及計劃管理、集控及自動控制等方面在鋼鐵企業普車運輸及冶車運輸中的典型應用。關鍵詞：CIPS系統鋼鐵企業鐵路運輸

ABSTRACT:As the most advanced in the field of railway transport information systems, CIPS has strong technical advantages in iron and steel enterprises in railway transport operations.This paper details the system structure of the CIPS and the typical application of the CIPS system in the field.KEYWORDS:CIPSiron and steel enterprisesrailway transport

一． 引言

鐵路運輸是國內大多數鋼鐵企業的主要運輸形式，鐵運系統的安全、穩定、高效是企業生產的重要保障。鋼鐵企業內部物流具有運輸任務重、實時性要求高等特點，如何合理使用運輸資源、簡化作業流程、提高運輸效率是保障鋼鐵企業鐵路運輸的重要課題。

作為世界領先的集管控于一體的大型編組信息系統，CIPS系統始創于2005年，先后在成都北、武漢北、貴陽南等站開通使用，取得了令人矚目成績。CIPS系統的主要技術特點是：面向生產工藝重構信息系統，建立統一的數據平臺，用總體計劃下掛各個生產環節子計劃的組合體構成單一指揮體系，實現管控一體化及貨運功能。上述特點決定了CIPS系統應用于鋼鐵企業鐵路運輸具有強大的技術優勢。2010年后CIPS系統先后在鞍鋼鲅魚圈公司及攀鋼西昌公司投入使用，為鋼鐵企業鐵路運輸組織模式提供了全新的解決方案，使企業實現了真正意義上的減員增效。二． 系統結構

CIPS系統包括上層管理系統和下層控制系統。上層管理系統管理場內的現車及調車作業計劃，分為接發列車模塊、場內調車作業模塊、貨運管理模塊、集控模塊、自動執行模塊、統計分析模塊及其它輔助功能模塊，其中：

? 接發列車模塊管理系統中到發的列車及車輛，通過與路局信息系統的接口確定到達列車的到達車次、到達時刻、及列車編組內容，將到達列車、車輛信息轉入系統中相應的線

路上，形成系統內的現車；通過與企業ERP系統的接口，利用企業的驗配結果豐富車輛的內容。列車出發時，將離站車輛從現車系統中刪除，并向路局信息系統通告出發列車的詳細信息。

? 場內調車作業模塊管理系統中的調車作業計劃及場內現車，與企業ERP系統接口，根據

企業的用車需求自動或人工編制調車作業計劃，控制場內現車的轉移。

? 貨運管理模塊管理場內現車的裝卸車操作，實現現車的空重轉換，通過與企業ERP系統的接口實現現車的裝卸內容、裝卸過程與ERP系統的同步。

? 集控模塊通過與下層進路控制系統的接口，實現對企業各調車場、線的進路、設備的集

中管理與控制。集控系統與下層聯鎖控制系統采用鐵路標準的CTC協議進行接口，具有較強的兼容性和可擴展性。根據企業的實際作業需求，可以按照崗位/人員配置情況重新劃分聯鎖控制區，為企業調車作業的靈活應用提供了便捷的手段。

? 自動執行模塊用于自動根據已編制完成的調車作業計劃，在適當的時機控制下層計算聯

鎖系統及時排列進路，實現企業鐵路運輸的自動執行。自動執行模塊以CIPS控制指令集的形式通過集控模塊向微機聯鎖系統下發控制指令，并根據微機聯鎖系統的實際執行結果調整調車作業計劃的狀態。

? 統計分析模塊為企業鐵路運輸組織過程提供進行統計分析的方法，自動計算鐵路運輸中的關鍵指標，以統計報表的形式展現。統計分析模塊中所使用的基礎數據全部由作業過程中的實際采點數據組成，為使用人員提供準確、真實的統計分析結果。

三． 集控管理及自動執行的實現

CIPS集控系統脫胎于國鐵CTC系統，為企業鐵路運輸提供了跨控制系統、跨聯鎖區域的集中操作平臺。CIPS集控系統的使用，強化了企業鐵路運輸組織模式，簡化了操作人員的作業步驟。

1.集控系統的組成CIPS集控模塊由集控服務、綜合站場顯示服務、操作終端及控制子系統組成。控制子系統通過CTC標準協議與集控

服務交互，向集控服務提供各

信號設備的狀態、表示等信

息，同時處理集控服務下發的指令，控制下層信號設備的動

作。集控服務向綜合站場顯示

服務定時傳送從控制子系統

獲得的站場表示信息，由站場

表示服務對其進一步加工、組

織后通過組播的方式發布到各操作終端。各操作終端負責展現站場表示信息，為操作人員提供圖形化的站場信號設備監視界面，與操作人員完成人機交互，將操作人員的操作動作上傳至集控服務進行處理。

2.集控系統的應用

集控系統為作業人員提供了方便快捷的操作手段，具有以下特點：

? 集中的站場顯示與操作界面：CIPS集控系統操作界面提供了集成的站場顯示與操作

環境，使操作人員更直觀地掌握站場的整體情況，能夠有效地提高工作效率及減少操作錯誤。

? 定制的操作權限與作業區域：CIPS系統可以為每個操作崗位定制專用的操作權限和

作業區域，操作人員的管理區域可以以咽喉為單位，不在自己管理區域內的設備是無法進行操作的；同樣，對于不同的崗位，對設備的操作權限也可以不同，原則上

可以分為操作與維護兩類權限。

? 快捷的操作方法：CIPS集控界面為用戶提供快捷的操作方法，用戶可以通過鼠標在對應設備上單擊右鍵產生下拉菜單，從中選擇相應的功能實現對該設備的單控、單操，操作方法較傳統的控顯界面更為方便快捷；尤為精彩的是，CIPS集控界面擺脫了聯鎖區的限制，允許用戶跨場、跨站、跨系統排列進路，例如駝峰推送進路可以從到達場股道直接排列至駝峰峰頂；接發列車進路可以從發車站股道直接排列至接車站股道；以上作業以及跨場的調車進路都可以通過始終端一次性辦理，并滿足信號由遠及近開放的原則。

? 詳實的操作記錄：CIPS系統具有完善的操作日志解決方案，作業人員的每個操作都

將被系統記錄在案，并可以通過簡單的方法調閱/查詢，為日后事故分析提供有效可靠的證據。

3.自動控制的實現

CIPS自動控制指令依據接發車計劃及調車作業計劃產生，含蓋列車控制、調車控制、單機轉移等鐵路運輸中的全部常規作業方式，實現了鐵路行車指揮的完全自動化。自動控制指令由自動執行模塊產生，以CIPS控制指令集的形式下發至CIPS指令處理單元（PRC）,PRC負責解析指令集并下發至集控系統，同時自動分析站場表示的變化，以確定指令執行的情況，并向CIPS自動執行模塊實時反饋執行結果，使作業人員及時了解計劃的執行情況。

四． 普車區作業

普車區作業主要用于完成由國鐵車輛運輸的貨物的收發，包括接車環節、驗配環節、調車環節、卸車環節、裝車環節、檢車環節及發車環節等。

1.接車

接車環節是將到達列車從國鐵接入企業站的過程。通常，列車到達前，其車列編組（確報）已提前通過鐵路局TMIS網絡接口傳輸到CIPS系統中，供調度人員提前查看。CIPS系統隨時通過TDCS接口從TDCS系統中獲取列車到開的階段計劃，行車調度可以根據需要指定接車股道，系統會自動根據階段計劃的到達時刻、鄰站到發狀態等信息及時排列接車進路，列車進入股道后自動報點。企業站列車交接人員完成交接后，核對系統為列車自動匹配的確報，并提交核對結果。

2.驗配

驗配環節用于鋼鐵企業檢驗到達貨物的品類，為到達的煤、礦等物資劃分等級并確定卸車地點。驗配工作由企業冶金部門的專人負責，將到達貨物的貨票輸入ERP系統中，根據品名、發貨單位等信息進行分類。CIPS系統從ERP系統中自動獲得上述驗配結果，為之后組織調車提供依據。

3.調車

站內的機車車輛轉移都屬于調車作業，包括單機轉移、裝卸線取送、駝峰解體、尾部編組及倒調等。將到達的重車送往指定的卸車地點，將卸后的空車及國鐵配送的空車送往指定的裝車地點以及將裝后的重車送往發車股道的過程都是通過調車環節完成的。調車計劃產生后，CIPS系統會根據調車作業計劃的內容自動決策走行經路，并排列相應的調車進路，并在車列通過后自動報點。

4.卸車

重車送達指定的卸車地點后，由企業組織專人卸車。鋼鐵企業中對煤、礦石等貨物可以通過翻車機自動卸車。CIPS系統可以通過ERP接口獲得卸車的進度，并自動完成系統中車輛的重/空轉換。

5.裝車

空車送達指定的裝車地點后，由企業組織專人裝車，裝車信息會被錄入至企業ERP系統

中。CIPS系統從ERP系統中獲得裝車的信息，將品名、到站、載重等重要內容自動填寫至CIPS系統內相應的車輛信息中。

6.檢車

CIPS系統會為裝卸完畢的車輛自動添加“待檢”標志，指示貨檢人員需要對該車輛進行檢驗，未經檢驗的車輛不允許調離裝卸線。貨檢人員檢驗完畢后根據檢車結果在CIPS系統中對所檢車輛輸入檢車結果，對于有問題的車輛添加相應的標志，如卸后的空車是否需要“禁裝”或者“限裝”；對裝后的重車是否需要重新“整裝”或“倒裝”等。檢驗結果會直接顯示在鐵運部門行車調度的終端上，行調會根據該內容調整下一步的調車作業計劃。

五． 冶車區作業

冶車區作業主要圍繞渣罐車及鐵水車的配送及運輸進行，本文以渣罐運輸為例，描述CIPS系統在冶車區運輸作業中的應用。

渣罐運輸包括空罐配送、渣罐裝填、提罐及重罐牽出、渣罐傾倒、渣罐取送等環節。渣罐運輸對系統的響應及時性要求比較高，高爐出渣時，空罐配送不到位或提罐響應不及時都有可能造成嚴重的后果。渣罐運輸的關鍵在于重罐的及時傾倒和空罐的合理選配。

1.空罐配送

空罐配送環節是在高爐出渣前，將空罐車配送到高爐出渣口下的過程。高爐兩次出渣的間隔時間大約為2小時，鐵運部門應在這段時間內及時取出重罐并重新配入空罐。

在CIPS系統中，高爐操作員首先通過高爐操作界面提出配空申請，冶車區行調通過終端提示界面看到配空申請時，擇機對該申請進行確認，確認后CIPS系統會自動產生空罐配送的調車計劃，并適時安排合理的調車進路。

2.渣罐裝填

高爐出渣時，高爐操作員監視出渣情況，當有渣罐車裝滿后，高爐操作員應在CIPS高爐操作界面中對已裝滿的渣罐車進行裝滿確認，并及時開放另一出渣口繼續放渣。高爐出渣進度會通過CISP系統展現在其它相關崗位的終端上。

3.提罐及重罐牽出

當出渣口下的渣罐車全部裝滿后仍無法滿足出渣要求時，高爐操作員應通過CIPS高爐界面提出“提罐申請”，即將出渣線上的備用空罐車提至出渣口下，當出渣線上的備用空車不足時，CIPS系統允許在提罐申請中附加對空車的申請。冶車調度應及時響應高爐的提罐要求，“提罐申請”確認后，CIPS系統會自動產生相應的調車作業計劃，并以最高優先級安排合理的調車進路。

當高爐出渣全部完成后，高爐操作員可以通過CIPS界面提出“重罐牽出”申請，冶車區調度確認該申請后，CIPS系統將自動產生調車計劃，并安排牽出進路。

4.渣罐傾倒

渣罐傾倒工作由渣場翻渣面操作員完成，在重罐車送至相應的翻渣線后，翻渣操作員傾倒礦渣，并在CIPS界面中操作對應車輛的翻渣完成。翻渣線內的全部車輛傾空后，冶車調度安排機車進入翻渣線將車輛送入調車場。

5.渣罐取送

在重罐車由煉鐵調車場送至渣場調車場前或空罐車由渣場調車場送至煉鐵調車場前必須由貨檢人員對車輛進行檢查，車輛檢查完畢前，CIPS系統不會自動辦理調離調車場的進路。檢車完畢后，貨檢人員通過CIPS終端錄入檢車結果，冶車調度根據檢車結果調整調車作業計劃后，CIPS系統自動根據調車作業計劃排列進路并開放信號。

六． 小結

鋼鐵企業鐵路運輸業務相對靈活多變，冶車區作業對實時性要求較高，相對國鐵編組站而言，在現車管理及自動執行方面關注點有所不同，對CIPS系統的自動決策與自動執行提

出了新的挑戰。然而，CIPS系統靈活的接口技術、合理的體系結構、高效的處理機制恰恰對于這種處理事物多、實時性要求高的應用環境具有很強的適應能力。同時，鋼鐵企業鐵路運輸業務也為CIPS系統提供了新應用前景、拓展了新的思路，使CIPS系統更完善、適應能力更強。

第二篇：物聯網在鐵路運輸中的應用

物聯網在鐵路運輸中的應用

鄭繼偉，周偉智，鐘源，趙延

（計算機研究生六班）

摘 要：物聯網技術的發展勢必會給中國鐵路運輸領域帶來深刻變化和深遠的影響。本文主要闡述和分析了物聯網最關鍵的技術——RFID射頻識別技術，以及它的工作原理，并且通過結合物聯網在鐵路運輸行業領域中的早期的應用實例，提出了物聯網在我國鐵路運輸領域的發展方向和推廣方案。期望在未來的鐵路運輸領域信息化中，物聯網技術能夠得到更廣泛，更深入的應用。關鍵詞：物聯網，鐵路信息化，RFID射頻識別，車號自動識別系統

The Application of IOT in Railway-Transportation ZHENG ji-wei, ZHOU wei-zhi, ZHONG yuan, ZHAO yan

(Graduate Class 6)

Abstract: The development of Internet of things technology will bring about profound changes and far-reaching effects in the field of railway transportation.This paper mainly describes and analyzes the key technology of The Internet of things – RFID, and its working principle, and put forward the development direction and some promotion schemes in the area of railway transportation from some early applications.We look forward The Internet of things to be more extensive and deeper application in the informatization construction of railway transportation.Keyword: The Internet of things, Railway Infomationization, RFID, ATIS 1.引言

縱觀鐵路發展歷史，從1825年鐵路在英國誕生以后，鐵路經歷了從大發展到被冷落的過程。但現如今，鐵路又成為全球發展的熱點。在全球鐵路的飛速發展中，我們中國的表現令世界驚嘆。近幾年來，中國鐵路系統的發展更是有著相 當大的增長后發優勢，中國有機會建設世界最領先的鐵路系統。統計資料顯示，截至2010年底，全國鐵路營業里程達到9.10萬公里，居世界第二。其中，高鐵投入運營里程達8358公里，高速鐵路運營里程高居世界第一。

回顧鐵路的發展，我們可以發現中國鐵路在全球化的進程中走向世界也成為必然趨勢。我國鐵路正在朝著高速鐵路、客運專線方向發展。未來5至10年，我國快速鐵路和高速鐵路將會有很大的發展。目前大力推進實現信息化是推動鐵路和高速鐵路發展的迫切和必然要的需求。在不同的發展時期，鐵路信息化的目標是不同的，而未來的幾年中，基于RFID射頻技術的物聯網在鐵路運輸當中的應用將會是21世界鐵路現代化的最重要任務。

2.研究背景和現狀

鐵路運輸信息化建設的目標就是將信息技術應用于現代鐵路的運輸生產、管理和營銷，從而提高生產效率，減輕勞動強度，保障運營安全。由于傳統鐵路信息管理系統的不足，隨著鐵路系統的多次提速，客戶對于信息量的需求以及信息的實時性有了更高的要求，而且伴隨著RFID射頻技術以及傳感網絡技術的不斷進步，基于這些技術從而實現物聯網在高速鐵路運輸上的全面應用也變為可能。

鐵道部已經成功實施了一個信息系統——車號自動識別系統，其中采用了RFID技術，通過把RFID技感應安裝到鐵路、橋梁及一些關鍵的設施利用物聯網使現有的信息網整合起來實現對于鐵路的設備、基礎設施全面的管理，實現鐵路客運管理的智能化推進信息組織建設。還有紅外線列車軸溫檢測系統，通過在鐵路沿線區間設置的紅外線軸溫探測設備，將熱軸故障及時通過傳輸回線將信息傳輸到控制系統中心，有效地跟蹤檢測軸溫變化，及時發現熱軸故障。這些都是目前國內鐵路運輸上的物聯網應用。當然，隨著3G建設和其在鐵路覆蓋的完善，為公網運營商進入鐵路物聯網世界提供了網絡和鐵路應用服務的基礎。

3.物聯網與鐵路運輸的關系

鐵道部信息技術中心擁有強大的初級物聯網信息資源。信息技術中心擁有充沛的網站資源，能提供豐富的業務接口；擁有以6E（電子貨票、電子運單、電子查詢、電子保價、電子理賠、電子支付）為核心的信息管理手段；擁有LAIS 系統、5T系統、紅外線實時貨車、貨運追蹤信息等獨有的IT產業，為貨物的實時追蹤提供支持；擁有全國統一IT網絡，虛擬網與實體網統一，可以建設統一數字通訊網，為現代物流提供遠程支持；擁有鋪設世界一流傳感網的能力與手段；擁有為各中小企業或各企直通提供私有云計算平臺和建設虛擬信息中心的能力；擁有與網絡廠商和媒體的合作優勢，與阿里巴巴、經濟網、人民鐵道網有很密切的合作關系；擁有建設新型Home Office系統的能力，鐵路運輸本身即含綠色、環保、低碳、創新、可持續發展的意義。

物聯網在鐵路物流很多方面都起到重要作用。首先，能顯著提高倉儲與包裝整理的安全效率。通過計算機和無線射頻識別技術管理，實現了信息的實時化，一般統計，可減少存儲量17%，提高工作人員效率32%。庫存貨物堆碼實行分層疊加，提高倉庫利用率2至3倍，并實現了庫存貨物的實時管理，大大提高了倉庫周轉率。其次，貨物的裝卸搬運煥然一新。無線射頻識別技術好像是為物流業量身定做的：原先商品的存貨量統計缺乏準確性，填寫的貨物訂單往往不規范，不能及時清點貨物，不知道貨物在哪個環節損失或被盜竊了，需要耗費許多人來清點和短途搬運貨物。實現物聯網管理后，電子標簽自動引導裝卸機械作業或傳送帶裝卸作業，大幅度地提高了勞動生產率，降低了勞動強度。然后，能使配送環節與物流各要素融為一體。如果物流配送過程中應用了無線射頻識別技術，它能縮短作業流程，增加物流中心吞吐量；同時操作透明化了，這大大改善了作業質量，任何物品出廠后，一直處于被跟蹤的范圍，流轉中大大減少可能的遺漏和差錯；它還降低了流轉費用，實現無紙操作，極大提高了管理水平。據有關統計，應用無線射頻識別技術，可減少庫存10%~30%以上，降低損耗50%左右，提高存儲率，銷售收入增加2%~10%。物流配送更加順暢合理，節約成本。最后，物聯網技術應用實現了人物相聯、物物相聯，它能把電子商務提升到新階段。

4.物聯網技術概述

物聯網又叫傳感網，指的是將各種信息傳感設備，如RFID射頻識別裝置，紅外感應器，GPS全球定位系統，激光掃描器等各種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡，進行信息交換和通訊，實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理，從而給物體賦予智能，實現人與物體之間的互聯，或者是物體與物體之 間的互聯。

物聯網的概念是在1999年提出的。當時基于互聯網、RFID技術、EPC標準，在計算機互聯網的基礎上，利用射頻識別技術、無線數據通信技術等，構造了一個實現全球物品信息實時共享的實物互聯網“Internet of things”（簡稱物聯網），這也是在2003年掀起第一輪華夏物聯網熱潮的基礎。

和傳統的互聯網相比，物聯網具有鮮明的特征：

首先，它是各種感知技術的廣泛應用。物聯網上部署了海量的多種類型傳感器，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不同。傳感器獲得的數據具有實時性，按一定的頻率周期性的采集環境信息，不斷更新數據。

其次，它是一種建立在互聯網上的泛在網絡。物聯網技術的重要基礎和核心仍舊是互聯網，通過各種有線和無線網絡與互聯網融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。在物聯網上的傳感器定時采集的信息需要通過網絡傳輸，由于其數量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過程中，為了保障數據的正確性和及時性，必須適應各種異構網絡和協議。

另外，物聯網不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠對物體實施智能控制。物聯網將傳感器和智能處理相結合，利用云計算、模式識別等各種智能技術，擴充其應用領域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據，以適應不同的用戶不同需求，發現新的應用領域和應用模式。

支撐物聯網的技術主要有以下四種，他們之間的關系如圖Figure 1所示：

Figure 1物聯網四大支撐業務群

1.RFID射頻技術：一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

2.傳感網：借助于各種傳感器，探測和集成包括溫度、濕度、壓力、速度等物質現象的網絡。具有實時數據采集、監督監控和信息共享與存儲管理等功能。傳感網技術使得目前的網絡技術的功能得到極大的拓展，使通過網絡實時監控各種環境、設施及內部運行機理等成為可能。3.M2M：廣義上M2M可代表機器對機器（Machine to Machine）人對機器（Man to Machine）、機器對人（Machine to Man）、移動網絡對機器(Mobile to Machine)之間的連接與通信，它涵蓋了所有實現在人、機器、系統之間建立通信連接的技術和手段。

4.兩化融合：兩化融合是信息化和工業化的高層次的深度結合，是指以信息化帶動工業化、以工業化促進信息化，走新型工業化道路；兩化融合的核心就是信息化支撐，追求可持續發展模式。5.RFID射頻識別技術

物聯網是利用無所不在的網絡技術建立起來的，其中最重要的技術就是RFID(Radio Frequency Identification)射頻識別技術。RFID系統由三部分組成：標簽(Tag)，即射頻卡，由耦合元件及芯片組成，芯片中存儲著由管識別對象的信息，標簽含有內置天線，用于和射頻天線間進行通信；閱讀器是用于讀取或者寫入標簽信息的設備；天線用于在標簽和讀取器之間傳遞射頻信號。

RFID技術的基本工作原理并不復雜：閱讀器會通過發射天線發送一定頻率的射頻信號，當標簽(Tag)進入該信號場后，接受閱讀器(又說解讀器)發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量將標簽(即射頻卡)內存儲的信息發送出去；然后，閱讀器通過接受天線接受到從標簽發送來的載波信號，并對接受的信號進行解調和解碼后，送到后臺中央信息主系統進行有關數據的處理；最后，主系統根據邏輯運算推斷該卡的合法性，針對不同設定做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行機構動作。如圖Figure 2。

Figure 2 RFID基本工作原理和基本組成

關于射頻卡的技術標準，由于目前生產RFID產品的很多公司都采用自己的標準，所以國際上還沒有統一的標準。目前可供射頻卡使用的標準有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。應用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個標準都由物理特性、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以及傳輸協議四部分組成。

6.RFID射頻識別技術應用

早在2001 年，RFID 技術就已經運用在鐵路車號自動識別系統中，成為物聯網目前在我國鐵路運輸領域運用最早的成熟典范。過去車號的抄錄和匯總全靠口念、筆記、手抄的人工方式進行，錯漏多、效率低，勞動強度大，由于漏抄車號造成了鐵道部貨車占用費的大量流失。此外，鐵路用貨車數量龐大，車輛分散于全國各地，鐵道部每年都需要抽調大量人力、物力進行清查、盤點，耗時費力。在采用車號識別技術以后，鐵路車輛管理系統實現了統計的實時化、自動化，降低了管理成本。

該系統主要由車輛標簽、地面AEI設備、車站CPS設備、列檢復示系統、鐵路局AEI檢測中心設備、標簽編程網絡等部分組成。其工作流程是：先將車號信息及車輛的技術參數信息輸入車輛標簽內部存儲器(裝載在機車底部)；由地面的AEI設備實時準確地完成對列車車輛標簽信息的采集，并將采集的信息進行處理，通過專線傳輸到車站CPS設備；CPS 管理設備完成AEI 采集數據的處理，并向列檢復示系統轉發數據，為車輛管理和設備維護提供可靠信息。在此期間，由鐵路局AEI監控中心設備實時監測每臺地面AEI 的工作狀態，協調、指揮AEI 設備維護，確保AEI 設備良好運用，并實時接收AEI 采集的列車、車號數據和每臺AEI 產生的故障信息和設備狀態信息，通過對故障信息和設備狀態信息進行分析，及時了解地面AEI 設備的工作狀態，對故障及時處理，同時還可以監測貨車標簽的工作狀態。標簽編程網絡的主要功能是在標簽安裝前，將車輛信息寫入標簽內存的網絡系統，防止出現錯號、重號車，并對丟失損壞的標簽進行補裝。

ATIS的網絡拓撲結構圖，如圖Figure 3。

Figure 3 ATIS的網絡拓撲結構圖

該系統的投入使用，不僅實現了對列車車次、車號的自動識別、實時跟蹤和故障車輛的準確預報、動態管理等主要功能，大大提高了車輛利用水平和運輸組織效率，同時也為我國鐵路探索更加科學化、現代化、智能化的管理模式提供了有益的實踐經驗，為物聯網技術在我國鐵路運輸領域的普遍應用奠定了良好基礎。

7.物聯網在鐵路運輸的發展方向

近年來，隨著我國高速鐵路、客運專線建設步伐的加快，對鐵路信息化水平的要求越來越高，鐵路通信信息網絡也正朝著數據化、寬帶化、移動化和多媒體化的方向發展，各方面的條件已經基本滿足了物聯網在鐵路運輸領域的推廣和應用。其中，在以下幾個方面尤為值得關注和期待：

1.客票防偽與識別：如果鐵路客票采用RFID 電子客票，其電子芯片的內部數據是加密的，只有特定的讀寫器可以讀出數據，這將是對造假者以沉重打擊。同時車站及車上的檢票人員只需通過便攜式的識讀器對車票上的RFID 電子標簽進行讀取，并與數據庫中的數據進行比對就可以辨別車票的真偽，大大加快了旅客進出站的速度，為方便車站組織旅客乘降提供了便利。

2.站車信息共享：目前鐵路在站車信息共享方面還很不成熟，造成的經濟 8 損失以及旅客列車資源浪費的現象還比較嚴重。如果利用RFID 技術的網絡信息共享性，可以及時將車站的預留客票發售情況反饋給車上，同時將車上的補票情況反饋給車站，就可以清楚的知道有哪些車站的預留車票是沒有發售完的，從而方便車上的旅客及時補票。此外，通過該系統中乘坐人員的信息與車站售出車票信息對比，還可以查看是否有用假票乘坐列車的現象。

3.集裝箱追蹤管理與監控：集裝箱運輸是鐵路貨物運輸的發展方向，是提高鐵路服務質量非常有效的運輸方式，蘊藏著巨大的增長空間，具備很強的發展優勢。目前國際上集裝箱的管理基本都是使用箱號圖像識別，即通過攝像頭識別集裝箱表面的印刷箱號，通過圖像處理形成數字箱號采集到計算機中，這種方法識別率較低，而且受天氣及集裝箱破損的影響較大。如果將RFID 技術應用到鐵路集裝箱，開發出信息化集裝箱，不僅能夠隨時觀測到集裝箱在運輸途中的狀態，防止貨物丟失和損壞，也能大大提高鐵路集裝箱利用的效率和效益。

4.倉庫管理：在鐵路的貨運倉庫管理方面，RFID 也可充分發揮其電子標簽穿透性、惟一性的特點，借助嵌在商品內發出的無線電波的標簽所記錄的商品序號、日期等各項目的信息，讓工作人員不用開箱檢查就知道里面有幾樣物品。同時也可以防止貨物在倉庫被盜、受損等情況。

5.高速鐵路檢測：高速鐵路安全體系，有穩定性要求，擴展性要求，和移動性要求。未來要達到的話，建立一個基于光纖無線融合傳感技術，構建高速鐵路基礎設施服役狀態檢測傳感物聯網，利用固定傳感、巡檢車傳感以及洞徹車載傳感等多種方式，實現全程動態實時采集高速鐵路基礎設施服務狀態數據，提供運行安全態勢預警。

8.物聯網在鐵路運輸中的愿景——IBM智慧鐵路

當前全球范圍內鐵路服務需求的增加，給現有的鐵路運輸能力和基礎設施帶來前所未有的壓力。然而，日益老化的系統與傳統的業務實踐往往無法解決這些問題。通過積極地采用新技術和現有技術來獲取整個鐵路網的信息，并對這些信息進行關聯和分析，可以讓鐵路部門變得更加高效靈活，從而建立一個響應速度更快、更加靈活的運作環境。

IBM和Cisco 聯合設計鐵路行業智能解決方案提供了一個基于智能化信息 網絡的統一信息系統，解決了運營中心、移動車輛、車站和其他機構間的有效的信息共享和管理流程集成。它是幫助鐵路行業提高運營效率的重要手段，也是鐵路運輸領域物聯網化的下一個方向和目標。該套方案可以幫助鐵路運營單位通過一個結合了現有系統和新技術的開放架構，來迎接新的生產運營、客戶服務與運輸安全的挑戰。

智能化的列車的解決方案可以支持以下功能：

集成和增強的通信功能——聯網的列車可以受益于覆蓋車輛內外的集成多頻通信系統。這可以幫助我們有效地集成生產運輸信息和提高獲取生產運輸信息的準確性，包括車號識別，車輛跟蹤，預防性維護和修理信息，車輛和乘務人員調度信息，列車編組，預確報信息和視頻監控信息等，并且可以通過顯示屏和話音廣播播放提供乘客關心的信息（如準、晚點預告，票額情況）。

數據采集——通過在預定的維護時間從車輛的關鍵系統搜集車輛運行信息（例如軸溫檢測，剎車系統，車速等），實施地或者在在每天結束時將來自列車的運行數據上傳到車輛管理和指揮系統。該系統生成實時的故障報告，提醒維修管理人員對存在問題的列車進行維修，通過人工檢測和自動檢測相結合，進一步避免可能出現的故障隱患，提高列車的安全運輸水平。

車載互聯網接入——通過為乘客提供更加有效、愉悅的乘車體驗，可以增加上座率和提高乘客的滿意度。通過在列車中部署無線局域網絡技術，鐵路行業運營單位可以為乘客和城間列車的乘客提供安全的互聯網接入服務，一方面提高了乘客的滿意度，另一方面也獲得了基于服務費用的新創收機會。

車載多媒體終端——通過車載的和可以網絡控制的多媒體終端，可以實時的視頻監控車輛的運行情況，提供增值的廣告發布手段，增加新的服務機會和收入。

構建“智慧鐵路”愿景，包括以下幾個解決方案：

可感應，可度量的解決方案——列車停運的機率由于自診斷子系統的存在而大大降低。智能的傳感器在列車停運甚至出軌前，就能發現潛在的問題。車廂可以監控自身的狀況。

視頻監控解決方案——智慧鐵路提供了一種更智慧的方法去協助人工監控。IBM的先進視像識別技術將可以把從攝像頭所收集到的影像數據進行智能分析和篩選，協助發現潛在危機，打造更好的安全鐵路。

遠程傳感解決方案——運用先進的無線傳感器網絡在每節車廂的關鍵點處安裝傳感器，持續監控車廂的情況并在火車改組時自動檢測其編組，這些措施可推動制訂一個可行解決方案以檢測，甚至預測潛在的災難性故障。

資產管理解決方案——智慧的鐵路將可以實時收集并分析來自鐵路設備資產的信息以及性能的趨勢，并以此作為施行預測性維護的標準，在優化設備性能的同時最小化對于乘客的影響。

智能化的智慧鐵路解決方案——可感知和互聯互通的對象與流程和復雜的商務系統可以彼此對話，深度挖掘數據，分析相關性，連續而實時的進行決策。智能被注入每一個系統以及流程，從而進行與產品和人有關的生產、銷售、流通及服務。

商務智能解決方案——通過對供應鏈、旅客出行模式等方面進行智能分析，不但可以實現鐵路運力的提升以及鐵路資源的利用率，更可以減少鐵路的擁擠情況以及最小化對環境的影響。

而IBM提出構建智慧的鐵路愿景，就是要利用其更透徹的感知和度量、更全面的互聯互通和更深入的智能化三大特點，實現智能信息的網絡化，進而在整個鐵路系統、企業內部以及合作伙伴之間實現信息的互聯和共享。在這個基礎上，感知和度量可幫助鐵路公司收集信息，進而更好地監控運營，而信息整合、復雜的分析可將戰略決策與新銳洞察結合起來，幫助鐵路系統提高服務質量、服務安全性、服務可靠性并節約成本。這個策略是鐵路信息化實現更好發展的一條路徑，可以幫助打造安全、高效、綠色、智能的鐵路。

9.結束語

自2009年8月溫家寶總理提出―感知中國‖以來，物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一寫入―政府工作報告‖，物聯網在中國受到了全社會極大的關注，其受關注程度是在美國、歐盟、以及其他各國不可比擬的。雖然現如今關于物聯網的發展勢頭很猛，但很多關鍵的技術依舊處于探索階段。尤其是物聯網技術在鐵路運輸領域的應用領域，雖然我們國家在這方面已經取得了一定的研究成果，但是要實現真正的鐵路運輸領域的物聯網，以及所謂的―智慧鐵路‖還有很長的道路要走。當然，隨著RFID射頻技術以及傳感網絡等物聯網技術的不斷進 步，相信不遠的將來，在我國鐵路運輸領域也能隨時隨出的感覺到物聯網帶來的深刻變化。

參考文獻：

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第三篇：計算機信息化技術在鋼鐵企業安全管理中的應用

計算機信息化技術在鋼鐵企業安全管理中的應用論文摘要：隨著計算機信息技術在各行各業中的不斷飛速發展和廣泛應用，特別針對鋼鐵廠安全生產管理來說，各種影響鋼鐵廠安全的不利因數都可以得到有效控制，使鋼鐵廠安全生產管理有了質的飛躍，真正為實現“安全第一、預防為主”奠定了堅實的基礎。但是，計算機本身的安全問題，嚴重影響著計算機安全監控的可靠實施。因此，加強計算機的安全管理意識，為鋼鐵廠安全生產保駕護航顯得尤為重要。

鋼鐵廠安全信息技術應是集分析、預防、監控、應急全方位、一體化的系統工程。尤其應注重預防和應急處理模塊，轉被動為主動，充分的將計算機管理與安全生產管理緊密融合，有效地管理控制鋼鐵廠安全工作，保障高爐的安全有效建設。

我國鋼鐵“十一五”安全生產規劃中指出，我國目前的鋼鐵安全狀況與部分發達國家有較大的距離，技術裝備水平普遍不足，急待增強鋼鐵廠安全生產的技術支撐保障能力。大力建設鋼鐵廠安全生產的管理信息系統就是規劃中的一個重要部分。鋼鐵企業的信息化有兩個大模塊構成：一是安全生產信息化；二是管理信息化。

近年來我國鋼鐵廠發生多起事故，工人安全急需得到切實有效的保障，這也是建設和諧社會的內在要求。與此相對的是，美、德等產鋼大國安全事故卻并不多見，究其原因，除嚴格的法律、監管制度約束以外，信息技術、自動化設備的大量應用是其實現安全生產的重要因素。從信息化出發，加強安全技術能力，也是我國鋼鐵企業實現安全的必由之路。我國已把“鋼鐵自動化安全生產監測監控和管理系統與標準體系研究”列為重大專項，已經組織研究開發及產業化，以推動我國鋼鐵行業信息技術的應用，為鋼鐵安全做好技術支撐。

1我國鋼鐵企業當前特點

1鋼鐵企業安全管理信息技術建設目標和原則

作為未來“數字鋼鐵廠”的一個子系統，安全管理信息系統是鋼鐵企業持續發展的基礎，與高爐地理、生產、物流等子系統類似，其主要內容是安全信息的采集、信息的傳輸、信息的處理、信息的應用與集成。實時、準確、全面的安全信息管理和響應是生產安全管理的核心。鋼廠安全管理信息系統應是集分析、預防、監控、應急全方位、一體化的系統工程。尤其應注重預防和應急處理模塊，轉被動為主動，利用通信、計算機、自動化等多項技術的緊密融合，有效地管理控制鋼廠安全工作，保障鋼廠的安全有效建設；同時，系統設計要本著先進性、投資保護、開放性、可擴充性、可維護性的原則，根據目前業務實際，并充分考慮今后業務發展需要，針對企業實際情況具體實施。

2鋼鐵企業安全管理信息技術的主要構成目前，各軟件和系統集成商開發的系統千差萬別，但從信息設施的種類來劃分，可以分為檢測、監控、通訊、信息管理四大部分。從市場主流來看，功能模塊大同小異，整個系統可分為以下幾個模塊：

1)安全信息收集。安全信息收集主要是由安全崗(網)員在安全檢查過程中對收集到的安全信息錄入到計算機中。本模塊主要包括安全信息錄入、對安全隱患的處理意見、領導審批意見、對安全隱患處理落實情況和安全信息的綜合查詢等功能。

2)交接班管理。交接班信息管理模塊用于安檢人員處理交接班過程中的問題記錄與移交。記錄本班生產過程中發生的問題／隱患、“三違”人員、掛停止作業牌、傷亡事故、非傷亡事故及相關人員的信息，當班次交接時，瀏覽上班次發現未解決的問題和還沒有檢查到的檢查控制點信息并確認，為本班次的跟班安檢人員下井檢查提供指導，以明確責任，為系統跟蹤安全監控人員工作是否到位提供依據。

3)安全規章制度。該模塊是鋼廠各種安全規章制度的匯總，供有關人員查詢、學習和參考。鋼廠安全規章制度，是鋼廠安全生產的依據，是由一件件血的教訓而寫成的，它在鋼鐵企業安全生產過程中起到了重要作用。

4)防治病毒入侵、傳播。大力學習計算機病毒防治知識，有效防止計算機病毒的傳播。計算機病毒是由計算機語言編寫的計算機程序指令。計算機病毒的發生可導致計算機系統崩潰、文件丟失、設備損壞。計算機病毒的傳播方式主要有文件復制、接收發送郵件、下載文件等，計算機病毒的傳播工具有磁盤、優盤、移動硬盤、光盤等。

5)安全綜合報表管理。安全綜合報表是安全信息的匯總，可以對鋼廠安全情況進行綜合分析，通過日報和月報的形式提交給各級領導審核，使各級領導能及時的了解總體安全情況，為領導分析和掌握安全管理狀況提供了真實可靠的依據。

6)鋼鐵企業事故管理。正確地記錄鋼廠所發生的安全事故，并查明事故的原因，記錄事故的綜合分析和處理情況。真實地記錄發生的安全事故，可接受事故教訓，起到安全警示作用，并作為該部門安全情況評比的依據。

7)安全技術措施管理。本模塊包括安全技術措施制定、安全技術措施審核和審批。從技術角度出發，對于鋼鐵企業各種類別的工程制定安全措施。審批后發布執行，記錄措施的執行情況，并對安全措施進行月度的復審，確保安全措施的可行性。

8)安全標志管理。為了引起人們對不安全因素的注意，預防事故的發生，需要在各有關場合作出醒目標志，在礦內部安裝的安全標志也是不容忽視的。安全標志是由安全色、幾何圖形和圖形符號構成，用以表達特定的安全信息，安全標志分為禁止標志、警告標志、指令標志、提示標志四類，對安全標志要定期檢查和維護。本模塊記錄全礦安全標志的安裝地點、內容和使用情況，并備有安全標志的基本知識。

9)安全生產考評獎懲。為了加強職工的安全意識，對各部門和個人安全生產情況要定考評和獎懲。本模塊是對各部門和個人獎懲情況的評比和記錄，當某個部門連續評比不合格后，系統發出警告，并通知有關領導和部門，對該部門進行處罰。

1O)人員定位查詢。可查詢到某人員當前是否下井及在某一時間段的下井記錄。此外，部分模塊還可以和其他礦井信息技術結合使用。以上面介紹的人員狀態查詢模塊為例，除可單獨應用外，還可以和跟蹤定位系統配合使用。目前通訊技術和計算機技術為一體的爐前人員定位系統，可在任何聯網地方監控人員數量、身份和爐前工作位置，是打擊超能力生產，超人員人井的有效的高科技手段。在突發情況下，監控計算機上還可立即查詢事故現場的人員位置分布情況、被困人員數量、為事故搶險提供科學依據。

4有待解決的問題

1)通過各類傳感器所采集的數據信息，由計算機進行分析、處理，可以實現對高爐通風、溫度、濕度、打泥壓力、魚雷罐位置等進行有效監控，有力的解決人工監測不及時、不到位、不準確、憑感覺的弊端，用準確的數據反映安全生產中的各種安全隱患因數，使得安全生產管理變得科學、可靠，使“預防為主”的安全生產方針真正落到實處。

2)信息共享和互通。目前鋼鐵廠安全信息系統在信息共享和互通互聯方面還有很多不足，“信息孤島”還大量存在。由于供應商眾多，應用系統五花八門，設備也是型號多樣，極不統一。監測系統、控制系統和管理系統還不能有效實現聯動，滿足實際需求，由于不能信息共享，信息的價值大打折扣，對集中管理、決策不能提供有效的支持。

3)重建設更要重使用維護。安全管理信息系統和其他產品一樣，在使用的過程中難免會出現各種問題，但由于生產安全直接關系到高爐職工生命安全，所以尤其應加強注意。各鋼鐵企業應建立相應的維護管理制度，確保系統時刻處于正

常工作狀態，一旦發生險情，能即時采取措施，充分發揮安全信息系統應有的功能和作用。

總之，只有把計算機安全管理放在安全生產的首要位置，加強計算機的安全管理意識，把計算機安全管理真正落到實處，那么，鋼廠的計算機安全監控才有保證，“安全第一，預防為主”的安全生產方針才能真正實現。

參考文獻:

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第四篇：防雷器在電源系統中的應用

防雷器在電源系統中的應用

一、雷電防護基本原理

雷電及其它強干擾對通信系統的致損及由此引起的后里是嚴重的，雷電防護將成為必需。雷電由高能的低頻成份與極具滲透性的高頻成份組成。其主要通過兩種形式，一種是通過金屬管線或地線直接傳導雷電致損設備；一種是閃電通道及泄流通道的雷電電磁脈沖以各種耦合方式感應到金屬管線或地線產生浪涌致損設備。絕大部分雷損由這種感應而引起。對于電子信息設備而言，危害主要來自于由雷電引起的雷電電磁脈沖的耦合能量，通過以下三個通道所產生的瞬態浪涌。金屬管線通道，如自來水管、電源線、天饋線、信號線、航空障礙燈引線等產生的浪涌；地線通道，地電們反擊；空間通道，電磁小組的輻射能量。

其中金屬管線通道的浪涌和地線通道的地電位反擊是電子信息系統致損的主要原因，它的最見的致損形式是在電力線上引起的雷損，所以需作為防擴的重點。由于雷電無孔不入地侵襲電子信息系統，雷電防護將是個系統工程。雷電防護的中心內容是泄放和均衡。

1．泄放是將雷電與雷電電磁脈沖的能量通過大地泄放，并且應符合層次性原則，即盡可能多、盡可能遠地將多余能量在引入通信系統之前泄放入地；層次性就是按照所設立的防雷保護區分層次對雷電能量進行削弱。防雷保護區又稱電磁兼容分區，是按人、物和信息系統對雷電及雷電電磁脈沖的感受強度不同把環境分成幾個區域：LPZOA區，本區內的各物體都可能遭到直接雷擊，因此各特體都可能導走全部雷電流，本區內電磁場沒有衰減。LPZOB區，本區內的各物體不可能遭到直接雷擊，但本區電磁場沒有衰減。LPZ1區，本區內的各物體不可能遭到直接雷擊，流往各導體的電流比LPZOB區進一步減少，電磁場衰減和效果取決于整體的屏蔽措施。后續的防雷區（LPZ2區等）如果需要進一步減小所導引的電流和電磁場，就應引入后續防雷區，應按照需要保護的系統所要求的環境區選擇且續防雷區的要求條件。保護區序號越高，預期的干擾能量和干擾電壓越低。在現代雷電防護技術中，防雷區的設置具有重要意義，它可以指導我們進行屏蔽、接地、等電們連接等技術措施的實施。

2．均衡就是保持系統各部分不產生足以致損的電位差，即系統所在環境及系統本身所有金屬導電體的電位在瞬態現象時保持基本相等，這實質是基于均壓等電位連接的。由可靠的接地系統、等電位連接用的金屬導線和等電位連接器（防雷器）組成一個電位補償系統，在瞬態現象存在的極短時間里，這個電位補償系統可以迅速地在被保護系統所處區域內所有導電部件之間建立起一個等電位，這些導電部件也包括有源導線。通過這個完備的電位補償系統，可以在極短時間內形成一個等電位區域，這個區域相對于遠處可能存在數十千伏的電位差。重要的是在需要保護的系統所處區域內部，所有導電部件之間不存在顯著的電位差。

3．雷電防護系統由三部分組成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防護，由接閃器、引下線、接地體組成，可將絕大部分雷電能量直接導入地下泄放。過渡防護，由合理的屏蔽、接地、布線組成，可減少或阻塞通過各入侵通道引入的感應。內部防護，由均壓等電位連接、過電壓保護組成，可均衡系統電位，限制過電壓幅值。

二、防雷器的作用及技術參數

防雷器又稱等電位連接器、過電壓保護器、浪涌抑制器、突波吸收器、防雷保安器等，用于電源線防護的防雷器稱為電源防雷器。鑒于目前的雷電致損特點，雷電防護尤其在防雷整改中，基于防雷器防護方案是最簡單、經濟的雷電防護解決方案。防雷器的主要作用是瞬態現象時將其兩端的電位保持一致或限制在一個范圍內，轉移有源導體上多余能量。

進入地下泄放，是實現均壓等電位連接的重要組成部分。防雷器的一些主要技術參數：額定工作電壓、額定工作電流，特批串并式電源防雷器的載流量。通流能力，防雷器轉移雷電流的能力，以千安為單位，與波開開式有關。防雷器在功能上可分為可防直擊雷的防雷器和防感應雷的防雷器。可防直擊雷的防雷器通常用于可能被直擊雷擊中的線路保護，如LPZOA區與LPZ1區交界處的保護。用10/35μs電流波形測試與表示其通流能力。防感應雷的防雷器通常用于不可能被直擊雷擊中的線路保護，如LPZOB區與LPX1區、LPZ1區交界處的保護。用8/20μs電流波形測試與表示其通流能力響應時間，防雷器對瞬態現象起控制作用所需的時間，與波形性質有關。殘壓，防雷器對瞬態現象的電壓限制能力，與雷電流幅值及波形性質有關。

三、防雷器的選用

基于防雷器的防護想要取得理想的效果，應注重“在合適的地方合理地裝設合適的防雷器”，防雷器的選擇十分重要。

1．進入建筑物的各種設施之間的雷電流分配情況如下：約有50%的雷電流經外部防雷裝置泄放入地，另有50%的雷電流將在整個系統的金屬物質內進行分配。這個評估模式用于估算在LPAOA區、LPZOB區和LPZ1區交界處作等電位連接的防雷器的通流能力和金屬導線的規格。該處的雷電流為10/35μs電流波形。在各金屬物質中雷電流的分配情況下：各部分雷電流幅值取決于各分配通道有的阻抗與感抗，分配通道是指可能被分配到雷電流的金屬物質，如電力線、信號線、自來水管、金屬構架等金屬管級及其它接地，一般僅以各自的接地電阻值就可以大致估算。在不能確定的情況下，可以認為接是電阻相等，即各金屬管線平均分配電流。

2．在電力線架空引入，并且電力線可能被直擊雷擊中時，進入建筑物內保護區的雷電流取決于外引線路、防雷器放電支路和用戶側線路的阻抗和感抗。如內外兩端阻抗一致，則電力線被分配到一半的直擊雷電流。在這種情況下必須采用具有防直擊雷功能的防雷器。

3．后續的評估模式用于評估LPZ1區以后防護區交界處的雷電流分配情況。由于用戶側絕緣阻抗遠遠大于防雷器放電支路與外引線路的阻抗，進入后續防雷區的雷電流將減少，在數值上不需特別估算。一般要求用于后續防雷區的電源防雷器的通流能力在20kA（8/20μs）以下，不需采用大通流能力的防雷器。后續防雷區防雷器的選擇應考慮各級之間的能量分配和電壓配合，在許多因素難以確定時，采用串并式電源防雷器是個好的選擇。串并式是根據現代雷電防護中許多應用場合、保護范圍層次區分等特點提出的概念（相對于傳統的并式防雷器而言）。其實質是經能量配合和電壓分配的多級放電器與濾波器技術的有效結合。串并式防雷有如下特點：應用廣泛。不但可以按常規進行應用，也適合保護區難以區別的場所。感生退耦器件在瞬態過電壓下的分壓、延遲作用，以幫助實現能量配合。減緩瞬態干擾的上升速率，以實現低殘壓與長壽命以及極快的響應時間。

4．防雷器的其它參數選擇取決于各個被保護物所在防雷區的級別，其工作電壓以安裝在引電路中所有部件的額定電壓為準。串并式防雷器還需注意其額定電流。

5．影響電子線雷電流分配的其它因素：變壓器端接地電阻降低將使電子線中分配電流增大。供電線纜的長度的增加將使電力線中分配電流減少，并使幾要導線中有平衡的電流分配。過短的電纜長度和過低的中性線阻抗將使電流不平衡，從而引起差模干擾。供電線纜并接多用戶將降低有效阻抗，導致分配電流增大，在連成網狀的供電狀態下，雷臨時性流主要流入電力線，這是多數雷損發生在電力線處的原因。

四、防雷器的安裝

1．電源線應實現多級防護，多級防護是以各防雷區為層次，對雷電能量的逐級減弱（能量分配），使各級限制電壓相互配合，最終使過電壓值限制在設備絕緣強度之內（電壓配合）。

在下列情況下，多級防護成為必須：某一級防雷器失效或防雷器某一路失效。防雷器的殘壓不配合設備絕緣強度，線纜在建筑物內長度較長時。

2．幾乎所有情況下的線纜防護，至少應分成兩級以上，同一級防雷器還可能包含多級保護（如串并式防雷器）。為了達到有效的保護，可在各防雷區界面處設置相應的防雷器，防雷器可針對單個電子設備，或一個裝有多個電子設備的空間，所有穿過通常具有空間屏蔽的防雷區的導線，在穿過防雷區界面同時接有防雷器。另外，防雷器的保護范圍是有限的，一般防雷器與設備線路距離超過10m以后將使防護效果劣化，這是因為防雷器和需要保護的設備之間的電纜上有反射造成的振蕩電壓，其幅值與線路長度、負載阻抗成正比。

3．在使用電源孩子雷器的多級防護中，如果不注意能量分配，則可能引入更多的雷電能量進入保護區域。這要求防雷器應根據前述評估模式選擇。一般防雷器都有通過雷電流越大，殘壓越高的特點，通過能量分配后未級防雷器流過的雷電流極小，有利于電壓限制。注意，不考慮電壓配合而僅僅選擇低響應電壓的防雷器作末級保護是危險的。

實現能量分配與電壓配合的要點在于利用兩級防雷器之間線纜本身的感抗。線纜本身的感抗有一定的阻礙埋電流及分壓作用，使雷電流更多地被分配到前級泄放。一般要求兩級防雷器之間線纜長度在15m左右，適用于保護地線與其它線纜緊貼敷設或處于同一條電纜之內的情況。線纜上分支線路的長度對線纜要求長度有影響，當保護地線與被保護線纜有一定距離（>1m），這時要求線纜長度大于5m即可。在一些不適合采用線纜本身作退耦措施的如兩級防雷區界面靠近或線纜長度較短時，可利用專門的退耦器件，這時無距離要求。

4．退耦器件是實現能量分配與電壓配合的重要措施，以下幾種材料可作為退耦器件：線纜、電感和電阻。

串并式電源防雷器就是一種考慮了能量分配與電壓配合，利用濾波器作為退耦器件的防雷器組合形式，適合于各種場合的應用。

5．在某些極端情況下，裝上防雷器反而會增加設備損壞的可能，必須杜絕；這類情況發生。防雷器保護幾條線，其中一條線上的防雷器失效或響應速度過慢。這可能使共模干擾轉化為差模干擾而損壞設備。這要求必須實施多級防護及注意防雷器的維護。不考慮防雷保護區、能量配合及電壓分配而隨便安裝防雷器，比如僅僅在設備前端裝設一只防雷器，由于沒有前級保護，強大的雷電流將被吸引到設備前端，致使防雷器殘壓超過設備絕緣強度。這要求防雷器必須按層次性原則安裝。

6．在另外的一些情況下，錯誤的安裝將使設備得不到有效保護。過長的防雷器連接線、防雷器工作時，連接線上由感抗引起的電壓將極高，加在設備上的仍會危險電壓，這個問題在末級防雷器的應用中更加明顯。解決這個問題的方法是采用短的連接線，也要以采用兩要以上分開的連接線以分擔磁場強度，減少壓降，單線加粗連接線是沒有什么效果的。必要時可通過改變被保護線的布線，使其靠近等電位連接排（接地點）以減少連接線長度。

防雷器輸出線和輸入線、接地線靠近、并排敷設。這種情況對串并式防雷器的影響比較嚴重。當串并式電源防雷器的輸出線（已保護的線）和輸入線（未保護線）、地線靠近敷設，會使輸出線內感應出瞬態浪涌，雖然其強度較原來小，但仍可能是危險的。解決這個問題的方法是將輸入線、地線與輸出線分開敷設或垂直敷設，盡量減少并行敷設的長度，拉開敷設的距離。

防雷器接地線沒有與被保護設備的保護地相連，即采取單獨的防雷接地。這將使被保護線與設備保護地之間在瞬態時存在危險電壓，解決這個問題的方法是防雷器的接地應與設備保護地相連。

第五篇：淺談防雷器在電源系統中原理以及應用

摘要：雷電由高能的低頻成份與極具滲透性的高頻成份組成。其主要通過兩種形式，一種是通過金屬管線或地線直接傳導雷電致損設備；一種是閃電通道及泄流通道的雷電電磁脈沖以各種耦合方式感應到金屬管線或地線產生浪涌致損設備。絕大部分雷損由這種感應而引起。對于電子信息設備而言，危害主要來自于由雷電引起的雷電電磁脈沖的耦合能量，通過以下三個通道所產生的瞬態浪涌。本文主要簡析防雷器在電源系統中的應用等。

一、雷電防護基本原理

雷電及其它強干擾對通信系統的致損及由此引起的后果是嚴重的，雷電防護將成為必需。雷電由高能的低頻成份與極具滲透性的高頻成份組成。其主要通過兩種形式，一種是通過金屬管線或地線直接傳導雷電致損設備；一種是閃電通道及泄流通道的雷電電磁脈沖以各種耦合方式感應到金屬管線或地線產生浪涌致損設備。絕大部分雷損由這種感應而引起。對于電子信息設備而言，危害主要來自于由雷電引起的雷電電磁脈沖的耦合能量，通過以下三個通道所產生的瞬態浪涌。金屬管線通道，如自來水管、電源線、天饋線、信號線、航空障礙燈引線等產生的浪涌；地線通道，地電們反擊；空間通道，電磁小組的輻射能量。

其中金屬管線通道的浪涌和地線通道的地電位反擊是電子信息系統致損的主要原因，它的最見的致損形式是在電力線上引起的雷損，所以需作為防擴的重點。由于雷電無孔不入地侵襲電子信息系統，雷電防護將是個系統工程。雷電防護的中心內容是泄放和均衡。

1.泄放是將雷電與雷電電磁脈沖的能量通過大地泄放，并且應符合層次性原則，即盡可能多、盡可能遠地將多余能量在引入通信系統之前泄放入地；層次性就是按照所設立的防雷保護區分層次對雷電能量進行削弱。防雷保護區又稱電磁兼容分區，是按人、物和信息系統對雷電及雷電電磁脈沖的感受強度不同把環境分成幾個區域：LPZOA區，本區內的各物體都可能遭到直接雷擊，因此各特體都可能導走全部雷電流，本區內電磁場沒有衰減。LPZOB區，本區內的各物體不可能遭到直接雷擊，但本區電磁場沒有衰減。LPZ1區，本區內的各物體不可能遭到直接雷擊，流往各導體的電流比LPZOB區進一步減少，電磁場衰減和效果取決于整體的屏蔽措施。后續的防雷區假如需要進一步減小所導引的電流和電磁場，就應引入后續防雷區，應按照需要保護的系統所要求的環境區選擇且續防雷區的要求條件。保護區序號越高，預期的干擾能量和干擾電壓越低。在現代雷電防護技術中，防雷區的設置具有重要意義，它可以指導我們進行屏蔽、接地、等電們連接等技術措施的實施。

2.均衡就是保持系統各部分不產生足以致損的電位差，即系統所在環境及系統本身所有金屬導電體的電位在瞬態現象時保持基本相等，這實質是基于均壓等電位連接的。由可靠的接地系統、等電位連接用的金屬導線和等電位連接器組成一個電位補償系統，在瞬態現象存在的極短時間里，這個電位補償系統可以迅速地在被保護系統所處區域內所有導電部件之間建立起一個等電位，這些導電部件也包括有源導線。通過這個完備的電位補償系統，可以在極短時間內形成一個等電位區域，這個區域相對于遠處可能存在數十千伏的電位差。重要的是在需要保護的系統所處區域內部，所有導電部件之間不存在顯著的電位差。

3.雷電防護系統由三部分組成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防護，由接閃器、引下線、接地體組成，可將絕大部分雷電能量直接導入地下泄放。過渡防護，由合理的屏蔽、接地、布線組成，可減少或阻塞通過各入侵通道引入的感應。內部防護，由均壓等電位連接、過電壓保護組成，可均衡系統電位，限制過電壓幅值。

二、防雷器的作用及技術參數

防雷器又稱等電位連接器、過電壓保護器、浪涌抑制器、突波吸收器、防雷保安器等，用于電源線防護的防雷器稱為電源防雷器。鑒于目前的雷電致損特點，雷電防護尤其在防雷整改中，基于防雷器防護方案是最簡單、經濟的雷電防護解決方案。防雷器的主要作用是瞬態現象時將其兩端的電位保持一致或限制在一個范圍內，轉移有源導體上多余能量。

進入地下泄放，是實現均壓等電位連接的重要組成部分。防雷器的一些主要技術參數：額定工作電壓、額定工作電流，特批串并式電源防雷器的載流量。通流能力，防雷器轉移雷電流的能力，以千安為單位，與波開開式有關。防雷器在功能上可分為可防直擊雷的防雷器和防感應雷的防雷器。可防直擊雷的防雷器通常用于可能被直擊雷擊中的線路保護，如LPZOA區與LPZ1區交界處的保護。用10/35μs電流波形測試與表示其通流能力。防感應雷的防雷器通常用于不可能被直擊雷擊中的線路保護，如LPZOB區與LPX1區、LPZ1區交界處的保護。用8/20μs電流波形測試與表示其通流能力響應時間，防雷器對瞬態現象起控制作用所需的時間，與波形性質有關。殘壓，防雷器對瞬態現象的電壓限制能力，與雷電流幅值及波形性質有關。

三、防雷器的選用

基于防雷器的防護想要取得理想的效果，應注重“在合適的地方合理地裝設合適的防雷器”，防雷器的選擇十分重要。

1.進入建筑物的各種設施之間的雷電流分配情況如下：約有50%的雷電流經外部防雷裝置泄放入地，另有50%的雷電流將在整個系統的金屬物質內進行分配。這個評估模式用于估算在LPAOA區、LPZOB區和LPZ1區交界處作等電位連接的防雷器的通流能力和金屬導線的規格。該處的雷電流為10/35μs電流波形。在各金屬物質中雷電流的分配情況下：各部分雷電流幅值取決于各分配通道有的阻抗與感抗，分配通道是指可能被分配到雷電流的金屬物質，如電力線、信號線、自來水管、金屬構架等金屬管級及其它接地，一般僅以各自的接地電阻值就可以大致估算。在不能確定的情況下，可以認為接是電阻相等，即各金屬管線平均分配電流。