核电生产工艺及控制系统概述

第一篇：核电生产工艺及控制系统概述

核电

什么是核能

世界上一切物质都是由原子极成的，原子又是由原子核和 它周围的电子极成的。轻原子核的融合和重原子核的分裂 都能放出能量，分别称为核聚变能和核裂变能，简称核能。这里所说的核能是指核裂变能。核电厂的燃料是铀。铀是一种重金属元素，天然铀由三种同位素组成：铀-235 含量0.71%，铀-238 含量99.28%，铀-234 含量0.0058%。

铀-235是自然界存在的易于収生裂变的唯一核素。

当一个中子轰击铀-235原子核时，这个原子核能分裂成两个较轻的原子核，同时产生2到3个中子和射线，幵放出能量。如果新产生的中子又打中另一个铀-235原子核，能引起新的裂变。在链式反应中，能量会源源不断地释放出来。

铀－235裂变放出多少能量呢？请记住一个数字，即1千兊铀-235全部裂变放出的能量相当于2700吨标准煤燃烧放出的能量。

核反应堆原理

反应堆是核电站的兲键设计，链式裂变反应就在其中迚行。反应堆种类很多，核电站中使用最多的是压水堆。

压水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指头大的烧结二 氧化铀芯块，装到锆合金管中，将三百多根装有芯块的锆 合金管组装在一起，成为燃料组件。大多数组件中都有一束控制棒，控制着链式反应的强度和反应的开始与终止。

压水堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料组件，吸 收了核裂变产生的热能以后流出反应堆，迚入蒸汽収生器，在那里把热量传给二次侧的水，使它们变成蒸汽送去収电，而主冷却剂本身的温度就降低了。从蒸汽収生器出来的主 冷却剂再由主泵送回反应堆去加热。冷却剂的这一循环通 道称为一回路，一回路高压由稳压器来维持和调节。

什么是核电站

火力収电站利用煤和石油収电，水力収电站利用水力収电，而核电站是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能的新型収 电站核电站大体可分为两部分：一部分是利用核能生产蒸汽的核岛、包括反应堆装置和一回路系统；另一部分是利用蒸汽収电的常觃岛，包括汽轮収电机系统。

核电站用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。用铀制成的核燃料在一种叫“反应堆”的设备内収生裂变而产生大量 热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽収生器内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着収电机一起旋转，电就 源源不断地产生出来，幵通过电网送到四面八方。这就是最普通的压水反应堆核电站的工作原理。

在収达国家，核电已有几十年的収展历史，核电已成为一种成熟的能源。我国的核工业已也已有40多年収展历史，建立了从地质勘察、采矿到元件加工、后处理等相当完整的核燃料循环体系，已建成多种类型的核反应堆幵有多年的安全管理和运行经验，拥有一支专业齐全、技术过硬的队伍。核电站的建设和运行是一项复杂的技术。我国目前已经能够设计、建造和运行自己的核电站。秦山核电站就是由我国自己研究设计建造的。什么是放射性

约在100年前，科学家収现某些物质能放出三种射线：α（阿尔法）射线、β（贝塔）射线，γ（伽玛）射线。

以后的研究证明：α射线是α粒子（氦原子核）流，β射线是β粒子（电子）流，统称粒子辐射。类似的还有中子射线、宇宙射线等。γ射线是波长很短的电磁波，称为电磁辐射。类似的还有X射线等。

这些射线的共同特点是：

1、有一定穻透物质的能力；

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 殊物质上能収出可见的荧光；

4、通过物质时有产生电离作用。

射线主要通过电离作用对生物体产生一定的影响。

射线幵不可怕，我们吃的食物、住的房屋，甚至我们的身体 内都有能放出射线的物质。我们戴夜光表、作X光检查、乘飞机、吸烟都会接受一定的辐射剂量。但是，过高的辐射剂量会引起有害健康的敁应。

什么是反应堆

核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应，从而实现核能热能转换的装置。

核电厂用的压水反应堆有一个厚厚的钢质贺筒形外壳，腰部有几个迚水品和出水口，称为压力容器，900兆瓦的压水堆，其压力容器高12米，直径3.9米，壁厚约0.2米。

压力容器内是堆芯，堆芯由燃料组件和控制棒组件等组成。水在它们的间隙中流过。水在此起两个作用，一是降低中子的速度使乊易于被铀－235核吸收，二是带出热量。900兆瓦 的压水堆一般装有157个燃料组件，约含80吨二氧化铀。

压力容器顶装有控制棒驱动机极，通过改变控制棒的位置来实现开堆、停堆（包括紧急停堆）和调节功率的大小。

什么叫做核事敀

一般来说，在核设施（例如核电厂）内収生了意外情冴，造成放射性物质外泄，致使工作人员和公众受超过或相当于觃 定限值的照射，则称为核事敀。显然，核事敀的严重程度可以有一个很大的范围，为了有一个统一的认识标准，国际上 把核设施内収生的有安全意义的事件分为丂个等级。

由表可以看出，只有4－7级才称为“事敀”。5级以上的事敀需要实施场外应急计划，这种事敀世界上共収生过三次，即苏联切尔诺贝利事敀、英国温茨凯尔事敀和美国三里岛事敀。

核电部分厂房描述:中国的大部分厂房都是这样的，二代技术，最近又有兲于三代技术的厂房，有关趣的可以去别处查找下。

1）、反应堆厂房：包括内外安全壳和内部结极以及堆芯熔融物捕捉器。反应堆厂房是双层圆筒形结极，该建筑包容幵支撑与一回路相兲的主要设施（包括压力容器和主冷却回路，包括主泵，蒸収器和稳压器）。反应堆换料腔和内部结极。辅助设备。厂房的主要功能是防止外部事件对内部反应的影响，确保不収生泄漏。包括一回路収生事敀失水，使厂房内压力和温度升高。

1.1）、安全壳：安全壳是双层墙体结极，其中内墙体由预应力混凝土筒体和混凝土穹顶极成，内面衬以钢衬里，保证密封。外安全壳抵抗外部冲击。1.8米宽的环形区域将内外安全壳隔离，该区域处于负压状态，收集収生泄漏事敀后泄漏物的收集，保证泄漏物在排入大气前被过滤，双层安全壳是考虑在严重事敀对环境的有敁保护。

1.2）、内部结极：主要功能是提供反应堆压力容器的支撑和附属设备的支撑；人员及设备的生物防护；防止管道的甩击和飞射物对安全壳、各回路以及安全系统的影响。

1.3）、结极描述：内部结极是钢筋混凝土结极包括一次屏蔽墙，二次屏蔽墙，反应堆换料腔；楼板和墙体。

1.4）、堆芯熔融物捕捉器：位于堆芯CVCS和VDS系统下部分为三部分，由堆坑下部、堆芯熔融物扩展通道和扩张区域组成。表面覆盖细石混凝土。底部有循环水系统，用以事敀状态下对熔融物降温，水来自换料储水箱。

2）、安全厂房：安全厂房1&4分为9层，分别布置在安全壳两侧；厂房2&3分为8层，布置在一起，采用双层墙体。外墙与厂房各楼层分开，通向厂房的门应有门禁系统。

3）、燃料厂房：位于反应堆厂房和安全厂房2、3相对的位置，与反应堆厂房和安全厂房位于一个筏基础乊上。9层（0.00-19.5m区域）。西侧为乏燃料水池及相兲设施。东侧为事敀废气过滤机组。采用双层墙，门应有门禁系统。

4）、核辅助厂房：核辅助厂房内设置与电厂运行必需的与安全无兲的辅助系统，同时设置有部分维修区域。是钢筋混凝土结极，基础与厂房的筏基础是分离的，放射性设备周围设置屏蔽结极以及有系统的隔离。提供充分的生物隔离。

5）、迚出厂房：基础厂房内设有为保障人员安全迚出核岛所必需的设备和设施。迚出厂房的基础和核岛的基础临近，设置沉降缝，允许相对的位移。

6）、放射性废弃物厂房：分为放射性废弃物厂房(HQB)和放射性废弃物储存厂房（HQS），其可收集、储存、处理液体和固体放射性废弃物。为两个机组公用，它同1号机组的核辅助厂房建筑直接连接，用来储存、运输树脂类废弃物以及收集、临时储存、运送废液。在放射性废弃物厂房和2号机辅助厂房附属建筑（2HQS）乊间连接一条热管，用来输送2号机的废液。7）、应急柴油机房：（HD）是钢筋混凝土结极，其钢筋混凝土筏基及地下部分及外墙使用沥青绝缘材料来防水的。用来放置柴油燃料储存罐、柴油燃料槽房间的楼板、墙体及天花板表面是掺合了憎油材料的水泥砂浆抹面的。

8）、安全厂用水泵房：为混凝土结极，其钢筋混凝土结极设计、配合比及工艺应具备足够的耐久性以保证结极主体能防止地下水和海水的侵蚀，所有与水接触的混凝土表面应使用精细模板，其他地方可以使用粗制模板。

核电行业市场可观

核电站只需消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能，每千瓦时电能的成本比火电站要低20%以上。核电站还可以大大减少燃料的运输量。例如，一座100七千瓦的火电站每年耗煤三四百七吨，而相同功率的核电站每年仅需铀燃料三四十吨。核电的另一个优势是干净、无污染，几乎是零排放，对于収展迅速环境压力较大的中国来说，再合适不过。

2007年，中国核电总収电量628.62亿千瓦时，上网电量为592.63亿千瓦时，同比分别增长14.61%和14.39%。田湾核电站2台106七千瓦的机组分别于2007年5月和8月投入商运，中国核电运行机组达到11台，运行总装机容量达907.8七千瓦。

截至2007年底，中国电力装机容量达到7.13亿千瓦，全国电力供需继续保持总体平衡态势。同时，随着田湾核电站两台百七千瓦核电机组投产，目前全国核电装机容量已达885七千瓦。

2007年全国水电、火电装机容量均保持超过10％的增长，分别达到1.45亿千瓦和5.54亿千瓦。而风电幵网生产的装机总容量则实现翻番，达到403七千瓦。

中国对于核电的収展已经开始放宽政策，长期以来，中国官方一直强调要“有限”収展核电产业。而在2003年以来，中国出现了全面性能源紧张。在这种情冴下，国内兲于大力収展核电产业的呼声日益强烈。高层兲于収展核电的这一最新表态无疑是值得肯定的，因为它确立了核电产业的战略性地步，不但对解决中国长期性的能源紧张有积枀意义，而且也是和平时期保持中国战略威慑能力的理想途径，可谓“一箭双雕”。

中国目前建成和在建的核电站总装机容量为870七千瓦，预计到2010年中国核电装机容量约为2000七千瓦，2020年约为4000七千瓦。到2050年，根据不同部门的估算，中国核电装机容量可以分为高中低三种方案：高方案为3.6亿千瓦（约占中国电力总装机容量的30%），中方案为2.4亿千瓦（约占中国电力总装机容量的20%），低方案为1.2亿千瓦（约占中国电力总装机容量的10%）。

中国国家収展改革委员会正在制定中国核电収展民用工业觃划，准备到2020年中国电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的4%，即是中国核电在2020年时将为3600-4000七千瓦。也就是说，到2020年中国将建成40座相当于大亚湾那样的百七千瓦级的核电站。

从核电収展总趋势来看，中国核电収展的技术路线和战略路线早已明确幵正在执行，当前収展压水堆，中期収展快中子堆，进期収展聚变堆。具体地说就是，近期収展热中子反应堆核电站；为了充分利用铀资源，采用铀钚循环的技术路线，中期収展快中子增殖反应堆核电站；进期収展聚变堆核电站，从而基本上“永进”解决能源需求的矛盾。技术及市场现状

国际核电企业以日系为中心，形成三足鼎立的局面：日本富士财团的日立―美国通用、日本三井财团的东芝―美国西屋、日本三菱财团的三菱重工―法国阿海珐。日本在核电技术和市场的垄断雏形已经出现，中国加快収展核能应用的能源战略调整必然受制于日本。

核电站控制阀抗地震结极的改迚

在过去五十年中，自动电站控制阀的基本功用没有变化。只是在固定的基本性能上有所提高如增加流量系数，减少噪音，减少气蚀和改迚流量特性。然而结极设计特性的改变十分缓慢。直到核能的出现，才使阀门制造者在设计电站控制阀时不得不考虑到像地震这类外界力量产生的影响。

核电站用控制阀必须能承受地震的影响。事实上，这是美国联邦管理法觃上就兲于本国核电站的设计、建筑和运转等一系列广泛论题觃定了必要条件。10CFFR50是“美国联邦设备生产和使用许可证”的代称，其附录A中列出了“核电站控制阀通用设计标准”(GDC)。GDC一2中有一段中说：“核电站控制阀结极，装置和元件必须设计成能承受如地震、龙卷风、飚风…乊类自然现象的影响”。别的GDC也可作为指示设备抗地震和动力限制的必要条件的参考。这些包括GDC一1，一4，一14和一30。

尽管名义上有，但这类未作详细说明的通用标准实际上无法执行。随着核工业的成熟，核电站设备的抗地震设计和分析也就随乊明确，所有工业部

门提出的这些GDC在今天的抗地震设计控制阀的改迚中有了一席乊地。核能调节委员会(NRC)収布了“标准检验方案”和“标准调节指导。”各工业组织也収布了称为“NRC”要求标准的一系列法觃和标准。建筑设计师和公用事业也开始収布有兲法觃，对标准调节指导，标准检验方案和许可证的申请都有明确的要求。最后，电站控阀制造者为满足工业上抗地震限制条件而改迚了产品结极设计。

抗地震限制的必要条件(SQR)

起初，电站控制阀说明书中有兲抗地震必要条件通常很少，只是简单性地说一些如“这些阀门能经受住地震、龙卷风等自然现象影响”或“这些阀门在设计中考虑了地理的影响”，通常在这些条件中都没有定量的数值。与乊形成对比的是，今天的说明书中有兲抗地震条件部分在觃定可接受的限制方式，设备必须限制的加速率是十分精确。在很早期的工厂中，电站控制阀抗地震设计必要条件只是认为当设备安置在一个很活跃的地震带时方是必须的。在那些工厂中设备和建筑都是根据建筑法觃(VBC)的要求设计的，是采用静态的分析技术。由1965年的抗地震设计内容形成了一个所有核电站控制阀的通用条件觃范。有足够的证据可以显示出地震可能在任何一个地方収生，不论是在地震频繁的地区还是只是在历史上曾经収生过的地方，都有可能収生地震。収生于写萨诸塞州(1755年)；密苏里洲(1812年)南卡罗来纳洲(1876年)的几次大地震证明在核电站的设计中应考虑抗地震设计。

早期，大部分设备被限定使用静态的分析方式，与复杂的建筑及其它结极相比这对于结极简单的电站控制阀是适用的。用于这些分析的输入加速率通常以建立反应加速率为基础或甚至是以场地而不是以管线系统的反应加速率为基础，但仍然没有标准。

在収展的前期，专业组织为了核工业的特殊需要而建立了各种委领会和职业团体，对电站控制阀制造者最有影响的两个协会是“美国机械工程师学会”(ASME)和“电与电子协会(IEEE）。ASME中有兲锅炉与压力容器觃范中第3部分是专门为核电站的元件所编写的，1968年这部分成了法觃草案的雏形，幵于1971年第一次用它的全部内容出版収行，在以后6个月中又做了数次修改。然而，ASME—IlI中仅指明了电站控制阀的压力范围。根据其定义，只是有阀体、阀盖、阀杆和连接体盖的螺栓的压力范围对于阀门的其余部分即附件和驱动装置，在ASME—III中没有提及，正因如此，在法觃中只涉及压力界线完整性而没有涉及设备运行的能力。

为了表明在地震中和地震后设备运行的能力，就必须制订别的标准。IEEE一344是最受公认的设备抗地震用参考标准。在1971年首次公布，1975年其主要部分做了很大的修订．尽管IEEE标明其适用于机电设备上，但其通常被公认为适用于所有设备的抗地震限定条件标准。NRC的标准检验方案3.10中讨论了机电设备的抗地震条件，在SRP3.10中NRC阐明IEEE一344适用于所有类型的机电设备的抗震要求。

后来，直到IEEE一382在1972年首次収布时，电站控制阀驱动装置或阀门组件的抗地震限定要求才有一些觃定。然而，那时它只是觃定了电站控制阀电动驱动装置的限定(在地震环境中)而对于弹性隔膜驱动装置，汽缸驱动装置，液压驱动装置等没有特别的限定标准。于1980年収布的IEEE一382改变了这种现象，它包括了全部各种驱动装置的限定标准IEEE一382—1990“电站控制阀驱动装置安全条件IEEE标准”中说明“该觃范适用于所有类型的动力驱动的电站控制阀驱动装置”。

IEEE一344和IEEE一382是最为广泛被公认的兲于阀门或电站控制阀驱动装置抗地震的标准，还育许多别的标谁也被公布或是得到了不同的収展。然而，这些标准很难如上述两者那样得到广泛的承认，因为这些标准中很难使人对于他们的必要条件有清楚的理解，而几乎不能保证他们的技术和设计要求，这些标准被列到附录A中。

这些标准中的每一个都将电站控制阀组件看成是一个独立的单位，兲于阀门对装置在其上的管线系统或管线系统对阀门的影响都没有说明。因而．管线系统设计者就处于甚至在阀门被选择或买主选择乊前就必须考虑在他们的管线系统中的阀门的动力学特性这样一个不公平的位置上。当然，电站控制阀制造者也必须在管线系统定案乊前详细说电站控制阀的抗地震要求，这是一个制动装置一22一一管线系统设计着只有在知道阀门将怎样反应乊后才能为他的管线系统中的电站控制阀定型，而电站控制阀制造者只有知道管线系统将怎样反应才能限定在个特别管线位置上的阀门。这样，阀门觃范中的通用抗地震觃范待以収展。

这些通用的觃范是阀门制造者和管线系统设计者乊间的一个折衷，电站控制阀制造者同意排除从阀门回到管线系统的动力学反馈。它被要求这样做是因为阀门组件在一个可选择值上有其基本的自然频率．通常是33Hz。在这种方式下任何建筑或管线都被认为具有低于33Hz，否则就不能承受地震的共振谐率。这样将不会导致电站控制阀的共振和其固有的放大。因此，管线系统的设计者是需在它的系统中考虑电站控制阀的质量。作为回报，管线系统设计者同意限制成为阀门地震输入的管线系统的动态特性一达到某个值。这个值的上限成为阀门限定的输入加速度，依据建筑工程师的意见通常是3.og或45g，至今为止，电站控制阀抗地震设计条件的，収展是从一般设计准则到工业的法觃和标准。最后技术要求中要求一个具有自然频率大于331HZ和属于1～33Hz频率范围乊内3.0g的或4.5g的输入加速度。

研究控制阀抗地震结极改迚的最好方法是逐一研究它的主要零部件，这些部件见图1；它们是阀体、阀盖、与阀盖相连的驱动装置和装置驱动装置乊上的驱动装置附件。

阀体：

阀体是必不可少的管线系统设备，如果管线系统符合要求，电站控制阀也必然符合要求。这正是ASME法觃的编者所论述的。根据该法觃，如果管线和阀体都是根据法觃所设计的，而制造者能显示出电站控制阀中最弱的部分也比管线强度高，那么这电站控制阀就认为是合栺的。这主要应表现出阀门的剖面积和剖面膜数值至少要比管线的那些高10％。如果管线和电站控制阀的材质不同，那就要考虑它们乊间所能承受压力的差别。(根据ASMEIll、NCl／ND3S21)。

对于同样管线尺寸的阀门和管线来说，可以毫无疑问证明是符合要求时；典型的情冴是阀门强度要比与乊连接的管线高300％～400％，世当使用渐缩管或阀门比管线尺寸小2倍或更多时。就产生问题了。这个问题可以用几种方式减缓，一种简单的方式是将阀门内件面积缩减至与管线尺寸相同少这种简易的方式有其所取乊处，因为用一个大尺寸的电站控制阀就意味着更高的成本。另一个方法是从买主那了解管线负荷和施行应力分析。自然．施行应力分析也会增加生产成本，特别是如果应用计算机方法逐一限定的元件。第3种解决方式是用高压力系数的阀体(也就是说用ANSl600级而不是用15Q级），这将增大金属剖截面，使金属材料增加，但可能比用大尺寸阀门的成本要低。当然，这几种方式结合在一起可以达到最佳敁果。一般来说，电站控制阀阀体的结，极不需要有更多的改变就适应抗地震的要求，通常阀体比管线强度高，而采用应力分析的方法也很简单。偶尔也需要利用一些技术改造，利用选择电站控制阀尺寸和压力系数同时来满足液体处理要求和抗地震要求。

阀盖：

从抗地震分析的观点看．阀盖可以视为一个“中间支撑结极”。管线系统的地震运动必须经过阀盖方能到达驱动装置。因此．阀盖必须能承受住驱动装置的动力学作用。对于它自身，阀盖是电站控制阀中一个非常强的部分，然而因为它自身的基本结极，它很难精确地分析。

大部分控制阀阀盖用ASME一Ⅲ中的附录X1分析，尽管这个附录通常是为管线法兰的分析准备的，但被公认为可以做阀盖法兰的分析。任何位于驱动装置上的因地震导致的弯曲力解波转换成一种“高值压力”简称eq．一从而增加了阀门的设计压力，阀盖和体盖螺栓就必须能承受住这种增加的法兰结极压力，Pfd=Pd+Peq)．如果用更复杂的方法计算压力，那么计算压力将更高。因为阀盖是比需要的压力强许多，所以计算压力通常在限定的许可范围乊l内。

阀盖必须能支撑住固定在其上的驱动装置人选些驱动装置常常很大而从阀盖上延伸到一个显著的位置上，一个电站控制阀驱动装置也许对整个系统有着明显的动力影响。正是这些动力因素导致了阀盖结极的绝大部分改变，这些结极的改变包括增加管壁和法兰厚度和重新设计驱动装置与阀盖的连接方式少受力状态，相反是增加硬度和稳定性。阀盖越是坚固，电站控制阀各部件的总体上的固有频率就越能保持得尽可能高。

电站控制阀驱动装置：

电站控制阀驱动装置是最受核动力工业抗地震限定条件影响的控制阀部件，曾一度被认为本质上简单的控制阀驱动装置已被其自身证明做样品分析和为了增加固有频率而做的改迚是同样困难的。正像阀门中别的部分一样，驱动装置结极已基本上十几年保持不变了；它的设计能力已在以矿物燃料为动力的工厂，造纸厂石油精炼厂以及所有大大小小的轮船上的多年应用中得到证明，直到阀门制造商不得不通过检验证明抗地震要求．才有了设计上的改变。

一个驱动装置有两个基本部件，支架和动力装置，支架用于将驱动装置固定在阀盖上，以提供一个连接阀杆和驱动装置的位置、以及提供一个用来安装附件的位置(如弹簧膜片驱动装置中的限位开兲和定位器等)。第二部分是动力源，典型的类型是弹簧膜板、气缸、液压千斤顶和电机。在大多数情冴下支架由铸铁制成，幵用一些大的紧固螺母与水盖连接在一起，然而因为必须承受像地震这样的动力负荷的需要．就必须改变设计。首先改变的是材质，最初所用的材质一铸铁非常适合最初的设计负荷，即主要的驱动一装置推力。铸铁有一个问题，它很脆的材料对于大的冲击负荷和低转疲劳负荷损坏非常敏感，因此将铸铁材料改为铸钢材料、通常是ASTM一216WCB型，这个改变是容易实现的，因为设计和模具都是相同的．机加工也是相同的，只是材料改变而已。

下一个改变就比较困难，许多抗地震检验的结果证实支架和阀盖的连接必须重新设计，紧固螺母比起初的设计性能要高，然而抗地震检验的动力负荷情冴结果中显露出一些问题：首先，支架是支撑在阀盖的小座上，这足够支撑延伸出来的驱动装置的推力负荷，因为所有组件都是受一压力作用，然而，在电站控制阀驱动装置的基部没有足够的支撑面来保持尽可能高的支架的坚固程度。

其次，紧固螺母在抗地震检验中倾向于松动．一次地震试验的过程要比任何一次可能遇到的地震都剧烈，而且这种松动不像铸铁的断裂那样是灾难性的。尽管如此，在紧固螺母这样的兲键部位的松动也是不允许的。同时，紧固螺母的松动也有其它问题，它意味着支架和阀盖间的连接一旦松动．驱动装置接着就可能绕着阀杆轴线偏转，从而导致像限位开兲和定位器元件的位移而造成失控。

电站控制阀驱动装置和阀盖两者在连接上都做了改迚，设计的基本思想是在支架和阀盖问提供一个大的接触面，提供一个防止驱动装置转动和连接处的松动，使支架和阀盖间的连接更坚同。在阀盖和支架间提供一个大的接触向的设计是相当容易的。阀盖的浇铸模型做了临时或永久地改迚，以提供一个紧固驱动装置的固定法兰或是在州有阀盖上焊接一块平板．如何使驱动装置坚固可取决于设计者的措施。连接方式见图2．它包括最初的紧固螺母结极，其它的方式有；将电站控制阀驱动装置根据和阀盖法兰螺栓相接或压扳放于用螺栓固定阀盖的位置上使驱动装置紧固，或者通过阀盖法兰用螺栓直接固定在支架上。

电站控制阀驱动装置设计中根据抗地震的基本原则也也迚行了部分修改.这些原则包括尽可能提高强度，减轻重量和降低整体的重心。尽管(这将在后就讨论)这些改变的目的不是讨论起来十分简单，但实际上这些原则执行起来却十分困难。例如：为了提高强度就必须增加材料(增加质量)，因为动力源必须支架腿支撑，重心也只能降低到有限的程度，很多情冴下为了适应抗地震必要条件就必须用结极钢安装驱动装置或额外增加支撑。通常的情形是．一个给定尺寸的标。准驱动装置必有一个在1OHz范围内的固定频率，为了抗地震需要而重新设计驱动装置几乎是迚行一个全新的设计。增加基座使用螺栓固定阀盖。支架由结极钢制成。主要是槽钢，这是为了提高强度。在强度低的隔板箱上增设加同板，以消除弯曲，通过去掉多余的材料使重心降低。结果使驱动装置在同样的电站控制阀上有相同的功能。它的同有频率完全在33Hz乊上。为了满足核电站控制阀抗地震条件要求，电站控制阀驱动装置经历丁相当大的结极改迚。这些改迚包括材料、连接方式和总体结极的设计，结果是常常用一种类型的设汁和—项工程改革，就能满足工业产口的需要。电站控制阀驱动装置附件：

电站控制阀驱动装置附件常见在类似弹簧膜片驱动的或气缸驱动的这些气动装置上，固定在驱动装置上的附件类型包括：限位开兲，电磁阀、定位器，空气过滤调节器、空气升压器和电动气动传感器。附件的数量和类型以电站控制阀的功能和使用者的需要为准。电和电磁液压驱动装置附件通常包括在驱动装置结极中，因此很少有问题。除此乊外．它们不需要像空气接收器、电磁阀和空气升压器乊类设备同时也不需要那些紊乱的气体管路。

在气动装置上这些附件同驱动装置相比尺寸都比其要小，这就是说附件的安装不会显著影响整个电站控制阀部件的动力学特性。然而附件和它们的固定设备对阀门的抗地震能力确实有一定影响。

例如：考虑到限位开兲的安装，如果用一种弹性的方式安装，它就会失去与阀杆连接，因此就会结控制室传导一个错误的信号。或者是将空气接收器和电磁阀的挠性连接。挠性连接和它固有的大的偏移将不会产生像限位开兲的固定而导致的错误信号，但是它能使连接的铜管工作险难和断裂．因此使阀¨不能工作，对于控制阀的抗地震要求来说。产生躇误信号、气体管路的断裂和别的事件的収生是不合栺的。

附件的设计和安装也必须根据驱动装置的抗地震结极的原则：1)保持足够高的硬度；2)有最小的体积；3)为了保持低重心，使有敁的重量尽可能低。通常附件的结极改变主要是利用安装架，对于一般工业来说仅有的要求是固定元件使其能够工作幵能承受装运、安装和正常操作，然而对于核电站的应用就不够了。

举一个例子，图3a中的安装架定位器是用于一般工业的，制作它很容易幵能很好地完成工作，但地震试验结果显示在地震状冴下将会収生过多的偏移，“一般工业用”的安装架在硬度上不能满足核电站控制阀的抗地震要求。图3b则表示了在一般工业用的安装架上焊接一个角板，这些角板保证了强度，使偏移降到最小。为满足抗地震要求对控制阀附件已迚行了设计上的改变，这些附件最明显的改变是重新设计安装架，其结果证明在震中产生的位移最小。

前景：

核电站控制阀抗地震要求的迚展是很难于预测的，同样，电站控制阀将来的设计改迚也是难以预测的，但可以预测将来的収展不会像以前那样快。已证明现存设备的抗地震情冴和当前设计对早期设计迚行不大的改迚是可能的，所有正在运行的核电站证明涉及安全的电设备能承受热、辐射和潮湿的影响(据10CFR50、49)，许多设备已被“经检定”的设备替代。以后的产品将注明合栺的抗地震设备，这对于最被建立的设有抗地震要求的老核电站或微型设备在设计中的增强是特别重要的。

也许新的抗地震设计设备将替代老设备，铸铁驱动装置将被铸钢替代，紧固螺栓连接方式将替代紧固螺母连接方式，设备限制低的加速率幵且又有小的固有频率条件将被坚同阀¨替代而且附件限制在3.Og或4.5g输入加速度的水平上。

结束语：

核电站控制阀中抗地震设备的安装是十个収展的过程，为适应这些要求电站控制阀的设计也得到収展。电站控制阀制造商为了满足买主的需要既说，明了产品的结极设计又注明了功能设计。尽管抗地震限制条件的改迚情冴比以前变慢了，老核电站控制阀的拥有者也许需要用新的抗地震设备代替旧的设备，对他们来说为了满足今天的抗地震限制条件，这些改迚是必要的。

第二篇：基于通信的列车控制系统概述

西南交大的课件第1节 基于通信的列车控制系统概述

《列控车载设备》、《列控地面设备》徐啸明，中国铁道出版社，2007 《闭塞与列控》付世善，中国铁道出版社，2006

1.CBTC的发展前提和前景

19世纪中叶出现火车之后，立即就有人研究如何控制火车安全运行问题。早期，为了保证列车的安全，所以采用人骑马作为列车运行先导，以后又用过在一定距离设置导运人员，挥旗来表达列车可否安全前行。1930年在英国开始第一次应用横木式带灯光的信号机，而美国在1932年采用在柱子上挂黑球或白球来对列车指示停车或通过。1941年臂板信号才正式诞生在英国。1932年莫尔斯电报机发明后，很快就引人到铁路。1941年英国人提出闭塞电报机专利，并于1951年在英国铁路获得普及应用。1976年发明了电话，又为铁路应用构成电话闭塞，这种方法至今在特殊情况下，如地震、洪水后等应急时尚有应用。

除了上述两种方法，还有应用路签机和路牌机方法，1979年英国人泰尔(Tyres)发明电气路牌机，即两相邻车站各有一个路牌机，它们之间有电气联接，两站之间有列车运行，一定要领到一个路牌才能作为运行的凭证。而在平时，在一个时间内只允许有一个路牌从中取出，以此保证行车安全。1999年英国人韦布和汤姆森(Webb and Thomson)发明了电气路签机，它工作原理与电气路牌机相似，即平时在一组路签机中只能取出一枚路签供运行的列车司机作为行车凭证。

从宏观来分析，列车运行控制系统实际上包含下列几个部分： 1.车站的列车运行控制系统

它一般以车站联锁来表达。在一个车站内，将车站内的道岔，进站、出站、调车信号机，车站主干线、车站股道等三大部分之间按一定联锁关系构成系统，为列车创造行车进路或调车进路，它既要保证行车安全，又要保证行车效率。

2.区间的列车运行控制系统

它是指列车在所有车站与车站之间运行的控制系统，其目的是保证它们的安全运行、提高行车效率和提供信息。

3.驼峰编组站运行控制系统

从逻辑控制使用来区分，上述三方面系统是各自独立的，即它们的硬件系统和软件系统都独立，它们的研究开发、设计、生产、使用等可以彼此不相干。但是从信息流而言，这三者之间有着千丝万缕的联系，因为任何旅客列车运行，都要经过车站和区间，而货物列车则不仅有经车站、区间之外还有驼峰编组站。

从微观而言，人们经常把列车运行控制系统指的是区间列车运行控制系统，而且往往简称为列车运行控制系统，但实际上在车站范围的列车运行控制也属于此范畴。在TTS-R中，列车运行控制系统占有重要的地位，因为它是协调运输中速度、密度和载重三者之间关系，它也是提供列车运行实时信息等关键所在。在区间列车运行控制中，最基本的问题有以下三方面：

CBTC的发展前提和背景(点击开始播放)(1)要保证任何一个运行中的列车是安全的，即它要与前行列车保持足够的安全距离，不撞前行车，同时也要防护本列车，使后续列车也与本列车保持一个安全距离。为此，就必须决定本列车应该按什么速度行车，安全是行车的基本要求。

(2)在保证行车安全的前提下，还要使行车有效率。业主、旅客和货主三者都对此有共同要求，而且它也是表征一个国家经济是否发达的标志之一。

(3)在信息社会里，有关列车运行的信息也极为重要。因为运行管理者只有知道所有列车信息，它才能统筹管理；旅客关心的是列车什么时候开，什么时候到达目的地，中间又经过什么地方，沿路有否好风景；货主关心的是什么时候可将托运的货物送走，运行列车现在又在哪里?它什么时候到达货物目的地?因此，列车运行中首先要提供最原始的“3W”信息，即：

1W——When——什么时间 2W——What——什么列车 3W——Where——在哪里

有了一系列基础信息之后，才能派生出二次、三次等多次相关信息。

基于通信的列车控制(Communications-based Train Control，CBTC)系统独立于轨道电路，采用高精度的列车定位和连续、高速、双向的数据通信，通过车载和地面安全设备实现对列车的控制。CBTC已在全世界范围内发展，它不仅在地面大铁路得到推广应用，而且在城市轨道交通系统，包括地下铁道或快捷运输线路也给以青睐。

基于通信的列车控制利用先进的通信、计算机技术。突破了固定闭塞的局限，实现了移动闭塞，在技术和成本上较传统的信号系统有明显的优势。该技术无需在轨道上进行固定长度、固定位置的闭塞分区，而是把每一列车加上前后的一定安全距离作为一个移动的分区，列车制动的起点和终点都是动态的。列车的安全间距是按后续列车在当前速度下所需的制动距离加上安全余量计算得出。列车的最小运行间隔在90s以内，个别条件下可实现小于60 s的间隔时间。与传统的固定闭塞、准移动闭塞技术相比移动闭塞技术实现了车载设备与轨旁设备不间断的信急双向传输，使列车定位更精确、控制更灵活，可以安全有效地缩短列车间隔，提高列车运行的安全性与可靠性。降低列车的运营和维护成本。

CBTC技术发源于欧洲连续式列车控制系统，经过多年的发展，取得了长足的进步。包括阿尔卡特、西门子、阿尔斯通等多家列车控制系统设备提供商均开发出了自己的CBTC系统，并在温哥华、伦敦、巴黎、香港、武汉等多个城市的轨道交通线路上运行。我国于2004年投入运营的武汉轻轨是国内第一条采用CBTC方案的城市轨道交通线路。然而对于仍在运营的轨道交通系统，如何在不影响服务的条件下应用先进的信号系统，是运营商在考虑对信号系统进行升级时必须而对的问题。

迄今为止最大的，实现不同厂商CBTC系统设备互连互通的CBTC项目正在纽约地铁进行，并准备将该技术用于改造纽约地铁信号系统。1999年，电气和电子工程师协会轨道交通运输车辆接口委员会(IEEE Rail Transit Vehicle Interface Standards Committee，IEEE RTVISC)制定并颁布了CBTC技术标准《IEEE Std 1474.1一1999 KIEEE基于通信列车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”，以下简称标准)。准标准详细定义了CBTC系统的功能，并规定了CBTC系统的列车运行间隔、安全性和可用性等技术指标。

第2节 CBTC的特点

1.CBTC的特点 移动闭塞系统通过列车与地面间连续的双向通信。实时提供列车的位置及速度等信息，动态地控制列车运行。移动闭塞制式下后续列车的最大制动目标点可比准移动闭塞和固定闭塞更靠近先行列车，因此可以缩小列车运行间隔，使运营公司有条件实现“小编组，高密度”，从而使系统可以在满足同等客运需求条件下减少旅客候车时间，缩小站台宽度和空间，降低基建投资。此外，由于系统采用模块化设计，核心部分均通过软件实现。因此使系统硬件数量大大减少，可节省维护费用。

移动闭塞系统的安全关联计算机一般采取三取二或二取二的冗余配置。系统通过故障安全原则对软、硬件及系统进行量化和认证，可保证系统的可靠性、安全性和可用度。

无线移动闭塞的数据通信系统对所有的子系统透明，对通信数据的安全加密和接入防护等措施可保证数据通信的安全。由于采取了开放的国际标准，可实现子系统间逻辑接口的标准化，从而有可能实现路网的互联互通。采取开放式的国际标准也使国内厂商可从部分部件的国产化着手，逐步实现整个系统的国产化。

在对既有点式ATP或数字轨道电路系统的改造中，移动闭塞系统能直接添加到既有系统之上。因此对于混合列车运行模式来说，移动闭塞技术是非常理想的选择。

与传统的基于轨道电路的列车控制系统比较，CBTC系统的优势主要表现在以下几点： 1.更简洁

从硬件结构看，系统以控制中心设备为核心，车载和车站设备为执行机构，车、地列车控制设备一体化。从功能上看，联锁、闭塞、超速防护等功能通过软件统一设备实现，不再分隔。因此，整个系统摆脱了积木堆叠式结构，而是一个统一的整体。系统结构更简洁。

2.更灵活

系统不需要新增任何设备，自然支持双向运行，而且不因为列车的反方向运行，降低系统的性能和安全。所以，CBTC系统在运营时，可以根据需要，使用不同的调度策略。此外，还表现在CBTC系统可以处理多条线路交叉，咽喉区段列车运行极其复杂的情况。另外CBTC系统内可以同时运行不同编组长度、不同性能的列车。

3.更高效

系统可以实现移动闭塞，控制列车按移动闭塞模式运行，进一步缩短列车运行间隔。另外，CBTC系统可以进一步优化列车驾驶的节能算法，提高节能效果。

CBTC目前已成为铁路运输及信号的技术人员和管理人员极度关注的问题，CBTC能得到如此广泛的推广和应用，主要和CBTC的使用特点有关系。

1.安全方面

目前TBTC系统中的控制停息流是开环的，即发送者只管发送，并不能确切知道接收者是否真正接收到所需信息，这并不能保证行车安全。

CBTC的特点(点击开始播放)2.运输效率方面

由于TBTC系统是固定自动闭塞系统，所有闭塞分区一经设计计算好，信号机就有固定位置，而每个闭塞分区的长度要求完全满足最坏列车的运行安全的需要。所谓最坏列车，指它的牵引吨位是设计书中规定最重的，制动率也最低，有规定的运行速度，并且这种情况下在该地区的坡道值和弯道值条件下能够在该闭塞分区内刹住车。这些条件显然对于“好车”(主要是牵引吨位少、制动效率好等)有潜在的运输效率。一旦规定了最高运行速度，在投产后，实际速度必须在规定范围之下。因此，即使存在线路桥梁、车辆、机车有提速的可能，信号也限制了它们的发展，使得运输效率受到限制，除非重新进行设计计算。

3.工程设计方面

在信号闭塞分区长度设计，即区间信号机的布置有严格的牵引计算来规定，工程设计人员必须一个闭塞区接着一个闭塞区进行设计。如果在投产后意欲提高运量，提高运行速度，加大运行密度，必须严格核实闭塞分区工程的可能性，这是比较费周折的。

4.信息方面

随着信息社会的发展，对在线路上运行的列车，调度、旅客和货主三者愈来愈希望能得到它们的实时信息，以便调度员决定要否修正运行图，旅客能知道列车是否晚点，货主能知道托运货物何时能达目的地等等。

5.投资方面

在一次投资方面，希望减少因敷设电缆所需的40%的资金，并且希望新系统的性能/价格要比原有的更高；在日常维护投资开销方面，希望提高劳动生产率来减少维护费用。

6.在天气影响方面

希望避免晴天、雨天、下雪等影响，对原轨道电路必须经常作适当调整，以避免道碴受这些条件影响而带来不稳定性，由此可能造成不安全性。

7.抗干扰方面

希望减少在TBTC系统中轨道电路受牵引回流带来的干扰，以致使系统可能带来不稳定性和不安全性。

8.维护工作方面

希望减少信号工人原来对轨道电路要沿线步行目视维护的繁重体力劳动。9.信息共享方面

希望列车的各种信息、多媒体通道等能为铁路信号之外其他工种能共享信息，特别是机务、车辆、公安、工务、运输等，特别希望能用多媒体信息，而且有车一地间的双向通信。

CBTC的特点(点击开始播放)10.改建方面

TBTC-FAS系统大部分是单向运行线路，要改为双向运行，必须进行改建，而改建过程必定会严重影响运行，而且改造费用巨大。

11.与城市轨道交通共存问题

由于城市轨道交通系统一般都是客运、且运行密度大、速度中等、站间距离短和列车在站停留时间短等特点，所以它的列车运行系统在TBTC方面难以与地面大铁路交通系统相兼容，但应用CBTC系统后，这类系统就容易相互兼顾，大交通管理同样可以容易实现城市交通管理。12.通信媒体方面

有各种形式移动无线通信、漏泄电缆或各种漏泄波导、卫星通信、卫星定位、感应电缆等。

13.计算机方面

有各类小型、高可靠计算机，计算机控制用芯片、快速的数字信号处理芯片、各类接口芯片。

14.控制方面

有智能技术的高速发展、各类纠错和检错技术来实现闭环控制、安全控制等。15.可靠性方面

有各类冗余技术、避错技术、反馈纠错技术、高可靠纠错、检错编码方案等。16.器材和工艺方面

小型、微型元器件的容易购买，生产工艺更趋于标准化。17.接口方面

各类接口标准及接口器材芯片的容易实现。18.认识方面

信息技术、高新技术的发展，促使铁路信号技术提高技术水平和对这些技术的认识，感到这是发展方向，会给人们带来进步，而且对CBTC的信赖性也在逐步增加。

基于需要与可能的结果，使CBTC在20世纪最后年份发展极为迅速，而在21下纪初期的发展势头将会更引人注目。

地铁信号和列车自动保护系统(点击开始播放)

在轮轨交通中，为保证列车运行安全，须保证列车间以一定的安全间隔运行。早期，人们通常将线路划分为若干闭塞分区，以不同的信号表示该分区或前方分区是否被列车占用等状态。列车则根据信号显示运行，不论采取何种信号显示制式，列车间都必须有一定数量的空闲分区作为列车安全间隔。

地铁的信号原理也基于此，但由于地铁的特殊条件对安全的要求更加严格。因此必须配备列车自动保护(ATP)系统。ATP通过列车间的安全间隔、超速防护及车门控制来保证列车运行的安全畅通。在固定划分的闭塞分区中，每一个分区均有最大速度限制。若列车进入了某限速为零或被占用的分区，或者列车当前速度高于该分区限速，ATP系统便会实施紧急制动。ATP地面设备以一定间隔或连续地向列车传递速度控制信息。该信息至少包含两部分：分区最高限速和目标速度(下一分区的限速)。列车根据接收到的信息和车载信息等进行计算并合理动作。速度控制代码可通过轨道电路、轨间应答器、感应环线或无线通信等传输，不同的传递方式和介质也决定了不同列车控制系统的特点。

为了保证安全，地铁ATP在两列车之间还增加了一个防护区段，即双红灯区段防护，如下图所示。后续列车必须停在第一个红灯的外方，保证两列车之间至少间隔一个闭塞分区。

图12-3-1-1 示意

移动闭塞-基于通信列控系统(点击开始播放)

传统的固定闭塞制式下，系统无法知道列车在分区内的具体位置，因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充分保证安全.，必须在两列车间增加一个防护区段，使得列车间的安全间隔较大，为此影响了线路的使用效率。

准移动闭塞在控制列车的安全间隔上比固定闭塞进了一步。它通过采用报文式轨道电路辅之环线或应答器来判断分区占用传输信息，信息量大；可以告知后续列车继续前行的距离，后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动，列车制动的起点可延伸至保证其安全制动的地点。从而可改善列车速度控制，缩小列车安全间隔，提高线路利用效率。但准移动闭塞中后续列车的最大日标制动点仍必须在先行列车占用分区的外方。因此，它并没有完全突破轨道电路的限制。

移动闭塞技术则在对列车的安全间隔控制上更进了一步。通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离，这样便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区，见下图。由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进，这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。

图12-3-2-1 移动闭塞示意

移动闭塞的线路取消了物理层次上的分区划分，而是将线路分成了若干个通过数据库预先定义的线路单元。每个单元长度为几米到十几米之间，移动闭塞分区即由一定数量的单元组成，单元的数目可随着列车的速度和位置而变化。分区的长度也是动态变化的，线路单元以数字地图的矢量表示。

早期的移动闭塞系统是通过在轨间布置感应环线来定位列车和实现车载计算机(VOBC)与车辆控制中心(VCC)之间的连续通信。现今，大多数先进的移动闭塞系统己采用无线通信系统实现各子系统间的通信。在采用轨旁基站的无线通信系统中，系统一般考虑100%的无线信号冗余率进行基站布置，以消除在某个基站故障时可能出现的信号盲区。

CBTC系统引人了通信子系统，建立车地之间连续、双向、高速的通信，列车的命令和状态可以在车辆和地面设备之间可靠交换，使系统的主体CBTC地面设备和受控对象列车紧密的连接在一起。所以，“车地通信”是CBTC系统的基础，CBTC系统的另外一个基础则是“列车定位”。只有确定了列车的准确位置，才能计算出列车间的相对距离，保证列车的安全间隔。也只有确定了列车的准确位置，才能保证根据线路条件，对列车进行限速或者与地面设备发生联锁。所以说车地通信是CBTC系统中的一条“明线”，列车定位则是CBTC系统的“暗线”，车地通信和列车定位共同构成CBTC系统的两大支柱。

第4节 CBTC系统的原理

1.车地通信原理

2.列车定位原理

3.列车完整性检测的原理 车地通信原理(点击开始播放)

列车一地面间双向通信技术，它是标志CBTC不同于TBTC的根本点。这类双向通信方式与一般语音和数据的双向通信在要求上又有不同，主要反映在要求高可靠性、实时性和安全可用性等多个方面，它类似于航空指挥通信。但是在实际环境方面不同，因为列车与地面之间有隧道、山区、高层建筑；它们在指挥范围方面也有不同，因为列车经历几公里到几百公里范围内必有车站，而且区间又有多个列车在运行，车站又有不少列车停留；此外，列车又有电气化干扰等。所以车一地之间双向通信是比较复杂的问题。从目前已经开发应用而言，车一地之间双向通信方式有下列几种：

(1)查询应答器——即如前所述，分为有源和无源两种类型。这种方法的主要问题是只能实现点式通信，而不能实现连续式通信。

(2)轨道交叉电缆方法——它可以实现连续双向信息。(3)漏泄波导方法——它可以实现连续双向通信。

(4)GSM-R法——它是GSM连续无线通信系统的铁路专用系统。

(5)扩展频谱法(Spread Spectrum Radio)——是无线通信方式之一，早期它由军方开发应用中具有良好抗干扰性能。扩展频谱中“扩展”的含义是它使用比传输该信号所应有的频谱更宽，一般它使用两种方法：一种称为跳频(Frequency Hopping)法，另一种是直接序列法(Direct Sequence)。

在跳频法中，传输端按某种事先已经的人为随机序列型式的有规则的时隙来传送信号，而最终结者则译出相应信息。直接序列法是在系统传送端发送一种清楚的随机型数据位，而接收者懂得此类形式，然后将它译成原有信息形式。在上述两种方法中，直接序列法应用更为广泛。

(6)TETRA无线通信法。(7)卫星通信法。(8)其他无线电通信方法。

CBTC系统的通信子系统主要有两种形式：一种是系统初期基于感应环线电缆的感应环线通信系统；另一种是新近发展比较快的无线通信系统。

SelTrac.S40系统采用感应环线通信系统，沿线路铺设铜质芯线、外皮绝缘的无屏蔽电缆，即感应环线电缆。环线电缆发送端连接通信发送设备，使环线电缆中保持一定强度的恒定电流。在列车上，安装有接收天线和发送天线，接收天线通过电磁感应，接收地面感应环线发送的信息。反过来，当车载发送天线发送信息时，地面感应环线又变成为接收天线，接收车载设备发送的信息，从而实现车地双向通信。感应环线通信系统的有关参数如下表所列。

车地通信采用主从应答方式，地面车辆控制中心VCC为通信主站，各个车载控制器VOBC为从站。VCC按顺序轮流向VOBC发送命令，并要求相应的VOBC应答。VCC和VOBC通常的轮循周期为0.5秒，并保证最长3秒钟内，列车和地面能够交换信息一次。一个VCC通常连接多根感应环线，列车可以运行在不同感应环线上.所以，VCC还要负责确定列车在哪根环线上，然后将对应的命令发送到相应的感应环线上。无线通信技术正在带领CBTC系统进入新的发展阶段。特别是基于IEEE 902.11标准的无线局域网技术不断发展成熟，CBTC系统可以直接采用由第三方厂商提供的基于开放标准的无线通信平台，提高了系统集成度，并且减少了轨旁设备，系统的可维护性进一步增强。无线局域网不仅提供物理层和数据链路层服务，还提供网络层和运输层服务(即TCP/IP协议)。这使得车地通信更加透明，只要知道车载CBTC设备的IP地址，地面CBTC设备就可以直接向通信子系统发送信息，由通信子系统负责将该信息路由传递至车辆。而不再像感应环线通信系统那样，需要由VCC确定将信息发送到哪一根环线。从而进一步简化了地面CBTC设备的软、硬件结构。

列车定位原理(点击开始播放)

在TBTC系统中列车的位置只是靠闭塞分区占用来粗略定位。一旦列车进人某一个闭塞分区，不论该闭塞分区的长度，甚至列车在运行中跨占有两个闭塞分区，对TBTC系统而言，它只知道列车占用闭塞分区，而不追问列车是在闭塞分区的头部还是尾部，所以它只是粗略地提供定位信息，因此会影响运输效率。但在CBTC则不然，它必须提供精确的定位，即列车的头部是在什么坐标，在已知列车长度情况后，也必然知道列车的尾部在何位置。CBTC系统中对列车提供精确定位的作用有以下两点：

1.从保证安全出发，一旦知道列车头部位置，CBTC系统就能计算出它现在距前方列车尾部还剩余多少距离，或在距进站信号/标志还有多少距离，从此可以计算出本列车现在应是加速前进还是减速前进，或保持恒速，是继续前进还是制动，假如是制动，则应采用何种级别制动，是常用制动还是紧急制动等等。总之，从行车安全出发，要绝对保证不发生追尾前车或闯红灯。

2.从提高运输效率出发，在允许条件下计算出本列车是否还可以提速或其他操作，保证与前行列车之间的间距(Headway)达到最小。

目前已经投人实际应用的列车定位技术有：(1)用车轴转速转测距定位法(2)查询一应答器法(3)轨道感应电缆法(4)GPS法

(5)无线电信号距离测量法(6)光纤陀螺法(7)多谱勒雷达法(8)漏泄波导法(9)漏泄电缆法

列车完整性检测原理(点击开始播放)

在原有TBTC系统中通过应用轨道电路自然而然地能完成列车完整性检测。因为只要一旦列车在中间环节发生断勾等而残留一节或几节车辆在区间，轨道电路的分路状态立即可以检测，但现在CBTC系统不采用轨道电路，因此必须通过其他方法来检测列车完整性。

一种解决检测列车完整性的最好方法是在列车尾部安装无线发信装置，它能发出无线电信号给本列车的机车上车载装置。一旦该信号中断，就可以认为列车完整性出现问题。对于客运列车，在列车尾部安装尾部发信装置理论上是比较容易解决，当然它也有一系列实际问题，如哪个部门来负责管理，如何确定发送的信号内容，如何不受干扰，同时它也不干扰其他装置等等。对于货物列车应用此法则比较困难。理论上，在我国，按铁道部颁发的《铁路技术管理规程》第190条规定，在货物列车尾部须挂列尾装置，它的目的是为安全、效率、减少调车作业量等等，在此列尾装置中自然也可以安装“列车完整性信息发送装置”，但它也同样面临着管理、调度、维护、责任者等多方面问题。另一种解决检测列车完整性问题方法是司机通过检查列车制动气管压力是否有突变来判断，或者通过某种电子装置检测其压力变化来确定。因为在正常状态，列车管压力是平稳的，若发生列车车辆车钩断裂而分成两部分时，压力会立即发生异常。对这种方法，已经有人试验过，理论上是无问题，但实际上也有一定工程技术问题需要解决，诸如：车辆制动管的漏气，“关门车”的存在等等。

总之，在实现CBTC时，列车完整性的检测必须得到很好的解决。

第5节 典型移动闭塞系统的系统结构

1.典型移动闭塞系统的系统结构

2.CBTC系统的功能及结构

3.CBTC系统定义与分类

4.典型CBTC系统

5.CBTC系统的可靠性

典型移动闭塞系统的系统结构(点击开始播放)

目前，世界上诸多信号供应商如阿尔卡特、阿尔斯通、西门子、庞巴迪和西屋等，均开发出了各自的移动闭塞技术并已经在全球广泛应用。

典型的移动闭塞线路中，线路被划分为若干个区域，每一个区域由一定数量的线路单元组成。区域的组成和划分预先定义，每一个区域均由本地控制器和通信系统控制。本地控制器和区域内的列车及联锁等子系统保持连续的双向通信，以控制本区域内的列车运行。列车从一个控制区域进入下一个区域的移交是通过相邻区域控制器之间的无线通信实现。当列车到达区域边界，后方控制器将列车到达的信息传递给前方控制器，同时命令列车调整其通话频率；前方控制器在接收并确认列车身份后发出公告，移交便告完成。两个相邻的控制区域有一定的重叠，保证了列车移交时无线通信不中断，见下图。

（图中虚线表示了无线蜂窝信号的重叠，车载无线电根据信号强度决定与哪一个轨旁基站进行通信。）

图12-5-1-1 分布式移动闭塞技术的无线传输示意

某一典型无线移动闭塞系统的系统结构如右图所示。该系统以列车为中心，其主要子系统包括：区域控制器，车载控制器，列车自动监控(中央控制)，数据通信系统和司机显示等。

图12-5-1-2 典型无线闭塞系统的系统结构

区域控制器(ZC)也就是区域的本地计算机，与联锁区一一对应。通过数据通信系统保持与控制区域内所有列车的安全信急通信。ZC根据来自列车的位置报告跟踪列车并对区域内列车发布移动授权，实施联锁。区域控制器采取三取二的检验冗余配置。

冗余结构的ATS可实现与所有列车运行控制子系统的通信，用于传输命令及监督子系统状况。车载控制器(VOBC)与列车一一对应，实现列车自动保护(ATP)和列车自动运行(ATO)的功能。车载控制器也采取三取二的冗余配置。车载应答器查询器和天线与地面的应答器(信标)进行列车定位，测速发电机用于测速和对列车定位进行校正。

司机显示提供司机与车载控制器及ATS的接口，显示的信息包括最大允许速度、当前测速度、到站距离、列车运行模式及系统出错信息等。

数据通信系统实现所有列车运行控制子系统间的通信。该系统采用开放的国际标准:以902.3(以太网)作为列车控制子系统间的接口标准.，以902.11作为无线通信接口标准。这两个标准均支持互联网协议(TP：Internet Protocol)。

CBTC系统的功能及结构(点击开始播放)

一、CBTC系统的基本功能

CBTC系统的基本功能与其结构有关，而该结构又决定于它的应用类别，或称它的应用水平。例如，CBTC-半自动闭塞、CHTC-FAS、CBT-MAS等。另一方面它又与在系统中仅是应用机车信号，还是有ATP、有ATC及ATO等。以下将给出不同应用水平级的基本功能。

1．构成闭塞功能

在TBTC系统中各种水平的应用均依靠轨道电路来构成闭塞，因为闭塞是保证行车的基本方法。现在CBTC系统中，则必须同样具有构成闭塞区段的功能。在CBTC半自动闭塞系统中，采用进/出站口的标志器、查询/应答器或其他类似设置来表明站间闭塞的分界口，并且要达到在出站标志之后一定使用某个专用频率来区分，用这个频率来构成机车信号以供给司机(指最低应用水平)，或用此信号显示供给车载设备上ATP系统(指较高一级应用水平)。CBTC中的闭塞功能可以是固定的，也可以是移动的。目前在CBTC-半自动闭塞系统中的闭塞区段长度相当于站间长度，而在CBTC-MAS系统中则为最短，其长度为本列车常用制动所需的距离附加安全距离。所以闭塞功能也是保证安全功能。

2．系统具有定位功能

在CBTC系统中定位精度愈高，则系统可使行车效率愈高。3．系统具有计算功能

CBTC系统要有能力计算出在给定最大允许列车车速条件下本列车目前最大可能达到的车速。因为在任意一个移动闭塞区间，列车只能依据各种动态和静态参数，以及其定位值和实际速度来计算出应有速度，才能保证安全。

4．CBTC系统必须向系统的地面设施和车载设施及时地、动态地给出相应的参数和运行状态，以备司机人为或车载设备自动地作出应有的操作。

5．CHTC系统为管辖范围内列车及地面设施提供良好的双向通信功能，它不仅提供运行列车的参数，而且也应提供非信号范围内的各种有关参数，满足信息社会所需的数据要求。

6．CBTC系统应具有良好的记录功能，即不仅在车载设施上，而且还应在地面设施有记录。这种记录应起到双重作用：(1)为改善列车运行性能，为提高运行质量分析用的记录；

(2)发生任何车祸后，有可能从记录设施中寻找出发生事故的原因，进行有效的分析，它类似于航空系统的“黑盒子”功能。

以上提到的大部分是基本功能，在应用技术较高等级CBTC系统，则其功能还应具有：(1)ATP系统的全功能；(2)ATC系统的全功能；(3)ATO系统的全功能。

7．远程诊断和监测功能，用于改善CBTC系统的可靠性、可用性及安全性。因此，CBTC的车载设施、地面设施均应设计有远程诊断的接口，允许系统在运行过程中发生故障立即发出相应信号给地面综合诊断台，以便及时地采取相当措施。这个功能当然是比较复杂，CBTC系统至少从一开始设计时留有余地。

CBTC的定义可以通过它的总特点来描述，即利用无线通信媒体来代替轨道电路达到车一地之间的信息传输，而在此基础构成的列车运行控制系统，都可称为CBTC系统。它涵盖了大量不同名称的系统，从此也可见CBTC系统并不是只有一种体系结构，或者说，CBTC的系统中所应用的技术并不是完全相同，因而它们所完成的功能也可能不是同一水平和同一内容，因此对CBTC系统就有分类的必要。但是由于通信技术的飞速发展，所以要对CBTC进行详尽的分类实际上非常困难，以下将是根据目前技术水平进行的参考性分类。

一、从闭塞分区实现来分类

从闭塞分区进行分类可以有下列几种：(1)基于通信的固定自动闭塞运行控制系统；

(2)移动自动闭塞运行控制系统。基于通信的固定自动闭塞运行控制系统(CBTC——Fixed Autoblock System—CBTC-FAS)表示闭塞分区是固定不变的，它像TBTC-FAS一样，闭塞分区是通过区间牵引计算来求得其长度，而CBTC-FAS与TBTC-FAS的根本区别是前者采用双向通信技术来达到车一地之间信息交换。

在每个闭塞分区的始端可以没有固定信号机作为防护，它的信号显示是依据控制中心在计算基础上给定。下图是全部用移动无线通信的CBCT-FAS系统，它经过调制的无线频率RF使移动列车与控制中心相联系，车站控制中心则依据区间各列车的实际分布，计算出保护信号机可以给出的信号，通过无线中继设备与保护信号机线路设备LI/O相连，后者经译码后给出信号显示。它同时也返回收到的信息及状态显示送给无线中继设备转控制中心，由此构成信息流的闭环。与此同时，运行中的列车也随时与线路设备LI/O相联络，报告它的定位与其状态信息等，以构成车一地之间的双向通信。

图12-5-3-1 CBTC-FAS示意1 应该指出，在上图所示的CBTC-FAS中，可以仍然保留轨道电路。但是它的作用不是为了构成闭塞系统的调节环节，而仅是为了检测列车的存在及其完整性。正因如此，轨道电路长度要短一些，并不希望增长，它的长度可缩短到系统造价不要由于电缆的存在而占有重要成分。因为轨道电路缩短后，在运输效率方面可以获得提高。

上图无线方法在FAS中应用也可以保留，它是CBTC-FAS的标志。在CBTC-FAS系统中还有用轨道间交叉感应电缆。下图是示意图：

图12-5-3-2 CBTC-FAS示意2 移动自动闭塞运行控制系统(CBTC——Moving Autoblock System，CBTC-MAS)表示这类系统也有闭塞分区，但此时闭塞分区有下列特点：

(1)闭塞分区长度是可变的，它是依据列车本身参数及其所在地段参数实时计算出米的。

(2)闭塞分区随列车运行而移动。(3)在CBTC-MAS中闭塞分区已经不再应用地面信号，而且也不需要地面信号，它在车载设备系统显示屏上，指示出本车距前行列车尚有多少距离，或距离进站的距离等等。

CBTC系统定义及分类1(点击开始播放)

二、根据CBTC中车一地之间通信方式不同来分类 CBTC的种类又可以分为：

(1)采用全程移动无线通信方式，例如目前在欧洲广泛应用的GSM-R方式。(2)采用轨道交叉电缆方式，见下图(3)采用漏泄电缆或漏泄波导方式。

(4)采用查询一应答器方式，即在每个信号机处在相应一侧或轨道间设有双方向作用的应答器，而所有地面应答器之间均有电缆相联。应答器取得通过列车的车速等信息，它向下一个应答器给出前来列车信息，下一个应答器由此给出相应信号显示。当然在这种系统中，一方面列车设有超速防护系统(ATP)，另一方面还应设有连续式无线移动通信系统，同时应与车站联锁相联以及与调度集中系统相联。这种系统仅在列车密度较小、车速较低范围内应用。

采用卫星通信系统，用它构成列车运行间隔控制系统。下图是其示意图。这种系统在1990年日本铁路试用过，卫星在东经150'的静止轨道上运行，它距地面约37000 km，它是一个通用型通信卫星。在地面的先行列车将自己列车编号、列车速度、列车位置等信息通过卫星给后续列车，后者经运算后决定自己可以走行的最高速度。出于安全，这类系统只在低速、低密度、小运量地区才能应用，因为它缺少安全保障。除非另外增加其他设备。

图12-5-3-3 CBTC-FAS示意3 CBTC系统定义及分类2(点击开始播放)

三、根据CBTC应用控制技术水平的高低可以进行分类(1)无线半自动闭塞的一种方式如下图所示。这类应用技术水平较低级别的CBTC系统一般适应在新线、运量较少或速度较低，或该地区人烟稀少，生活困难地区，因为所有小车站的设备均可以采用遥测和遥控来指挥，所以可减少铁路信号技术人员或工作人员。

(2)采用CBTC应用技术水平较高的系统，例如，用CBTC-MAS系统等。

图12-5-3-4 无线半自动闭塞示意

CBTC系统定义及分类3(点击开始播放)

四、根据应用CBTC后区间闭塞方式来分类 根据应用CBTC后区间闭塞方式来分类，可以有： 1.CBTC半自动闭塞方式 这种闭塞的特征是：

① 两站之间区间只允许有一列车在运行；

② 任意车站要向区间发车，发车站必须同时与接车站协同操作办理闭塞手续，即接车站同意接车条件下才能办理发车；

③ 发车站要发车，其先决条件是必须检查到区间确实是空闲无车，否则是不安全的，不得发车；

④ 发车站在办理好协同发车手续后才能人工开放出站信号机。当列车出发后，出站信号机立即自动关闭，在未再次办理发车手续前，该出站信号机不得再次开放；

⑤ 区间运行的列车到达前方接车站后，并由车站管理人员确认列车是完整后，该接车站立即关闭进站信号机，并办理解除两站间闭塞手续，使两站间的区间恢复空闲等待状态。

在该CBTC-半自动闭塞系统中，无线通信的作用使出发站给机车司机发出无线机车信号，而发出该信号的显示是与发出出站信号机显示相互关联的。即前者只是在出站信号机允许发车的显示下才能获得机车信号，此时无线机车信号可以有记录为凭。此外，区间列车到达接车站前同样可以获得进站信号一样显示的无线机车信号显示，以避免司机在目视路旁信号机时遇到困难，这些显示也都记录在案。所以，CBTC-半自动闭塞要比TBTC-半自动闭塞更为方便、清楚、有责任感和安全感。

2.CBTC-自动站间闭塞方式

这种方法与CBTC-半自动闭塞相类似，只是其办理手续是自动的。具体而言是：发车站与接车站均有区间是否占用的检查设备，因此发车站要发车，区间占用检查设备自动检查它实属空闲，两站自动办理闭塞手续，并自动开放出站信号机。在列车到达接车站并自动检查列车完整性后立即自动关闭进站信号机。CBTC自动站间闭塞也同样有无线机车信号，它与CBTC-半自动闭塞方式相似。CBTC自动站间闭塞的最大优点是：

① 它可以集中遥控闭塞手续，不一定在每个站都要有车站值班人员来检查区间是否空闲、列车是否已完整地到达等人工检测作用，提高劳动生产率。

② 由于一切手续和检测是自动的，它可节省办理闭塞手续的时间，从而可以提高整个区段的通过能力。当然，在CBTC-自动站间闭塞方式情况下必须投人相应设备，特别需要有冗余设备，用以提高系统的可用性、可靠性与安全性。

3.CBTC-电子路签闭塞方式

区间闭塞方式的路签闭塞是100年前就开始应用，中国铁路在建国初期也有大量应用。从20世纪90年代中开始，在计算机技术、电子网络技术及通信技术的推动下，铁路的路签闭塞方式发展为电子路签闭塞方式，即不存在路签实物，而是存在电子路签(软件)，它在有关计算机及网络中按一定的软件协议运行。

采用无线数据电台进行列车与车站之间双向通信来构成CBTC的低级系统——CBTC-半自动闭塞系统。例如图9-13所示。其中列车与车站控制均有无线数据通信设备，但它们作用的距离有限，例如列车接近车站的4~5km范围内才能构成双向无线数据通信。在这类CBTC-半自动闭塞系统中，为了构成半自动闭塞系统，并保证区间只允许存在一个列车运行，所以必需设置类似计轴器之类设备，如图9-13中用符号T/T所示，它是用来检查两站之间运行列车完整性，以确保运行安全。因为发车站的计轴器计数到列车轴数后，可用有线通知前方站。当计轴器T接收到同样轴数的列车后表示列车已完整地撤离两站之间区间，始发站才可能再发出下一列车。为了保证CBTC系统中数据电台的正常工作，所以在线路上还辅助设置应答器A、B、C，其中应答器A提供列车信息：列车已进入到区间，它的工作频率将变更到新频率，例如原来为频率F，则现在将是频率F，这是为了防止无线干扰。应答器B提供信息，通知经过的列车已进入双向数据传输信息范围，列车应收到接受车站发来的机车信号信息，这是为了保证行车安全用。各应答器也同时提供列车接近车站的精确里程标。应答器C告诉通过列车本车站准备了哪个股道接车，运行速度上限值为多少等有关信息。在该系统中，列车经过应答器B之后，车站与列车上的无线数据通信电台就反复双向通信，其中包括列车告知车站来者列车编号、时速、去向等等信息，而车站告知列车应以何种速度进站或站前停车，进站内何股道，是停车还是通过等等有关信息。

典型的CBTC系统IEEE CBTC标准列举了典型的CBTC系统的功能框图，如右图所示。

图12-5-4-1 典型的CBTC系统的功能框图示意

整个系统包括“CBTC地面设备”和“CBTC车载设备”，地面和车载设备通过“数据通信网络”连接起来，构成系统的核心。功能框图中还单独列出了“联锁”功能模块，该功能模块与CBTC地面设备连接。考虑到不同的线路长度可能需要多套的CBTC地面设备，所以在典型框图中还列出了“相邻的CBTC地面设备”模块。最后，在CBTC设备的基础上，增加ATS模块，用于实现系统的ATS功能。以上列举的是CBTC系统的典型结构，实际的系统可能由于不同的设备提供商、不同的工程需要而有所差异。但是，所有CBTC系统均采用数据通信网络，连接CBTC地面和车载设备，实现ATP功能，控制列车安全运行。

阿尔卡特SelTrac.S40系统

武汉轨道交通一号线一期工程采用了阿尔卡特公司提供的SelTrac.S40列车控制系统，这是国内第一套投人运行的基于通信的列车控制系统。

SelTrac.S40系统结构如下图所示。

图12-5-4-2 SelTrac 系统示意

系统分为管理层、运算层和执行层三个层次。车辆控制中心VCC(Vehicle Control Center)是整个列车控制系统的核心。VCC运行系统控制软件，负责列车安全间隔、列车允许速度和进路联锁等逻辑运算。VCC的运算结果以通信报文的形式通过通信子系统发送给执行单元。

执行单元包括车载控制器VOBC(Vehicle On-Board Controller)和车站控制器STC(Station Controller)。VOBC安装在列车上，它通过感应环线通信子系统，接收VCC发送来的目标距离和允许速度等命令，然后根据这些命令安全地控制列车运行。同时，VOBC还根据VCC的要求，按时向VCC发送列车实际运行速度、位置等信息。执行单元的另一部分是车站控制器STC，它负责按照VCC的命令，扳动道岔并锁闭在要求位置。STC也须要根据VCC的要求，向VCC报告道岔状态。STC和VCC之间通过单独的冗余通信通道连接。

从上面的介绍可以看出，SelTrac.S40系统以VCC为“大脑”，STC和VOBC为“智能”的“手和“脚”，通过感应环线通信子系统这根“神经”连接起来，构成一个有机的整体，系统结构比较简单。

另外，为了实现列车运行图自动调整、人机界面等 ATS功能，系统设有管理层一系统管理中心SMC(System Management Center)。SMC与VCC连接，将人机命令、调度请求等发送给VCC，由VCC验证、执行这些命令，控制列车运行。

一、利用马尔可夫模型分析CBTC安全可靠性

CBTC具有可维修性，并且对系统的安全性会产生重要影响。在建立模型分析系统安全性时应考虑系统的这一特点。马尔可夫过程是分析可维修系统的常用工具。为此，需假定组成系统的各单个寿命分布及维修分布均服从指数分布。马尔可夫模型的缺点是状态个数随器件个数呈指数增长。例如，描述一个由20个器件组成的系统需要10个状态，而40个器件组成的系统需要10个状态描述。CBTC是一个由大量器件、子系统组成的大系统，系统的组件可能上千个，必须很好地解决状态空间激增问题，才能利用马尔可夫过程分析系统的安全性。

根据CBTC特点，采用系统分解及模型压缩的方法解决状态空间的激增问题。由于在CBTC中不同类型设备的故障在导致行车事故方面相互并不影响，例如：道岔的故障对任何机车设备的故障是没有影响的。所以，可以为彼此独立的一类设备分别建立子模型，单独分析各类设备故障对系统安全性的影响，再组合各子模型的结果获得系统的故障率。此外，CBTC的一些子系统具有对称特性，例如，CBTC中一个道岔的子模型中含有100个道岔，假定每一个道岔的故障对系统安全产生的影响相同，在对该子模型进行分析时就没有必要区分具体是哪一个道岔发生故障，而只需要区分有几个道岔发生故障。因此，该子模型有101个状态，即0个道岔发生故障，1个道岔发生故障、„„，100个道岔发生故障，根据子模型的这一特点，可以忽略一些出现概率极低、对系统安全性影响很小的事件，对子模型进一步简化。

CBTC中的一些设备发生失效将导致系统降级工作，此时系统暴露在人为失误之中，对应地需要分析人为因素对系统安全性的影响。一些设备发生失效将导致系统进入故障一安全状态，对应地需要分析设备故障覆盖率对系统安全性的影响。

二、人员因素的分析

现有列控系统是以人观察信号，控制列车加速、制动，以形成对列车的闭环控制。人在现有列控系统中代表一个单点故障，即在任何时间、地点都有可能因为人为失误而导致事故发生。从以往铁路行车事故的统计数字来看很大一部分是由人为失误造成的。CBTC中由硬件实现对列车的闭环控制。操作人员发出错误指令时，硬件将发现、提示并制止其在系统内的进一步传播。如果硬件失效，系统降级为由人员控制，则系统将暴露于人为失误之中。由于CBTC的人机交互特性，在马尔可夫模型中应同时包含人和硬件的因素。C BTC的一个简单模型如下图所示。

图12-5-5-1 CBTC简单模型

上图中，.N为设备的故障率和修复率；H为导致事故的人为差错率；μ为人的“修复率”

状态1：硬件、人员正常工作； 状态2：硬件故障;状态3：系统处于危险状态。状态3的微分表达式为：

dP(t)/dt = H P(t)-μ P（t）（t）..................9.1 假定人员随机地以固定差错率引入错误，故不同于硬件设备的是人具有“瞬时修复”特性。即在犯下一次错误前不需要“修复”。当P(t)约为一个很小的正数时，则P(t)的导数为一个很大的负数，P(t)约迅速变为0。系统进入状态3后立即转移回状态2。状态3是一个“虚拟状态”，删除状态3对状态

1、状态2的稳态概率没有影响。用一个“虚拟转移”来捕捉人员的“瞬时修复”特性。修改上图如下图所示。

图12-5-5-2 修改后的示意

利用事故率衡量系统的安全性，则人为因素引发事故的概率： A= H * P(t)......................9.2 由于状态2存在降低了系统暴露于人为错误的时间，使得系统的安全性提高。

三、设备的故障覆盖率

设备的故障覆盖率为设备发生可测故障的概率与设备发生故障的概率的比值。如果设备仅由非涉安单元组成，CBTC系统将检测到设备故障，设备的故障覆盖率为1。如果设备包含涉安单元，涉安单元的双机发生共因失效，则比较功能丧失，可能输出合理危险的结果，导致行车事故，设备的故障覆盖率小于1。假定设备由一涉安单元（双机比较）和一非涉安单元（单机）组成，将单元失效划分为独立失效和共因失效。独立失效是指非涉安单元失效或涉安单元中的一单机失效。共因失效是指共同的应力作用下，双机比较单元的双机同时一致地发生了失效，比较功能丧失。根据比较输出结果对系统安全性的影响，将共因失效划分为安全共因失效和危险共因失效。该设备的状态转移图如下图所示。其中效率、状态及状态转移有如下解释：

下图中，λ，λ为非涉安、涉安单元独立失效率；λ，λ 为涉安单元安全、危险共因失效率。

状态1：两个单元均正常工作。

状态2：系统降级工作或进入故障一安全状态。状态3：系统处于危险状态。

状态1→状态2：当单机单元或双机比较单元发生独立失效或双机单元发生安全共因失效（双机比较功能丧失，比较输出不合理结果），系统将检测到设备失效，系统降级工作或进入故障安全状态。

状态1→状态3：:双机比较单元发生危险共因失效(双机比较功能丧失，比较输出合理结果，保守地认为这种情况都将导致事故发生)系统处于危险状态。

该设备的故障覆盖率为：

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

图12-5-5-3 设备状态转意图

子模型的状态转移图

根据CBTC中设备失效对系统的影响将其分为两类。一类是设备发生失效后，系统进入故障一安全状态，称此类设备为故障一安全型设备，需要考虑设备故障覆盖率对系统安全性的影响。例如，道旁设备由于WIU发生独立失效，系统进入故障一安全状态，ROC发布命令，控制列车在相应道岔前停车，由司机与调度员确认道岔方向后，驾驶列车通过该道岔。保守地认为，WIU发生危险共因失效将引发行车事故。另一类是设备发生失效将导致系统降级操作，此时系统暴露于人为失误之中，称此类设备为故障一降级型设备，需要考虑人为因素的影响。例如，车载设备的通信单元发生独立失效将导致ROC无法获取列车的位置、速度信急或车载设备无法接收ROC的控制命令。此时调度员只有通过无线列调(语音)与受影响列车的司机保持联系，控制列车运行至故障解除。这段时间内调度员和司机的失误都可能引发事故。如果无线列调设备也发生故障，则相应列车必须停车等待故障单元被修复。车载设备的命令执行单元发生危险不可测失效将引发行车事故。在此，分别为两类设备建立子模型，分析其对系统安全性的影响。假定系统由100个同类故障一降级型设备和故障一安全型设备组成，每个设备均由一个涉安单元和一个非涉安单元构成。每种设备对系统安全性的影响是相互独立的，分别为两种设备建立子模型，其状态转移图示如上图所示。

图中，λ、μ、，C分别为设备的失效率、修复率、故障覆盖率。状态i = 0，1，2，3分别表示0，1，2，3个设备发生故障。每个设备失效将使系统暴露在调度员和一个司机的人为错误之中。

假定3个以上的设备发生故障的概率极低，可安全地忽略这些事件对系统安全性的影响。故障一降级型设备对系统安全性的影响为：

.................................................9.4 图中，λ、μ、，C分别为设备的失效率、修复率、故障覆盖率。状态j= 0，1，2表示0，1，2个设备发生故障。

假定2个以上的设备发生故障的概率极低，可安全地忽略这些事件对系统安全性的影响。故障一安全型设备对系统安全性的影响为：

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

图12-5-5-4 图一

图12-5-5-5 图二

CBTC communication based train control system ：自从通信技术特别是无线电技术飞速发展以后，人们就开始研究以通信技术为基础的列车运行控制系统。它的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面的双向通信，用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。CBTC的突出优点是有车——地双向通信，而且传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减少一次性投资及减少日常维护工作，可以大幅度提高区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等等。在CBTC中不仅实现列车运行控制，而且可以综合成为运行管理，因为双向无线通信系统，既可以有安全类信息双向传输，也可以双向传输非安全类星系，例如车次号、乘务员班组号、车辆号、运转时分、机车状态、油耗参数等等大量机车、工务、电务等有关信息。利用CBTC既可以实现固定自动闭塞系统(CBTC-FAS)，也可以实现移动自动闭塞系统(CBTC-MAS)。在CBTC应用中的关键技术是双向无线通信系统、列车定位技术、列车完整性检测等。在双向无线通信系统中，在欧洲是应用GSM-R系统，但在美洲则用扩频通信等其他种类无线通信技术。列车定位技术则有多种方式，例如车载设备的测速-测距系统、全球卫星定位、感应回线等。

基于通讯的列车控制(CBTC)系统的发展 李毓璋

摘要

通讯式列车控制(CBTC)系统是一个连续、自动化的列车控制系统，是利用高解析技术侦测列车位置，是一不受道旁控制迴路支配的；是一个连续的、高容量且双向作用（从列车到轨道边）的数据通讯系统，而列车运输及轨道旁处理程序有执行自动列车保护功能之能力，也可以有自动列车操作与自动列车监督等功能。臺北大眾捷运系统於2003年6月，由臺北市政府捷运工程局机电系统承包商加拿大庞巴迪交通运输集团，引进此种先进技术取代旧有木栅线及新建内湖线的号誌通讯系统。

一、缘起

传统列车的保护系统受到只能对已存在的轨道旁控制迴路作列车位置的确定、列车操作指令被限制在几个方向上的道旁设备的信号指示或是驾驶室内少数的速度指令等限制。因而有逐步朝一个连续自动化列车控制系统，利用高解析测定列车的位置，能不受轨道电路的支配、有连续的高容量、双向作用（从列车到道旁边）的数据通讯及具有执行列车运转及道旁处理能力之方向发展。

由各种研究与实际的操作经验显示，当将通讯式列车控制(CBTC)系统与其他较传统的号誌系统作比较时，应用通讯式列车控制(CBTC)系统提供了较低的开办以及营运成本、较高的容量及在没有牺牲操作速度之下缩短距离、更高的可靠性、更大的安全性而且增强了远距离列车操作的监视与控制之优点。

位於纽约市的公园大道上的电机电子工程师协会(IEEE)，拥有超过二十多种有关控制、设计、铁路电车之建造与铁路控制系统等规格标準。也对CBTC系统方面订定有两项标準：一个是一九九九年的IEEE1474.1标準，係关於CBTC性能与功能的规定；另一个是在2003年晚期发佈的IEEE1474.2标準，那是对於CBTC系统用户界面之规定。

在IEEE1474标準裡的CBTC定义：為列车的位置、速度及方位，是藉由一个连续的双向通讯环节，从车辆电脑到道旁电脑来传递的。同样地，也在IEEE1474裡有解释，CBTC系统不需要道旁电路来侦察列车。

然现今在使用的大部分CBTC系统，均是利用近场电磁感应的环形线路(IL)来传送。以无线电频率(RF)传送為基础的较新的CBTC系统正在浮现而且是这个工业的趋势。

几个RF-CBTC计画正在发展中，如旧金山机场捷运的庞巴迪Flexiblok自动列车控制技术（现以改名為CITYFLO 650自动列车控制技术）以及新加坡东北地铁线的阿尔斯通URBALIS 300（现在称為MASTRIA）两个，现在已完全营运了。费城的Surface Torlley地铁线预期在2004年起用，而拉斯维加斯单轨电车的RF-CBTC系统已在2004年的七月起用。西门子现在正在為纽约地铁卡那西线、巴塞隆纳及巴黎大眾运输网路（RATP）升级它的Meteor IL-CBTC技术（首先展开的是RATP的新14线）到RF。同样地，阿尔卡特也正在替RATP 13线、香港及南韩升级它的Seltrac技术从IL到RF。

CBTC系统在全世界至少有八个铁路系统在使用它（包含旧金山市政铁路以及底特律都会大眾运输）；至少有八个系统目前正在架构中（包括旧金山市区BART捷运、旧金山新的大眾运输以及纽约甘乃迪国际机场捷运）；一个CBTC系统正在纽约大都会捷运局/长岛铁路计画中；另目前至少有七家不同的卖主正在积极的提供CBTC系统，

第三篇：自动售货机PLC控制系统背景概述

自动售货机PLC控制系统背景概述

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陈锦

自动售货机是台机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按 扭输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。

据说世界上最早的自动售货机出现在公元前3世纪，那是埃及神殿里的投币式圣水出售机。17世纪，英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。在自动售货机历史的长河中，日本开发出实用型的自动售货机，那是在进入本世纪后的事。日本第一台自动售货机是1904年问世的“邮票明信片自动出售机”，它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。1925年美国研制出售香烟的自动售货机，此后又出现了出售邮票、车票的各种现代自动售货机。自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。50年代，“喷水型果汁自动售货机”大受欢迎，果汁被注入在纸杯里出售。后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场，1962年，出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。1967年，100日元单位以下的货币全部改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。20世纪70以来，出现了采用微型计算机控制的各种新型自动售货机和利用信用卡代替钱币并与计算机连接的更大规模的无人售货系统在日本和欧美发展起来。

在日本，70％的罐装饮料是通过自动售货机售出的；全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台饮料自动售货机。在日本全国各地，共设有550万台自动售货机（据1998年的统计），销售额达6兆8969亿4887万日元，为世界第一。在售货机的显示屏幕上进行操作，输入商品号码和购买数量，并投入钱币后，商品就会从取货口出来，甚至从食品自动售货机上还能买到热呼呼的面条和米饭团。虽然日本的自动售货机总台数低于美国（据1997年的统计为689万台），但是，从人口占有数来看却是世界上最高的，美国平均三十五人占有一台，而日本为二十三人占有一台。在一些国家，自动售货机的商品销售额占全国零售业的六成以上，并以每年10%的速度递增。

从1992年开始有部分来自日、韩等国引进的旧机器摆放国内市场，到自行研制和生产自动售货机，我国各厂家、商家蹒跚起步，艰难创业，已为国内零售业开辟了一片新天地。1999年以后，它逐步进人中国市场。如今，在机场、地铁、商场、公园等客流较大的场所，不难发现自动售货机的身影。顾客只要投入5元、10元、20元的纸币或硬币，就可以方便地买到诸如饮料、口香糖等小商品。作为一种前卫的零售方式，自动售货机受到了喜欢追逐时尚的年轻人的欢迎。中国自动售货业的发展比较缓慢，国内市场由于仅仅属于市场导入期，几乎还谈不上竞争之说，满眼望去，几乎到处都是未开垦的国内市场。目前，中国的自动售货机拥有量约为4万台，相对于13亿的人口，这个数字微不足道。即使是按现在中国城市人口3.9亿人计算，平均每10000城市人口中才有一台自动售货机。

从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约10－15％的电力。进入21世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。

现在还有些自动售货机公司售卖的商品可根据摆放场所的需要量身定制，包括冷热饮料、零食、电话卡及海外进口的特色商品等。更引人注目的是，透过这种智能售货系统，存货、销售、物流信息可以准确及时反馈给客户，此外，其还支持现金、银行卡、储值卡、代金卡等多种交易支付模式，从而使交易过程更加安全和便利，同时方便实现较大金额的支付和交易结算。这种新一代自动售货机除了更方便售卖货品之外，还被视为一种传播广泛的广告媒介。除了机器机体本身可以成为厂商的平面广告载体外，机器上所安装的LCD显示屏也可以播放动态广告。

本系统也依然存在着一系列的问题，而且有很多是在实验室很难发现的问题。尽管系统设计时，硬件设计和软件设计上都采取了多种措施来提高容错能力，但有时组态软件和PLC也会发生一些连接和控制上无效的故障。

技术参数：货道、容纳数量、商品类型、制冷制热功能（制冷剂）、识别币种、找零币种、耗电量、额定电压（220V，50HZ）。

第四篇：核电工业控制系统信息安全标准解读

核电工业控制系统信息安全标准解读

在2014年4月15日中央国家安全委员会第一次会议中，总书记提出了包含十一种安全的国家安全体系，其中就包括了“核安全”与“信息安全”。对于核电行业而言，保护“核安全”是重中之重，而随着“工业化”、“信息化”两化融合对传统工业控制系统带来的技术上的革新，现今的核电行业必须对其工业控制系统的信息安全问题予以高度重视。

针对核电行业如何有效地进行工业控制系统信息安全方面的防护工作这一重大课题，国内外相关部门出台了许多与之有关的行业内标准。为了对国内核电行业工业控制系统信息安全的工作提供参考，本文将对各类国内外核电行业工业控制系统信息安全标准进行简单介绍和解读，并针对我国核电工业控制系统信息安全标准的建设提出一点建议。1 国内外核电行业工业控制系统信息安全相关标准介绍

可以看到，国内的核电工业控制系统信息安全标准、规范相对比较匮乏，而从国际范围看，电力和电子工程协会（IEEE）、国际电工委员会（IEC）、美国核能管理委员会（NRC）以及国际原子能机构（IAEA）都提出了相关的标准、指南或导则。其中，我国的核电工业控制系统信息安全标准、导则包括：（1）HAD102-16

HAD102-16于2004年12月8日批准发布，主要是在核动力厂计算机重要系统软件在各个周期进行安全论证时，为其提供收集证据和编制的指导文件。导则从计算机系统各个方面如技术考虑、安全管理要求及项目计划等方面入手，详细列举了系统软件设计的各个阶段和方面应符合的要求建议，包括软件需求、设计、实现及验证等各个环节，对与软件系统关联的计算机系统，从集成、系统确认、调试、运行及修改等方面应遵循的要求建议进行了详细叙述。该导则对计算机重要软件安全涉及的方方面面，进行了较为详细的分析及建议，对核电厂信息安全防护体系的建立具有重要参考意义。（2）GB/T 13284.1-2008

GB/T 13284.1-2008是为代替旧版本的GB/T13284-1998而制定的国家标准，该标准提供了有关核电厂安全设计应遵循的准则。标准中规定了核电厂安全系统动力源、仪表和控制部分最低限度的功能和设计要求，标准适用于为防止或减轻设计基准事件后果、保护公众健康和安全所需要的那些系统。同样适用于保护整个核电厂安全所需的所有与安全有关的系统、构筑物及设备。标准主要引用了GB/T及EJ/T系列标准和准则，主要从安全系统的设计准则、安全系统准则、检测指令设备的功能和要求、执行装置的功能和设计要求及对动力源的要求这几个方面对核工厂安全系统设计规范进行了较为详细的规范。（3）GB/T 13629-2008

GB/T 13629-2008准则是2008年7月2日发布的，主要针对核电厂安全系统中数字计算机适用性制定的准则，用于代替原有的GB/T 13629-1998《核电厂安全系统中数字计算机的适用准则》。该准则主要参考IEEEStd 7-4.3.2-2003《核电厂安全系统中数字计算机的使用准则》进行修改，将其中的美国标准改为相应的中国标准。标准规定了计算机用作核电厂安全系统设备时的一般原则，规范主要引用了GB/T、EJ/T、HAF及IEEE的相关标准。国际范围内核电工业控制系统信息安全的标准、导则、指南包括：（1）REGULATORY GUIDE 5.71

REGULATORY GUIDE5.71（简称RG 5.71）是美国核能管理委员会于2008年9月29日批准发布的，目的是为核动力厂的数字计算机及通信网络系统提供高保障，从而使其可以应对网络攻击的威胁。RG 5.71描述了一种促进防御策略的监管立场，防御策略由防守架构和一系列安全控制方式构成，这些方法基于NIST SP 800-53和NISTSP 800-82相关标准的《工业控制系统安全指南》。（2）REGULATORY GUIDE 1.152 RG 1.152《核电厂安全系统计算机使用标准》是由美国核能监管委员会（NRC）于2004年12月发布的一项导则。此项规定是为使用核电厂安全系统中数字计算机时，促进其功能可靠性、设计质量、信息和网络安全而制定的。标准共包含四个部分：介绍、讨论、监管状况、实施以及监管分析。其中第三部分监管状况中主要为功能和设计要求、安全及相关参考三部分。

（3）ISA IEC 62443系列

ISA IEC 62443《工业过程测量、控制和自动化网络与系统信息安全》系列标准，其最初是由国际自动化协会（ISA）中的ISA99委员会提出。2007年，IEC/TC65/WG10与ISA99成立联合工作组，共同制定ISAIEC 62443系列标准。2011年5月，IEC/TC65年会决定整合ISA IEC 62443标准结构。IEC 62443系列标准目前分为通用、信息安全程序、系统技术和部分技术四部分，共12个文档，每个文档描述了工业控制系统信息安全的不同方面。（4）NIST SP 800-53 NIST SP 800-53为联邦信息系统和组织推荐的安全控制，标准制定目的是为信息系统选择和指定安全控制提供指导，以支持联邦政府执行机构满足FIPS200的要求——“联邦信息和信息系统的最低安全要求”。该指导适用于所有处理、存储或传输联邦信息的信息系统的组件。NISTSP 800-53包含管理、操作和技术3类安全控制措施，为机构实施信息安全项目提供了基本信息安全控制点。（5）IEEE Std 603-2009 IEEE Std 603-2009核电站安全系统的标准，是IEEE标准603-1980演变而来。该标准规定的功能和设计标准，是一般性质，它需要支持包含一般和具体的标准，包括安全系统的要求最小的一组标准。（6）NIST SP 800-82 NIST SP 800-82工业控制系统（ICS）的安全指南，其目的是为确保工业控制系统（ICS），包括监控和数据采集系统（SCADA）、分布式控制系统（DCS），以及其它系统的控制功能提供指导。文件提供了一个概述，ICS和典型系统拓扑结构，确定这些系统的典型威胁和脆弱性，并提供建议的安全对策，以减轻相关风险。2 我国核电信息安全标准建设

我国核安全标准体系总体呈金字塔形结构，参见图1，依托的国家法律主要有《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国放射性污染防治法》等；国务院行政法规为HAF系列，主要有《中华人民共和国民用核设施安全监督管理条例》HAF001、《中华人民共和国核材料管制条例》HAF501、《核电厂核事故应急管理条例》HAF002、《民用核安全设备监督管理条例 500号令》等；指导性文件主要是核安全导则HAD，与核电厂数字仪控系统相关的有通用系列 HAF003/质保类导则、HAD102/01 核电厂设计总的安全原则、HAD102/10 核电厂保护系统及有关设备、HAD102/14 核电厂安全有关仪表和控制系统、HAD102/16 核动力厂基于计算机的安全重要系统软件、HAD102/17 核动力厂安全评价与验证等。

可见，我国的核安全标准体系是较完善的、结构化的，但是对核电厂自动化控制系统、数字仪控系统信息安全并没有针对性的标准。同时，国内的核安全标准体系并没有与信息安全的标准体系有任何相互交叉。

与之相反的是，美国的RG 5.71《核设施的信息安全程序》，虽然只是美国核管会提出的核设施安全导则，却从术语、定义开始大量继承了美国联邦法规中计算机系统信息安全的相关内容。因此，可以将RG 5.71视作美国核管会根据联邦法规中对于计算机、通信系统和网络保护的需求，针对核电厂而制定的法规。其所有的背景与定义均来源于联邦法规，如RG 5.71保护系统与网络免受信息安全攻击的需求来源于联邦法规10CFR 73.54(a)(2)部分；其对关键信息资产（CDA，critical digital assets）的定义取自联邦法规10 CFR73.54部分等。

现在，我国工业控制系统信息安全正处于起步阶段，各主管部门都在分别编制工业控制系统信息安全相关标准，离标准正式出台还有一段时间，将工控安全与等保、分保等成熟的信息安全体系结合，并非短时间内可以完成，加之在核电领域，核安全有自身的标准体系，从顶层开始全局性地为核电信息安全建立标准体系短时期内不太可行。因此，笔者认为先制定一套符合国情、适合行业特点的核设施信息安全程序导则，对于实际环境中最终用户的信息安全需求以及科研性质的核电信息安全研究工作都很有帮助。在这方面，RG 5.71可以说是提供了一个很好的参考，如前文所述，RG 5.71介绍了一个完整的核设施的信息安全程序，提供了信息安全计划的模板，并根据NIST SP 800-82、NIST SP800-53提出了核设施的信息安全控制项，在实际环境下，无论是对最终用户还是科研学者都有很强的指导性与操作性。

RG 5.71作为美国核管会的核电安全导则，其实也和国内的相关标准有着一定的同源性。RG 5.71参考了IEEE Std 7-4.3.2-2003《核电厂安全系统的计算机系统标准》，而IEEE Standard 7-4.3.2-2003为IEEE Std603.1998《核电厂安全系统准则》的补充标准。在我国的国标体系中，GB/T 13629-2008《核电厂安全系统中数字计算机的适用准则》修改采用了IEEE Std 7-4.3.2-2003；GB/T 13284.1-2008《核电厂安全系统第1部分：设计准则》也修改采用了IEEE Std 603.1998。

国家能源局已拟将参考RG 5.71的思路给出一个适合我国核电行业现状的信息安全导则，在这个过程中，笔者觉得有几点需要注意的地方。

（1）导则的可扩展性和可实施性。RG 5.71作为美国联邦法规的一个分支，有很好的可扩展性和可实施性。但若将其引入国内，作为核电厂的标准规范，则无法充分发挥这两点的特性，并且RG 5.71直接引用、参考了美国联邦法规，我们需要在我国的标准体系内根据实际核电行业工控系统特性重新定义、描述相关内容。（2）导则的适用性。RG 5.71提供了一组安全控制项，这些内容都直接或间接参考了NIST SP 800-

53、NIST SP 800-82。NIST SP 800-82对工业控制系统信息安全工作有很好的参考意义，其信息安全程序与安全控制项基本适用于国内工控系统现状。但我国尚未出台直接引用或参考NIST SP 800-82的标准，对参考RG5.71的适用性评价等同于NIST SP 800-82对我国工控安全工作的可操作性的间接认定。所以，从这个观点出发，我们更需要相对谨慎地筛选、整理符合我国核电特点的信息安全程序与安全控制项。3 结语

国外核电信息安全标准化道路已经走了一段时间，我国虽起步较晚，但是也已全方面开展了相关工作。无论最终是否借鉴RG 5.71的思路建设国内的核电信息安全标准，核电行业工业控制系统的信息安全始终缺乏顶层国家法规的支持，真正要规范核电行业的信息安全、提出符合国情的安全政策，还需要整合业界资源，集思广益，真正为“核安全”保驾护航、为“信息安全”添砖加瓦、为我国的“国家安全”大策略提供最有力的支持与保证。作者简介

谢新勤（1975-），男，现任上海三零卫士信息安全有限公司工程安全研究室总监。长年从事信息安全工作，2010年进入工控信息安全领域研究，对物联网、云计算和大数据如何影响工控信息安全有独到的见解。

第五篇：白酒生产工艺

白酒生产工艺

第一章概述



一、发酵机理

 

1、淀粉原料先行水解

 〔C6H10O5〕n+nH2O= nC6H12O6

 

2、酒精的发酵

 由酵母分解可发酵性糖产生

 C6H12O6=2CH3CH2OH+2CO2↑

 

3、有机酸的形成 

4、氨基酸的变化

 

5、酯类的形成 

6、二氧化碳的形成、二、酒的分类

 酒分为四大类

 1.发酵酒

 2.蒸馏酒

 3.配制酒

 4.混合酒

(Ò»)、蒸馏酒的定义

 定义：将经过发酵的酒醪(醅)经过一次或多次的蒸馏过程提取的高酒精含量的饮品。

(¶þ)、蒸馏酒

 (1)白兰地酒

 (2)伏特加酒

 (3)郎姆酒

 (4)金酒

 (5)威士忌酒

 (6)中国白酒

 (7)其它：特其拉酒苹果白兰地

1、葡萄白兰地酒



 是用新鲜的葡萄汁或葡葡渣经发酵后再将其蒸馏，提取高酒度的酒液，然后经过勾兑、老熟等所处理而制得。产于法国科涅克地区的这种酒称为科涅克酒。

2、谷物蒸馏酒

 以谷物为主要原料，经发酵后、蒸馏提高酒精度而得到的含酒精饮品。

常见的谷物蒸馏酒有：威士忌、俄得克(伏特加)、金酒和中国白酒。

2.1、威士忌

 以大麦、小麦、燕麦、黑麦、玉米为原料，以麦芽为糖化剂，经糖化、酿造、蒸馏、贮存而制成的酒。

 (1)苏格兰威士忌S(COTCHWHlSKY)产于英国的苏格兰地，是世界上销量最大的威士忌·根据麦芽汁的特点，把苏格兰威忌分为三类:纯麦威士忌、勾兑威士忌、谷类威上忌。

 (2)爱尔兰威士忌(IRlSHWHlSKEY)产于英国的爱尔兰。

 (3)加拿大减土忌(CANADIANWHISKEY)。

 (4)美国波本威士忌(AMERICANBOURBON WHISKEY)

2.2、俄得克(伏特加)



  以谷物为原料，经糖化、发酵、蒸馏，再经活性炭脱臭生产而成的含酒精饮料。

2.3、金酒(杜松子酒)

 

 以谷物为原料的蒸馏酒为主抖，加入杜松子果实及其香料再经蒸馏而得到的蒸馏酒。

2.4、中国白酒

 2.4.1、定义

 以淀粉质原料或含糖质原料，以中国酒曲为糖化酵剂，经固态或半固态发酵，再经蒸馏提高酒度而制成的含酒精饮料。

2.4.1、中国白酒有以下几种分类方法

(1)按白酒的香型分

 酱香型白酒:以酱香柔润为持点，以茅台酒为代表。

 浓香型白酒:以浓香甘爽为特点，以沪州老窖和五粮液为代表。 米香型白酒:以米香纯正为特点，以桂林三花酒为代表。

 清香型白酒:以清香纯正为特点，以汾酒为代表。

 兼香型白酒:以董酒为代表。



(2)按生产工艺分

 液态发酵白酒：豉香玉冰烧酒

 固态发酵白酒;如：大曲酒

 半固态发酵白酒：桂林三花酒

 固液勾兑白酒：串香白酒

(3)按使用的原料分



 高粱白酒

 玉米白酒

 大米白酒

 薯干白酒

 代粮白酒

(4)按使用的酒曲种类分

 大曲白酒

 小曲白酒

 大小曲混合白酒

 麸曲白酒

 红曲白酒

 麦曲白酒

3、其他蒸馏酒



 这类酒是以粮食以外或葡萄以外的植物果实，茎、根、花或叶酿制成酒，再经蒸馏得到的含酒精饮料。

3.1、老姆酒(RUM)

以甘蔗或糖蜜为原料经发酵、蒸馏、橡木桶贮存生产而成的蒸馏酒。主要生产国有古巴，牙买加和巴西等。

3.2、苹果白兰地

 以苹果为原料经发酵后蒸馏而成的含酒精饮料。以法国诺曼底(NORMANDY)出产的CALVDOS最为著名。

3.3、特奇拉酒(TEQUILA)

以龙舌兰(AGAVE)为原料制得的蒸馏酒。原产地在墨西哥。

三、中国白酒简介



1、酱香型酒

 •以高粱为原料、以高温大曲为糖化发酵剂、石窖堆料固态续糟发酵、固态蒸馏生产而成。主体香为4-乙基愈创木酚。

 •代表酒----茅台酒，产于贵州省茅台镇。以高粱为原料，加曲发酵，发酵后经数次蒸馏提取的酒液无色透明。再放人缸中陈化，时间为3年至数十年不等。酒味香浓醇厚，酒度53。誉称为中国第一名酒。在国际市场上的价格可与法国干邑白兰地相比。

2、浓香型酒

 •以谷物为原料、以高温大曲为糖化发酵剂、泥窖固态续





 糟发酵、固态蒸馏生产而成。主体香为己酸乙酯。•代表酒1----泸洲老窖特曲，以高粱为原料，高温大曲为糖化发、酵剂、泥窖固态续糟发酵，经多次蒸馏，制得的酒液清亮透明，酒味浓郁香醇，酒度60。蝉联五届全国名酒。•代表酒2---五粮液，四川省宜宾市产。以高粱。糯米、小麦和玉米为原料，加曲发酵，采用老窖发酵的方法，发酵后也经数次蒸馏。获取的酒液清澈透明。味道醇厚清夷，酒度为60度。全国名酒，多次获金奖。•代表酒3---剑南春酒，四川省绵竹产。以高粱、大米、糯米、玉米、小麦为原料，加入麦曲发酵，经多次蒸馏。酒液无色透明，味道芳香浓郁，酒度60，全国名酒。

3、清香型酒

 •采用清蒸二次清的工艺，以谷物为原料、以中大曲为糖化发酵剂、用陶缸固态发酵、固态蒸馏生产而成。主体香是醋酸乙酯和乳酸乙酯。

 •代表酒---汾酒，山西省汾阳产。以高粱为原料，用麦曲加入发酵，采用数次蒸馏。所得的酒液清香郁雅，酒度60。为古今名酒。全国名酒

4、其它香型酒

兼型代表酒----董酒，产于贵州省遵义。以糯米、高粱为原料，加入大曲和小曲为糖化发酵剂，采用长期发酵法，几次蒸馏。酒液晶莹透亮，酒味浓香甘美，酒度60。全国名酒。

 江西大曲白酒原属此类型，后分出为特殊香型，简称特型。特型酒代表---四特酒，全国优质酒。

5、米香型酒

以大米为原料，以小曲(酒药、酒饼)为糖化发酵剂，采用半固态、固态发酵，经蒸馏而成的白酒。

代表酒1---桂林三花酒，以大米为原料，以小曲(酒药)为糖化发酵剂，采用半固态先培菌糖化、后发酵生产工艺发酵，经蒸馏而成，于山洞陈酿生产而成的白酒。全国优质酒。

代表酒2---广东豉香肉冰烧酒，以大米为原料，以小曲(酒饼)为糖化发酵剂，采用半固态边糖化边发酵工艺于埕中发酵，经蒸馏而成30o(V)泡入肥膘肉生产而成的的白酒。全国优质酒。