CIPS系统在钢铁企业铁路运输中的应用

第一篇：CIPS系统在钢铁企业铁路运输中的应用

CIPS系统在钢铁企业铁路运输中的应用

崔磊

摘要：CIPS系统作为铁路运输领域集管控于一体的最先进的信息系统，在钢铁企业铁路运输业务中具有强大的技术优势。本文详细介绍了CIPS系统的系统结构及计划管理、集控及自动控制等方面在钢铁企业普车运输及冶车运输中的典型应用。关键词：CIPS系统钢铁企业铁路运输

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

铁路运输是国内大多数钢铁企业的主要运输形式，铁运系统的安全、稳定、高效是企业生产的重要保障。钢铁企业内部物流具有运输任务重、实时性要求高等特点，如何合理使用运输资源、简化作业流程、提高运输效率是保障钢铁企业铁路运输的重要课题。

作为世界领先的集管控于一体的大型编组信息系统，CIPS系统始创于2005年，先后在成都北、武汉北、贵阳南等站开通使用，取得了令人瞩目成绩。CIPS系统的主要技术特点是：面向生产工艺重构信息系统，建立统一的数据平台，用总体计划下挂各个生产环节子计划的组合体构成单一指挥体系，实现管控一体化及货运功能。上述特点决定了CIPS系统应用于钢铁企业铁路运输具有强大的技术优势。2010年后CIPS系统先后在鞍钢鲅鱼圈公司及攀钢西昌公司投入使用，为钢铁企业铁路运输组织模式提供了全新的解决方案，使企业实现了真正意义上的减员增效。二． 系统结构

CIPS系统包括上层管理系统和下层控制系统。上层管理系统管理场内的现车及调车作业计划，分为接发列车模块、场内调车作业模块、货运管理模块、集控模块、自动执行模块、统计分析模块及其它辅助功能模块，其中：

 接发列车模块管理系统中到发的列车及车辆，通过与路局信息系统的接口确定到达列车的到达车次、到达时刻、及列车编组内容，将到达列车、车辆信息转入系统中相应的线

路上，形成系统内的现车；通过与企业ERP系统的接口，利用企业的验配结果丰富车辆的内容。列车出发时，将离站车辆从现车系统中删除，并向路局信息系统通告出发列车的详细信息。

 场内调车作业模块管理系统中的调车作业计划及场内现车，与企业ERP系统接口，根据

企业的用车需求自动或人工编制调车作业计划，控制场内现车的转移。

 货运管理模块管理场内现车的装卸车操作，实现现车的空重转换，通过与企业ERP系统的接口实现现车的装卸内容、装卸过程与ERP系统的同步。

 集控模块通过与下层进路控制系统的接口，实现对企业各调车场、线的进路、设备的集

中管理与控制。集控系统与下层联锁控制系统采用铁路标准的CTC协议进行接口，具有较强的兼容性和可扩展性。根据企业的实际作业需求，可以按照岗位/人员配置情况重新划分联锁控制区，为企业调车作业的灵活应用提供了便捷的手段。

 自动执行模块用于自动根据已编制完成的调车作业计划，在适当的时机控制下层计算联

锁系统及时排列进路，实现企业铁路运输的自动执行。自动执行模块以CIPS控制指令集的形式通过集控模块向微机联锁系统下发控制指令，并根据微机联锁系统的实际执行结果调整调车作业计划的状态。

 统计分析模块为企业铁路运输组织过程提供进行统计分析的方法，自动计算铁路运输中的关键指标，以统计报表的形式展现。统计分析模块中所使用的基础数据全部由作业过程中的实际采点数据组成，为使用人员提供准确、真实的统计分析结果。

三． 集控管理及自动执行的实现

CIPS集控系统脱胎于国铁CTC系统，为企业铁路运输提供了跨控制系统、跨联锁区域的集中操作平台。CIPS集控系统的使用，强化了企业铁路运输组织模式，简化了操作人员的作业步骤。

1.集控系统的组成CIPS集控模块由集控服务、综合站场显示服务、操作终端及控制子系统组成。控制子系统通过CTC标准协议与集控

服务交互，向集控服务提供各

信号设备的状态、表示等信

息，同时处理集控服务下发的指令，控制下层信号设备的动

作。集控服务向综合站场显示

服务定时传送从控制子系统

获得的站场表示信息，由站场

表示服务对其进一步加工、组

织后通过组播的方式发布到各操作终端。各操作终端负责展现站场表示信息，为操作人员提供图形化的站场信号设备监视界面，与操作人员完成人机交互，将操作人员的操作动作上传至集控服务进行处理。

2.集控系统的应用

集控系统为作业人员提供了方便快捷的操作手段，具有以下特点：

 集中的站场显示与操作界面：CIPS集控系统操作界面提供了集成的站场显示与操作

环境，使操作人员更直观地掌握站场的整体情况，能够有效地提高工作效率及减少操作错误。

 定制的操作权限与作业区域：CIPS系统可以为每个操作岗位定制专用的操作权限和

作业区域，操作人员的管理区域可以以咽喉为单位，不在自己管理区域内的设备是无法进行操作的；同样，对于不同的岗位，对设备的操作权限也可以不同，原则上

可以分为操作与维护两类权限。

 快捷的操作方法：CIPS集控界面为用户提供快捷的操作方法，用户可以通过鼠标在对应设备上单击右键产生下拉菜单，从中选择相应的功能实现对该设备的单控、单操，操作方法较传统的控显界面更为方便快捷；尤为精彩的是，CIPS集控界面摆脱了联锁区的限制，允许用户跨场、跨站、跨系统排列进路，例如驼峰推送进路可以从到达场股道直接排列至驼峰峰顶；接发列车进路可以从发车站股道直接排列至接车站股道；以上作业以及跨场的调车进路都可以通过始终端一次性办理，并满足信号由远及近开放的原则。

 详实的操作记录：CIPS系统具有完善的操作日志解决方案，作业人员的每个操作都

将被系统记录在案，并可以通过简单的方法调阅/查询，为日后事故分析提供有效可靠的证据。

3.自动控制的实现

CIPS自动控制指令依据接发车计划及调车作业计划产生，含盖列车控制、调车控制、单机转移等铁路运输中的全部常规作业方式，实现了铁路行车指挥的完全自动化。自动控制指令由自动执行模块产生，以CIPS控制指令集的形式下发至CIPS指令处理单元（PRC）,PRC负责解析指令集并下发至集控系统，同时自动分析站场表示的变化，以确定指令执行的情况，并向CIPS自动执行模块实时反馈执行结果，使作业人员及时了解计划的执行情况。

四． 普车区作业

普车区作业主要用于完成由国铁车辆运输的货物的收发，包括接车环节、验配环节、调车环节、卸车环节、装车环节、检车环节及发车环节等。

1.接车

接车环节是将到达列车从国铁接入企业站的过程。通常，列车到达前，其车列编组（确报）已提前通过铁路局TMIS网络接口传输到CIPS系统中，供调度人员提前查看。CIPS系统随时通过TDCS接口从TDCS系统中获取列车到开的阶段计划，行车调度可以根据需要指定接车股道，系统会自动根据阶段计划的到达时刻、邻站到发状态等信息及时排列接车进路，列车进入股道后自动报点。企业站列车交接人员完成交接后，核对系统为列车自动匹配的确报，并提交核对结果。

2.验配

验配环节用于钢铁企业检验到达货物的品类，为到达的煤、矿等物资划分等级并确定卸车地点。验配工作由企业冶金部门的专人负责，将到达货物的货票输入ERP系统中，根据品名、发货单位等信息进行分类。CIPS系统从ERP系统中自动获得上述验配结果，为之后组织调车提供依据。

3.调车

站内的机车车辆转移都属于调车作业，包括单机转移、装卸线取送、驼峰解体、尾部编组及倒调等。将到达的重车送往指定的卸车地点，将卸后的空车及国铁配送的空车送往指定的装车地点以及将装后的重车送往发车股道的过程都是通过调车环节完成的。调车计划产生后，CIPS系统会根据调车作业计划的内容自动决策走行经路，并排列相应的调车进路，并在车列通过后自动报点。

4.卸车

重车送达指定的卸车地点后，由企业组织专人卸车。钢铁企业中对煤、矿石等货物可以通过翻车机自动卸车。CIPS系统可以通过ERP接口获得卸车的进度，并自动完成系统中车辆的重/空转换。

5.装车

空车送达指定的装车地点后，由企业组织专人装车，装车信息会被录入至企业ERP系统

中。CIPS系统从ERP系统中获得装车的信息，将品名、到站、载重等重要内容自动填写至CIPS系统内相应的车辆信息中。

6.检车

CIPS系统会为装卸完毕的车辆自动添加“待检”标志，指示货检人员需要对该车辆进行检验，未经检验的车辆不允许调离装卸线。货检人员检验完毕后根据检车结果在CIPS系统中对所检车辆输入检车结果，对于有问题的车辆添加相应的标志，如卸后的空车是否需要“禁装”或者“限装”；对装后的重车是否需要重新“整装”或“倒装”等。检验结果会直接显示在铁运部门行车调度的终端上，行调会根据该内容调整下一步的调车作业计划。

五． 冶车区作业

冶车区作业主要围绕渣罐车及铁水车的配送及运输进行，本文以渣罐运输为例，描述CIPS系统在冶车区运输作业中的应用。

渣罐运输包括空罐配送、渣罐装填、提罐及重罐牵出、渣罐倾倒、渣罐取送等环节。渣罐运输对系统的响应及时性要求比较高，高炉出渣时，空罐配送不到位或提罐响应不及时都有可能造成严重的后果。渣罐运输的关键在于重罐的及时倾倒和空罐的合理选配。

1.空罐配送

空罐配送环节是在高炉出渣前，将空罐车配送到高炉出渣口下的过程。高炉两次出渣的间隔时间大约为2小时，铁运部门应在这段时间内及时取出重罐并重新配入空罐。

在CIPS系统中，高炉操作员首先通过高炉操作界面提出配空申请，冶车区行调通过终端提示界面看到配空申请时，择机对该申请进行确认，确认后CIPS系统会自动产生空罐配送的调车计划，并适时安排合理的调车进路。

2.渣罐装填

高炉出渣时，高炉操作员监视出渣情况，当有渣罐车装满后，高炉操作员应在CIPS高炉操作界面中对已装满的渣罐车进行装满确认，并及时开放另一出渣口继续放渣。高炉出渣进度会通过CISP系统展现在其它相关岗位的终端上。

3.提罐及重罐牵出

当出渣口下的渣罐车全部装满后仍无法满足出渣要求时，高炉操作员应通过CIPS高炉界面提出“提罐申请”，即将出渣线上的备用空罐车提至出渣口下，当出渣线上的备用空车不足时，CIPS系统允许在提罐申请中附加对空车的申请。冶车调度应及时响应高炉的提罐要求，“提罐申请”确认后，CIPS系统会自动产生相应的调车作业计划，并以最高优先级安排合理的调车进路。

当高炉出渣全部完成后，高炉操作员可以通过CIPS界面提出“重罐牵出”申请，冶车区调度确认该申请后，CIPS系统将自动产生调车计划，并安排牵出进路。

4.渣罐倾倒

渣罐倾倒工作由渣场翻渣面操作员完成，在重罐车送至相应的翻渣线后，翻渣操作员倾倒矿渣，并在CIPS界面中操作对应车辆的翻渣完成。翻渣线内的全部车辆倾空后，冶车调度安排机车进入翻渣线将车辆送入调车场。

5.渣罐取送

在重罐车由炼铁调车场送至渣场调车场前或空罐车由渣场调车场送至炼铁调车场前必须由货检人员对车辆进行检查，车辆检查完毕前，CIPS系统不会自动办理调离调车场的进路。检车完毕后，货检人员通过CIPS终端录入检车结果，冶车调度根据检车结果调整调车作业计划后，CIPS系统自动根据调车作业计划排列进路并开放信号。

六． 小结

钢铁企业铁路运输业务相对灵活多变，冶车区作业对实时性要求较高，相对国铁编组站而言，在现车管理及自动执行方面关注点有所不同，对CIPS系统的自动决策与自动执行提

出了新的挑战。然而，CIPS系统灵活的接口技术、合理的体系结构、高效的处理机制恰恰对于这种处理事物多、实时性要求高的应用环境具有很强的适应能力。同时，钢铁企业铁路运输业务也为CIPS系统提供了新应用前景、拓展了新的思路，使CIPS系统更完善、适应能力更强。

第二篇：物联网在铁路运输中的应用

物联网在铁路运输中的应用

郑继伟，周伟智，钟源，赵延

（计算机研究生六班）

摘 要：物联网技术的发展势必会给中国铁路运输领域带来深刻变化和深远的影响。本文主要阐述和分析了物联网最关键的技术——RFID射频识别技术，以及它的工作原理，并且通过结合物联网在铁路运输行业领域中的早期的应用实例，提出了物联网在我国铁路运输领域的发展方向和推广方案。期望在未来的铁路运输领域信息化中，物联网技术能够得到更广泛，更深入的应用。关键词：物联网，铁路信息化，RFID射频识别，车号自动识别系统

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

纵观铁路发展历史，从1825年铁路在英国诞生以后，铁路经历了从大发展到被冷落的过程。但现如今，铁路又成为全球发展的热点。在全球铁路的飞速发展中，我们中国的表现令世界惊叹。近几年来，中国铁路系统的发展更是有着相 当大的增长后发优势，中国有机会建设世界最领先的铁路系统。统计资料显示，截至2010年底，全国铁路营业里程达到9.10万公里，居世界第二。其中，高铁投入运营里程达8358公里，高速铁路运营里程高居世界第一。

回顾铁路的发展，我们可以发现中国铁路在全球化的进程中走向世界也成为必然趋势。我国铁路正在朝着高速铁路、客运专线方向发展。未来5至10年，我国快速铁路和高速铁路将会有很大的发展。目前大力推进实现信息化是推动铁路和高速铁路发展的迫切和必然要的需求。在不同的发展时期，铁路信息化的目标是不同的，而未来的几年中，基于RFID射频技术的物联网在铁路运输当中的应用将会是21世界铁路现代化的最重要任务。

2.研究背景和现状

铁路运输信息化建设的目标就是将信息技术应用于现代铁路的运输生产、管理和营销，从而提高生产效率，减轻劳动强度，保障运营安全。由于传统铁路信息管理系统的不足，随着铁路系统的多次提速，客户对于信息量的需求以及信息的实时性有了更高的要求，而且伴随着RFID射频技术以及传感网络技术的不断进步，基于这些技术从而实现物联网在高速铁路运输上的全面应用也变为可能。

铁道部已经成功实施了一个信息系统——车号自动识别系统，其中采用了RFID技术，通过把RFID技感应安装到铁路、桥梁及一些关键的设施利用物联网使现有的信息网整合起来实现对于铁路的设备、基础设施全面的管理，实现铁路客运管理的智能化推进信息组织建设。还有红外线列车轴温检测系统，通过在铁路沿线区间设置的红外线轴温探测设备，将热轴故障及时通过传输回线将信息传输到控制系统中心，有效地跟踪检测轴温变化，及时发现热轴故障。这些都是目前国内铁路运输上的物联网应用。当然，随着3G建设和其在铁路覆盖的完善，为公网运营商进入铁路物联网世界提供了网络和铁路应用服务的基础。

3.物联网与铁路运输的关系

铁道部信息技术中心拥有强大的初级物联网信息资源。信息技术中心拥有充沛的网站资源，能提供丰富的业务接口；拥有以6E（电子货票、电子运单、电子查询、电子保价、电子理赔、电子支付）为核心的信息管理手段；拥有LAIS 系统、5T系统、红外线实时货车、货运追踪信息等独有的IT产业，为货物的实时追踪提供支持；拥有全国统一IT网络，虚拟网与实体网统一，可以建设统一数字通讯网，为现代物流提供远程支持；拥有铺设世界一流传感网的能力与手段；拥有为各中小企业或各企直通提供私有云计算平台和建设虚拟信息中心的能力；拥有与网络厂商和媒体的合作优势，与阿里巴巴、经济网、人民铁道网有很密切的合作关系；拥有建设新型Home Office系统的能力，铁路运输本身即含绿色、环保、低碳、创新、可持续发展的意义。

物联网在铁路物流很多方面都起到重要作用。首先，能显著提高仓储与包装整理的安全效率。通过计算机和无线射频识别技术管理，实现了信息的实时化，一般统计，可减少存储量17%，提高工作人员效率32%。库存货物堆码实行分层叠加，提高仓库利用率2至3倍，并实现了库存货物的实时管理，大大提高了仓库周转率。其次，货物的装卸搬运焕然一新。无线射频识别技术好像是为物流业量身定做的：原先商品的存货量统计缺乏准确性，填写的货物订单往往不规范，不能及时清点货物，不知道货物在哪个环节损失或被盗窃了，需要耗费许多人来清点和短途搬运货物。实现物联网管理后，电子标签自动引导装卸机械作业或传送带装卸作业，大幅度地提高了劳动生产率，降低了劳动强度。然后，能使配送环节与物流各要素融为一体。如果物流配送过程中应用了无线射频识别技术，它能缩短作业流程，增加物流中心吞吐量；同时操作透明化了，这大大改善了作业质量，任何物品出厂后，一直处于被跟踪的范围，流转中大大减少可能的遗漏和差错；它还降低了流转费用，实现无纸操作，极大提高了管理水平。据有关统计，应用无线射频识别技术，可减少库存10%~30%以上，降低损耗50%左右，提高存储率，销售收入增加2%~10%。物流配送更加顺畅合理，节约成本。最后，物联网技术应用实现了人物相联、物物相联，它能把电子商务提升到新阶段。

4.物联网技术概述

物联网又叫传感网，指的是将各种信息传感设备，如RFID射频识别装置，红外感应器，GPS全球定位系统，激光扫描器等各种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，从而给物体赋予智能，实现人与物体之间的互联，或者是物体与物体之 间的互联。

物联网的概念是在1999年提出的。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of things”（简称物联网），这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。

和传统的互联网相比，物联网具有鲜明的特征：

首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。

其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。

另外，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同的用户不同需求，发现新的应用领域和应用模式。

支撑物联网的技术主要有以下四种，他们之间的关系如图Figure 1所示：

Figure 1物联网四大支撑业务群

1.RFID射频技术：一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

2.传感网：借助于各种传感器，探测和集成包括温度、湿度、压力、速度等物质现象的网络。具有实时数据采集、监督监控和信息共享与存储管理等功能。传感网技术使得目前的网络技术的功能得到极大的拓展，使通过网络实时监控各种环境、设施及内部运行机理等成为可能。3.M2M：广义上M2M可代表机器对机器（Machine to Machine）人对机器（Man to Machine）、机器对人（Machine to Man）、移动网络对机器(Mobile to Machine)之间的连接与通信，它涵盖了所有实现在人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段。

4.两化融合：两化融合是信息化和工业化的高层次的深度结合，是指以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，走新型工业化道路；两化融合的核心就是信息化支撑，追求可持续发展模式。5.RFID射频识别技术

物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的，其中最重要的技术就是RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术。RFID系统由三部分组成：标签(Tag)，即射频卡，由耦合元件及芯片组成，芯片中存储着由管识别对象的信息，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信；阅读器是用于读取或者写入标签信息的设备；天线用于在标签和读取器之间传递射频信号。

RFID技术的基本工作原理并不复杂：阅读器会通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标签(Tag)进入该信号场后，接受阅读器(又说解读器)发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量将标签(即射频卡)内存储的信息发送出去；然后，阅读器通过接受天线接受到从标签发送来的载波信号，并对接受的信号进行解调和解码后，送到后台中央信息主系统进行有关数据的处理；最后，主系统根据逻辑运算推断该卡的合法性，针对不同设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。如图Figure 2。

Figure 2 RFID基本工作原理和基本组成

关于射频卡的技术标准，由于目前生产RFID产品的很多公司都采用自己的标准，所以国际上还没有统一的标准。目前可供射频卡使用的标准有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。应用最多的是ISO14443和ISO15693，这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。

6.RFID射频识别技术应用

早在2001 年，RFID 技术就已经运用在铁路车号自动识别系统中，成为物联网目前在我国铁路运输领域运用最早的成熟典范。过去车号的抄录和汇总全靠口念、笔记、手抄的人工方式进行，错漏多、效率低，劳动强度大，由于漏抄车号造成了铁道部货车占用费的大量流失。此外，铁路用货车数量庞大，车辆分散于全国各地，铁道部每年都需要抽调大量人力、物力进行清查、盘点，耗时费力。在采用车号识别技术以后，铁路车辆管理系统实现了统计的实时化、自动化，降低了管理成本。

该系统主要由车辆标签、地面AEI设备、车站CPS设备、列检复示系统、铁路局AEI检测中心设备、标签编程网络等部分组成。其工作流程是：先将车号信息及车辆的技术参数信息输入车辆标签内部存储器(装载在机车底部)；由地面的AEI设备实时准确地完成对列车车辆标签信息的采集，并将采集的信息进行处理，通过专线传输到车站CPS设备；CPS 管理设备完成AEI 采集数据的处理，并向列检复示系统转发数据，为车辆管理和设备维护提供可靠信息。在此期间，由铁路局AEI监控中心设备实时监测每台地面AEI 的工作状态，协调、指挥AEI 设备维护，确保AEI 设备良好运用，并实时接收AEI 采集的列车、车号数据和每台AEI 产生的故障信息和设备状态信息，通过对故障信息和设备状态信息进行分析，及时了解地面AEI 设备的工作状态，对故障及时处理，同时还可以监测货车标签的工作状态。标签编程网络的主要功能是在标签安装前，将车辆信息写入标签内存的网络系统，防止出现错号、重号车，并对丢失损坏的标签进行补装。

ATIS的网络拓扑结构图，如图Figure 3。

Figure 3 ATIS的网络拓扑结构图

该系统的投入使用，不仅实现了对列车车次、车号的自动识别、实时跟踪和故障车辆的准确预报、动态管理等主要功能，大大提高了车辆利用水平和运输组织效率，同时也为我国铁路探索更加科学化、现代化、智能化的管理模式提供了有益的实践经验，为物联网技术在我国铁路运输领域的普遍应用奠定了良好基础。

7.物联网在铁路运输的发展方向

近年来，随着我国高速铁路、客运专线建设步伐的加快，对铁路信息化水平的要求越来越高，铁路通信信息网络也正朝着数据化、宽带化、移动化和多媒体化的方向发展，各方面的条件已经基本满足了物联网在铁路运输领域的推广和应用。其中，在以下几个方面尤为值得关注和期待：

1.客票防伪与识别：如果铁路客票采用RFID 电子客票，其电子芯片的内部数据是加密的，只有特定的读写器可以读出数据，这将是对造假者以沉重打击。同时车站及车上的检票人员只需通过便携式的识读器对车票上的RFID 电子标签进行读取，并与数据库中的数据进行比对就可以辨别车票的真伪，大大加快了旅客进出站的速度，为方便车站组织旅客乘降提供了便利。

2.站车信息共享：目前铁路在站车信息共享方面还很不成熟，造成的经济 8 损失以及旅客列车资源浪费的现象还比较严重。如果利用RFID 技术的网络信息共享性，可以及时将车站的预留客票发售情况反馈给车上，同时将车上的补票情况反馈给车站，就可以清楚的知道有哪些车站的预留车票是没有发售完的，从而方便车上的旅客及时补票。此外，通过该系统中乘坐人员的信息与车站售出车票信息对比，还可以查看是否有用假票乘坐列车的现象。

3.集装箱追踪管理与监控：集装箱运输是铁路货物运输的发展方向，是提高铁路服务质量非常有效的运输方式，蕴藏着巨大的增长空间，具备很强的发展优势。目前国际上集装箱的管理基本都是使用箱号图像识别，即通过摄像头识别集装箱表面的印刷箱号，通过图像处理形成数字箱号采集到计算机中，这种方法识别率较低，而且受天气及集装箱破损的影响较大。如果将RFID 技术应用到铁路集装箱，开发出信息化集装箱，不仅能够随时观测到集装箱在运输途中的状态，防止货物丢失和损坏，也能大大提高铁路集装箱利用的效率和效益。

4.仓库管理：在铁路的货运仓库管理方面，RFID 也可充分发挥其电子标签穿透性、惟一性的特点，借助嵌在商品内发出的无线电波的标签所记录的商品序号、日期等各项目的信息，让工作人员不用开箱检查就知道里面有几样物品。同时也可以防止货物在仓库被盗、受损等情况。

5.高速铁路检测：高速铁路安全体系，有稳定性要求，扩展性要求，和移动性要求。未来要达到的话，建立一个基于光纤无线融合传感技术，构建高速铁路基础设施服役状态检测传感物联网，利用固定传感、巡检车传感以及洞彻车载传感等多种方式，实现全程动态实时采集高速铁路基础设施服务状态数据，提供运行安全态势预警。

8.物联网在铁路运输中的愿景——IBM智慧铁路

当前全球范围内铁路服务需求的增加，给现有的铁路运输能力和基础设施带来前所未有的压力。然而，日益老化的系统与传统的业务实践往往无法解决这些问题。通过积极地采用新技术和现有技术来获取整个铁路网的信息，并对这些信息进行关联和分析，可以让铁路部门变得更加高效灵活，从而建立一个响应速度更快、更加灵活的运作环境。

IBM和Cisco 联合设计铁路行业智能解决方案提供了一个基于智能化信息 网络的统一信息系统，解决了运营中心、移动车辆、车站和其他机构间的有效的信息共享和管理流程集成。它是帮助铁路行业提高运营效率的重要手段，也是铁路运输领域物联网化的下一个方向和目标。该套方案可以帮助铁路运营单位通过一个结合了现有系统和新技术的开放架构，来迎接新的生产运营、客户服务与运输安全的挑战。

智能化的列车的解决方案可以支持以下功能：

集成和增强的通信功能——联网的列车可以受益于覆盖车辆内外的集成多频通信系统。这可以帮助我们有效地集成生产运输信息和提高获取生产运输信息的准确性，包括车号识别，车辆跟踪，预防性维护和修理信息，车辆和乘务人员调度信息，列车编组，预确报信息和视频监控信息等，并且可以通过显示屏和话音广播播放提供乘客关心的信息（如准、晚点预告，票额情况）。

数据采集——通过在预定的维护时间从车辆的关键系统搜集车辆运行信息（例如轴温检测，刹车系统，车速等），实施地或者在在每天结束时将来自列车的运行数据上传到车辆管理和指挥系统。该系统生成实时的故障报告，提醒维修管理人员对存在问题的列车进行维修，通过人工检测和自动检测相结合，进一步避免可能出现的故障隐患，提高列车的安全运输水平。

车载互联网接入——通过为乘客提供更加有效、愉悦的乘车体验，可以增加上座率和提高乘客的满意度。通过在列车中部署无线局域网络技术，铁路行业运营单位可以为乘客和城间列车的乘客提供安全的互联网接入服务，一方面提高了乘客的满意度，另一方面也获得了基于服务费用的新创收机会。

车载多媒体终端——通过车载的和可以网络控制的多媒体终端，可以实时的视频监控车辆的运行情况，提供增值的广告发布手段，增加新的服务机会和收入。

构建“智慧铁路”愿景，包括以下几个解决方案：

可感应，可度量的解决方案——列车停运的机率由于自诊断子系统的存在而大大降低。智能的传感器在列车停运甚至出轨前，就能发现潜在的问题。车厢可以监控自身的状况。

视频监控解决方案——智慧铁路提供了一种更智慧的方法去协助人工监控。IBM的先进视像识别技术将可以把从摄像头所收集到的影像数据进行智能分析和筛选，协助发现潜在危机，打造更好的安全铁路。

远程传感解决方案——运用先进的无线传感器网络在每节车厢的关键点处安装传感器，持续监控车厢的情况并在火车改组时自动检测其编组，这些措施可推动制订一个可行解决方案以检测，甚至预测潜在的灾难性故障。

资产管理解决方案——智慧的铁路将可以实时收集并分析来自铁路设备资产的信息以及性能的趋势，并以此作为施行预测性维护的标准，在优化设备性能的同时最小化对于乘客的影响。

智能化的智慧铁路解决方案——可感知和互联互通的对象与流程和复杂的商务系统可以彼此对话，深度挖掘数据，分析相关性，连续而实时的进行决策。智能被注入每一个系统以及流程，从而进行与产品和人有关的生产、销售、流通及服务。

商务智能解决方案——通过对供应链、旅客出行模式等方面进行智能分析，不但可以实现铁路运力的提升以及铁路资源的利用率，更可以减少铁路的拥挤情况以及最小化对环境的影响。

而IBM提出构建智慧的铁路愿景，就是要利用其更透彻的感知和度量、更全面的互联互通和更深入的智能化三大特点，实现智能信息的网络化，进而在整个铁路系统、企业内部以及合作伙伴之间实现信息的互联和共享。在这个基础上，感知和度量可帮助铁路公司收集信息，进而更好地监控运营，而信息整合、复杂的分析可将战略决策与新锐洞察结合起来，帮助铁路系统提高服务质量、服务安全性、服务可靠性并节约成本。这个策略是铁路信息化实现更好发展的一条路径，可以帮助打造安全、高效、绿色、智能的铁路。

9.结束语

自2009年8月温家宝总理提出―感知中国‖以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一写入―政府工作报告‖，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。虽然现如今关于物联网的发展势头很猛，但很多关键的技术依旧处于探索阶段。尤其是物联网技术在铁路运输领域的应用领域，虽然我们国家在这方面已经取得了一定的研究成果，但是要实现真正的铁路运输领域的物联网，以及所谓的―智慧铁路‖还有很长的道路要走。当然，随着RFID射频技术以及传感网络等物联网技术的不断进 步，相信不远的将来，在我国铁路运输领域也能随时随出的感觉到物联网带来的深刻变化。

参考文献：

[1] 荆心.基于物联网的物流信息系统体系结构研究.科技信息，2010，(20)[2] 宁焕生,张彦.RFID 与物联网: 射频中间件解析与服务[ M].北京: 电子工业出版社, 2008, 41 [3] 单承赣, 单玉峰, 姚磊.射频识别(RFID)原理与应用[M].北京: 电子工业出版社, 2008, 71 [4] 王晓亮, 宓奇, 彭苏勉, 关忠良.物联网在我国铁路运输领域的应用与发展探讨.铁道通信信号,2010,46 [5] 王忠敏.EPC 与物联网[M].北京: 中国标准出版社,2004, 51 [6] 杜锦程.铁路车号自动识别系统的拓展应用.铁道机车车辆,2010,30(3)[7] 百度百科.RFID技术.http://baike.baidu.com/view/26303.htm [8] 中国物联网.http:// [10] 邵文佳.物联网技术应用展望.企业技术开发,2010,29(14)[11] 马云岭, 陈雷, 吴月东.铁路货车车号管理的发展及其应用信息技术的研究.铁道车辆,2006,44(4)[12] 沈苏彬, 范曲立, 宗平, 毛燕琴, 黄维.物联网的体系结构与相关技术研究.2009(6)[13] 刘化君.物联网体系结构研究.2010(5)[14] 熊道权.基于物联网的高速铁路检测系统研究.2010(12)12

第三篇：计算机信息化技术在钢铁企业安全管理中的应用

计算机信息化技术在钢铁企业安全管理中的应用论文摘要：随着计算机信息技术在各行各业中的不断飞速发展和广泛应用，特别针对钢铁厂安全生产管理来说，各种影响钢铁厂安全的不利因数都可以得到有效控制，使钢铁厂安全生产管理有了质的飞跃，真正为实现“安全第一、预防为主”奠定了坚实的基础。但是，计算机本身的安全问题，严重影响着计算机安全监控的可靠实施。因此，加强计算机的安全管理意识，为钢铁厂安全生产保驾护航显得尤为重要。

钢铁厂安全信息技术应是集分析、预防、监控、应急全方位、一体化的系统工程。尤其应注重预防和应急处理模块，转被动为主动，充分的将计算机管理与安全生产管理紧密融合，有效地管理控制钢铁厂安全工作，保障高炉的安全有效建设。

我国钢铁“十一五”安全生产规划中指出，我国目前的钢铁安全状况与部分发达国家有较大的距离，技术装备水平普遍不足，急待增强钢铁厂安全生产的技术支撑保障能力。大力建设钢铁厂安全生产的管理信息系统就是规划中的一个重要部分。钢铁企业的信息化有两个大模块构成：一是安全生产信息化；二是管理信息化。

近年来我国钢铁厂发生多起事故，工人安全急需得到切实有效的保障，这也是建设和谐社会的内在要求。与此相对的是，美、德等产钢大国安全事故却并不多见，究其原因，除严格的法律、监管制度约束以外，信息技术、自动化设备的大量应用是其实现安全生产的重要因素。从信息化出发，加强安全技术能力，也是我国钢铁企业实现安全的必由之路。我国已把“钢铁自动化安全生产监测监控和管理系统与标准体系研究”列为重大专项，已经组织研究开发及产业化，以推动我国钢铁行业信息技术的应用，为钢铁安全做好技术支撑。

1我国钢铁企业当前特点

1钢铁企业安全管理信息技术建设目标和原则

作为未来“数字钢铁厂”的一个子系统，安全管理信息系统是钢铁企业持续发展的基础，与高炉地理、生产、物流等子系统类似，其主要内容是安全信息的采集、信息的传输、信息的处理、信息的应用与集成。实时、准确、全面的安全信息管理和响应是生产安全管理的核心。钢厂安全管理信息系统应是集分析、预防、监控、应急全方位、一体化的系统工程。尤其应注重预防和应急处理模块，转被动为主动，利用通信、计算机、自动化等多项技术的紧密融合，有效地管理控制钢厂安全工作，保障钢厂的安全有效建设；同时，系统设计要本着先进性、投资保护、开放性、可扩充性、可维护性的原则，根据目前业务实际，并充分考虑今后业务发展需要，针对企业实际情况具体实施。

2钢铁企业安全管理信息技术的主要构成目前，各软件和系统集成商开发的系统千差万别，但从信息设施的种类来划分，可以分为检测、监控、通讯、信息管理四大部分。从市场主流来看，功能模块大同小异，整个系统可分为以下几个模块：

1)安全信息收集。安全信息收集主要是由安全岗(网)员在安全检查过程中对收集到的安全信息录入到计算机中。本模块主要包括安全信息录入、对安全隐患的处理意见、领导审批意见、对安全隐患处理落实情况和安全信息的综合查询等功能。

2)交接班管理。交接班信息管理模块用于安检人员处理交接班过程中的问题记录与移交。记录本班生产过程中发生的问题／隐患、“三违”人员、挂停止作业牌、伤亡事故、非伤亡事故及相关人员的信息，当班次交接时，浏览上班次发现未解决的问题和还没有检查到的检查控制点信息并确认，为本班次的跟班安检人员下井检查提供指导，以明确责任，为系统跟踪安全监控人员工作是否到位提供依据。

3)安全规章制度。该模块是钢厂各种安全规章制度的汇总，供有关人员查询、学习和参考。钢厂安全规章制度，是钢厂安全生产的依据，是由一件件血的教训而写成的，它在钢铁企业安全生产过程中起到了重要作用。

4)防治病毒入侵、传播。大力学习计算机病毒防治知识，有效防止计算机病毒的传播。计算机病毒是由计算机语言编写的计算机程序指令。计算机病毒的发生可导致计算机系统崩溃、文件丢失、设备损坏。计算机病毒的传播方式主要有文件复制、接收发送邮件、下载文件等，计算机病毒的传播工具有磁盘、优盘、移动硬盘、光盘等。

5)安全综合报表管理。安全综合报表是安全信息的汇总，可以对钢厂安全情况进行综合分析，通过日报和月报的形式提交给各级领导审核，使各级领导能及时的了解总体安全情况，为领导分析和掌握安全管理状况提供了真实可靠的依据。

6)钢铁企业事故管理。正确地记录钢厂所发生的安全事故，并查明事故的原因，记录事故的综合分析和处理情况。真实地记录发生的安全事故，可接受事故教训，起到安全警示作用，并作为该部门安全情况评比的依据。

7)安全技术措施管理。本模块包括安全技术措施制定、安全技术措施审核和审批。从技术角度出发，对于钢铁企业各种类别的工程制定安全措施。审批后发布执行，记录措施的执行情况，并对安全措施进行月度的复审，确保安全措施的可行性。

8)安全标志管理。为了引起人们对不安全因素的注意，预防事故的发生，需要在各有关场合作出醒目标志，在矿内部安装的安全标志也是不容忽视的。安全标志是由安全色、几何图形和图形符号构成，用以表达特定的安全信息，安全标志分为禁止标志、警告标志、指令标志、提示标志四类，对安全标志要定期检查和维护。本模块记录全矿安全标志的安装地点、内容和使用情况，并备有安全标志的基本知识。

9)安全生产考评奖惩。为了加强职工的安全意识，对各部门和个人安全生产情况要定考评和奖惩。本模块是对各部门和个人奖惩情况的评比和记录，当某个部门连续评比不合格后，系统发出警告，并通知有关领导和部门，对该部门进行处罚。

1O)人员定位查询。可查询到某人员当前是否下井及在某一时间段的下井记录。此外，部分模块还可以和其他矿井信息技术结合使用。以上面介绍的人员状态查询模块为例，除可单独应用外，还可以和跟踪定位系统配合使用。目前通讯技术和计算机技术为一体的炉前人员定位系统，可在任何联网地方监控人员数量、身份和炉前工作位置，是打击超能力生产，超人员人井的有效的高科技手段。在突发情况下，监控计算机上还可立即查询事故现场的人员位置分布情况、被困人员数量、为事故抢险提供科学依据。

4有待解决的问题

1)通过各类传感器所采集的数据信息，由计算机进行分析、处理，可以实现对高炉通风、温度、湿度、打泥压力、鱼雷罐位置等进行有效监控，有力的解决人工监测不及时、不到位、不准确、凭感觉的弊端，用准确的数据反映安全生产中的各种安全隐患因数，使得安全生产管理变得科学、可靠，使“预防为主”的安全生产方针真正落到实处。

2)信息共享和互通。目前钢铁厂安全信息系统在信息共享和互通互联方面还有很多不足，“信息孤岛”还大量存在。由于供应商众多，应用系统五花八门，设备也是型号多样，极不统一。监测系统、控制系统和管理系统还不能有效实现联动，满足实际需求，由于不能信息共享，信息的价值大打折扣，对集中管理、决策不能提供有效的支持。

3)重建设更要重使用维护。安全管理信息系统和其他产品一样，在使用的过程中难免会出现各种问题，但由于生产安全直接关系到高炉职工生命安全，所以尤其应加强注意。各钢铁企业应建立相应的维护管理制度，确保系统时刻处于正

常工作状态，一旦发生险情，能即时采取措施，充分发挥安全信息系统应有的功能和作用。

总之，只有把计算机安全管理放在安全生产的首要位置，加强计算机的安全管理意识，把计算机安全管理真正落到实处，那么，钢厂的计算机安全监控才有保证，“安全第一，预防为主”的安全生产方针才能真正实现。

参考文献:

[1]方桔萍.加强钢铁企业的信息管理[ J].冶金管理.2005,[2]漆永新.冶金企业管理信息化技术(冶金过程自动化技术丛书):冶,2006.[3]谭浩强.计算机局域网实用教程.2000.[4]都晨桂.试论强化钢铁企业的信息管理2000,.

第四篇：防雷器在电源系统中的应用

防雷器在电源系统中的应用

一、雷电防护基本原理

雷电及其它强干扰对通信系统的致损及由此引起的后里是严重的，雷电防护将成为必需。雷电由高能的低频成份与极具渗透性的高频成份组成。其主要通过两种形式，一种是通过金属管线或地线直接传导雷电致损设备；一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌致损设备。绝大部分雷损由这种感应而引起。对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量，通过以下三个通道所产生的瞬态浪涌。金属管线通道，如自来水管、电源线、天馈线、信号线、航空障碍灯引线等产生的浪涌；地线通道，地电们反击；空间通道，电磁小组的辐射能量。

其中金属管线通道的浪涌和地线通道的地电位反击是电子信息系统致损的主要原因，它的最见的致损形式是在电力线上引起的雷损，所以需作为防扩的重点。由于雷电无孔不入地侵袭电子信息系统，雷电防护将是个系统工程。雷电防护的中心内容是泄放和均衡。

1．泄放是将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放，并且应符合层次性原则，即尽可能多、尽可能远地将多余能量在引入通信系统之前泄放入地；层次性就是按照所设立的防雷保护区分层次对雷电能量进行削弱。防雷保护区又称电磁兼容分区，是按人、物和信息系统对雷电及雷电电磁脉冲的感受强度不同把环境分成几个区域：LPZOA区，本区内的各物体都可能遭到直接雷击，因此各特体都可能导走全部雷电流，本区内电磁场没有衰减。LPZOB区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区电磁场没有衰减。LPZ1区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流往各导体的电流比LPZOB区进一步减少，电磁场衰减和效果取决于整体的屏蔽措施。后续的防雷区（LPZ2区等）如果需要进一步减小所导引的电流和电磁场，就应引入后续防雷区，应按照需要保护的系统所要求的环境区选择且续防雷区的要求条件。保护区序号越高，预期的干扰能量和干扰电压越低。在现代雷电防护技术中，防雷区的设置具有重要意义，它可以指导我们进行屏蔽、接地、等电们连接等技术措施的实施。

2．均衡就是保持系统各部分不产生足以致损的电位差，即系统所在环境及系统本身所有金属导电体的电位在瞬态现象时保持基本相等，这实质是基于均压等电位连接的。由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线和等电位连接器（防雷器）组成一个电位补偿系统，在瞬态现象存在的极短时间里，这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内所有导电部件之间建立起一个等电位，这些导电部件也包括有源导线。通过这个完备的电位补偿系统，可以在极短时间内形成一个等电位区域，这个区域相对于远处可能存在数十千伏的电位差。重要的是在需要保护的系统所处区域内部，所有导电部件之间不存在显著的电位差。

3．雷电防护系统由三部分组成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防护，由接闪器、引下线、接地体组成，可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。过渡防护，由合理的屏蔽、接地、布线组成，可减少或阻塞通过各入侵通道引入的感应。内部防护，由均压等电位连接、过电压保护组成，可均衡系统电位，限制过电压幅值。

二、防雷器的作用及技术参数

防雷器又称等电位连接器、过电压保护器、浪涌抑制器、突波吸收器、防雷保安器等，用于电源线防护的防雷器称为电源防雷器。鉴于目前的雷电致损特点，雷电防护尤其在防雷整改中，基于防雷器防护方案是最简单、经济的雷电防护解决方案。防雷器的主要作用是瞬态现象时将其两端的电位保持一致或限制在一个范围内，转移有源导体上多余能量。

进入地下泄放，是实现均压等电位连接的重要组成部分。防雷器的一些主要技术参数：额定工作电压、额定工作电流，特批串并式电源防雷器的载流量。通流能力，防雷器转移雷电流的能力，以千安为单位，与波开开式有关。防雷器在功能上可分为可防直击雷的防雷器和防感应雷的防雷器。可防直击雷的防雷器通常用于可能被直击雷击中的线路保护，如LPZOA区与LPZ1区交界处的保护。用10/35μs电流波形测试与表示其通流能力。防感应雷的防雷器通常用于不可能被直击雷击中的线路保护，如LPZOB区与LPX1区、LPZ1区交界处的保护。用8/20μs电流波形测试与表示其通流能力响应时间，防雷器对瞬态现象起控制作用所需的时间，与波形性质有关。残压，防雷器对瞬态现象的电压限制能力，与雷电流幅值及波形性质有关。

三、防雷器的选用

基于防雷器的防护想要取得理想的效果，应注重“在合适的地方合理地装设合适的防雷器”，防雷器的选择十分重要。

1．进入建筑物的各种设施之间的雷电流分配情况如下：约有50%的雷电流经外部防雷装置泄放入地，另有50%的雷电流将在整个系统的金属物质内进行分配。这个评估模式用于估算在LPAOA区、LPZOB区和LPZ1区交界处作等电位连接的防雷器的通流能力和金属导线的规格。该处的雷电流为10/35μs电流波形。在各金属物质中雷电流的分配情况下：各部分雷电流幅值取决于各分配通道有的阻抗与感抗，分配通道是指可能被分配到雷电流的金属物质，如电力线、信号线、自来水管、金属构架等金属管级及其它接地，一般仅以各自的接地电阻值就可以大致估算。在不能确定的情况下，可以认为接是电阻相等，即各金属管线平均分配电流。

2．在电力线架空引入，并且电力线可能被直击雷击中时，进入建筑物内保护区的雷电流取决于外引线路、防雷器放电支路和用户侧线路的阻抗和感抗。如内外两端阻抗一致，则电力线被分配到一半的直击雷电流。在这种情况下必须采用具有防直击雷功能的防雷器。

3．后续的评估模式用于评估LPZ1区以后防护区交界处的雷电流分配情况。由于用户侧绝缘阻抗远远大于防雷器放电支路与外引线路的阻抗，进入后续防雷区的雷电流将减少，在数值上不需特别估算。一般要求用于后续防雷区的电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。后续防雷区防雷器的选择应考虑各级之间的能量分配和电压配合，在许多因素难以确定时，采用串并式电源防雷器是个好的选择。串并式是根据现代雷电防护中许多应用场合、保护范围层次区分等特点提出的概念（相对于传统的并式防雷器而言）。其实质是经能量配合和电压分配的多级放电器与滤波器技术的有效结合。串并式防雷有如下特点：应用广泛。不但可以按常规进行应用，也适合保护区难以区别的场所。感生退耦器件在瞬态过电压下的分压、延迟作用，以帮助实现能量配合。减缓瞬态干扰的上升速率，以实现低残压与长寿命以及极快的响应时间。

4．防雷器的其它参数选择取决于各个被保护物所在防雷区的级别，其工作电压以安装在引电路中所有部件的额定电压为准。串并式防雷器还需注意其额定电流。

5．影响电子线雷电流分配的其它因素：变压器端接地电阻降低将使电子线中分配电流增大。供电线缆的长度的增加将使电力线中分配电流减少，并使几要导线中有平衡的电流分配。过短的电缆长度和过低的中性线阻抗将使电流不平衡，从而引起差模干扰。供电线缆并接多用户将降低有效阻抗，导致分配电流增大，在连成网状的供电状态下，雷临时性流主要流入电力线，这是多数雷损发生在电力线处的原因。

四、防雷器的安装

1．电源线应实现多级防护，多级防护是以各防雷区为层次，对雷电能量的逐级减弱（能量分配），使各级限制电压相互配合，最终使过电压值限制在设备绝缘强度之内（电压配合）。

在下列情况下，多级防护成为必须：某一级防雷器失效或防雷器某一路失效。防雷器的残压不配合设备绝缘强度，线缆在建筑物内长度较长时。

2．几乎所有情况下的线缆防护，至少应分成两级以上，同一级防雷器还可能包含多级保护（如串并式防雷器）。为了达到有效的保护，可在各防雷区界面处设置相应的防雷器，防雷器可针对单个电子设备，或一个装有多个电子设备的空间，所有穿过通常具有空间屏蔽的防雷区的导线，在穿过防雷区界面同时接有防雷器。另外，防雷器的保护范围是有限的，一般防雷器与设备线路距离超过10m以后将使防护效果劣化，这是因为防雷器和需要保护的设备之间的电缆上有反射造成的振荡电压，其幅值与线路长度、负载阻抗成正比。

3．在使用电源孩子雷器的多级防护中，如果不注意能量分配，则可能引入更多的雷电能量进入保护区域。这要求防雷器应根据前述评估模式选择。一般防雷器都有通过雷电流越大，残压越高的特点，通过能量分配后未级防雷器流过的雷电流极小，有利于电压限制。注意，不考虑电压配合而仅仅选择低响应电压的防雷器作末级保护是危险的。

实现能量分配与电压配合的要点在于利用两级防雷器之间线缆本身的感抗。线缆本身的感抗有一定的阻碍埋电流及分压作用，使雷电流更多地被分配到前级泄放。一般要求两级防雷器之间线缆长度在15m左右，适用于保护地线与其它线缆紧贴敷设或处于同一条电缆之内的情况。线缆上分支线路的长度对线缆要求长度有影响，当保护地线与被保护线缆有一定距离（>1m），这时要求线缆长度大于5m即可。在一些不适合采用线缆本身作退耦措施的如两级防雷区界面靠近或线缆长度较短时，可利用专门的退耦器件，这时无距离要求。

4．退耦器件是实现能量分配与电压配合的重要措施，以下几种材料可作为退耦器件：线缆、电感和电阻。

串并式电源防雷器就是一种考虑了能量分配与电压配合，利用滤波器作为退耦器件的防雷器组合形式，适合于各种场合的应用。

5．在某些极端情况下，装上防雷器反而会增加设备损坏的可能，必须杜绝；这类情况发生。防雷器保护几条线，其中一条线上的防雷器失效或响应速度过慢。这可能使共模干扰转化为差模干扰而损坏设备。这要求必须实施多级防护及注意防雷器的维护。不考虑防雷保护区、能量配合及电压分配而随便安装防雷器，比如仅仅在设备前端装设一只防雷器，由于没有前级保护，强大的雷电流将被吸引到设备前端，致使防雷器残压超过设备绝缘强度。这要求防雷器必须按层次性原则安装。

6．在另外的一些情况下，错误的安装将使设备得不到有效保护。过长的防雷器连接线、防雷器工作时，连接线上由感抗引起的电压将极高，加在设备上的仍会危险电压，这个问题在末级防雷器的应用中更加明显。解决这个问题的方法是采用短的连接线，也要以采用两要以上分开的连接线以分担磁场强度，减少压降，单线加粗连接线是没有什么效果的。必要时可通过改变被保护线的布线，使其靠近等电位连接排（接地点）以减少连接线长度。

防雷器输出线和输入线、接地线靠近、并排敷设。这种情况对串并式防雷器的影响比较严重。当串并式电源防雷器的输出线（已保护的线）和输入线（未保护线）、地线靠近敷设，会使输出线内感应出瞬态浪涌，虽然其强度较原来小，但仍可能是危险的。解决这个问题的方法是将输入线、地线与输出线分开敷设或垂直敷设，尽量减少并行敷设的长度，拉开敷设的距离。

防雷器接地线没有与被保护设备的保护地相连，即采取单独的防雷接地。这将使被保护线与设备保护地之间在瞬态时存在危险电压，解决这个问题的方法是防雷器的接地应与设备保护地相连。

第五篇：浅谈防雷器在电源系统中原理以及应用

摘要：雷电由高能的低频成份与极具渗透性的高频成份组成。其主要通过两种形式，一种是通过金属管线或地线直接传导雷电致损设备；一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌致损设备。绝大部分雷损由这种感应而引起。对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量，通过以下三个通道所产生的瞬态浪涌。本文主要简析防雷器在电源系统中的应用等。

一、雷电防护基本原理

雷电及其它强干扰对通信系统的致损及由此引起的后果是严重的，雷电防护将成为必需。雷电由高能的低频成份与极具渗透性的高频成份组成。其主要通过两种形式，一种是通过金属管线或地线直接传导雷电致损设备；一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌致损设备。绝大部分雷损由这种感应而引起。对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量，通过以下三个通道所产生的瞬态浪涌。金属管线通道，如自来水管、电源线、天馈线、信号线、航空障碍灯引线等产生的浪涌；地线通道，地电们反击；空间通道，电磁小组的辐射能量。

其中金属管线通道的浪涌和地线通道的地电位反击是电子信息系统致损的主要原因，它的最见的致损形式是在电力线上引起的雷损，所以需作为防扩的重点。由于雷电无孔不入地侵袭电子信息系统，雷电防护将是个系统工程。雷电防护的中心内容是泄放和均衡。

1.泄放是将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放，并且应符合层次性原则，即尽可能多、尽可能远地将多余能量在引入通信系统之前泄放入地；层次性就是按照所设立的防雷保护区分层次对雷电能量进行削弱。防雷保护区又称电磁兼容分区，是按人、物和信息系统对雷电及雷电电磁脉冲的感受强度不同把环境分成几个区域：LPZOA区，本区内的各物体都可能遭到直接雷击，因此各特体都可能导走全部雷电流，本区内电磁场没有衰减。LPZOB区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区电磁场没有衰减。LPZ1区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流往各导体的电流比LPZOB区进一步减少，电磁场衰减和效果取决于整体的屏蔽措施。后续的防雷区假如需要进一步减小所导引的电流和电磁场，就应引入后续防雷区，应按照需要保护的系统所要求的环境区选择且续防雷区的要求条件。保护区序号越高，预期的干扰能量和干扰电压越低。在现代雷电防护技术中，防雷区的设置具有重要意义，它可以指导我们进行屏蔽、接地、等电们连接等技术措施的实施。

2.均衡就是保持系统各部分不产生足以致损的电位差，即系统所在环境及系统本身所有金属导电体的电位在瞬态现象时保持基本相等，这实质是基于均压等电位连接的。由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线和等电位连接器组成一个电位补偿系统，在瞬态现象存在的极短时间里，这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内所有导电部件之间建立起一个等电位，这些导电部件也包括有源导线。通过这个完备的电位补偿系统，可以在极短时间内形成一个等电位区域，这个区域相对于远处可能存在数十千伏的电位差。重要的是在需要保护的系统所处区域内部，所有导电部件之间不存在显著的电位差。

3.雷电防护系统由三部分组成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防护，由接闪器、引下线、接地体组成，可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。过渡防护，由合理的屏蔽、接地、布线组成，可减少或阻塞通过各入侵通道引入的感应。内部防护，由均压等电位连接、过电压保护组成，可均衡系统电位，限制过电压幅值。

二、防雷器的作用及技术参数

防雷器又称等电位连接器、过电压保护器、浪涌抑制器、突波吸收器、防雷保安器等，用于电源线防护的防雷器称为电源防雷器。鉴于目前的雷电致损特点，雷电防护尤其在防雷整改中，基于防雷器防护方案是最简单、经济的雷电防护解决方案。防雷器的主要作用是瞬态现象时将其两端的电位保持一致或限制在一个范围内，转移有源导体上多余能量。

进入地下泄放，是实现均压等电位连接的重要组成部分。防雷器的一些主要技术参数：额定工作电压、额定工作电流，特批串并式电源防雷器的载流量。通流能力，防雷器转移雷电流的能力，以千安为单位，与波开开式有关。防雷器在功能上可分为可防直击雷的防雷器和防感应雷的防雷器。可防直击雷的防雷器通常用于可能被直击雷击中的线路保护，如LPZOA区与LPZ1区交界处的保护。用10/35μs电流波形测试与表示其通流能力。防感应雷的防雷器通常用于不可能被直击雷击中的线路保护，如LPZOB区与LPX1区、LPZ1区交界处的保护。用8/20μs电流波形测试与表示其通流能力响应时间，防雷器对瞬态现象起控制作用所需的时间，与波形性质有关。残压，防雷器对瞬态现象的电压限制能力，与雷电流幅值及波形性质有关。

三、防雷器的选用

基于防雷器的防护想要取得理想的效果，应注重“在合适的地方合理地装设合适的防雷器”，防雷器的选择十分重要。

1.进入建筑物的各种设施之间的雷电流分配情况如下：约有50%的雷电流经外部防雷装置泄放入地，另有50%的雷电流将在整个系统的金属物质内进行分配。这个评估模式用于估算在LPAOA区、LPZOB区和LPZ1区交界处作等电位连接的防雷器的通流能力和金属导线的规格。该处的雷电流为10/35μs电流波形。在各金属物质中雷电流的分配情况下：各部分雷电流幅值取决于各分配通道有的阻抗与感抗，分配通道是指可能被分配到雷电流的金属物质，如电力线、信号线、自来水管、金属构架等金属管级及其它接地，一般仅以各自的接地电阻值就可以大致估算。在不能确定的情况下，可以认为接是电阻相等，即各金属管线平均分配电流。