鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制分析

靳海鵬，徐波林

（江西銅業(yè)鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500）

鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)的核心技術(shù)，對(duì)于鉛冶煉生產(chǎn)質(zhì)量和效率起著重要的作用，但是一旦系統(tǒng)對(duì)冶煉設(shè)備的生產(chǎn)參數(shù)設(shè)定不合理時(shí)，將有可能造成生產(chǎn)中斷，甚至出現(xiàn)鉛蒸汽泄露的事故發(fā)生。為了保障鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須采用科學(xué)、有效的安全控制分析方法對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期的各個(gè)階段進(jìn)行安全控制和分析。此次提出一種STRA分析方法，該方法運(yùn)用邏輯分析思維，對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行合理安全控制分析，對(duì)保障鉛冶煉生產(chǎn)安全性有著重要意義。

1 鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制分析方法

此次采用STRA分析方法對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的安全控制進(jìn)行分析，該方法采用形式化技術(shù)，并且以堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)理論為分析基礎(chǔ)，將鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全性的問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)控制的問(wèn)題，通過(guò)一定的分析步驟找出鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)危險(xiǎn)出現(xiàn)的不安全控制行為，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的安全控制分析。首先從鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)控制的角度分析出導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)安全隱患的根本原因，并確定相應(yīng)的保證系統(tǒng)安全控制的約束條件。然后根據(jù)約束條件建立系統(tǒng)的分層控制結(jié)構(gòu)，用來(lái)組建鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)各個(gè)軟硬件之間的控制關(guān)系。最后通過(guò)引進(jìn)系統(tǒng)控制算法對(duì)建立的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，分析出系統(tǒng)在鉛冶煉生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤控制，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，以此實(shí)現(xiàn)了STRA對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的安全控制分析。

1.1 確定系統(tǒng)安全約束

在對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行安全控制分析之前，首先要明確系統(tǒng)在生產(chǎn)中存在的系統(tǒng)級(jí)危險(xiǎn)，根據(jù)STRA的分析思想，一旦系統(tǒng)在鉛冶煉生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)危險(xiǎn)，說(shuō)明系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的安全約束已經(jīng)被違反了，所以確定系統(tǒng)危險(xiǎn)是分析鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制的首要任務(wù)，以便STRA分析中確定或修改系統(tǒng)的安全約束，進(jìn)而保證系統(tǒng)的安全控制。在鉛冶煉生產(chǎn)過(guò)程中，冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)、生產(chǎn)控制器以及生產(chǎn)人員共同對(duì)鉛冶煉進(jìn)行控制，用以保障和控制系統(tǒng)的生產(chǎn)危險(xiǎn)，其所要控制的生產(chǎn)危險(xiǎn)主要是防止鉛泄露，當(dāng)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)沒有防止在生產(chǎn)中的冶煉設(shè)備參數(shù)不符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，鉛蒸汽泄露危險(xiǎn)就會(huì)出現(xiàn)。由此可見，鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)危險(xiǎn)為“鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)未能防止冶煉設(shè)備在生產(chǎn)中超出安全標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍”，所以鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)安全約束為“系統(tǒng)應(yīng)該確保冶煉設(shè)備在生產(chǎn)中不會(huì)出現(xiàn)超出參數(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)范圍”，在STRA后續(xù)的分析中，以此作為識(shí)別系統(tǒng)安全控制的依據(jù)，對(duì)鉛冶煉系統(tǒng)的安全約束進(jìn)行修改和完善。

1.2 生成控制行為

確定系統(tǒng)安全約束的目的只是辨識(shí)系統(tǒng)不安全控制行為，所以接下來(lái)需要根據(jù)系統(tǒng)的安全約束生成對(duì)應(yīng)的控制行為。通常情況下鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的控制行為“控制器在某時(shí)刻向系統(tǒng)提出的安全控制指令”，控制器是鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)控制行為的主要發(fā)起端，其具體生產(chǎn)步驟如下。

假設(shè)控制行為A是一個(gè)四元組，A=（a,b,c,d），其中a是一個(gè)有限非空的系統(tǒng)控制器集合；b是系統(tǒng)控制行為的動(dòng)作類型，其中包括提供和不提供兩種；c是系統(tǒng)控制行為的具體內(nèi)容，表示冶煉設(shè)備參數(shù)合理和不合理兩種；d是系統(tǒng)控制行為的執(zhí)行時(shí)機(jī)，其中包括立刻、稍后三種時(shí)機(jī)。下表為鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制行為形式化表示。

表1 鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制行為形式化表示

1.3 分析系統(tǒng)控制行為

根據(jù)上文對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的安全約束和控制行為的分析，若要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的安全控制，主要是控制系統(tǒng)在操控生產(chǎn)時(shí)的冶煉設(shè)備的參數(shù)，使其在標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)范圍內(nèi)，防止鉛蒸汽泄露危險(xiǎn)事故的發(fā)生。所以此次引用一種系統(tǒng)控制算法，通過(guò)計(jì)算分析出系統(tǒng)是否違反安全約束，如果出現(xiàn)違反安全約束的行為對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的控制行為。其具體計(jì)算如下。

假設(shè)系統(tǒng)的安全約束為Z，系統(tǒng)級(jí)危險(xiǎn)為X，根據(jù)STRA分析理論，鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)違反安全約束行為可描述為：

公式（1）中，a表示系統(tǒng)控制器集合，Kp表示鉛冶煉設(shè)備參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，e表示系統(tǒng)出現(xiàn)違反約束行為的組件，T表示原有系統(tǒng)安全約束，t表示系統(tǒng)出現(xiàn)違反安全約束行為的時(shí)間。c2表示此時(shí)系統(tǒng)行為為不合理行為，b1表示需要提供新的控制指令，d1表示此時(shí)系統(tǒng)控制器應(yīng)立即修改安全約束，以此實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制分析。

2 試驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了證明此次提出的鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制分析方法的有效性，將其與傳統(tǒng)的分析方法進(jìn)行了一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。此次實(shí)驗(yàn)兩種方法選用統(tǒng)一的鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行分析，并且鉛冶煉生產(chǎn)設(shè)備和條件也是相同的，其中包括IBM冶煉設(shè)備1套、控制器1臺(tái)、工控機(jī)2臺(tái)，三層工業(yè)交換機(jī)3臺(tái)。在系統(tǒng)操控鉛冶煉生產(chǎn)過(guò)程中，所有的生產(chǎn)設(shè)備參數(shù)設(shè)定保持一致，以此保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性。此次實(shí)驗(yàn)每種方法對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行5次分析，檢驗(yàn)此次設(shè)計(jì)的分析方法的精準(zhǔn)度。

2.2 結(jié)果分析

下圖為此次實(shí)驗(yàn)兩種控制分析方法的精準(zhǔn)度。

圖1 兩種分析方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖1可以看出，STRA分析方法在8次分析中，對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制分析結(jié)果精準(zhǔn)度平均在86%左右，最高精準(zhǔn)度達(dá)到93%，而傳統(tǒng)分析方法在8次分析中，對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)控制分析結(jié)果的精準(zhǔn)度平均在68%左右，并且精準(zhǔn)度不夠穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)證明了此次提出的對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制分析方法具有較高的精準(zhǔn)度。

3 結(jié)語(yǔ)

此次針對(duì)鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的安全控制，提出了一種STRA分析方法，該方法可以精準(zhǔn)的分析出系統(tǒng)在鉛冶煉生產(chǎn)中存在的危險(xiǎn)控制行為，有效降低了在生產(chǎn)過(guò)程中鉛蒸汽泄露事故發(fā)生幾率，同時(shí)也極大的提高了鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，保障了鉛冶煉從業(yè)人員的人身安全，促進(jìn)了鉛工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。