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，對于鉛冶煉生產(chǎn)質(zhì)量和效率起著重要的作用，但是一旦系統(tǒng)對冶煉設備的生產(chǎn)參數(shù)設定不合理時，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、有效的安全控制分析方法對鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期的各個階段進行安全控制和分析。此次提出一種STRA分析方法，該方法運用邏輯分析思維，對鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)進行合理安全控制分析，對保障鉛冶煉生產(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分析方法對鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的安全控制進行分析，該方法采用形式化技術，并且以堅實的數(shù)學理論為分析基礎，將鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全性的問題轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)控制的問題，通過一定的分析步驟找出鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)危險出現(xiàn)的不安全控制行為，以此實現(xiàn)對鉛冶煉生產(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致系統(tǒng)出現(xiàn)安全隱患的根本原因，并確定相應的保證系統(tǒng)安全控制的約束條件。然后根據(jù)約束條件建立系統(tǒng)的分層控制結構，用來組建鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)各個軟硬件之間的控制關系。最后通過引進系統(tǒng)控制算法對建立的控制結構進行計算，分析出系統(tǒng)在鉛冶煉生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的錯誤控制，并對其進行及時調(diào)整，以此實現(xiàn)了STRA對鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的安全控制分析。

1.1 確定系統(tǒng)安全約束

在對鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)進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)級危險，根據(jù)STRA的分析思想，一旦系統(tǒng)在鉛冶煉生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了系統(tǒng)級危險，說明系統(tǒng)預先設定的安全約束已經(jīng)被違反了，所以確定系統(tǒng)危險是分析鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制的首要任務，以便STRA分析中確定或修改系統(tǒng)的安全約束，進而保證系統(tǒng)的安全控制。在鉛冶煉生產(chǎn)過程中，冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)、生產(chǎn)控制器以及生產(chǎn)人員共同對鉛冶煉進行控制，用以保障和控制系統(tǒng)的生產(chǎn)危險，其所要控制的生產(chǎn)危險主要是防止鉛泄露，當鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)沒有防止在生產(chǎn)中的冶煉設備參數(shù)不符合生產(chǎn)標準時，鉛蒸汽泄露危險就會出現(xiàn)。由此可見，鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的系統(tǒng)級危險為“鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)未能防止冶煉設備在生產(chǎn)中超出安全標準參數(shù)范圍”，所以鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的系統(tǒng)級安全約束為“系統(tǒng)應該確保冶煉設備在生產(chǎn)中不會出現(xiàn)超出參數(shù)安全標準范圍”，在STRA后續(xù)的分析中，以此作為識別系統(tǒng)安全控制的依據(jù)，對鉛冶煉系統(tǒng)的安全約束進行修改和完善。

1.2 生成控制行為

確定系統(tǒng)安全約束的目的只是辨識系統(tǒng)不安全控制行為，所以接下來需要根據(jù)系統(tǒng)的安全約束生成對應的控制行為。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。

假設控制行為A是一個四元組，A=（a,b,c,d），其中a是一個有限非空的系統(tǒng)控制器集合；b是系統(tǒng)控制行為的動作類型，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)行時機，其中包括立刻、稍后三種時機。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，若要實現(xiàn)對系統(tǒng)的安全控制，主要是控制系統(tǒng)在操控生產(chǎn)時的冶煉設備的參數(shù)，使其在標準生產(chǎn)范圍內(nèi)，防止鉛蒸汽泄露危險事故的發(fā)生。所以此次引用一種系統(tǒng)控制算法，通過計算分析出系統(tǒng)是否違反安全約束，如果出現(xiàn)違反安全約束的行為對其進行相應的控制行為。其具體計算如下。

假設系統(tǒng)的安全約束為Z，系統(tǒng)級危險為X，根據(jù)STRA分析理論，鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)在運行中出現(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表示鉛冶煉設備參數(shù)標準，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間。c2表示此時系統(tǒng)行為為不合理行為，b1表示需要提供新的控制指令，d1表示此時系統(tǒng)控制器應立即修改安全約束，以此實現(xiàn)了對鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制分析。

2 試驗

2.1 實驗設計

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)的分析方法進行了一組對比實驗。此次實驗兩種方法選用統(tǒng)一的鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)，對其進行分析，并且鉛冶煉生產(chǎn)設備和條件也是相同的，其中包括IBM冶煉設備1套、控制器1臺、工控機2臺，三層工業(yè)交換機3臺。在系統(tǒng)操控鉛冶煉生產(chǎn)過程中，所有的生產(chǎn)設備參數(shù)設定保持一致，以此保證實驗結果的有效性。此次實驗每種方法對鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)進行5次分析，檢驗此次設計的分析方法的精準度。

2.2 結果分析

下圖為此次實驗兩種控制分析方法的精準度。

圖1 兩種分析方法實驗結果

從圖1可以看出，STRA分析方法在8次分析中，對鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制分析結果精準度平均在86%左右，最高精準度達到93%，而傳統(tǒng)分析方法在8次分析中，對鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)控制分析結果的精準度平均在68%左右，并且精準度不夠穩(wěn)定。實驗證明了此次提出的對鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制分析方法具有較高的精準度。

3 結語

此次針對鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的安全控制，提出了一種STRA分析方法，該方法可以精準的分析出系統(tǒng)在鉛冶煉生產(chǎn)中存在的危險控制行為，有效降低了在生產(chǎn)過程中鉛蒸汽泄露事故發(fā)生幾率，同時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，促進了鉛工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。