鉛冶煉生產系統安全控制分析

靳海鵬，徐波林

（江西銅業鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500）

鉛冶煉生產系統是工業生產的核心技術，對于鉛冶煉生產質量和效率起著重要的作用，但是一旦系統對冶煉設備的生產參數設定不合理時，將有可能造成生產中斷，甚至出現鉛蒸汽泄露的事故發生。為了保障鉛冶煉生產系統的穩定性，必須采用科學、有效的安全控制分析方法對鉛冶煉生產系統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，對鉛冶煉生產系統進行合理安全控制分析，對保障鉛冶煉生產安全性有著重要意義。

1 鉛冶煉生產系統安全控制分析方法

此次采用STRA分析方法對鉛冶煉生產系統的安全控制進行分析，該方法采用形式化技術，并且以堅實的數學理論為分析基礎，將鉛冶煉生產系統安全性的問題轉變為系統控制的問題，通過一定的分析步驟找出鉛冶煉生產系統危險出現的不安全控制行為，以此實現對鉛冶煉生產系統的安全控制分析。首先從鉛冶煉生產系統控制的角度分析出導致系統出現安全隱患的根本原因，并確定相應的保證系統安全控制的約束條件。然后根據約束條件建立系統的分層控制結構，用來組建鉛冶煉生產系統各個軟硬件之間的控制關系。最后通過引進系統控制算法對建立的控制結構進行計算，分析出系統在鉛冶煉生產過程中出現的錯誤控制，并對其進行及時調整，以此實現了STRA對鉛冶煉生產系統的安全控制分析。

1.1 確定系統安全約束

在對鉛冶煉生產系統進行安全控制分析之前，首先要明確系統在生產中存在的系統級危險，根據STRA的分析思想，一旦系統在鉛冶煉生產過程中出現了系統級危險，說明系統預先設定的安全約束已經被違反了，所以確定系統危險是分析鉛冶煉生產系統安全控制的首要任務，以便STRA分析中確定或修改系統的安全約束，進而保證系統的安全控制。在鉛冶煉生產過程中，冶煉生產系統、生產控制器以及生產人員共同對鉛冶煉進行控制，用以保障和控制系統的生產危險，其所要控制的生產危險主要是防止鉛泄露，當鉛冶煉生產系統沒有防止在生產中的冶煉設備參數不符合生產標準時，鉛蒸汽泄露危險就會出現。由此可見，鉛冶煉生產系統的系統級危險為“鉛冶煉生產系統未能防止冶煉設備在生產中超出安全標準參數范圍”，所以鉛冶煉生產系統的系統級安全約束為“系統應該確保冶煉設備在生產中不會出現超出參數安全標準范圍”，在STRA后續的分析中，以此作為識別系統安全控制的依據，對鉛冶煉系統的安全約束進行修改和完善。

1.2 生成控制行為

確定系統安全約束的目的只是辨識系統不安全控制行為，所以接下來需要根據系統的安全約束生成對應的控制行為。通常情況下鉛冶煉生產系統的控制行為“控制器在某時刻向系統提出的安全控制指令”，控制器是鉛冶煉生產系統控制行為的主要發起端，其具體生產步驟如下。

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控制器集合；b是系統控制行為的動作類型，其中包括提供和不提供兩種；c是系統控制行為的具體內容，表示冶煉設備參數合理和不合理兩種；d是系統控制行為的執行時機，其中包括立刻、稍后三種時機。下表為鉛冶煉生產系統安全控制行為形式化表示。

表1 鉛冶煉生產系統安全控制行為形式化表示

1.3 分析系統控制行為

根據上文對鉛冶煉生產系統的安全約束和控制行為的分析，若要實現對系統的安全控制，主要是控制系統在操控生產時的冶煉設備的參數，使其在標準生產范圍內，防止鉛蒸汽泄露危險事故的發生。所以此次引用一種系統控制算法，通過計算分析出系統是否違反安全約束，如果出現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。

假設系統的安全約束為Z，系統級危險為X，根據STRA分析理論，鉛冶煉生產系統在運行中出現違反安全約束行為可描述為：

公式（1）中，a表示系統控制器集合，Kp表示鉛冶煉設備參數標準，e表示系統出現違反約束行為的組件，T表示原有系統安全約束，t表示系統出現違反安全約束行為的時間。c2表示此時系統行為為不合理行為，b1表示需要提供新的控制指令，d1表示此時系統控制器應立即修改安全約束，以此實現了對鉛冶煉生產系統安全控制分析。

2 試驗

2.1 實驗設計

為了證明此次提出的鉛冶煉生產系統安全控制分析方法的有效性，將其與傳統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一的鉛冶煉生產系統，對其進行分析，并且鉛冶煉生產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，三層工業交換機3臺。在系統操控鉛冶煉生產過程中，所有的生產設備參數設定保持一致，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系統進行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，對鉛冶煉生產系統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%，而傳統分析方法在8次分析中，對鉛冶煉生產系統控制分析結果的精準度平均在68%左右，并且精準度不夠穩定。實驗證明了此次提出的對鉛冶煉生產系統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系統的安全控制，提出了一種STRA分析方法，該方法可以精準的分析出系統在鉛冶煉生產中存在的危險控制行為，有效降低了在生產過程中鉛蒸汽泄露事故發生幾率，同時也極大的提高了鉛冶煉生產系統的穩定性和安全性，保障了鉛冶煉從業人員的人身安全，促進了鉛工業的穩定發展。