铅冶炼生产系统安全控制分析

靳海鹏，徐波林

（江西铜业铅锌金属有限公司，江西 九江 332500）

铅冶炼生产系统是工业生产的核心技术，对于铅冶炼生产质量和效率起着重要的作用，但是一旦系统对冶炼设备的生产参数设定不合理时，将有可能造成生产中断，甚至出现铅蒸汽泄露的事故发生。为了保障铅冶炼生产系统的稳定性，必须采用科学、有效的安全控制分析方法对铅冶炼生产系统生命周期的各个阶段进行安全控制和分析。此次提出一种STRA分析方法，该方法运用逻辑分析思维，对铅冶炼生产系统进行合理安全控制分析，对保障铅冶炼生产安全性有着重要意义。

1 铅冶炼生产系统安全控制分析方法

此次采用STRA分析方法对铅冶炼生产系统的安全控制进行分析，该方法采用形式化技术，并且以坚实的数学理论为分析基础，将铅冶炼生产系统安全性的问题转变为系统控制的问题，通过一定的分析步骤找出铅冶炼生产系统危险出现的不安全控制行为，以此实现对铅冶炼生产系统的安全控制分析。首先从铅冶炼生产系统控制的角度分析出导致系统出现安全隐患的根本原因，并确定相应的保证系统安全控制的约束条件。然后根据约束条件建立系统的分层控制结构，用来组建铅冶炼生产系统各个软硬件之间的控制关系。最后通过引进系统控制算法对建立的控制结构进行计算，分析出系统在铅冶炼生产过程中出现的错误控制，并对其进行及时调整，以此实现了STRA对铅冶炼生产系统的安全控制分析。

1.1 确定系统安全约束

在对铅冶炼生产系统进行安全控制分析之前，首先要明确系统在生产中存在的系统级危险，根据STRA的分析思想，一旦系统在铅冶炼生产过程中出现了系统级危险，说明系统预先设定的安全约束已经被违反了，所以确定系统危险是分析铅冶炼生产系统安全控制的首要任务，以便STRA分析中确定或修改系统的安全约束，进而保证系统的安全控制。在铅冶炼生产过程中，冶炼生产系统、生产控制器以及生产人员共同对铅冶炼进行控制，用以保障和控制系统的生产危险，其所要控制的生产危险主要是防止铅泄露，当铅冶炼生产系统没有防止在生产中的冶炼设备参数不符合生产标准时，铅蒸汽泄露危险就会出现。由此可见，铅冶炼生产系统的系统级危险为“铅冶炼生产系统未能防止冶炼设备在生产中超出安全标准参数范围”，所以铅冶炼生产系统的系统级安全约束为“系统应该确保冶炼设备在生产中不会出现超出参数安全标准范围”，在STRA后续的分析中，以此作为识别系统安全控制的依据，对铅冶炼系统的安全约束进行修改和完善。

1.2 生成控制行为

确定系统安全约束的目的只是辨识系统不安全控制行为，所以接下来需要根据系统的安全约束生成对应的控制行为。通常情况下铅冶炼生产系统的控制行为“控制器在某时刻向系统提出的安全控制指令”，控制器是铅冶炼生产系统控制行为的主要发起端，其具体生产步骤如下。

假设控制行为A是一个四元组，A=（a,b,c,d），其中a是一个有限非空的系统控制器集合；b是系统控制行为的动作类型，其中包括提供和不提供两种；c是系统控制行为的具体内容，表示冶炼设备参数合理和不合理两种；d是系统控制行为的执行时机，其中包括立刻、稍后三种时机。下表为铅冶炼生产系统安全控制行为形式化表示。

表1 铅冶炼生产系统安全控制行为形式化表示

1.3 分析系统控制行为

根据上文对铅冶炼生产系统的安全约束和控制行为的分析，若要实现对系统的安全控制，主要是控制系统在操控生产时的冶炼设备的参数，使其在标准生产范围内，防止铅蒸汽泄露危险事故的发生。所以此次引用一种系统控制算法，通过计算分析出系统是否违反安全约束，如果出现违反安全约束的行为对其进行相应的控制行为。其具体计算如下。

假设系统的安全约束为Z，系统级危险为X，根据STRA分析理论，铅冶炼生产系统在运行中出现违反安全约束行为可描述为：

公式（1）中，a表示系统控制器集合，Kp表示铅冶炼设备参数标准，e表示系统出现违反约束行为的组件，T表示原有系统安全约束，t表示系统出现违反安全约束行为的时间。c2表示此时系统行为为不合理行为，b1表示需要提供新的控制指令，d1表示此时系统控制器应立即修改安全约束，以此实现了对铅冶炼生产系统安全控制分析。

2 试验

2.1 实验设计

为了证明此次提出的铅冶炼生产系统安全控制分析方法的有效性，将其与传统的分析方法进行了一组对比实验。此次实验两种方法选用统一的铅冶炼生产系统，对其进行分析，并且铅冶炼生产设备和条件也是相同的，其中包括IBM冶炼设备1套、控制器1台、工控机2台，三层工业交换机3台。在系统操控铅冶炼生产过程中，所有的生产设备参数设定保持一致，以此保证实验结果的有效性。此次实验每种方法对铅冶炼生产系统进行5次分析，检验此次设计的分析方法的精准度。

2.2 结果分析

下图为此次实验两种控制分析方法的精准度。

图1 两种分析方法实验结果

从图1可以看出，STRA分析方法在8次分析中，对铅冶炼生产系统安全控制分析结果精准度平均在86%左右，最高精准度达到93%，而传统分析方法在8次分析中，对铅冶炼生产系统控制分析结果的精准度平均在68%左右，并且精准度不够稳定。实验证明了此次提出的对铅冶炼生产系统安全控制分析方法具有较高的精准度。

3 结语

此次针对铅冶炼生产系统的安全控制，提出了一种STRA分析方法，该方法可以精准的分析出系统在铅冶炼生产中存在的危险控制行为，有效降低了在生产过程中铅蒸汽泄露事故发生几率，同时也极大的提高了铅冶炼生产系统的稳定性和安全性，保障了铅冶炼从业人员的人身安全，促进了铅工业的稳定发展。