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工业控制安全研究综述

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资料介绍

工业控制的安全性是系统全生命周期内始终需要关注的重要指标.文章首先给出与安全性密切相关的重要概念的定义,并阐述了其中容易混淆的若干关键概念的区别;其次对工业控制安全中的主要科学问题,包括安全性设计和安全性评估的主要研究内容与发展现状进行了叙述;最后进行总结,并对工业控制安全未来的发展方向进行了展望.

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V01．33 No．2

Feb．2010

第33卷第2期

2010年2月

合肥工业大学学报(自然科学版)

OF HEFEI UNIVERSITY OFTECHNOLOGY

JOURNAL

工业控制安全研究综述

刘征宇1’3，

唐

昊1’2，

张建军1’2

(1．合肥工业大学安全关键工惶测控技术教f亨部丁程研究中心，安徽合肥230009；2．合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥

韩江洪1一，

刘晓平1一，

230009

3．合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009)

摘要：工业控制的安全性是系统全生命周期内始终需要关注的重要指标。文章首先给出与安全性密切相关

的重要概念的定义，并阐述了其中容易混淆的若干关键概念的区别；其次对工业控制安全中的主要科学问题，

包括安全性设计和安伞性评估的主要研究内容与发展现状进行了叙述；最后进行总结，并对工业控制安全未

来的发展方向进行了展望。

关键词：控制安全；安全性设计；安全性评估

中图分类号：TP302．8

文献标识码：A

文章编号：1003—5060(2010)02-0161—09

control

safety

industrial

Survey

ZHANG_{Jian-junl’2}

HAN

LIU_{Zheng-yul～，}LIU

Ha01”，

Xiao-pin91”，TANG

Jiang-hon91”，

Critical Industrial

and

Contml Technology Mimstry

Uni—

Education，Hefei

(1．EngineeringResearch Center of Safety

Measurement

and Information，Hefei

of 230009，

Technology，Hefei

versity

Technology，Hefei 230009，China；2．School

Computer

University

of Technology，Hefei 230009，China)

China；3．School of

and Automobile

Engineering，Hefei University

Machinery

control is the

index which should

serious attention tO

during

of industrial

Abstract：Safety

key

paid

of definitions related to the

closely

the whole

lifecycle

system．This paper firstly presents ^acouple

elaborates the differences between some vital ones of them，which are often

safety。and

confusing．

and

Andthen

narration on the

of industrial control

primaryproblems

safety，including safety design

conclusion drawn

of the with the on

paper prospects

assessment，is

the future

in the

of the

the end

given

paper．A

of industrial control

tendency

development

safety．

assessment’

words：control safety；safety design；safety

Key

失和环境的污染。造成危险发生的原因主要包

括：恶劣的工业现场环境、控制系统软硬件故障、

设计缺陷、人员违规操作或误操作等。

0引

言

“安全”在各种场合被频繁提及，如食品安全、

信息安全、交通安全及生产安全等，然而不同领

域、不同学科、不同行业对安全的定义和理解不尽

相同，有时甚至相差甚远。生产安全主要研究人

类生产活动中涉及的各类安全性问题，在工业生

产中，控制的安全性是主要研究的问题之一。工

业控制安全主要研究如何降低工业控制系统的危

险发生概率，从而避免或减少人员生命财产的损

工业控制安全事故，甚至灾难屡有发生，使得

工业控制安全问题一直是人们关注的焦点。从

20世纪70年代开始，欧美各国开始采用系统工

Instru—

程的理论来解决安全仪表系统(Safety

mental

System，简称SIS)的功能安全问题L1]，在

总结已有研究成果和实践经验的基础上，逐渐形

成系统化的分析和设计方法。1992年CEN发布

收稻日朋：2009—11-05

基金项目：国家自然科学基金资助项日(60873003)；高等学校博士点专项基金新教师基金资助项目(200803591025)

作者简介：韩江洪(1954一)，男，安徽泾县人，合肥工业大学教授，博l：牛导师；

刘晓平(1964一)．男，山东济南人，博L，合肥工业大学教授，博十生导师；

唐吴(1972一)，男，安徽庐江人，博士，合肥工业大学教授，硕上生导师；

张建军(1963一)，男，浙江宁波人，博土二，合肥工业大学教授，硕士生导师．

万方数据

162

合肥工业大学学报(自然科学版)

第33卷

的EN954-1(2009年11月被IS013849—1：2006

替代)、1996年ISA发布的S84．01和1998年

IEC发布的IEC61508[2J是3个被公认的安全性

国际标准，分别针对机械系统、流程工业SIS和电

子电气系统，给出了系统设计应该符合的安全性

规范以及安全性设计流程和方法，成为系统性解

决工业控制安全问题的标志性成果。

危险等，为避免控制安全与其他科学问题混淆，特

别阐述了若干关键概念的区别；其次对3-．_qk控制

安全的研究内涵进行归纳，对主要的科学问题，包

括安全灾难成因分析、安伞性设计和安全性评估

的主要研究内容与发展现状进行了叙述；最后进

行总结，并对工业控制安全未来的发展方向进行

了展单。

中国航空学会、中国现场统计学会、中国兵工

学会、中国机械工程学会、中国电子学会、中国宇

航学会和中国仪器仪表学会7家单位共同发起召

1概念与区别

1．1概念

Conference on Re—

开ICRMS会议(International

以下概念的定义均参考文献[2]第4部分给

出，不同标准中存在差异。

and

liability，Maintainability

Safety)，至今已举

办七届，会议持续围绕叮靠性、维修性及安全性进

行了广泛和深入的讨论，成果颇丰；中国自动化学

会技术过程故障诊断与安全性专业委员从1999

年开始主办全国技术过程故障诊断与安全性学术

会议，至今已举办5届，会议的宗旨是为控制领域

的专家、学者、工程师及研究生提供一个关于故障

诊断、可靠性、安全性理论与技术最新进展的交

流、传播平台，研究范围主要包括状态监测与故障

诊断、故障预测与预测维护、安全性分析、设计与

评估等。

故障(Fault)：导致功能单元的能力下降或者

丧失的非正常情况。

失效(Failure)：被赋予某种功能要求的功能

单元无法再行使该功能。

危险(Hazard)：导致灾难的潜在因素。

风险(Risk)：危害出现的概率以及严重程度

的综合，可分为系统风险和随机风险。

可靠性(Reliability)：系统在设计技术规范之

内，能够完成预定功能的概率。

安全性(Safety)：系统不发牛造成人员生命

财产损失或者环境污染危险的概率。

1．2概念的区别

。我国从20世纪80年代开始，陆续颁布了一

系列行业安全标准，如核电、机械等。近年来，随

着与国外技术交流的深入以及工业产品的进出口

增多，我国也开始逐步吸纳适应范围更广、系统性

(1)安全性和可靠性。安令性和可靠性均是

一种概率，存在一定的联系。通常情况下，一个设

计正确、可靠性高的系统安全性也高，当讨论安全

保护系统如SIS时，安全性的核心内容就是如何

提高该类系统的可靠性，因此控制安全和可靠性

工程(Reliability Engineering)有着紧密的联系。

两者的区别较明显，可靠性重点研究如何减小失

效的次数和维持时间，而安全性考虑的则是失效

带来的风险，如研究安全气囊能否在每次碰撞中

都及时开启是一个可靠性问题，而研究是否安装

安全气囊则是安全性需要考虑的问题。

(2)故障、失效与危险。从定义的文字上可

以非常容易地给出故障、失效、差错和危险的区

别，并且得出它们存在这样的凶果关系：故障一失

效一危险。

更强的国际安全标准，如文献[3]就与文献[2]

对应。

然而，工业生产中不断发生的事故，甚至灾难

提醒研究人员和工程师们工业控制安全的研究成

果还远未完善，原因来自2个方面：一方面，系统

规模(Size)和复杂度(Complexity)的持续增加，

导致影响安全灾难风险的因素过多，同时系统的

动力学特性也更加难以描述，使得风险分析的完

备性和正确性无法保证，这意味着风险分析行为

本身可能就是“不安全”的，需要提醒的是，人的因

素还未加以考虑；另一方面，新技术的涌现速度

持续加快，给系统安全带来新的研究课题，持续增

加了研究人员的研究任务，如文献Ez]第3部分给

出JSD(Jackson

983

System Development)还是1

2研究内容与发展现状

年提出的软件开发方法，在诸多方面早已不适应

现在的软件开发要求。因此，工业控制安全研究

还面临不小的挑战。

工业控制安全是一门交叉型学科，涉及计算

机、自动化、通信、管理、经济及行为科学等多个学

科，同时，工业控制安全有着非常广泛的研究和应

用背景，因此该学科的研究内容丰富，成果众多。

本文首先给出了几个与安全性密切相关的重

要概念的定义，包括安全性、可靠性、故障、失效及

万方数据

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