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《东北大学》 2015年
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复杂流程工业控制系统的复杂网络特征案例研究及安全性分析技术

张超  
【摘要】:安全性问题始终是复杂流程工业控制系统研究的重要课题,特别是近年来科学技术的发展已经使得工业生产控制系统的安全研究显著不同于传统的生产系统。一方面,流程工业生产规模越来越庞大,系统结构越来越复杂,导致设计中的安全隐患难以发现;另一方面,生产设备/管道网络中的物质流、能量流和控制/通信网络中的信息流紧密耦合,高度集约化、规模化的流程工业生产系统带来结构上的新特征。对于传统系统的设计、可靠性和安全性分析方法带来严峻挑战,亟需新的解决思路。如何有效、全面的分析复杂工业生产系统的结构特征及其脆弱性,以及评估其潜在的安全性问题已成为流程工业控制系统领域重要的研究课题。工业生产控制系统可以抽象成一个大规模网络系统,将复杂网络的研究引入到复杂控制系统领域,从理论和实证上探索复杂系统的实质,已经成为新的研究热点。但是,现有基于复杂网络的流程工业生产系统的研究多基于生产过程的工艺设备,并未将包括检测仪表、执行机构等控制系统元件考虑在内;针对流程工业生产系统网络的研究多采用单一指标来分析拓扑脆弱性,缺乏全面性;现有方法没有探究控制系统安全性问题因果关系与生产系统网络拓扑之间的关系。针对以上问题,本文开展了以下研究:首先,构建了基于某镍钴冶炼高压酸浸工艺生产系统的生产工艺设备网络,验证了结论:流程工业生产过程抽象的网络具有复杂网络的特征。其次,在上述生产工艺设备网络的基础上,叠加检测仪表、执行机构等控制系统元件,构建了生产控制系统网络,分析发现该网络拓扑结构同样具有复杂网络的特征。然后,完成了所建立网络的拓扑脆弱性分析,找出网络中的关键节点。最后,针对关键节点对应的生产过程的关键操作环节,完成SDG-HAZOP评估,揭示了生产系统潜在的控制系统方面的安全问题,给出了具体的HAZOP分析表。我们期望通过本文研究探索工业控制系统的安全性分析新思路和新的分析工具。特别是将复杂网络的拓扑性质分析与传统运行安全性分析相结合,对系统关键环节的安全性提供完备性分析技术具有实用意义。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP273;O157.5

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