王永宾
中海石油技术检测有限公司 天津市300452
摘要：信息时代发展背景下，科学技术不断发展，工业系统的复杂性也在不断提升，为了最大程度上提升工业系统操作的稳定性，相对应的控制系统的安全性受到业内越来越广泛的关注，因此现阶段对工业系统安全性维护是现阶段故障诊断、安全控制的重点研究目标，为了最大程度上确保工业系统的安全性、可靠性，需要第一时间对系统实际运行过程中存在的故障、安全问题进行监测，监测出问题存在时需要采取对应措施最大程度上降低系统故障产生的负面影响。
工业系统发展至目前为止，许多业内人士对大量系统故障诊断、安全控制进行研究，产生了许多的文献。本文通过对复杂工业系统故障诊断方法及安全控制方法进行探索分析，提出海洋石油平台工业控制系统在故障诊断及安全控制方面面临的风险及改进措施。
关键词：工业系统；故障诊断；安全控制；海洋石油平台
0.引言
为了最大程度上提升复杂工业系统的安全性、可靠性，急需构建一套有效监测、评估复杂工业系统的过程监测与安全控制方法，同时当检测发现异常情况时第一时间采取有效的控制措施减少因为系统异常对正常生活过程产生的负面影响。
对复杂工业系统过程监测与安全控制方法进行研究对于现如今生产系统实现智能化、自动化具有积极意义。对复杂工业系统过程进行监测可以发现系统运行过程中存在的异常，同时评估异常发生状态下的时间、部位以及可能造成的影响，给工作人员提供了丰富的系统异常信息，同时给制定系统安全控制策略奠定基础。复杂工业系统的安全控制方法可以对检测过程中得到的信息进行充分利用，对采取的优化措施进行优化决策，最终筛选出最佳系统安全控制措施，最大程度上降低由于系统异常造成的负面影响，防止不必要的损失与事故发生。
1.现阶段复杂工业系统故障诊断方法
在复杂工业系统过去数十载的发展过程中，许多业内人士对此展开深入研究，研究方法通常有系统模型、信号处理、知识。[1]近年来越来越多的业内人士在研究复杂工业系统的过程中将目光投向定性分析、定量分析法。定性分析，即通过对已知的系统故障信息进行分析，结合工作人员经验进行判断和推理得出结论的方法，进一步细分为图论、专家系统、定型仿真。相对应的，定量分析对复杂工业系统进行故障诊断的主要方法指经过对数据进行统计以后使用精准的数学逻辑关系对复杂工业系统的各项指标进行分析计算，进一步细分为模型法、数据法。
2.复杂工业系统安全控制
基于故障诊断、网络攻击检测，许多业内人士开始对复杂工业系统安全控制展开进一步研究。复杂工业系统在实际运行过程中，可以使用不同的方式进行容错，结合容错控制其设计方法的不同，可以进一步细分为被动的容错控制以及主动的容错控制。被动的容错控制运用事先设计好的系统内置冗余来应对故障，主动容错控制使用实时残差类的冗余信息实现对故障的抵消。
以往传统的复杂工业系统故障处理方法对鲁棒控制结构进行设计，在固定结构、参数控制器的基础上与复杂工业系统故障产生的影响实现对抗，由此形成闭环控制系统对于某些故障的不敏感性，在此基础上保证复杂工业系统运行的稳定性，也就是被动容错控制的原理，通常情况下相比主动容错控制更加容易实现。[2]
但是被容错控制具有一定的局限性、保守性，当非预知故障发生时，闭环系统很难达到理想预期的性能，也正因如此，近期来许多业内人士更加青睐于研究主动容错控制。
3.网络安全控制方法
传统复杂工业系统控制方法对于机械设备、电子设备存在过度的依赖性，伴随数字控制技术的发展，实际生活产中对于复杂工业系统系统部署维护提出了越来越高的要求，而对于机械、电子设备的过度依赖已经很难满足现如今实际生产中提出的创新需求。[3]
为了进一步强化系统之间的内在联系，通信相关的技术、设备应用到复杂工业系统当中，由此构成了复杂的工业过程、控制系统、高度集成的网络通信系统，进一步推动了系统之间的部署，使复杂工业系统有望实现远程监测、基础设施控制，提升复杂工业系统实际生产效率的同时又兼顾了成本控制。
[4]不过因为网络环境下，工业设备在数据传输过程中面临的网络公共安全威胁，由此具有遭受外部攻击的风险，为了解决这一问题，许多业内人士展开针对性分析，有学者对现存的工业安全基础设施设计、风险评估进行对比总结，在此基础上提出攻击一方可能会通过系统相关的模型结构、应用软件盗取系统的信息同时对系统造成破坏。
分析网络攻击安全控制的过程中，最常见的就是Dos攻击控制研究。所谓Dos攻击指的是对系统组件之间的通信协议，攻击往往是从通信通道发出的，并且当攻击成功后就会进一步对控制器、网络进行广泛攻击，致使数据发送无效或者系统出现异常终止。[5]一些学者对此进行研究分析，研究重点集中在通信网络模型基础上的攻击模型对Dos传输控制、测量包离散线性动态系统安全约束的最优控制，并实现目标函数的最小化，一种最优的反馈控制方法应运而生。有些学者从Dos攻击模型频率、事件入手最大程度上保证闭环系统的稳定性。
4.海洋石油平台工控系统诊断与安全控制方法
海洋石油平台因其地理位置以及环境的因素，中央控制系统在保证生产的同时，还要保护好平台及生产人员的安全，因此为海洋石油平台中央控制系统的可靠性及安全性提出了更高的要求。
海洋石油平台中控系统经历了简单控制继电器控制和DCS\PLC集成控制，现场发展到了高级先进控制、实时监控、远程通讯控制，控制水平的提高，对安全性的要求也越来越高。
海洋石油平台安全关断模块采用表决自诊断系统。普通的冗余系统无法达到SIL3或TUV的AK6级要求，根据区域的安全性，采用容错系统结构：1OO2D（二选一表决自诊断系统）、2OO4D（四选二表决自诊断系统）和TMR（三选二表决自诊断系统）。除此之外，中控系统故障诊断系统也是不可或缺，海洋石油也应当紧跟科技发展脚步，引入或研发一套适合海洋石油平台中控系统的故障诊断系统，减少甚至杜绝大事故的发生率。
自动化程度越高，网络安全性至关重要，伊朗核电站“震网“病毒，为工业控制系统安全性敲响了警钟。
海洋石油平台中控系统潜在风险：
（1）因中控系统和杀毒软件的兼容性问题，导致操作系统不安装杀毒软件，给网络病毒与恶意代码的传播留下了空间。
（2）中控系统终端没有技术措施对U盘等外设进行有效的管理，从而引起安全事故的发生。
（3）中控系统维护时，没达到安全基线的笔记本接入中控系统，对中控网络安全造成威胁。
（4）应管理的需要，中控系统可能接入企业网甚至互联网，受到网络的威胁。
因此，工业企业网络要进行分层分域分级，且对中控系统操作行为进行严格的控制。
结论
在现有的数据驱动故障诊断方法中，大多数方法假设过程噪声服从高斯分布，但并不符合实际过程目前针对不服从高斯分布的变量诊断方法较少，因此还有待进一步深人研究。
虽然传统已有的方法可以解决大多数系统的故障诊断与容错控制问题，但如何利用现有的方法处理海量数据，还需与其他领域的方法相结合在复杂环境下的工业过程系统中，缺少考虑复杂环境下产生的含有非周期扰动的故障诊断与容错控制的方法。
随着防御技术的提升，攻击者也在一直更换攻击策略，因此，未来研究也将向着更复杂的攻击类型以及多重攻击的方向努力。实际应用中多为非线性系统，但多数研究仍停留在线性系统和时不变系统，具有很大的局限性，并不能解决实际问题。
随着工控系统的不断发展，先进控制系统对网络的依赖也越来越高，网络安全形式也愈加严峻，也对工控系统的可靠性、安全性提出了更高的要求，因此工控系统诊断和安全控制也就是不可或缺的一环，为避免安全事故的发生，系统要随着研究的不断提高进行升级。
参考文献
[1]罗浩,霍明夷,尹珅,KAYNAK?Okyay.复杂工业系统故障诊断与安全控制方法[J].信息与控制,2021,50(01):20-33.
[2]罗毅,赵聪杰,武博翔.基于栈式降噪自编码器故障诊断方法研究[J].科技与创新,2020(04):73-74+77.
[3]余萍,曹洁.深度学习在故障诊断与预测中的应用[J].计算机工程与应用,2020,56(03):1-18.
[4]任浩,屈剑锋,柴毅,唐秋,叶欣.深度学习在故障诊断领域中的研究现状与挑战[J].控制与决策,2017,32(08):1345-1358.