自动化控制系统的风险与控制措施分析

【摘 要】现代科技的飞速发展既给了自动化控制系统大量投入使用的理由，也给了自动化控制系统进一步改进和完善的可能。可以看见的是，现在人们对于自动化生产的依赖程度不断上升，而自动化系统中存在严重安全隐患的事实也是显而易见。现在的自动化控制系统就是传统工艺与现代计算机技术的结合，它在给人们带来长足便利的同时，与之俱来的就是大量潜在的安全威胁，小则经济损失，大则甚至影响一个国家的工业或经济命脉，其重要性可见一斑。对于这种现状，本文即提出一系列的解决方案，旨在完全杜绝自动化控制中人为可控的风险、积极避免偶然因素引起损失并积极采取措施将不可控制因素引起的损失降到最低。

【关键词】自动化控制；控制措施；系统风险

一、自动化控制系统概述

“三电一体化”是目前最为广泛接受的自动化控制系统，所谓三电一体化，就是实现电气设备、控制计算机和自动化仪表一体化的控制系统，在实际运行的配置中就可以是可编程控制器、彩屏监控系统和高速数据通道，这种自动化控制系统具有系统构造简单明了、功能分配具体合理的特点。三电一体化控制系统为多级控制系统，具体包括由电气设备和自动化仪表组成的基础自动化级和由控制计算机组成的过程控制级，这两级之间通过以太网高速数据通道进行沟通。

二、自动化控制系统存在的风险、产生原因及其排除措施

1．硬件方面的问题。系统硬件方面可能引起的风险主要来源于该系统所处的实际生物、化学、物理环境，设备自身及其附属配件的质量，电路的合理安全这三个大的方面。具体内容简述如下：（1）生物环境的危害是指环境中存在的可能会威胁到控制系统正常运行的生物危险源。如在温度适宜的条件下的霉菌会对控制系统的设备造成比较严重的腐蚀；老鼠蟑螂等啮齿动物会啃咬导线；某些昆虫筑巢的胶泥可能会堵塞设备上孔。（2）化学环境的危害则主要表现在化学污染物对设备严重的腐蚀，事实上，只要是大量使用自动化控制系统的工业生产，很大程度上的原因就是由于化学污染比较严重，所以控制系统设备很难避免化学污染源。控制系统能接触到得化学污染源固态、气态、液态都会有，不同状态的污染源污染程度也是不一样的，应酌情处理。（3）物理环境的危害则更容易理解，因为这是一般设备都需要注意的问题，主要就是设备被重物压、弹簧被迫超出负荷范围、材料疲劳或衰老、过热等常规问题。设备自身及其附属设施的质量问题是需要通过相关部门严格的质量把关来实现的，是管理层面的问题，这些方面的问题只要是在操作过程中遵守了施工和管理的常规要求就都是可以完全避免发生的，故此处不详述。电路合理性问题下文详述。

2．软件方面的问题。软件方面的引起问题主要是集中在三个方面：一是控制系统是否安装了必要的防火墙、杀毒软件和其他特定的安全防护软件；二是对于重要数据是否进行了加密处理以及备份保存的处理；三是能否严格的控制住访问权限，即有效的阻止不合法的获取与使用。这一点需要通过技术合格的工作人员来选取合适合理的软件和保护措施，一般可以满足要求。

3．人为引起的问题。即使是自动化控制系统也无法完全排除工作人员的参与与操作，工作人员的参与就必然得考虑人为操作失误或疏忽引起的损失。大致上可以分为以下几大类：（1）工作人员的操作是否得当，操作直接作用于控制系统，所以失误一旦发生造成的不利后果也是最严重的，这一点是可以通过员工的技能素质培训来避免的，是管理层的工作；（2）工作人员的自身品德素质问题，如果有工作人员对内部机密数据泄漏或者是擅自非法操作，必然会引起大的损失，这就要求企业自身对人才要有一定的识别能力，其次就是要选择合适的条件对工作人员进行合理的思想教育工作，培养员工对于企业的责任感和对于自身事业的正确认识；（3）不可避免的偶然失误，这一点可以通过聘请熟练的工作人员或是用做事稳妥的人来进行操作，尽可能减小发生的可能性。

三、自动化控制系统中重大风险排除措施详述

自动化控制中比较难以掌握和控制的风险来源是空间的电磁干扰，空间的电磁场多来源于空间、系统内和系统外的暂态过程，磁场看不见摸不着也难以感知，且其分布广泛复杂，难以控制，但我们还是可以通过一些预见性的措施来对其进行预防，也可保证问题发生时有计可施。

（一）电磁干扰的主要来源

1．空间大量分布的电磁干扰：这一部分的干扰来源广泛，主要就是各种电力网络和电力设备由于其内部电流的变化而引起的电磁场，这就包括廣播电视、雷达、闪电、各种工业设备和家用设备等。如果自动化控制系统在这些错综复杂的磁场内，就会收到磁场辐射的干扰，且其干扰方式有两种：一是直接辐射导致干扰；二是间接的通过对控制系统自身网络进行辐射来实现对控制系统的干扰。

2．系统外引线引起的电磁干扰：由于控制系统不可能独立的运行，必须通过一些特定的数据通道、电源、其他设备的共同配合方能正常运行，这些外界设备的接入也会对控制系统产生一定的辐射干扰，这通常称作传导干扰，这种干扰在我们国家的施工实践中是最为广泛也是影响较为严重的一类干扰，其具体干扰途径有三，具体如下：一是电源干扰，在大量的工程实际中可以证实，由于电源的导入而引起控制系统出现较大故障的情况是普遍存在的，这主要是由于通常使用的供电电源都是由电网来进行送配电的，电网覆盖面广且构成复杂，其电磁的存在和变化也都是及其复杂的，最为严重的就是电网内部的大型变化，如大型设备的开启或停止、交直流传动装置引起的谐波、开关操作等，都会产生较大的磁场变化并通过输电线路传导给电源，最终导致对控制系统的影响。所以电源通常都会选择隔离性能较好的隔离电源，但由于现在隔离电源的制造工艺和技术限制等问题，目前所有的隔离电源性能不那么理想，还不能完全满足现代控制系统对于电源的要求。二是信号线传输过来的磁场干扰，控制系统与外界的联系与沟通不可避免的会用到大量的传输线，这些线路除了能完成自身传输信号的功能外，不免还会因其材质的不佳或者是自身的固有性质而导致干扰信号的侵入，其干扰途径主要是信号线的自身感应干扰。这将会引起控制系统设备工作异常和精确度的降低，严重的时候还会导致设备元件的损坏和报废。再者，信号线的自身感应还有可能通过信号间的相互干扰而导致控制系统所获取的数据串动、误动甚至是死机。

3．自动化系统自身内部的电磁干扰：这一方面的问题主要是在于控制系统所选用的内部元件与电路之间相互的电磁场辐射，或者说元件之间不相匹配的话也会出现相应的问题，这些可以通过简单的调试和更换即可实现，此处不做深入探讨。

（二）自动化控制系统中对于电磁干扰的排除措施

自动化控制系统中电磁干扰的程度较大，后果复杂且严重，为了保证控制系统在工作环境中不受或尽量少受这些不良因素的影响，我们工作人员必须在最初的设计里就采取多方面的有效防止措施来进行有效排除，下面就三个大的本质方面来进行阐述，即严格抑制辐射源、尽可能衰减干扰的传播甚至是完全切断、提高系统自身的抗辐射干扰能力，具体的实施途径如下所述：

1．使用质量合格、性能过硬的电源。在自动化控制系统中，电源的重要性是不言而喻的，上文已说明电源的干扰是通过控制系统中多个方面的电源耦合进入系统的。所以在电源的选择上，既要对整个系统的供电电源选择隔离性能好的电源，也要重视各配件和附属设备的电源的配置，不可舍本逐末，反而达不到效果。另外还要注意的就是现在所使用的隔离电源在性能上还是没有达到控制系统所需要的隔离强度的，主要表现在隔离变压器的分布参数偏大，抑制和隔离的效果并不理想，在现状下，推荐使用多次隔离技术和屏蔽及漏感技术，以此来减少电源对控制系统的干扰。

2．选择合适的电缆线和合适的电缆敷设方式。这一措施是用于减少动力电缆对控制系统产生电磁干扰的，可以从两个方面进行注意。一是电缆的屏蔽，实际工程中，铜带铠装屏蔽电力电缆在降低动力线的电磁干扰，是取得了实际的良好效果的，因此可以认为，这是降低电缆干扰的一个有效解决途径；二是采取分层敷设的电缆辐射方法，避免动力线与信号线的平行敷设，这主要是因为电缆线输送的信号并不一样，不同的信号间难免会产生相互的干扰，分层敷设可通过空间上的隔离，达到良好的电磁隔离效果。

3．进行硬件滤波或者是采用软件进行处理。根据简单的电工知识即可知，在信号进入计算机之前并联接入电容，可有效减少共模干扰，而在信号的两极加滤波器则可排除差摸干扰，这都是有效的处理电磁干扰的方法。但是要认识到，电磁本身的复杂程度和影响力决定了电磁干扰是不可能完全排除的，所以我们除了对硬件进行相应的处理外，还必须要在软件方面入手进行相关处理，以求进一步的稳定和保证控制系统的安全可靠性，工程上常用的提高软件可靠性的措施有以下几个方面的内容：校正参考点电位，并采用动态零点，这可以有效的防治电位漂移；采用间接跳转，设置软件保护等。

四、安全评估方法简述

人们对于自动化控制系统安全性的关注是随着自动化技术的发展而不断增长的，针对自动化系统中出现的多方面的问题，专家学者们是提出了一套很有价值的安全评估办法的，我们可以通过这一办法，来衡量既有系统的可靠性。在此谨对安全评估方法进行简要介绍。它是一种综合性的自动化系统安全分析方法，主要是为相关工作人员提供分析安全风险的概率和重要性的标准化过程，与此同时还提供了相应的指导原则，其设计简明扼要，可广泛应用于各种企业和系统。虽然对于一个企业而言，安全评估就意味着成本的增加，意味着繁杂的程序和冗长的时间消耗，但大多数稍有常识的人都还是不会去选择一个没有安全保证的产品，相当于就是市场要求自动化系统需要经过安全评估，所以这还是安全把我里的一个重要组成部分，可多加考虑。我们所要努力的方向，就是致力于推動自动化系统安全评估走向国际化、标准化。

从文中我们可以看到，对于大部分问题，具体来说就是关系到控制系统工作环境的问题、人为因素引起的问题、设备质量引起的问题等，这些都不是真正的问题，而是我们作为技术研究人员、以及企业的管理人员、操作平台上的工作人员，我们这些人应该把握好的东西，在这些方面出现问题而导致控制系统的失常本身就是不应该的。我们在技术层面上探讨的主要问题还是技术，在解决方案上的创新也是建立在技术成就上的，如对于隔离性电源的创新和发明等，这些才是我们技术研究人员关注的重心，也是最有实际的应用价值的成就，但就现代的科技发展状况而言，其难度也是可想而知的，我们所要做的就是不畏其难，尽所能的探索，在最终给出最优方案的路上，走出我们能走的那一步。

参 考 文 献

[1]何琼．自动化控制系统的风险分析与控制[J]．理论探讨．2011（4）

[2]严永华．浅谈自动化控制系统中的电磁干扰来源及抗干扰措施[J]．西北煤炭．2008（3）

[3]裴韶光．机械自动化技术发展中的几个要点[J]．企业导报．2010（2）

[4]丁海梅，庞彦斌．自动化系统安全评估方法[J]．经验交流．2006（11）

[5]张明光．如何应对自动化控制系统干扰[J]．科技风．2010（3）

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