智能工厂/数字化车间安全一体化模型概述

功能安全(Functional Safety)和工控信息安全(Industry Security)是保障制造过程完全稳定的两个重要方面,它们与制造过程的控制系统、通信、软件等因素密不可分。传统上,独立的功能安全标准和信息安全标准已经在很多高危行业得到应用,但随着智能制造的兴起,生产过程电子化、数字化和信息化的不断革新,复杂互联系统的功能安全和信息安全将成为新的挑战:一方面功能安全和信息安全之间的联系愈加紧密和难以明确分割;另一方面在单独考虑两个安全问题时将可能产生新的矛盾和冲突;因此,如何协同综合考虑功能安全和信息安全已经成为一个新的问题。目前国际上也在开展功能安全和信息安全协调或集成的研究和思考,本文对功能安全和信息安全之间的区别和联系进行了详细分析,提出了安全一体化的概念和一体化生命周期模型,对于如何实现智能制造过程安全一体化给出了初步的描述和框架。     

信息物理生产系统（CPPS）安全一体化设计与工程

针对信息物理生产系统（Cyber-Physical Production System,CPPS）面临的安全一体化设计与工程难题,本文对安全一体化设计实现过程进行了研究,对功能安全和信息安全在设计过程中的协同设计要点进行了分析,构建了包含安全兼容性设计、安全一体化验证和安全一体化增强三个方面的安全一体化协同设计实现技术体系。     

基于无线传输技术的汽车智能仪表设计

针对传统仪表显示采用线束连接,导致汽车仪表系统的抗电磁干扰能力弱、准确率和精度等较低的问题,提出一种基于CAN无线总线技术的智能仪表系统。结合汽车仪表工作原理,根据智能仪表系统的功能需求,分别从硬件和软件方面对智能仪表系统进行设计;利用CAN无线通信技术实现汽车数据采集与不同电子器件的通信。最后,通过脉冲信号模拟对智能仪表系统进行测试,验证了该设计方案的可行性,为智能技术的应用提供参考。     

第十讲：面向仪表两安融合的失效分析关键技术

随着中国智能制造的全面推进,安全功能的仪表产品也进入了快速发展阶段,仪表的安全不仅需要具有功能安全属性保障功能性故障风险发生,同样需要具有信息属性保障网络入侵威胁风险发生。因此,如何在资源受限的仪表中实现二者的有机融合是一个巨大的挑战,失效分析是两安融合的首要步骤。本文在通用组成架构、两安融合的失效分析差异化特点、两安融合仪表的新型失效模式等方面进行了总结,为削弱甚至消除两安融合中两安产生的冲突提供支撑,为下一步两安融合仪表的设计奠定良好的基础。     

两线以太网和IP智能仪表为基础的新一代自动化仪表产业发展分析

本文通过分析两线以太网，IP智能仪表技术和国内仪表产业现状，展望了新一代自动化仪表的发展前景，并在此基础上给出了两线以太网和IP智能仪表产业发展建议。     

浅谈智能仪表的应用与分析

现代工业中智能仪表扮演越来越重要的角色,而智能仪表的应用越来越广泛,由于自动化仪表生产工艺的复杂性与多样性,因此能够合理的应用智能仪表丰富的功能显得极其重要,使装置能够进行正常生产,避免事故发生。本文从智能仪表的特点与应用进行分析。     

应用PRM提升仪表维护水平

智能仪表逐渐成为设备选用的基本要求,智能功能的运用需要仪表维护单位针对每台仪表逐一开发调试。PRM(横河机电公司开发的智能仪表管理系统)是一个集中管理智能仪表的计算机网络平台。通过这个平台,实时监视智能仪表的运行状态,分析仪表发出的预警信息,估算仪表的维持时间,做出预知维修计划,是实现主动维护的物质基础。独山子石化作为西部开发的标志性工程,几年来一直以创建国际一流石化基地为目标,从仪表专业的技术进步可以显示出独山子取得了成就。围绕PRM开展的仪表管理应用为各行各业挖掘智能仪表的潜力提供了值得借鉴的经验。     

安全仪表系统验证的应用研究

安全仪表系统(SIS)日益广泛地用于保护工业生产安全。IEC 61511-2016 (过程工业领域安全仪表系统的功能安全)标准要求安全仪表系统及其安全仪表功能(SIF)必须被验证,以确保其满足功能安全的需求。针对过程行业普遍忽视安全仪表系统验证的问题,介绍了安全仪表系统验证中涉及的重要概念,对安全生命周期(safety life cycle)、安全仪表系统、安全仪表功能等概念进行了阐述。针对普遍关心的安全完整性等级(safety integrity levels)验算,阐述了获取失效数据的有效措施。重点分析了安全仪表系统验证的流程,明确了安全仪表系统验证的具体方法和步骤,为过程行业开展安全仪表系统验证提供了参考。     

两安融合温度变送器的测试、验证与评价（上）

近年来，针对工控系统与仪表的功能安全与信息安全的研究各自向着其纵深领域不断延伸，两者兼容共存乃至融合的趋势愈发明显。本文介绍了温度变送器的功能安全和信息安全测试、验证与评价的方法和要点，并探究了功能安全与信息安全融合的测试验证方法，开展了针对两安融合仪表的特性测试与评价的基础研究。     

热处理设备集散式计算机控制系统设计

本文主要介绍了利用计算机和智能仪表组成集散式控制系统实现对工业井式炉热处理过程的控制。系统由上位计算机和下位智能仪表组成。上位机与仪表通过串口(RS-232／485)通讯，上位机控制软件基于VB6．0实现。     

基于IAP功能单片机的远程更新系统设计

为了提高远程更新的可靠性和有效性,弥补传统更新系统的不足,设计了一种针对具有IAP(In-Application Programming)功能单片机的远程更新系统。介绍了系统的整体实现框架,并着重描述了单片机内的程序结构、Flash代码空间内用户代码区的划分和系统安全性的设计;并以MSP430单片机为例,利用C语言和汇编语言相结合,在IAP编程技术和GPRS通信技术的基础上,介绍了更新系统的具体实现。样机试验结果表明该系统达到了设计性能的要求,实现了预期的各种功能,能广泛应用于智能仪表等设计中。     

功能安全硬件FMECA仿真分析技术研究及实践

在对功能安全和可靠性要求比较高的系统中,比如航天航空和轨道交通系统以及工业安全仪表等领域,需要保证系统在故障发生时能够导向安全侧以保证安全,这就需要在系统设计阶段对存在的故障进行详尽的分析或测试。在进行故障分析的时候一般用的方法有FMECA和FTA等。本文主要针对轨道交通信号系统硬件FMECA分析方法,研究其应用技术标准条件和存在的不足,提出使用硬件电路建模仿真分析的方法,增强FMECA分析结果的可靠性。同时,根据相关安全技术标准增加分析的全面性,在项目中进行实践,证明可以有效提高系统的安全可靠性。     

智能数控系统发展现状及其关键技术

在总结国内外有关开放化、集成化、智能化数控系统的结构框架体系及相关研究内容的基础上,提出了基于工业PC机+运动控制卡形式的智能数控系统结构,分析了该结构的优点.最后讨论了智能数控系统的相关关键技术.     

PCBA 板载 DDR 芯片焊点缺陷检测研究

板载芯片朝着小尺寸高密度方向发展,隐藏于芯片封装内部的微焊球缺陷检测愈发困难。针对工业高密度集成印刷电路板组件(PCBA)板载集成电路(IC)内部故障定位难、效率低的问题,提出一种芯片功能测试过程中采用红外热成像检测结合深度学习的多类型缺陷识别方法。以现场可编程门阵列(FPGA)单板双倍数据速率(DDR)存储芯片为对象,建立了芯片缺陷检测模型,搭建检测平台开展芯片内部焊点故障检测试验研究。设计程序实现芯片的数据存储与读出,同步采集红外图像序列,分析存储芯片读写过程中温度变化,并提取不同敏感测量区域热信号。构建卷积神经网络(CNN)分类模型,并进行超参数调优,实现了内部隐藏缺陷包括不同地址、数据、地址空间焊点故障的高效准确识别。引入迁移学习拓展应用于芯片其他9种不同焊点缺陷的检测,在10、20 dB高斯白噪声条件下分别达到95%、92%以上的准确率,从而为实际工业高密度集成PCBA板载微电子封装及可靠性分析提供了一种快速、有效的方法。     

基于WEB的煤矿矿用设备智能管理系统

针对某些煤矿对煤矿设备安全管理缺乏信息化手段,信息分散,信息资源不能共享等问题,笔者采用Struts（MVC）框架,应用J2EE技术,开发了一种基于WebB／S模式的煤矿设备矿用设备智能管理系统;设计实现了煤矿矿用设备安全管理的规范化和对安全数据智能分析与预警,有效降低事故发生率。     

气动比例系统的智能混合控制

针对气动比例系统的非线性特征,将神经网络模糊控制引入到专家控制中,与专家系统相结合形成一种综合的实时智能混合控制系统,该控制系统既具有专家控制的逻辑推理、理性、抽象智能行为,又具有神经模糊控制的直觉推理、感性、形象智能行为,这两者结合采取并行控制与知识共享的策略,既能满足系统的快速性和灵活性,又能保证系统的运行平稳性。将设计的智能混合控制器引入到系统模型当中,通过与其他不同控制策略对阶跃信号的系统仿真进行比较,证明该控制系统跟踪性能强,响应速度快,兼顾快速性和灵活性,系统运行平稳,反映出良好的静态和动态特性。通过试验验证针对该气动比例系统的非线性特征设计的智能混合控制策略是正确和有效的。     

往复压缩机智能诊断专家系统的研究与应用

往复式压缩机是流程工业安全生产的关键机组,由于缺乏有效的安全监控和故障预知手段,往复式压缩机存在故障率高、安全事故频发的特点。为有效降低往复式压缩机故障停机时间并减少安全事故,在对压缩机运动部件结构、功能和故障机理分析的基础上,针对往复式压缩机振动激励源多和故障关联性强的特点,开发了基于多传感器信息融合和正向推理的往复式压缩机智能诊断专家系统,通过提取敏感特征参数并建立和故障类型相关的独立诊断规则,实现了自动故障诊断。建立的往复式压缩机智能诊断专家系统已应用于国内多家石油炼化企业。实践证明:往复式压缩机智能诊断专家系统在机组异常时能够自动报警并给出故障诊断结论,提高了设备预知维修水平,保证了往复式压缩机运行的安全性、可靠性。     

核电站非安全级DCS网络和主机信息安全防护

随着工业4.0的浪潮滚滚而来,核电站控制系统已经普遍改造为SCADA、DCS等数字化控制系统。工业以太网、工业现场总线,以及大量标准互联网技术已经被应用于核电站控制系统。本文将聚焦于网络安全和主机安全,探讨核电站非安全级DCS的信息安全防护。DCS网络安全防护将主要涉及3个方面,包括区域划分、边界防护和网络入侵防护。DCS主机安全防护将主要涉及集中管理,用于给出一种核电站非安全级DCS的信息安全防护方案,着重通过网络安全防护措施和主机安全防护措施,有效提高核电站非安全级DCS的信息安全防护能力。     

压力容器裂纹缺陷剩余寿命预测

针对压力容器所含缺陷安全程度这一问题,在试验的基础上,运用失效路径仿真与失效速率仿真的手段,以速率拐点为安全裕度终点,给出了一种预测裂纹缺陷剩余寿命的计算方法,并指出了剩余寿命的影响因素。该方法以国标GB/T 19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》为理论依据,沿着缺陷失效路径计算其剩余寿命,考虑了随着安全裕度的衰减失效速率的变化,运用积分方程和Pairs迭代公式,可以计算出裂纹缺陷在任何尺寸的动态安全裕度。     

智能设计系统可视化开发工具研究

针对智能设计系统的开发及应用过程面临的困难,在知识获取、表达、推理以及设计分析各阶段,采用多种可视化技术建立知识管理平台。定义与知识库语法表达相应的数据库存储结构,实现知识和设计实例的数据库存储,以满足知识处理的安全性和分布式要求。研究规则推理、实例推理和图形交互式推理的有效集成方式,以利于在不同的设计阶段采用合理的推理方式。该工具适于开发针对不同设计问题的智能设计系统。