一種基于位圖的防危狀態(tài)快速判斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利屬于計算機工程應用軟件，應用于工業(yè)控制防危安全系統(tǒng)中的防危狀態(tài)判斷。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)和工業(yè)自動化水平的提升，工業(yè)控制系統(tǒng)越來越復雜，錯誤也越來越難檢測和避免，且常常引發(fā)工業(yè)事故，危及工業(yè)生產(chǎn)、國家經(jīng)濟安全和人民生命財產(chǎn)安全。針對工控系統(tǒng)存在的安全問題，采用復雜網(wǎng)絡分析、數(shù)據(jù)預測、專家分析、自適應升降級等技術(shù)，提出了一種包含全局防危、主動防危、實時防危、自主防危和防危認證的工業(yè)控制系統(tǒng)防危機制，實現(xiàn)對工業(yè)控制系統(tǒng)的安全防護。
[0003]防危核和防危殼是防危系統(tǒng)里最常用的兩種技術(shù)手段，將防危核與防危殼技術(shù)進行比較，可以發(fā)現(xiàn)兩種方式的基本原理都是相同的，即提供了設(shè)備操作與關(guān)鍵設(shè)備的隔離。不同點在于，防危核只提出了操作驗證的基本功能，而防危殼將防危策略細分為三個子模塊，子模塊擁有了單獨檢查設(shè)備狀態(tài)和保證命令時間限制等功能，降低了驗證整個防危策略的開銷。某種程度上，防危殼可以看作是防危核技術(shù)的一種擴展變型和另一種實現(xiàn)方式。
[0004]無論防危核還是防危殼，都只是把關(guān)鍵設(shè)備進行隔離防危，而實際的工控系統(tǒng)是一個復雜的網(wǎng)絡，各設(shè)備之間存在著相互依賴關(guān)系，對一個設(shè)備的操作勢必會對其他設(shè)備造成影響，針對獨立設(shè)備的防危往往達不到整體防危的要求。因此，針對整體性防危的要求，提出了利用防危保護態(tài)以及有窮狀態(tài)機實現(xiàn)防危，如圖1實線所示。
[0005]系統(tǒng)從正常工作狀態(tài)發(fā)展為事故，一般經(jīng)過多個狀態(tài)，從警告、臨界到危險，直至事故。為了實現(xiàn)防危，借鑒容錯理論，引入防危保護狀態(tài)(E)，也就是在系統(tǒng)遇到危險或在臨界情況下，通過防危機制進入保護模式，在保護模式下系統(tǒng)可以通過自我調(diào)節(jié)回歸到正常模式。
[0006]用狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖表示如圖1所示。圖中，A:正常狀態(tài)；B:警告狀態(tài)；C:臨界狀態(tài)；D:危險狀態(tài)；F:事故狀態(tài)；E:防危保護態(tài)。
[0007]危險包括針對工業(yè)現(xiàn)場的和工控系統(tǒng)自身的，為了從危險狀態(tài)(D)轉(zhuǎn)化到防危保護狀態(tài)(E)，針對不同類型的危險，需要通過專家規(guī)則實時判斷工業(yè)現(xiàn)場的危險狀況，或者通過降級服務對工控系統(tǒng)實施保護。為了從防危保護態(tài)(E)轉(zhuǎn)化為正常態(tài)(A)，需要通過工控系統(tǒng)的合理調(diào)度，實現(xiàn)自身狀態(tài)的回歸，或者利用專家知識庫推薦工業(yè)現(xiàn)場的補救方案。
[0008]為了從臨界狀態(tài)(C)轉(zhuǎn)化為防危保護態(tài)(E)，一方面需要對關(guān)鍵設(shè)備的情況進行主動預測和危險預報；另一方面，通過分析設(shè)備之間的相互影響關(guān)系，預測系統(tǒng)整體的風險。
[0009]針對出現(xiàn)報警(B)的情況，利用專家規(guī)則判斷危險狀況，并根據(jù)專家規(guī)則中的處理辦法進行相應的操作，使得系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為正常狀態(tài)(A)。
[0010]系統(tǒng)在正常運行(A)期間，通過對關(guān)鍵設(shè)備的情況進行預測，防患于未然，使系統(tǒng)維持在正常狀態(tài)。
[0011]以上防危機制的基礎(chǔ)就是判斷工控系統(tǒng)的防危狀態(tài)。防危狀態(tài)描述了當前系統(tǒng)具體運行情況，防危系統(tǒng)據(jù)此做出報警、自適應調(diào)整等一系列操作。系統(tǒng)通過檢測由單點向量和用戶定義的狀態(tài)規(guī)則得出防危狀態(tài)。單點向量由運行單點規(guī)則得出，包括系統(tǒng)關(guān)鍵點的狀態(tài)，可以描述系統(tǒng)運行狀態(tài)。狀態(tài)規(guī)則歸納了某一類單點向量表示為一種狀態(tài)。防危狀態(tài)判斷包括了從采集實時數(shù)據(jù)到得出系統(tǒng)防危狀態(tài)的過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]由于工控系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)較多，實時性要求很高，因此運行效率很重要。針對防危系統(tǒng)的狀態(tài)判斷過程我們提出了一種基于位圖的防危狀態(tài)快速判斷方法。本方法能夠快速判斷出防危狀態(tài)，避免了遍歷查找狀態(tài)規(guī)則的時間開銷。
[0013]本發(fā)明的基本思想是將遍歷搜索、查找比較的過程轉(zhuǎn)換為按位計算來節(jié)省運行時間。通過設(shè)計合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以用位圖的形式表征狀態(tài)規(guī)則及系統(tǒng)單點向量。另外將初始化狀態(tài)位圖的過程放在系統(tǒng)防危工作開始前完成。這樣借助冗余的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和合理的初始化就可以將用戶規(guī)則初始化進一個位圖結(jié)構(gòu)中，如圖2所示，將用戶狀態(tài)規(guī)則中的信息轉(zhuǎn)換為狀態(tài)位圖矩陣中的PointNum*7個位序列,將狀態(tài)判斷簡化為PointNum個位序列的按位計算，所述的PointNum為點的數(shù)量。之后通過單點向量選出可能的η個狀態(tài)向量進行按位與運算，就可快速的得到系統(tǒng)防危狀態(tài)。
[0014]具體來說明，在基于數(shù)據(jù)挖掘的防危機制應用實例中，用戶狀態(tài)規(guī)則為系統(tǒng)關(guān)鍵點的單點狀態(tài)集合(我們稱為單點向量)到某一防危狀態(tài)的映射關(guān)系。理論上同一時刻系統(tǒng)只能處于一種系統(tǒng)狀態(tài)。單點狀態(tài)為該點當前實時值的量化結(jié)果，根據(jù)單點規(guī)則得出，為O到6的某一個值，如圖3所示。某一防危狀態(tài)對應的單點向量可能是歸納的而不是唯一的，例如IF〈vector> = = *43512THEN userstate = “煅燒區(qū)上移警告狀態(tài)”,即表示該狀態(tài)只對后5個點的單點狀態(tài)有依賴關(guān)系，符號表示通配符，由于加入了 ‘*’，同一時刻的數(shù)據(jù)有可能滿足多種狀態(tài)規(guī)則，所述的狀態(tài)規(guī)則是用戶狀態(tài)，即用戶自定義的狀態(tài)，其有別于系統(tǒng)狀態(tài)，這樣同一時刻系統(tǒng)可能符合多種用戶狀態(tài)。
[0015]這樣當?shù)玫疆斍暗膯吸c向量之后，需要和所有用戶狀態(tài)規(guī)則包含的單點向量進行匹配比較，得出防危狀態(tài)。
[0016]為了提高系統(tǒng)運行效率，本發(fā)明提出了用位圖表示單點狀態(tài)到防危狀態(tài)的映射關(guān)系。即所有防危狀態(tài)在位圖中有某一位來表示，所述的位為二進制比特位。某一個單點在單點狀態(tài)下可能處在的防危狀態(tài)對應的位置I。所有位圖中同樣的位對應同樣的防危狀態(tài)，其中每一位對應一個狀態(tài)并且所有的位序列順序相同，對應的位為I表示該位對應的防危狀態(tài)可能是當前的有效狀態(tài)，為O表示該位對應的防危狀態(tài)不是當前的有效狀態(tài)。這樣，在得到單點向量后，就可以根據(jù)所有的單點狀態(tài)去狀態(tài)位圖表中取出對應的位圖，之后將得到的位圖進行按位與操作，對應的結(jié)果為I的位即表示系統(tǒng)處在該位對應的防危狀態(tài)。位圖通過在系統(tǒng)初始化階段分析用戶狀態(tài)規(guī)則得出。
[0017]本發(fā)