一种工业控制系统安全性的预测方法和系统技术方案

本申请提供一种工业控制系统安全性的预测方法和系统，工业控制系统包括设备以及连接在所述设备上的数据采集装置，所述方法包括以下步骤：步骤1：接收用户输入的各个设备的历史数据；步骤2：采集设备信息，计算两个设备之间的关联风险值，并保存为设备关联风险值表；步骤3：计算各设备的安全态势值；步骤4：获得各设备的总体安全态势，并判断是否报警。通过本发明专利技术，利用历史数据建模，组成级联系统，可以预测工控系统整体的安全性，以做到及早发现及早维护。

【技术实现步骤摘要】
一种工业控制系统安全性的预测方法和系统
本专利技术涉及工业控制领域，更具体地，涉及一种工控系统安全性的预测方法和系统。
技术介绍
工业控制系统是国民经济生产的生命线，而且每年都在增长。随着我国综合实力的增强以及工业控制系统越来越大型化。工业控制系统将不可避免的从自动化到智能化进行转变，而在此转变过程中，所带来的安全问题又是至关重要。工业控制系统是由各种自动化控制组件和实时数据采集、监测的过程控制组件共同构成。工业控制系统已经广泛遍布于工业、能源、交通、水利等领域，用于控制生产设备的运行。放眼全球，德国提出“工业4.0计划”，美国提出再工业化和制造业回归，欧美先进国家的工业发展战略对我国工业形成较大的冲击，客观上要求我国智能工业化水平提高，而智能工业化所面临的安全技术又以此为依托而得以进一步发展。随着工业4.0、互联网+等一系列概念的提出，工业设备、信息系统、人、数据的一体化、智能化将成为新一代工业的发展趋势。复杂工业控制系统处于工业“控制大脑”的地位，应用广泛，超过80％的涉及国计民生的领域如电力、水利、化工、轨道交通等都需要依靠复杂工业控制系统实现自动化作业。工控系统与常见的计算机系统有所不同，它具备以下特征：一、工业控制系统散布较广，且设备智能程度较低；二、工业控制系统结构一般为纵向集成，有一个主控设备与多个设备；三、复杂工业控制系统中传递的信息常是四遥信息，主控设备与设备设备相互影响，带来的安全问题也更为复杂。可见，传统的复杂工业控制系统亟需向新型的、智能化的、高安全的、高可靠的复杂工业控制系统发展。然而，复杂工控系统的智能化不可能一蹴而就，比如，缺少实时测量工业控制系统的危险程度并进行预警的智能化手段和技术。
技术实现思路
为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提出一种工业控制系统安全性的预测方法，工业控制系统包括多个设备以及连接在多个设备上的数据采集装置，方法包括以下步骤：步骤1：接收用户输入的多个设备的历史数据；步骤2：采集设备信息，计算两个设备之间的关联风险值，并保存为设备关联风险值表；步骤3：计算多个设备的最终稳定安全态势值；步骤4：获得多个设备的总体安全态势，并判断是否报警。进一步的，在步骤1中，还包括将历史数据的一部分作为输入值，安全阈值作为输出层，利用反向传播算法训练得到多个设备的映射模型，历史数据包括但不限于时间、安全参数、安全参数值、安全阈值。进一步的，在步骤2中，接收同一时间点采集的设备数据，计算任意两个设备间的皮尔逊相关系数作为两个设备之间的关联风险值，并保存为设备关联风险值表；设定关联风险值的第一阈值，从设备关联风险值表中删除设备间关联风险值小于第一阈值的设备对，得到设备有效关联风险表。进一步的，计算步骤如下：步骤31：计算设备的t+1轮的设备风险值，计算公式为：其中，分别表示第t轮和第t+1轮设备Xa的设备风险值，表示由设备X0至设备Xa的关联风险值，表示设备Xa的运行时的数据采集值，t≥1；a、b、c为存在于设备关联风险表中的设备；步骤32：对步骤31中的计算公式进行多轮级联迭代,直至多个设备的第t+1轮和第t轮设备风险值之差的和小于设定的第二阈值时，t+1轮的最终设备风险值为这些设备的最终稳定安全态势值。进一步的，在步骤4中，将这些设备的最终稳定安全态势值输入映射模型，获取多个设备的总体安全态势值，并同安全阈值对比，判断并通知设备是否报警。根据本专利技术的另一方面，提出一种工控系统安全性的预测系统，包括设备信息采集子系统和控制子系统，其中，设备信息采集子系统包含连接多个设备的数据采集装置，用于采集多个设备的数据信息，并将数据信息传送给控制子系统；控制子系统包括信息特征输入模块、历史数据建模模块、设备间关联风险计算模块、设备最终稳定安全态势计算模块和设备总体安全态势计算模块，其中，信息特征输入模块，用于接收用户输入历史数据，并将数据传送到控制子系统；历史数据建模模块，用于接收用户输入的设备的历史数据，并利用反向传播神经网络对设备建模；设备间关联风险计算模块，用于根据历史数据，计算同一时间点的任意两个设备的测量数据之间的皮尔逊相关系数作为设备之间的关联风险值；设备的最终稳定安全态势值计算模块，用于计算设备的最终稳定安全态势值；设备总体安全态势计算模块，用于接收各个设备的最终稳定安全态势值和历史数据建模模块发送来映射模型，获得多个设备的总体安全态势值，并将需要报警的设备信息传送相应设备进行报警。进一步的，设备间关联风险计算模块保存设备间关联风险值表，并设定关联风险值的第一阈值，从设备间关联风险值表中删除设备间风险值小于第一阈值的设备对，得到设备有效关联风险表。进一步的，设备最终稳定安全态势计算模块，根据采集的设备信息，进行多轮迭代，获得多个设备最终稳定的安全态势值，计算公式如下：其中，分别表示第t轮和第t+1轮设备Xa的设备风险值，表示由设备X0至设备Xa的关联风险值，表示设备Xa的运行时数据采集值，t≥1；a、b、c为存在于设备关联风险表中的各设备；进一步的，多个设备的第t+1轮和第t轮设备风险值之差的和小于设定的第二阈值时，t+1轮的最终设备风险值为多个设备最终稳定的安全态势值。根据本专利技术的又一方面，提出一种多级预测系统，多个设备能够形成一组，多个组能够形成一群，根据上述方法可以得到组的安全态势，根据组的安全态势能够得到群的安全态势。本专利技术找到工业安全的痛点，发扬安全监控的能力，对现场运行设备以及现场运行状态的全方位测量，实现故障提前预警，提前排除潜在问题，实现安全运行。附图说明图1为根据本专利技术一个实施例的工业控制系统安全性的预测方法流程示意图；图2为根据本专利技术一个实施例的工业控制系统安全性的预测系统结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的工业控制系统安全性的多级预测系统结构示意图。为了能明确实现本专利技术的实施例的结构，在图中标注了特定的尺寸、结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本专利技术限定在该特定尺寸、结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术提供的一种工业控制系统安全性的预测方法和系统进行详细描述。在以下的描述中，将描述本专利技术的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本专利技术的一些或者全部结构或者流程来实施本专利技术。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本专利技术。在其他情况下，为了不混淆本专利技术，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。本专利技术中，设备风险值就是设备本体依靠其自身所处的背景特性得出所占系统的风险值，比如设备采集值就是风险值，因为这也是设备安全程度的体现，本专利技术下面以设备采集值进行举例说明，但不是对其进行的限定；安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业控制系统安全性的预测方法，所述工业控制系统包括多个设备以及连接在所述多个设备上的数据采集装置，所述方法包括以下步骤：/n步骤1：接收用户输入的所述多个设备的历史数据；/n步骤2：计算两个设备之间的关联风险值，并保存为设备关联风险值表；/n步骤3：计算所述多个设备的最终稳定安全态势值；/n步骤4：获得所述多个设备的总体安全态势值，判断是否报警。/n

【技术特征摘要】
1.一种工业控制系统安全性的预测方法，所述工业控制系统包括多个设备以及连接在所述多个设备上的数据采集装置，所述方法包括以下步骤：
步骤1：接收用户输入的所述多个设备的历史数据；
步骤2：计算两个设备之间的关联风险值，并保存为设备关联风险值表；
步骤3：计算所述多个设备的最终稳定安全态势值；
步骤4：获得所述多个设备的总体安全态势值，判断是否报警。


2.根据权利要求1所述的预测方法，其中，在所述步骤1中，还包括将所述历史数据的一部分作为输入值，安全阈值作为输出层，利用反向传播算法训练得到所述多个设备的映射模型，所述历史数据包括但不限于时间、安全参数、安全参数值、安全阈值。


3.根据权利要求1所述的预测方法，其中，在所述步骤2中，根据所述历史数据，计算任意两个设备间的皮尔逊相关系数作为两个设备之间的关联风险值，并保存为设备关联风险值表；设定关联风险值的第一阈值，从所述设备关联风险值表中删除设备间关联风险值小于第一阈值的设备对，得到设备有效关联风险表。


4.根据权利要求1所述的预测方法，在所述步骤3中，计算步骤如下：
步骤31：计算所述多个设备的t+1轮的设备风险值，计算公式为：



其中，分别表示第t轮和第t+1轮设备Xa的设备风险值，表示由设备Xc至设备Xa的关联风险值，表示设备Xa的运行时的数据采集值，t≥1；a、b、c为存在于设备关联风险表中的各设备；
步骤32：对步骤31中的计算公式进行多轮级联迭代,直至所述多个设备的第t+1轮和第t轮设备风险值之差的和小于设定的第二阈值时，t+1轮的最终设备风险值为所述多个设备的最终稳定安全态势值。


5.根据权利要求2所述的预测方法，其中，在步骤4中，将所述多个设备的最终稳定安全态势值输入所述映射模型，获取所述多个设备的总体安全态势值，并同所述安全阈值对比，判断并通知设备是否报警。


6.一种工控系统安全性的预测系统，包括设备信息采集子系统和控制子系统，其中，设备信息采集子系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬，徐新国，卓明，孙相臣，王青权，俞凌，李永成，
申请(专利权)人：北京安控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11