仪器仪表在安全系统中的功能安全设计

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1、仪器仪表在安全系统中的功能安全设计　　摘要：我国工业产业发展速度较快，已取得令人瞩目的成绩，在这种背景下，安全生产的重要性受关注的程度越来越高，上至中央领导下至普通百姓，全社会对安全问题极为重视。在现代工业发展中，安全性已成为最重要的衡量指标。为了实现和保障安全性，安全仪表的作用越来越重要，对于工业产业来说，当务之急是研究和开发属于自己的安全仪表系统，摆脱外国产品的垄断，构建自己的知识品牌，对于工控专业人士来说是新的挑战和课题。　　关键词：仪器仪表；安全系统；功能；安全设计　　1安全仪表概述　　安全仪表在生产过程中的应用，能够实现对生产状态的监控，通过执行安全仪表功能，能够防

2、止在生产过程中出现潜在危险事件给工业生产带来的安全隐患，减轻危险事件造成的影响，导致风险降低。安全仪表具有安全完整性等级、容错能力、实时性好、信息记录功能和故障诊断能力等特征。安全仪表主要是由逻辑控制器和传感器构成的，在实际的运用过程中主要使用冗余结构，能够确保安全仪表正常执行安全功能，对降低系统的安全失效率具有重要作用。安全仪表在实际的应用过程中，分为多种类型，主要包括可燃、有毒气体监测系统、紧急停车系统、高完整性压力保护系统和移动危化品源跟踪监测系统等[1]。　　2安全功能故障分析与诊断设计　　2.1故障分析方法　　故障分析主要是指确定故障原因、收集和分析数据所总结出系统

3、失效故障激励和消除引起特定器件的过程，故障会产生于设计、工艺、元件和制造的过程中。故障分析方法主要包括故障树分析、事件树分析和可靠性框图等。其中，故障树分析法主要是对复杂系统中的设计问题进行分析，运用推理方法找出问题所在，及时解决存在的系统故障。需要对工程设计阶段潜在的缺陷进行合理设计，对系统如何工作和运行方式进行深入研究。事件树分析需要以初始事件为起点，按照事故发生顺序进行逐层分析，有助于了解整个事件的动态发展过程，该方法使用简单。主要的步骤为：确定初始事件、判定安全功能、绘制事件树、简化事件树和事件树分析等。可靠性框图是系统可靠性研究中的重要手段，方框中的排列代表着潜在风

4、险设备的可靠性关系。　　2.2故障诊断设计　　在诊断技术分析中，主要包括两方面的内容：第一，参比诊断技术。需要对故障诊断技术进行分析，需要将检测到的实际值与参考值进行系统比较，结合比较的结果，执行相关的动作。对于存储器中的数据，可以通过计算校验的方式来判断数据是否失效。第二，对比诊断。对比诊断主要是指对两个单元动态计算结果进行比较，该项技术对识别技术故障具有重要作用。主要是用来判断一个通道与其他两个通道计算结果是否一致，如果计算结果不一致，说明通道存在故障。在诊断测试中，需要判断功能能否正常执行，通常情况下，安全仪表不会轻易出现故障，容易受到外界因素影响，导致故障产生。在对故

5、障进行测试时，需要采用自动或者手动的形式，来元件上用导线短接来模拟短路失效。　　3产品的功能安全设计　　对此要形成正确的认识，SIS产品的设计和开发是复杂的过程，以国家所颁布的IEC61508为标准，在设计时从产品的生命安全周期入手，必须要满足硬件、软件等方面的要求，本论文以产品开发设计过程中的安全设计为研究目标展开探讨。　　3.1整体安全生命周期　　在IEC61508中对整体安全生命周期进行了划分，认为按其特点不同可以划分为十六个阶段，在不同的阶段中，功能安全活动和要求各不相同，在安全系统中有各种不安全因素的存在，在结构化生命周期模型的作用下，可以使这些处于隐藏状态的非安全

6、因素被调整到高低水平，对安全仪表系统产品的研发过程进行研究，认为第9阶段是非常关键的环节，E/E/PE安全相关系统实现是非常重要的，可以从两方面进行，可以最大限度的满足安全功能的需求：构建功能安全管理体系，人员组织结构要确定下来：（1）建立功能安全管理体系要有明确的目的性，确定为整体的E/E/PES的和软件的安全生命周期，不同阶段的管理和技术活动都在范畴之中，尤其是注意的是责任明确到人，不论是人员还是部门，以及不同的组织，在活动中所承担的角色不同，所需要承担的责任也是不同的，但必须要明确落实，在经过管理体系的作用下，使安全仪表系统的安全性得以保障，并实现其完整性。（2）在对生

7、命周期不同阶段的资料进行编写时，要以IEC61508生命周期为模型的基础上进行，对于不同的阶段不同的活动都需要有文档资料进行记录，能够把不同生命周期的信息集中起来，按照规定能够执行功能安全管理、验证、功能安全评估等所有活动信息都要详细的记录下来，编制相关报告和记录资料，可以长期保存下来。　　3.2硬件　　在IEC61508中，对硬件安全的完整性有详细的要求，具体包括结构约束的内容，除此之外还有危险随机硬件失效率的要求。表格体现了硬件安全的完整性，并进行结构约束；B类安全则主要针对子系统的结构进行约束。安