功能安全技术讲座第16讲功能安全中表决结构的分析与应用.pdf

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1、ControlTechofSafety&Security功能安全技术讲座[编者按]本刊在2007～2008的两年间，在“安全控制技术”栏目共安排了12讲功能安全技术讲座，系统介绍了功能安全的基本概念、方法与技术，并针对读者关心的一些问题进行了分析，得到广大读者的广泛关注与积极回应。2009年，该讲座还将继续进行，主题将集中在安全相关子系统的功能安全评估与认证技术上。本讲主讲人是熊文泽工程师。主讲人简介：熊文泽，男，工学学士，机械工业仪器仪表综合技术经济研究所功能安全技术研发中心工程师，对功能安全标准IEC61508（GB/T20438-2006）和IEC61511（GB/T2

2、1109-2007）有深入的研究，参与多项国家科技部、863课题中功能安全子项的研究。第十六讲功能安全中表决结构的分析与应用Chapter16:AnalysisandApplicationonVotingStructureforFunctionalSafety熊文泽（机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，北京市100055）XiongWenze(InstrumentationTechnology&EconomyInstitute,P.R.China,Beijing100055)【摘要】阐述功能安全理论中几种典型的表决结构及其分析应用方法，通过对不同表决结构的比较，确定其在实现安

3、全功能的安全完整性和可用性上的差异。【关键词】功能安全表决冗余Abstract:Thepaperintroducessometypicalvotingstructureandtheiranalysisandapplicationmethods.Throughthecomparisonbetweenthevariousvotingstructures,findtheirdifferenceonimplementingthesafetyintegrityofFunctionalSafety.Keywords:FunctionalSafetyVotingRedundancy功能安全理

4、论的服务对象为：执行多种安全功（BurnerManagementSystem）以及应用于铁路的列能的E/E/PE（电子、电气和可编程电子）安全相关系车自动防护系统（ATP）。这些系统不仅能响应生产统，这些系统在石化、化工、电力、铁路等领域中已过程因超过安全极限而带来的风险，而且能检测和处经得到广泛应用，如：主要应用于流程工业（石化、理自身的故障，从而按预定条件或程序使生产过程处化工）的安全联锁系统（SafetyInterlockSystem—于安全状态，对于保障人员、设备及工厂周边环境的SIS）和紧急停车系统（EmergencyShutdown—安全至关重要。ESD）；在电厂

5、中广泛应用的火灾及气体检测系不同的表决结构配置直接影响安全相关系统的统（Fireandgassystems—F&G）和燃烧管理系统好坏。如何选择表决结构，才能既保证安全相关系统14仪器仪表标准化与计量2009.4安全控制技术安全可靠性要求，当危险发生时及时采取响应措施，1）假定将执行某一安全功能的安全系统回路划使设备能够按照预定要求进入安全状态，防止事故发分为传感器单元、终端执行单元和逻辑解算器（安全生；又能尽量避免由于安全相关系统系统安全失效而PLC）三部分，根据统计数据表明，各部分出现故障导致误停车，从而造成极大的经济损失，是广大工程的概率分布如下：师们必须要考虑的问题。

6、*检测元件故障概率35%本文将分别讨论不同表决结构的分析计算方法*终端执行元件故障概率50%[2]并对其不同应用效果进行比较。*逻辑解算器故障概率15%1什么是表决可见，在检测元件和终端执行元件采用多通道MooN表决是指一套安全相关系统或者其中某一表决，可以有效的提高SIL等级。以上面例子来说，部分，有N个独立的通道，以这样的方式连接：即至若通过冗余使得检测元件和执行元件的PFDavg降低少需要其中的M个通道完好，才能执行正确的安全功如下：-4能。例如1oo2表决就意味着2个独立设备，只需要其传感器PFDs3.09*10(SIL3)-4中一个装置正常运行就能正确的执行安全功能

7、，只终端执行器PFDA2.0*10(SIL3)有当两个设备都出现危险故障时，安全功能才会失则[1]效。2构建表决结构的要点功能安全的最终量化标准是安全完整性等级（SIL），一个安全功能要达到要求安全完整性等达到了SIL3的要求。级，就必须保证执行这个安全功能的整个安全回路从2）根据IEC61508.2（GB/T20438.2）中关于硬传感器单元、逻辑解算器单元到最终执行器单元都必件安全完整性的结构约束要求，系统必须根据其安全须达到相应的SIL等级，例如若一个安全功能要求达失效分数达到相应的硬件故障裕度（