研讨完整性功能安全在工业过程安全仪表中运用书写

论文导读：
摘要：近年来,由于石油、化工、冶金、轨道交通等工业的快速进展,防止火灾、爆炸、毒气泄漏和轨道交通事故等危险情况的发生成为非常严峻的不足。在国外,尤其是工业发达国家,在功能安全评估方面有着越来越强烈的要求,以致要取得SIL认证的产品越来越多而且产品的范围也在逐渐扩大。而国内对功能安全的探讨则处于起步阶段,整体水平与国外相比差距甚远。功能安全在安全制约和工业历程领域已成为一个快速进展的焦点。本论文以IEC61508、 IEC61511为基础,对安全仪表的功能安全进行了运用探讨,主要工作如下：(1)论述了功能安全对安全仪表的重要量,以功能安全的国内外标准、论述探讨、评估认证和产品开发四个方面详细了功能安全的进展近况。在此基础上,提出本论文的探讨内容,明确论文探讨的策略和目的。(2)以物理构成、基本特点、运用功能和冗余结构等方而对工业历程安全仪表进行了详细论述,加深对安全仪表的理解(3)介绍了FMEDA、FTA、ETA和RBD四种故障浅析策略,总结各种故障浅析策略的优缺点和运用场合；浅析了单一故障和共因故障以及其防护设计;针对系统故障以诊断技术、诊断点、诊断量化,诊断测试等方面进行了全面浅析；再者,以结构约束方面将故障诊断和安全完整性联系起来,浅析如何将故障诊断转化为安全失效分数,进而以结构约束方面判定系统满足的安全完整性等级。(4)-阐述子系统安全完整性以及风险降低和安全完整性等级之间的联系。提出了降低随机硬件失效的措施,同时以硬件结构约束上浅析各子系统对安全完整性的影响,针对标准中对多通道系统浅析策略的不足,提出改善原则。软件部分主要探讨了软件开发方式和软件生命周期,以及如何运用标准中推荐的技术和措施来保证软件的安全完整性等级要求。(5)在浅析现有气体报警仪的运用范田和物理构成的基础上,结合IEC61511对安全仪表的安全要求,发现现有仪表功能的不足。运用FMEDA策略识别危潜在风险,计算安全失效分数F,浅析硬件结构约束。对安全仪表功能进行可靠性框图和故障树建模,计算PFD参数,评估其完全完整性等级。对传感器输入模块、制约器模块提出了诊断设计,对继电器输出提出了冗余设计；改善了仪表执行安全功能的程序流程；改善了仪表安全数据的网络通信方式,针对可能出现各种通信故障,给出了综合运用CRC校验、系列号、联系密钥和时间戳等技术来解决。最后,提出了功能安全对EMC的要求,重点浅析了安全相联系统和非安全相联系统试验的严酷等级和性能判据的不同,以体现安全功能对环境适应性能力更强。本论文在进行论述浅析的基础上,运用多种技术和策略,以各个层面对现有气体报警仪进行改善设计,提出该仪表功能安全的初步实现案例及EMC验证指标。关键词：功能安全论文安全完整性论文安全仪表论文IEC61508论文IEC61511论文IEC61784-3论文
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Abstract6-8
目录8-10
第1章 绪论10-15

1.1 课题探讨背景与作用10-11

1.2 课题探讨近况11-13

1.2.1 国外探讨近况11-13

1.2.2 国内探讨近况13

1.3 本论文探讨的主要内容13-15

第2章 工业历程安全仪表系统浅析15-20

2.1 仪表功能与基本特点15

2.2 物理结构构成15-16

2.3 运用功能需求16-17

2.4 冗余结构17-19

2.5 本章小结19-20

第3章 安全功能的故障浅析与诊断设计20-31

3.1 故障浅析策略20-24

3.

1.1 失效方式和影响浅析20-21

3.

1.2 故障树浅析21-22

3.

1.3 事件树浅析22-23

3.

1.4 可靠性框图23-24

3.2 故障类型24-26
3.

2.1 单一故障及其防护24-25

3.

2.2 共因故障及其防护25-26

3.3 故障诊断设计26-29

3.1 诊断技术浅析26-27

3.2 诊断点27-28

3.3 诊断的量化28

3.4 诊断测试28-29

3.4 诊断与安全完整性水平29-30

3.4.1 安全失效分数29

3.4.2 硬件故障裕度29

3.4.3 结构约束与SIL29-30

3.5 本章论文导读：故障方式、影响及诊断浅析74-79附表1FMEDA-传感器模块74-76附表2FMEDA-制约器模块76-77附表3FMEDA-继电器输出模块77-78附表4FMEDA-声光报警输出模块78-79上一页12
小结30-31
第4章 系统安全完整性浅析31-40

4.1 基本概念31-32

4.

1.1 安全完整性等级31

4.

1.2 风险降低与SIL的联系31-32

4.2 随机硬件失效浅析32-33
4.

2.1 失效与失效率32-33

4.

2.2 随机硬件失效制约33

4.3 硬件结构约束浅析33-34

4.4 软件安全完整性浅析34-39

4.1 软件开发模型35

4.2 推荐技术和措施35-36

4.3 开发历程36-39

4.5 本章小结39-40

第5章 可燃/有毒气体报警仪的功能安全设计40-68

5.1 可燃/有毒气体报警仪构成40-42

5.2 可燃/有毒气体报警仪安全需求浅析42-43

5.

2.1 安全仪表的安全需求42

5.

2.2 安全功能和非安全功能区分及要求42-43

5.3 功能浅析及安全评估43-51
5.

3.1 模块功能浅析43-46

5.

3.2 FMEDA故障识别及F计算46-47

5.

3.3 结构约束浅析47-48

5.

3.4 可靠性框图建模48

5.

3.5 故障树建模48-49

5.

3.6 软件安全浅析49-50

5.

3.7 SIF的安全完整性等级50-51

5.4 改善设计51-64
5.

4.1 传感器输入诊断设计51-52

5.

4.2 制约器模块诊断设计52-57

5.

4.3 继电器输出冗余设计57-58

5.

4.4 通信方式改善设计58-63

5.

4.5 系统案例改善设计63-64

5.5 安全功能的EMC要求64-67

5.6 本章小结67-68

第6章 总结与展望68-70

6.1 工作总结68

6.2 工作展望68-70

致谢70-71
参考文献71-73
附录73-79
A 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目73-74
B 气体报警仪的故障方式、影响及诊断浅析74-79
附表1 FMEDA-传感器模块74-76
附表2 FMEDA-制约器模块76-77
附表3 FMEDA-继电器输出模块77-78
附表4 FMEDA-声光报警输出模块78-79