功能安全技术与应用知识讲座 第七讲 安全相关系统 失效控制方法论

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1、功能安全技术与应用知识讲座第七讲安全相关系统失效控制方法论　　在安全相关系统中，可采取6种方法解决随机硬件失效的安全隐患，使安全相关系统的随机失效得以控制，使其得以完善。　　在安全相关系统中，如何解决随机硬件失效的安全隐患问题，主要可采取以下6种方法：　　第一，使用带有可靠性数据的零件、部件、组件构建安全相关系统。目前，市场上已经有安全组件可供选购，如安全PLC（安全可编程系统，指的是在自身或外围元器件或执行机构出现故障时，依然能正确响应并及时切断输出的可编程系统）、安全控制器、安全的现场总线（安全的工业通信网络）等。　　第二，采用冗余设计。这里的冗余

2、，仅是指零部件能力使用方面的冗余，比如只使用其2/3的能力。　　第三，提高系统的故障裕度。使用故障裕度方法的限制是，故障裕度的提高仅能使安全完整性提高一个等级。　　第四，提高诊断覆盖率。应将安全相关系统尽可能设计成能发现自身问题的系统。　　第五，提高检验测试频率。检验测试是一种周期性测试，用以检测安全相关系统中危险的、隐藏的失效，以使其通过维修，把系统复原到正常状态。　　检验测试的有效性，取决于失效覆盖和修理的有效性。在实践中，除了低复杂性“E/E/PE（提升电气/电子/可编程电子）”安全相关系统外，100%的隐藏失效的探测很难达到，但探测100%的隐

3、藏失效应该是一个目标。至少，所有要执行的安全功能，应按“E/E/PE”安全相关系统的要求进行检查。如果使用分离通道，则应对每个通道分别进行检验测试。对于复杂的原理，应进行分析，以证明未被检验测试出的隐藏危险失效的可能性，在“E/E/PE”安全相关系统整体生命周期期间可忽略不计。　　检验测试需要在一定时间内完成。在此时间内“E/E/PE”安全相关系统可能被部分或全部约束。仅当在此时间内EUC关闭，或“E/E/PE”安全相关系统在测试时，仍保持在要求运行的能力时，检验测试持续时间可以不计。　　在检验测试期间，“E/E/PE”安全相关系统可能部分或全部不能响

4、应要求。平均修复时间对于SIL的计算，仅在修复时EUC关闭，或使用其他同样有效的风险措施来代替时可以忽略。　　检验测试是安全相关系统在服役期内，使用及维护的重要步骤。如果实施周期性测试，就特定安全功能而言，安全相关系统的PFD会显示成一种锯齿波形，在一个大的概率范围内，从刚经过一次测试后的低点，到下次测试前的最大值。也就是说，安全相关系统的失效率会随着时间的推移逐渐变坏，经过检验测试后，可以回到原有水平或接近原有水平。由此可见，检验测试是安全相关系统能够保障安全的重要环节。　　如以下某企业曾发生过的一个事故案例，即可说明检验测试的重要性。该企业一个盛满

5、钢水的钢包从轨道尽头滑出，正在交接班的近30名工人顷刻遇难。钢包在正常情况下，是不会到达轨道尽头的，但也存在一定的小概率。也就是说，钢包到达轨道尽头是一种小概率事件，但一旦发生则危害极大。所以，从风险评估的角度，这属于不可容忍的风险。为降低风险，防止类似事故发生，企业之前已经在接近轨道尽头处安装了一个安全相关系统，该系统的作用是，一旦钢包碰到这个系统，就会产生一个阻止的动作，防止钢包滑出轨道。但由于没有认真进行检验测试，系统已经失效了，并且未被发现，所以酿成惨剧。由此可明显看出，该安全相关系统是典型的安全相关防护系统。安全相关防护系统的特点是，平时是不

6、起作用的，只有被保护对象提出要求时才产生动作，而被保护对象提出要求这一事件本身就是小概率事件，比如一年仅一次甚至几年才一次，在此期间，如果安全相关系统失效了，又不进行周期性的检验测试，这种隐患就无法被发现。　　很多人以为，为了安全，我已经装备了安全相关系统，这样就万事大吉了，要知道，安全是一定要进行全生命周期管理的。　　提高检验测试频率可以一定程度上提高SIL的水准，即提高目标失效量。目标失效量就是安全完整性要求要达到的，危险模式失效的概率目标，规定为下列两种之一：一是安全功能在要求发挥作用时，危险失效的平均概率（对于低要求操作模式）；二是危险失效的平

7、均概率（对于高要求或连续操作模式）。但检验测试频率的提高，会受到使用的限制。如我们开车，现在的规定是新车每两年进行1次检验测试，我们可以接受；旧车每年进行两次，我们就会觉得很烦，宁可换台新的。在企业中，实际上往往把检验测试与设备大修安排在一起。　　第六，积累使用的经验和数据。这一条虽然是安全相关系统的普遍基础，但是在现版的国家标准中，是对SIL4级安全相关系统专门提出的。现版国家标准的要求是，仅当满足条件一或同时满足条件二和三时，才能允许由一个具有安全完整性等级4的单一“E/E/PE”安全相关系统，构成一个体系结构。　　条件一：通过结合适当的分析方法和

8、测试，已经用实例清楚地说明，确实能够达到安全相关系统所声明的目标安全完整性失效量。　　条件二：