安全仪表系统硬件失效概率的评估方法

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1、第八届工业仪表与自动化学术会议安全仪表系统硬件失效概率的评估方法EvaluationMethodforSISHardwareErrorPossibility11,2陈高翔冯冬芹12（浙江中控技术有限公司，浙江杭州310053；浙江大学先进控制研究所，浙江杭州310027）摘要：首先介绍了安全仪表系统在实际应用中的需求以及安全仪表系统的硬件失效概率评估的必要性。然后，在研究了硬件失效概率的评估方法后，分析了低要求模式下SIS系统在各种表决组的物理块图和可靠性块图。最后，通过一个范例的计算详细介绍了具体结构下S

2、IS系统的硬件失效概率评估方法。关键词：安全仪表系统安全完整性等级平均失效概率低要求操作模式表决Abstract:Firstly，thispaperbringsouttherequirementoftheSafetyInstrumentSysteminpracticalapplicationandintroducesthenecessityofthePFDevaluationforSIS.AfterstudyingtheevaluationmethodforPFD,thispaperanalyzesphys

3、icalblockdiagramandreliabilityblockdiagramofalotofkindsvotegroupforSISinlowdemandmodeofoperation.Finally,anexampleisusedtointroducetheprocedureofPFDevaluation.Keywords:SISSILPFDLowdemandmodeofoperationVote0引言由于当今工业的高度发展，整个工业过程是在一种高强度、高度自控的环境下进行，尤其是对于天然气、石油

4、化工、化工及电力行业来说，由于企业生产的性质所决定，所处的生产环境是具有爆炸危险性的。这样，设备、人身及生产过程的安全可靠性就成为重要的议题。而传统的DCS、PLC系统等控制手段在这方面表现出的薄弱性也就越来越明显，这显然不能满足石油化工等危险场合的生产工艺要求。在传统意义上，安全保护指的是额外的系统或设备用于保护在危险生产区域的工作人员免受伤害或死亡。然而今天，安全解决措施已经不仅仅是保证人生安全，并且生产厂商需要不断提升生产装置的运行性能，以便实现公司的利益最大化。生产厂商已经逐渐认识到智能集成的安全解

5、决措施能够直接影响他们的账本底线。随着IEC61508、IEC61511和ISA-84等功能安全国际标准的正式发布，生产厂商和用户越来越关注生产装置的功能安全要求，纷纷对危险和风险进行严格的分析，并开发、验证和应用已经经过功能安全认证的安全仪表系统（SIS）。SIS是对石油化工生产装置可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态进行及时响应和保护，使生产装置进入一个预定义的安全停车工况，从而使危险降低到可以接受的最低程度，以保证人员、设备、生产和装置的安全。为了提高企业的经济效益，安全平稳、长周期地连续生产是

6、至关重要的，这就需要一种高度可靠的安全保护手段，SIS系统因此应运而生。SIS系统是适用于高温、高压、易燃、易爆等连续性生产装置的安全保护系统。为了保证生产安全运行，根据具体要求对安全保护控制系统的设计选型工作是非常重要的。在安全系统的设计中，安全完整性等级SIL是设计的标准，应根据生产装置的SIL等级选择合适的安全系统技术和配置方式。SIL等级可用于简化和理论化系统结构中各部分的安全要求，并使1第八届工业仪表与自动化学术会议其定量化。IEC61508定义了4个安全度等级及相应于每个等级的两个定量安全要求，

7、包括对系统按照要求切换到安全功能的目标故障率要求和对系统连续操作的目标故障率要求。本文将着重介绍各种系统结构下的对系统按照要求切换到安全功能的目标故障率要求的计算方法及示例。1硬件失效概率评估方法综述SIS系统结构如图1所示。SIS安全功能在要求时的平均失效概率，是通过计算和组合提供安全功能的所有子系统在要求时的平均失效概率确定的。SIS在要求时的平均失效概率如公式（1）所示。PFDSYS=PFDS+PFDL+PFDFE(1)式中：PFDSYS为SIS的安全功能在要求时的平均失效概率；PFDS为传感器子系统

8、在要求时的平均失效概率；PFDL为逻辑子系统在要求时的平均失效概率；PFDFE为最终元件子系统在要求时的平均失效概率。图1SIS系统结构为了确定每一个子系统在要求时的平均失效概率，应在子系统中：①画出表示传感器子系统（输入）各部件、逻辑子系统各部件、最终元件子系统（输出）各部件的块图。例如，传感器子系统的部件可能是传感器、绝缘电路、输入调节电路；逻辑子系统部件可能是处理器和扫描设备；最终元件子系统部件可能是输出调