IEC61508-2010-6 公式解释

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1、IEC61508-2010-6公式解释张屹2012年3月21日摘要明晰了IEC61508计算PFD和PFH需要的基本概念，包括低要求和高要求模式、失效的分类、以及PFD和PFH的定义。给出了IEC61508计算PFD和PFH的基本原理，解释了公式的导出过程，从而能够更精确的进行相关计算，尤其是符合实际中的各种假设和应用条件，最终保证计算结果的正确性。关键字：功能安全、IEC61508、PFD、PFH1引言IEC61508-2010-6（后称61508）给出计算PFD和PFH的公式，但是实际评价系统安全性指标很难直接应用这些公式。61508只对1oo1、1oo2

2、、2oo2、1oo2D、2oo3、1oo3共6种结构的PFDavg和PFH给出计算公式，不能覆盖所有安全相关系统的所有结构。另外61508对公式本质，即推导过程没有给出详尽的描述，尤其是各种假设和应用条件与公式的密切联系没有体现出来，因此直接应用这些公式很可能导致错误的结果。所以有必要对61508各个公式进行详细的解释，有助于61508中的公式更好的投入实际应用中。2基本概念解释2.1低要求（Lowdemand）模式、高要求（Highdemand）模式、连续（Continuous）模式“要求”是受控设备（EUC：EquipmentUnderControl）对安

3、全相关系统（SafetyRelatedSystem）提出的要求。当EUC将要发生危险即是对安全相关系统提出了要求，要求安全相关系统执行安全功能。例如锅炉的压力超过了最高门限，锅炉即对安全仪表系统（SIS：SafetyInstrumentedSystem）提出要求，要求SIS打开减压阀门；又例如列车速度超过最高门限，列车即对自动超速防护系统（ATP：AutomaticTrainProtection）提出要求，要求ATP对列车实施制动。低要求模式、高要求模式和连续模式的不同是与“要求”的频率（或时间间隔）有关。61508中给出的定义是：低要求模式：为了使EUC进入

4、规定的安全状态，安全功能是根据“要求”被执行的，而且“要求”的频率小于每年一次；高要求模式：为了使EUC进入规定的安全状态，安全功能是根据“要求”被执行的，而且“要求”的频率大于每年一次；连续模式：安全功能是作为正常运行的一部分，从而使EUC保持在安全状态。2.2失效分类根据失效后果，失效可以分为安全失效（例如失效后减压阀门开放）和危险失效（例如失效后减压阀门关闭）。根据失效是否被系统的在线诊断程序检测到，失效可以分为检测到失效和未检测到失效。上述两种分类方式能够得到共四类失效类型：安全可测（SD：Safe&Detectable）、安全不可测（SU：Safe&

5、Undetectable）、危险可测（DD：Dangerous&Detectable）和危险不可测（DU：Dangerous&Undetectable）。对于不同类型的失效，系统将采取不同的措施，并发生不同的后果。对于可维修系统而言，如果发生SD失效，系统将进入修复过程，系统1不发生危险；如果发生SU失效，系统进入安全状态，不发生危险，等待手动检查测试（ManualProofTest）后进入修复过程（假设手动检查测试能够检测到100%的系统失效）；如果发生DD失效，系统将进入修复过程，如果此时能够及时拒绝（negation）危险失效，使EUC进入安全状态则系统

6、不发生危险，否则系统发生危险；如果发生DU失效，则系统发生危险。图1的状态图描述了四类失效的发生与各个状态的转换过程，并表示了各个状态是否安全。其中RA（Repairresourceavailable）表示维修资源可用；PT（ProofTest）表示定期的手动检查测试；NG（negation）表示拒绝危险失效，即导向安全侧；RF（Repairingfinished）表示维修结束。可见图中的DD和DU失效产生了危险状态，如果NG的时间足够短，则只需考虑DU失效。图1中的状态转移过程只代表一种通用的状况，实际中还应考虑具体应用场景而做出相应变更。例如，如果修复阶段

7、也保持着EUC的正常运行，则危险失效后的修复阶段也应该是危险状态。RF检测到的安全失效安全RA修复SD未检测到的PT安全安全失效SU安全正常运行RA检测到的危拒绝的危险DD安全险失效NG失效DU危险安全PT未检测到的危险失效危险图1系统失效状态图2.3PFDavg与PFHPFDavg和PFH是评价安全完整性等级（SIL：SafetyIntegrityLevel）的量化指标，可以通过61508的公式对它们进行计算。其中，低要求模式使用PFDavg评价，高要求和连续模式使用PFH评价。表1目标SIL等级的评价[3]SIL等级PFDavg（低要求模式）PFH（高要求

8、或连续模式）-5-4-9-8410P